高熱流にさらされる炉壁内面候補材料の	 レーザー計測	 糟谷紘一（島田、井澤、乗松）グループ、	 那珂研(鈴木、横山、江里口、榎枝、秋場）グループ	 
ﾜﾙﾃﾞﾏｰﾙ･ﾑﾛｯ（ﾎﾞｸﾞｽﾗｳ･ﾌﾞｯﾄﾅｰ）グループ	 
応用ながれ研究所、レーザー技術総合研究所、阪大レーザー研、原子力開発機構那珂研、オプトエレクトロニクス研	 
平成２３年度合同研究会（筑波大学プラズマ研究センターシンポジウム、プラズマ物理クラスター スクレープオフ層とダイバータ物理サブクラス
ター（第１回会合）、炉工学クラスターブランケットブクラスター（第２回会合）、双方向型共同研究会合「ガンマ10の装置における炉壁材料の損
耗・再堆積の研究とそのダイバータ開発研究における位置づけ」）	 
平成23年7月20日13;00-22日11;55	 
つくばサイエンスインフォメーションセンター大会議室	 	 レーザー総研・レーザー研・ＩＯＥ研中心の研究目標：	 
高フルエンスレーザーによる広義の核融合炉材料耐力の研究	 
簡単な内容：	 
核融合炉の構造物を構成する炉壁そのものや、各種の入出力用窓などに使われる可能性のある諸材料について、他の方法では実現できない領域を含む高フルエンスレーザー光照射を試み、関連の材料耐力や利用範囲などを明らかにする。	 
その際、関連の新しい計測法を開発する。	 
応用ながれ研・原子力機構中心の関連研究目標：	 
レーザーに加えて、粒子ビームを含む多種のソースによる材料表面照射研究と、核融合炉構造壁表面モニターなどへの応用。	 

２種のレーザー計測法
レーザー変位計による表面計測
プローブ光の波長（可視光か赤外光）
戻り光の単純計測（三角法） か 干渉分光計測
レーザー誘起超音波計測装置による表面内部計測
表面近傍状態変化のための照射法
粒子ビーム（電子、イオン）レーザー（ArF, KrF, 赤外（沃素、自由電子）, CO2)
X線（中性子）照射対象
MFE 向け（ITER等のダイバータ、第一壁、観測窓）
IFE向け（ダイバータを除く炉壁、観測窓等）	

粒子ビーム・レーザー照射研究の経緯
高エネルギー密度入射による炉壁の損耗： 異なる損耗機構・特徴
現有装置による従来の研究：当初は慣性核融合研究向け（１）イオンビームによる照射：１００ns, ０．１MJ/ｍ２ 程度まで、単一照射による表面損耗量の比較（２）レーザービームによる照射：１０ns, ０．５MJ/ｍ２ 程度まで、多重照射による表面損耗量の変化
電子ビーム照射研究の狙い：
よりエネルギー密度の高い照射：１ms, １MJ/ｍ２ 程度、より広範囲の研究向け、核融合（磁場・慣性）分野全般向け、特徴的なのは、ELM発生時のプラズマ対向壁の損耗研究、将来的には、JT60-SA, ITER, DEMOにつながるデータ取得。	

代表的な試料照射結果：第１グループの照射結果
タングステン試料損耗発生照射閾値の積極的推算
従来のカーボン報告値との比較	

生成クレーター深さ [µm]W試料単一照射加速電圧65kV
ビーム電流2.3A

照射ビーム時間幅 [ｍｓ]電子ビーム照射時間幅と生成クレーター深さの関係	

Simple estimation of the threshold thermal loadon divertor surface with ELM
For Carbon Divertor Case in a Reference:Q/ △t1/2 = 45 MJ/m2/s1/2
Q : the ELM energy flux [MJ/m2]on the divertorsurface,△t : the deposition time duration [s]For this Tungsten Case:
Q = 1.0 [MJ/ m2] (JEBISカロリメータ測定、参考値）,△t =0.73x10-3 [s] （損耗閾照射時間幅値）
Q/ △t1/2 = 270 MJ/m2/s1/2
単純強度倍率、参考値 270 / 45 = 6 (Tungsten / Carbon: ）	

ArF laser erosion of various samples

Erosion of Diamond with 1,000 Overlapped Short Pulse
ArF Laser Light – 3D Plot Measured with Laser
Displacement Sensor

Erosion Depth Measurement with the Same Surface
Profiler(1,000 Overlapped Case)Erosion of Diamond with 4,000 Overlapped Short PulseArF Laser Light – 3D Plot Measured with Laser
Displacement Sensor

Erosion Depth Measurement with the Same Surface
Profiler(4,000 Overlapped Case)Diamond (Rear Diag.)
Diamond (Front Diag.)

