ケイサンキ シミュレーション ニヨル イオン コタイ ヒョウメン ソウゴ サヨウ ニ カンスル ケンキュウ

核融合実験装置(JT-60等)において、プラズマ閉じ込め特性を向上させるには、プラズマ 対向壁材料の選択や開発が重要である。そのためには、周辺プラズマ中の粒子の輸送過程 を含めた、プラズマと対向壁の境界付近で生じているイオン反射、スパッタリング、電子 放出等のイオン・固体表面相互作用に関する情報が必要である。低エネルギー(≤10keV)で のこれらの現象は、通常行われている実験による測定結果とは異なるので、装置内におけ る各現象をモデル化した計算機シミュレーションを行い、情報を収集する。 シミュレーションの基礎データとして、荷電粒子(イオンと電子)の固体内における弾性衝 突と非弾性衝突(電子励起)に対する断面積の計算を行った。低エネルギーでは、イオンと電 子の弾性衝突が起こり易く、電子に比べイオンの電子励起が起こり難い事がわかった。 計算した衝突断面積と分布関数(散乱角度と励起電子エネルギー)を用いて、イオン衝撃に よる電子放出(運動放出)のシミュレーションを行った。入射イオンのエネルギーが高く、質 量が軽く、荷電状態が高くなるに従い、電子放出係数は増加し、エネルギ一分布は2-3[eV] にピークを示しながら高エネルギー側に広がった。放出角度分布は余弦分布を示した。更 に、実験により観測されている、入射角依存性の逆余弦則からのずれや電子放出統計分布 のポアソン分布からのずれを再現した。表面凹凸の大きさと表面仕事関数の変化は、電子 放出の減少や増加と、放出角度分布の余弦分布からのずれを導いた。これらの結果から次 の事がわかった。イオン反射の効果には、イオンが国体から出る時、表面近くで生じる付 加的な電子励起の効果と入射直後の反射により、電子を殆ど励起しない効果があり、それ ぞれ電子放出の増加と減少を導き、軽いイオンに対して重要である。反跳原子の効果は、 表面付近の衝突カスケードにより生じる付加的な電子励起と反跳原子のスパッタリングで、 それぞれ電子放出の増加と減少を導き、重いイオンに対して重要である。電子カスケード 増倍過程は、表面近くの電子放出を増加させるが、過剰な増倍は電子放出の減少に繋がる。 プラズマイオン衝撃による、壁材料からのイオン反射とスパッタリングに関して、プラ ズマと対向壁間の粒子輸送過程を含むシミュレーションを行った。壁材料の組成が変化し ない場合の計算結果からは、粒子輸送過程において、粒子はイオン化され、回転しながら 移動し、壁表面に再堆積する事がわかった。特に、質量が重く、荷電状態が低く、低エネ ルギーのイオンは、再堆積し易い。再堆積は、スパッタリングを減少させ、重い材料表面 の損耗を抑制した。壁材料の組成が変化する場合の計算結果からは、衝撃イオンの注入は、 イオン反射と材料原子のスパッタリングの減少と、注入されたイオンの付加的なスパッタ リングを導く事がわかった。更に、再堆積により、この傾向が強まる。不純物C3+がW表面 を衝撃する場合、プラズマ中の粒子輸送過程を含まなければ、C3+束が増加するに従い、電 子温度に依存して、Cの堆積、損耗から堆積への遷移、浅い損耗が生じたが、粒子輸送過程 を含むと、再堆積のため厚いC層がW表面上に形成され、堆積のみが生じた。燃料のD+と、 不純物C3+とO3+がW表面を同時衝撃する場合、プラズマ中の粒子輸送過程を含まなければ、 D+やO3+のイオン束に占める割合が増加するに従い、D+やO3+による付加的なスパッタリング が増加し、堆積から損耗への遷移が生じたが、粒子輸送過程を含むと、再堆積のため、表 面損耗は抑制された

A study on the welding process of fillet joints on steel bridges with regards to the fatigue behavior

長崎大学学位論文　学位記番号:博(海)甲第114号 学位授与年月日:平成9年3月31