Experiments on the thermal shock brittle fracture of graphite plates were performed. Thermal loading which simulated a plasma disruption was produced by an electron beam facility. Pre-cracks produced on the surface propagated to the inside of the specimen even if the thermal stress on the surface was compressive. Two mechanisms are possible to produce tensile stress around the crack tip under thermal shock conditions. Temperature, thermal stress, and the stress intensity factor for the specimen were analyzed based on the finite element method for various heating conditions. The trend of experimental results under the asymmetric heating agrees qualitatively with the analytical results. This phenomenon is important for the design of plasma facing components made of graphite. Establishment of a lifetime prediction procedure including fatigue, fatigue crack growth, and brittle fracture is needed for graphite armors.
黒鉛の熱衝撃脆性破壊に関する実験を行った。プラズマディスラプションを模擬した熱負荷は、電子ビーム施設によって生成された。表面に生成された予き裂は、表面の熱応力が圧縮である場合でも、試験片内部へ進展した。熱衝撃条件下でき裂先端周辺に引張応力を生じさせる機構は2つ考えられる。様々な加熱条件について、有限要素法に基づいて試験片の温度、熱応力、および応力拡大係数を解析した。非対称加熱条件下での実験結果の傾向は、解析結果と定性的に一致した。この現象は、黒鉛製のプラズマ対向機器の設計において重要である。黒鉛アーマーの疲労、疲労き裂進展、および脆性破壊を含む寿命予測手法の確立が必要である。