水素プラズマで損傷したプラズマ対向材としての炭素の表面フラクタル次元測定

Abstract

プラズマ対向材(PFM)の表面構造は核融合炉内のプラズマ-壁面相互作用により変化する。通常PFMとしてB4C被覆黒鉛ブロックを用いる。本報告では、プラズマ損傷PFM炭素材の表面構造の研究に表面フラクタルを適用した。対向材表面のフラクタル次元計測用に簡便な流通型吸着量測定装置を開発した。プローブ吸着質として異なる代表面積を有する4種の分枝アルカノール分子を用いた。ここでは、照射時間を種々変えて水素プラズマを照射したB4C被覆黒鉛同位体を試料として用いた。アルカノールごとに試料の単分子層吸着量をBET(Brunauer-Emmett-Teller)理論を適用して測定した。表面フラクタル次元をプローブ分子ごとの単分子層吸着量と分子面積を用いて計算し、表面フラクタル次元がプラズマ照射時間と共に2から3へと大きくなることを見出だした。

The surface structure of the Plasma Facing Materials (PFM) changes due to plasma-surface interaction in a nuclear fusion reactor. Usually B4C coated graphite block are used as PFM. In this report, the surface fractal was applied to study the surface structure of plasma-damaged PFM carbon. A convenient flow-type adsorption apparatus was developed to evaluate the surface fractal dimension of materials. Four branched alkanol molecules with different apparent areas were used as the probe adsorbates. The samples used here were B4C coated isotopic graphite which were subjected to hydrogen plasma for various periods of exposure. The monolayer capacities of these samples for alkanols were determined by applying BET (Brunauer-Emmett-Teller) theory. The surface fractal dimension was calculated using the monolayer capacities and molecular areas for probe molecules and was found to increase from two to three with the plasma exposure time.