【公開日：2024.12.02】【最終更新日：2024.11.29】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22TU0095
利用課題名 / Title
高周波超音波による核融合ダイバータ冷却管接合界面検査技術の検討/High-frequency ultrasonic inspection of the bonded interface of the divertor cooling pipe of a fusion reactor
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
形状・形態観察,検査・評価,成形/Molding,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
遊佐 訓孝
所属名 / Affiliation
東北大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
Mohammadjavad Faridafshin
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
松本行示
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
究極のエネルギー源として期待されている核融合炉において、核融合プラズマからの高熱流束を効率的に除去するためのダイバータは、炉の工学的成立性と経済性を左右する重要機器の一つである。現状、ダイバータの構造としては、高い融点を有するタングステンに熱伝導特性に優れた銅合金製の冷却管を接合したものが有力候補とされている。一方で融点が大きく異なる両金属の接合は容易ではなく、接合面の健全性を非破壊的に評価・担保することが重要となる。昨年度までの研究を通じ、25～35MHz程度の超音波が当該部の検査において有効であることが確認されている。本年度研究では、より現実的な接合不良、および構造健全性に悪影響を与える冷却管の結晶粒の粗大化の検出可能性について評価を行った。
実験 / Experimental
ITERグレードタングステンブロックに無酸素銅を接合した試験体、及びさらにクロムジルコニウム銅を接合した試験体をホットプレスにより多数製作し、超音波顕微鏡（TU-312）を用いた界面観察試験を実施した。また、上述の結晶粒の粗大化に起因する信号の確認のため、無酸素銅及びクロムジルコニウム銅を熱処理した試験体の測定も併せて実施した。いずれにおいても用いた周波数は5～50 MHzである。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig. 1に製作した接合試験体の界面から得られた信号の一例を示す。当該試験体は人為的な接合不良を設けることを目的に最適なものよりもやや弱い条件で接合を行ったものであるが、中央部広い範囲において、保持時間が不十分であり接合が完了していなかったことに起因すると思われる強い信号を確認できる。
Fig. 2は無酸素銅受入れ材(Fig. 2(a))および900℃で1もしくは6時間熱処理した試験体の底面エコーである。熱処理後の試験体からは不均一かつ特徴的な底面エコーが得られている。Fig. 2(d)は高温で接合を行った接合試験体の接合界面からの信号であるが、Fig. 2(b)(c)と類似の信号が得られている。金相試験の結果Fig. 2(b)-(d)に示した試験体の結晶粒はFig. 2(a)のものと比べて顕著に大きいことも確認されており、よって高周波超音波を用いてダイバータ―冷却管接合界面の不良のみならず冷却管の結晶粒粗大化も検出可能であることが確認された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 High-frequency ultrasonic images from a bonded sample
Fig. 2 High-frequency ultrasonic signals due to enlarged grains
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本課題は核融合科学研究所原型炉研究開発共同研究(NIFS20HDAF005)の一部として実施した。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Noritaka Yusa, High frequency ultrasonic inspection of the bonded interface between a divertor monoblock and a cooling pipe, Fusion Engineering and Design, 187, 113367(2023).
DOI: 10.1016/j.fusengdes.2022.113367
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Mohammadjavad FARIDAFSHIN, The Effect of the Grain Size of Divertor’s Cooling Pipe on the Capability of High-Frequency Ultrasonic Tests to Evaluate the Quality of the Bond between Divertor’s Cooling Pipe and Armor, Plasma and Fusion Research, 18, 2405068-2405068(2023).
DOI: 10.1585/pfr.18.2405068
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Noritaka Yusa, Ryouji Suzuki, Takashi Furukawa, Masayuki Tokitani, High frequency ultrasonic inspection of the bonded interface between a divertor monoblock and a cooling pipe, 32nd Symposium on Fusion Technology (SOFT2022), online, 2022/09/18-22.
- Mohammadjavad Faridafshin, Noritaka Yusa, Ryouji Suzuki, Takashi Furukawa, Masayuki Tokitani, Suguru Masuzaki, The effect of the grain size of divertor’s cooling pipe on the capability of high-frequency ultrasonic tests to evaluate the quality of the bond between divertor’s cooling pipe and armor, The 31st International Toki Conference on Plasma and Fusion Research (ITC31), Online, 2022/11/08-11.
- 遊佐訓孝, ファリダフシン モハンマドジャバド, 鈴木 良治, 古川 敬, 時谷 政行, 増崎 貴, 高周波超音波によるダイバータ冷却管接合界面の健全性評価, 第39回プラズマ・核融合学会年会, 富山国際会議場, 2022/11/22-25.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件