2022.12.06
液体金属スズで構造を保護する核融合炉機器の開発に見通し
高温の液体金属スズによる材料腐食のメカニズムと対処法を解明
東京工業大学 科学技術創成研究院 ゼロカーボンエネルギー研究所の近藤正聡准教授と工学院 機械系の宮川幸大大学院生（研究当時）、環境・社会理工学院 融合理工学系の北村嘉規大学院生、物質理工学院 材料系のオ・ミンホ助教、自然科学研究機構 核融合科学研究所 ヘリカル研究部の田中照也准教授らは、高温の液体金属スズ（Sn）と、核融合炉の候補構造材である低放射化フェライト鋼との化学的共存性を明らかにし、将来の核融合炉の先進受熱機器である液体金属スズダイバータの開発に見通しを得た。
核融合炉でプラズマの純度を保つダイバータは、高温のプラズマからの高い熱負荷に耐えることが求められる。液体金属スズは伝熱性能に優れ、加熱されても蒸発しづらいことからダイバータの高性能冷却材として期待されているが、高温になると構造材を腐食させるという技術的な課題があった。
そこで近藤准教授らは、核融合炉の構造材である低放射化フェライト鋼が、400℃から600℃の液体スズ中で、腐食の原因となる脆い金属間化合物を形成しながら腐食するメカニズムや速度を明らかにした。さらに腐食の温度依存性が強いことや、金属間化合物の種類や形状が温度によって異なることも示した。一方で、酸化物（Fe2O3やCr2O3）の焼結材が高温の液体スズに対して良好な耐食性を示すことを発見した。
本研究成果は、カーボンニュートラル社会とゼロカーボンエネルギーの実現を目指して加速される核融合炉開発において、優れた信頼性を有する先進的受熱機器としての液体金属スズダイバータの開発につながるものと期待され、Elsevierの「Corrosion Science」オンライン版に2022年10月31日付で掲載された。
