炭化ケイ素は、温度、放射線、および腐食に対する非常に高い耐性を必要とするアプリケーション向けに提案されている優れた特性を持つ半導体です。特に、SiC ベースの材料は、フロー チャネル インサート (FCI) として使用される候補です。FCI は、液体ブリーダー ブランケットの一部であり、熱/電気絶縁を提供する必要があります。一般的な機械構造の製造に使用されます。
将来の核融合炉で機能する材料は、その特性を変更できる極端な温度と放射線条件にさらされます。特に、「機能性材料」と呼ばれる、構造用途だけではないと考えられているもの (絶縁体や半導体) は、金属よりも放射線の影響を受けやすくなっています。研究は、照射の結果として、SiC の微細構造と電気特性の変化が起こることを示しています。初期および放射線によって変化した特性は、製造プロセスによって決定される結晶構造、不純物、添加物に大きく依存します。
Ceit-IK4テクノロジーセンター (スペイン、サンセバスチャン) およびエネルギー研究センター マドリッドの Environment, and Technology (CIEMAT) は、SiC ベースの材料の開発に協力しています。製造ラボと試験ラボ間の直接的なフィードバックにより、最終的な材料を改善するために材料の弱点を特定することができます。
犠牲テンプレートに基づいた方法で、適切な熱的および電気的特性、許容可能な機械的安定性、およびコスト削減を備えた SiC 材料が製造されました。 技術。この方法では、気孔率が 8 ～ 70% で、さまざまな特性を持つ多孔質 SiC を製造できます。
この作業では、気孔率が約 50% のサンプルがテストされ、微細構造と電気伝導率の両方における放射/高温の影響が調べられました。動作温度での照射は、Ciemat HVEC Van de Graaff 設備で 1.8MeV 電子で実行されます。電気伝導度はその場で測定されます 照射前、照射中、照射後。照射前後の結晶構造は、Pananlytical X-Pert 回折計を使用した XRD 分析によって調べられます。
照射中。一時的な効果。
照射中の電気伝導率の測定は複雑な作業であり、難しいことの 1 つは、25 m 以上離れた場所で行う必要があることです (加速器室の放射線レベルが高く、人間の存在が不可能なため)。ノイズを最小限に抑えるための特別なシールドを備えたケーブル。しかし、放射線によって生み出された影響の一部は、放射線がなくなると消えてしまうため、核融合炉での将来の運用中に正確に何が起こるかを知る必要があるため、これは不可欠です.
放射線誘起伝導度 (RIC) は、伝導帯への電荷キャリアの励起により照射中に発生する電気伝導度の増加であり、核融合用途の絶縁材料で考慮する必要がある主な制限の 1 つです。一部の材料では数桁の増加が達成される可能性がありますが、RICは、この研究で調査したSiCサンプルで許容できることがわかりました。
照射前後。永続的な効果。 XRD分析。
電導度は、室温から 550 ºC までの照射前後 (総線量 23 MGy) で測定されています。導電率の値の増加が全範囲にわたって観察され、温度が低いほど顕著です。照射前のサンプルの XRD データは、六方晶相 (6H および 4H ポリタイプ) が存在する高い結晶性を示しています。電気伝導率の変化は、同定された結晶構造の変化に直接関連している可能性があります。電気特性は構造に依存し、SiC ポリタイプに応じてバンドギャップが変化します (6H、4H、および 3C でそれぞれ 3.2、3.05、および 2.4 eV)。照射後の3C構造のバンドギャップの減少は、導電率の増加を意味します。
検査したサンプルは、照射後に電気伝導率の増加を示しました (20 °C で約 90 % の増加)。さらに、六方晶から立方晶への結晶構造の変化が観察され、これがこの変化の主な理由である可能性があります。
重大な RIC は検出されず、照射前後の電気伝導率は FCI で許容できると考えられている最大値 (～10 S/m) を下回っていますが、これらを検証するために、核融合の状況により代表的な線量でより長い照射を行う必要があります。材料。さらに、観測された相転移と別の著者によって報告された非晶質化に注意を払う必要があります。これは、高密度のSiC堆積の安定性と、このアプリケーションが必要とするFCIモジュールの組み立てだけでなく、この材料の構造用途への適合性にも影響します。ただし、これらの測定値の再現性を確認するには、さらなるテストが必要です。
