AbstractIn the design of ITER-FEAT, several candidate materials are foreseen for plasma-facing components of the divertor (tungsten, carbon fibre-reinforced composites (CFC), molybdenum) and the first wall (beryllium). In the view of accidental scenarios such as a loss of coolant accident or a loss of vacuum accident the reaction between these materials and steam or air remains a safety concern. To provide kinetic data, describing the chemical reactivity of plasma-facing materials in air and steam, we used coupled thermogravimetry/quadrupole mass spectrometry. In this paper we present the results of a screening investigation that compares the oxidation rates of tungsten, molybdenum, CFC and beryllium in the temperature range 300–700 °C. From the thermogravimetry and mass spectrometry results we obtained the reaction rates as a function of temperature. For the metals tungsten, molybdenum and beryllium, a transition is observed between protective oxidation at lower temperatures and non-protective oxidation at higher temperatures. This transition temperature lies in the range 500–550 °C for tungsten and molybdenum, which is lower than for beryllium. At above temperatures 550 °C, the oxides formed on molybdenum and tungsten volatilise. This increases the oxidation rate dramatically and can lead to mobilisation of activation products in a fusion reactor. We also performed experiments on both undoped CFC and CFC doped with 8–10% silicon. The influence of silicon doping on the chemical reactivity of CFC's in air is discussed.
ITERATE-FEATの設計において、ダイバータ用（タングステン、炭素繊維複合材料（CFC）、モリブデン）および第一壁用（ベリリウム）のプラズマ対向機器には、いくつかの候補材料が想定されている。冷却材喪失事故や真空喪失事故などの事故シナリオを考慮すると、これらの材料と蒸気または空気との反応は、依然として安全上の懸念事項である。空気中および蒸気中におけるプラズマ対向材料の化学反応性を記述する速度論的データを提供するため、我々は熱重量測定/四重極質量分析を連結した装置を用いた。本論文では、300〜700℃の温度範囲におけるタングステン、モリブデン、CFC、ベリリウムの酸化速度を比較したスクリーニング調査の結果を報告する。熱重量測定および質量分析の結果から、温度の関数としての反応速度を得た。金属であるタングステン、モリブデン、ベリリウムでは、低温での保護的酸化から高温での非保護的酸化への遷移が観察された。この遷移温度は、タングステンとモリブデンでは500〜550℃の範囲にあり、ベリリウムよりも低い。550℃以上の温度では、モリブデンおよびタングステン上に形成された酸化物は揮発する。これにより、酸化速度は劇的に増加し、核融合炉内で放射化生成物の移行を引き起こす可能性がある。我々はまた、未ドープCFCと8〜10%のシリコンをドープしたCFCの両方について実験を行った。空気中におけるCFCの化学反応性に及ぼすシリコンドーピングの影響について考察する。