Four Different Species Eroded with Pulsed ArF Laser

x5x20

100
Shots

4000
Shots

AFM Photos of Diamond Crater with x5 & x20 Magnification

Raman Diagnostics of the Eroded Surfaces;
Amorphous Diamond Formations, Observed,
Precise Measurements , Now going on.

レーザー超音波法によるコンクリート内部欠陥のリモートセンシング
・パルスレーザーを照射して超音波を発生させる・超音波による表面の微小な振動をレーザー干渉計で観測・欠陥の有無による干渉信号の違いから欠陥を検出	

振動検出用レーザー	→�非接触、遠隔計測	

衝撃波励起用レーザー	

レーザー干渉計（自走型車両に搭載）	

模擬欠陥入りのコンクリート供試体を探傷した結果	 
内部構造が検出できる	 

コンクリー
ト供試体	 

探傷結果	 	 	 	 	 “J”	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 “R”	 

Nondestructive Detection of Small Internal
Defects in Carbon Steel by Laser Ultrasonics
T.Tanaka and Y.Izawa, Institute of Laser Technology
Japanese Journal of Applied Physics Vol.40 (2001) pp.1477-1481

Smallest diameter was 100 micron or so.
Other observable was fatigue of structural material.

Keywords; nondestructive detection, laser ultrasonics, Nd;YAG
laser, Fabry-Pelot etalon, internal defect, carbon steel,List of Publications
K.Kasuya, S.Ozawa , T.Norimatsu, S.Nakai, S.Suzuki, K.Esato, M.Enoeda, M.Akiba,W.Mroz, T.Renk and M.Sato et al., “Summary of the plasma facing surface material
ablations with high-flux pulsed particle beams, UV laser”, 5th IAEA Technical
Meeting on “Physics and Technology of Inertial Fusion Energy” 24-26 March 2010
Vienna, Austria, (in print) (2010).
Koh.Kasuya, S.Ozawa, T.Norimatsu, S.Nakai, S.Suzuki, K.Esato, M.Enoeda,
M.Akiba, W.Mroz, T.Renk and M.Sato, “Analyses of liquid wall responses against
the high flux fusion products”, IAEA Research Coordinated Meeting of CoordinatedResearch Project on “Pathways to Energy from Inertial Fusion: an IntegratedApproach”, 22-24 March 2010, IAEA's Headquarters in Vienna, Austria, (in print)(2010)
K.Kasuya et al., “First Wall Ablations with High-Flux Pulsed Particle Beams, UV
Laser Lights and X-rays for Nuclear Fusion Energy Reactor Design Base”, 2010 Eni
Award (Recommended and Applied, no selection as final winner) (2009-2010).

K.Kasuya, S.Ozawa, S.Suzuki, K.Esato, M.Akiba, W.Mroz, A.Prokopiuk, M.Sato,K.Shimoda, T.Norimatsu, M.Nakai, K.Nagai, T.Ohshige, H.Furukawa, “Applicationsof Laser and Particle Beam Apparatuses to Fusion Reactor Plasma Facing Future
Research Works”, Proceedings of 4th IAEA Technical Meeting on Physics andTechnology of IFE Targets and Chambers, Kobe, Japan, September 13, 2007, CDROM Distribution (2008).
K.Kasuya, S.Ozawa, S.Suzuki, K.Esato and M.Akiba, “Material Surface Ablation with
ELM-like E-Beam Thermal Load”, Proceedings of the 22nd IEEE/NPSS Symposiumon Fusion Engineering, Albuquerque, NM, USA, CD-ROM Distribution (2007).
K.Kasuya, S.Ozawa, S.Suzuki, K.Esato and M.Akiba, “Simulation Experiments forDivertor Ablation with ELM-like Electron Beams”, Japan-US Workshop on Heat
Removal and Plasma Materials Interactions for Fusion, Fusion High Power Density
Components and System, and IEA Workshop on Solid Surface Plasma Facing
Components, Proceedings of the Japan-US Workshop on Heat Removal and Plasma
Materials Interactions for Fusion, Fusion High Power Density Components andSystem, and IEA Workshop on Solid Surface Plasma Facing Components (2007).

研究項目の時系列表示（まとめに代えて）以前の研究： イオンビーム照射
レーザー照射X線照射
最近の研究： 電子ビーム照射（ELMとダイバータ）
レーザー照射近い将来の研究（希望）： 第一壁材料照射
新計測法の開発
レーザー誘起超音波法
干渉分光法の応用
より長波長赤外光源の利用
中性子照射効果の検証
ITER内壁表面モニターの開発	（参考情報・文献等）
糟谷紘一のインターネットホームページ
URL: https://sites.google.com/site/kasuyakouichihomupeji/

ご清聴ありがとうございました。