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写真（a）では何やらブツブツができていますよね。
これはブリスタリングと呼ばれるもので、タングステンの表面が盛り上がってこのようになると考えられています。
このブリスタリングの形成は、低原子番号材料と高原子番号材料に関するプラズマ・壁相互作用の研究の観点からも重要な要素です。では、写真（b）を見てみましょう。こちらでは、写真（a）のようなブリスタリングは見られません。表面の様子は照射を行う前とほぼ同じといえるでしょう。しかし、この二つの試料は、実はイオンエネルギー（１keV）、照射量（fluence:
7×1024m-2）、試料の温度（875K）というほぼ同じ条件で照射したものなのです。なぜ写真（a）と写真（b）でこんなに結果が異なるのでしょうか？
その理由は、イオンビーム中に含まれた炭素不純物の量が関係していると考えられます。写真（a）では、炭素不純物の割合は０．９５％のイオンビームで照射しました。それに対して写真（b）では、炭素不純物の量が０．１１％のイオンビームで照射しています。
つまり、イオンビーム中の炭素不純物量が多くなるとブリスタリングが形成されやすいと考えられる訳ですね。ただ、ブリスタリングの形成がそれだけで決まるとは断定できません。炭素不純物量が多くなりすぎる場合では、タングステン表面に再堆積による炭素の層が形成されブリスタリングが形成されにくい事が実験結果からわかっています。また実験条件（照射量、イオンエネルギー、試料温度、イオンの種類など）によってブリスタリングの形状・数は変化しますし、ブリスタリングの生成が核融合炉環境にどのように影響を与えるのか？炭素不純物が多いと何故ブリスタリングが形成されやすくなるのか？といったメカニズムもはっきりとはわかっていません。
そういった事は今後、より精力的に研究を行っていく必要があります。
イオンエネルギー（１keV） 照射量（fluence: 7×1024m-2） 試料の温度（875K）
現在、主に行っているプラズマ・壁相互作用に関する研究の一例を紹介していきます。
前述で述べましたが、核融合炉の壁材料に適した材料はまだはっきりとはわかっておらず、
あらゆる条件から様々な評価を行う必要があります。候補材料である炭素材（低原子番号材料）と
タングステン（高原子番号材料）は、それぞれプラズマ・壁相互作用の研究を通して評価されてきました。
しかし、次期核融合実験炉であるＩＴＥＲを代表として今、低原子番号材料と高原子番号材料が同時に
使用される例が想定されるようになってきています。こういった状況下では単に表面が損耗されるだけでなく、
はじき出された低原子番号材料と高原子番号材料の原子が再堆積する過程で交じり合い大変複雑な状態に
なります。プラズマ・壁相互作用の研究として今後精力的に研究を進める必要があります。
我々の研究では、高原子番号材料であるタングステンに不純物として炭素を含んだ
水素・炭素混合イオンビームを照射しています。
照射を行った後のタングステン試料の表面の写真を下記に示します。
この様にビームエネルギーや粒子束においては、実際の核融合炉の環境下に近い条件をほぼ満たしているといえます。
イオン 〔D,T,He,不純物〕
粒子束： ～1024/m2s、
(エネルギー： 数eV程度以下)
ダイバータ板
高速中性粒子
粒子束： ～1021/m2s、
(エネルギー： 約100eV以上)
イオン
粒子束： ～1018/m2s、
(エネルギー： 数10～約100eV)
〔D,T,He,不純物〕
多価イオンはエネルギーが高い
ブランケット第一壁
国際熱核融合実験炉 ITER （想定値）
イオンビーム
粒子束： 3.5×1021/m2s
(エネルギー 3keV 時)
粒子束； 4.0×1020/m2s
(エネルギー 300eV時)
ＨｉＦＩＴのパラメータと、ＩＴＥＲで想定されている環境を比較してみましょう。
HiFITの粒子負荷
装置後方には偏向磁場走査型質量分析器を設置しています。引き出されたビーム中のイオンは、ここで質量を選択されFaradyCupにてイオン電流として検出されます。
・次に装置の説明を行います。
イオンビーム源には、2.45GHｚのマイクロ波によるECR放電によってイオンを生成するECRイオン源を用いています。ECRイオン源を用いる事により、不純物（主に酸素）が極めて少ないプラズマを長時間（定常的に）生成する事が可能です。また、放電ガスの選択の制限もありません。
Fig.4. 照射チャンバー付近
Fig.3. イオン源、電極付近
・プラズマ・壁相互作用に関する材料照射実験は、イオンビームを材料に照射する事により行われてきた。この実験により多くの点が明らかになりましたが、このとき材料に照射されたイオンビームのフラックスは、実際の核融合炉の壁材料に入るフラックスより２桁以上小さく（イオンビーム：1020 ｍ-2s-1以下、核融合炉の第一壁〔特に高い熱入力があるダイバータ部分など〕：1022 ｍ-2s-1以上）、イオンビームによる実験結果が実際の核融合炉で適用できるかどうかは明らかではありませんでした。そこで、我々の研究グループでは従来より２桁高いフラックスのビームを発生することが可能な装置を製作し材料への照射実験を行っています。
Fig.2. Hi-FIT装置概略図
定常高粒子束ビーム装置(HiFIT)(High Flux Irradiation Test device)
・核融合炉壁の材料選択を行うためには、候補材料について幅広く評価をしなければなりません。
核融合炉内の環境を想定したプラズマ・壁相互作用の研究は、材料評価に対して大きな意味を
持っています。
プラズマ対向材料はそれだけ過酷な状況に置かれているといえます
しかしながら、プラズマを完全に壁から離すことは出来ず、周辺のプラズマは壁と接触してしまいます。このプラズマに直接面している材料はプラズマ対向材料と呼ばれ、第一壁、ダイバータ等がそれにあたります。
周辺プラズマがプラズマ対向材料に接触すると、熱を与えたりあるいはプラズマ中のイオンが衝突することで、材料の
表面を損傷したり材料中にプラズマ中のイオンである水素が
取り込まれたりします。
Fig.1 核融合炉断面図
核融合炉では核融合反応を起こす高温のプラズマを真空容器の中に閉じ込めています。
この閉じ込めの時、プラズマがその周りの壁と接触するとプラズマ自体が維持できないので
壁と接触しない様に磁場を使って真空容器の中にプラズマを浮かせるように閉じ込めています。
・まず最初に核融合炉の中とは・・・
・我々のグループ〔高粒子束ビーム照射グループ〕は、核融合炉の実現に向けた基礎研究を行っています
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