AbstractThis paper summarizes recent results on high Z performance as PFM in tokamak machines and remarks upon subjects in research and development of high Z PFC referring basic experiments such as high heat load test and surface physics data base (sputtering, reflection, etc.). The dangerous behavior of high Z PFM is the possible accumulation of high Z impurities in the plasma core and accompanying plasma collapse due to their high radiation. However, recent experiments in Alcator-C Mod, TEXTOR and USDEX-U, which employ high Z materials as a divertor target or a limiter, have shown that this occurred only under special conditions. The accumulation of high Z has been observed mainly in ohmic heated TEXTOR plasma. Such accumulation is, however, not necessarily connected with the released high Z impurities from the limiter but is very likely controlled by the impurity transport in the plasma. Therefore, if the central accumulation of high Z impurities can be avoided by suitable transport control, the high Z can be used as PFM. The appearance of ‘prompt redeposition’ of high Z atoms is very promising for the utilization of high Z materials. Heat deposition is likely reduced for higher Z materials owing to its higher reflection coefficient, which must be confirmed in the future. Mo and W bulk limiters are approved to be utilized above their DBTT. However, since intergranular cracking originating from recrystallization and grain growth are unavoidable at high temperature utilization, some optimization at operating temperatures to avoid brittlement (higher is better) and recrystallization (lower is better) and control of grain structures are needed. In this respect, CVD coating with a columnar grain structure seems promising. Hydrogen effect should be taken into account for the crack formation under plasma loading conditions, though tritium retention in Mo and W at high temperatures would be small.
本論文は、トカマク装置におけるプラズマ対向材料（PFM）としての高Z材料に関する最近の成果を要約し、高熱負荷試験や表面物理データベース（スパッタリング、反射など）を参照しつつ、高Z PFMの研究開発における課題について論じるものである。高Z PFMの危険な挙動は、高Z不純物がプラズマコアに蓄積し、その高い放射損失によりプラズマ崩壊を引き起こす可能性である。しかしながら、ダイバータターゲットまたはリミターとして高Z材料を採用したAlcator C-Mod、TEXTOR、およびDIII-Dにおける最近の実験では、このような蓄積は特定の条件下でのみ発生することが示された。高Zの蓄積は主にオーミック加熱されたTEXTORプラズマで観測されたが、これはリミターから放出された高Z不純物と必ずしも関連しておらず、むしろプラズマ中の不純物輸送によって支配されている可能性が高い。したがって、適切な輸送制御により高Z不純物の中心蓄積を回避できれば、高Z材料はPFMとして使用可能である。高Z原子の「即時再堆積」現象は、高Z材料の利用にとって極めて有望である。また、高Z材料では反射係数が高いため、熱負荷が低減される可能性があるが、これは将来の実験で確認されるべきである。MoおよびWバルクリミターは、その延性脆性遷移温度（DBTT）以上で使用することが承認されている。しかしながら、高温使用時には再結晶と粒成長に起因する粒界脆化が不可避であるため、使用温度の最適化（高温側は延性向上、低温側は再結晶回避）と結晶粒組織の制御が必要である。この観点から、柱状晶組織を有するCVDコーティングが有望視されている。さらに、プラズマ負荷下での水素脆化によるき裂形成も考慮すべきであるが、高温でのMoおよびWにおけるトリチウム保持は小さいと考えられる。