核融合炉ダイバータにおける水素排気用超透過膜の開拓

まず、本研究経費で整備したプラズマ駆動透過実験装置に厚さ0.1mmのV膜を取り付け、バイアス電圧0〜250V、入射イオン流束0.6〜1.2×10^<19>m^2s^<-1>、膜温度703〜823Kでプラズマ駆動実験を行った。表面不純物がスパッタされるような高いバイアス電圧を印加しても透過速度は減少せず、連続的な不純物の表面偏析により、スパッタ環境下でも超透過が維持されることが確認された。上述のように、Nbの場合には酸素が支配的な表面偏析元素であり、バルク中の酸素濃度と水素同位体の表面反応速度との間に明確な相関が見られた。一方、V表面での水素同位体反応速度は、バルク中の酸素濃度のみならず熱処理条件にも敏感に依存し、複雑な変化を示した。表面分析の結果から、この複雑な変化は硫黄の影響によるものであることが示唆された。また、炭素をプラズマ対向材料として使用する炉では、透過膜表面に炭素が堆積し、炭化物層が形成される可能性がある。そこで予備的実験を行い、V炭化物層が水素透過能を有することを確認した。