Commercial fusion power plants demand magnet materials that retain structural integrity and thermal conductivity while operating under neutron bombardment at cryogenic temperatures. Understanding how thermo-mechanical properties evolve under these conditions is crucial for selecting materials with high radiation tolerance and predictable failure mechanisms. Presented here is a facility that combines cryogenic transient grating spectroscopy with simultaneous ion irradiation, enabling in situ measurements of thermal diffusivity and surface acoustic wave (SAW) frequencies, allowing inference of microstructural evolution. Using copper as a benchmark material, an irradiation was performed at 30 K with 12.4 MeV ions producing a fluence of ions m−2. Over the irradiation period, thermal diffusivity nearly halved from an initial value of while SAW speed did not show significant changes, maintaining a value of m s−1. Given its real-time monitoring capability and the numerous candidate materials that remain under characterized under fusion magnet operating conditions, this facility is poised to deliver new scientific insights into fusion magnet material degradation trends, contributing to improved design criteria and operational certainty for forthcoming fusion power plants.
商業用核融合発電所は、極低温での中性子衝撃下で動作しながら構造的完全性と熱伝導率を維持する磁石材料を必要とする。これらの条件下で熱機械的特性がどのように進化するかを理解することは、高い放射線耐性と予測可能な破壊機構を備えた材料を選択するために極めて重要である。ここに提示するのは、低温過渡格子分光法と同時イオン照射を組み合わせた設備であり、熱拡散率と表面弾性波(SAW)周波数のその場測定を可能にし、微細構造の進展の推論を可能にする。ベンチマーク材料として銅を用い、12.4 MeV イオンによる照射が30 Kで行われ、 イオン m−2 のフルエンスを生成した。照射期間中、熱拡散率は初期値の からほぼ半減したが、SAW速度は有意な変化を示さず、 m s−1 の値を維持した。そのリアルタイムモニタリング能力と、核融合磁石動作条件下でまだ十分に特性評価されていない多数の候補材料を考慮すると、この設備は核融合磁石材料の劣化傾向に関する新たな科学的洞察をもたらし、今後の核融合発電所向けの設計基準の改善と運用確実性の向上に貢献する態勢にある。