5族金属中のトリチウムの拡散と水素同位体間の動的相関

• Project/Area Number: 09226231
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 杉崎 昌和 九州大学, 工学部, 教授 (10037905)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 波多野 雄治 九州大学, 工学部, 助手 (80218487) ; 橋爪 健一 九州大学, 工学部, 助教授 (70243912)
• Project Period (FY): 1997
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1997)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 1997: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: トンネル効果 / 水素同位体 / トリチウム / 拡散 / プラズマ注入 / タンタル / ニオブ / バナジウム

Research Abstract

5族金属中における水素同位体の拡散が量子トンネル効果に基づくものであることは良く知られているが、このような場合に異種の同位体を混合したら、拡散係数がどのように変化するかということは非常に興味深い問題である。本研究ではこのような観点から、5族金属中にトリチウムと軽水素もしくは重水素を溶解した系におけるトリチウムのトレーサー拡散係数を測定し、共存する同位体の種類によりトリチウムのトレーサー拡散係数が変化するかどうかを調べた。測定はバナジウム、ニオブ、タンタルについて行った。トリチウムのトレーサー拡散係数の測定にあたっては、当研究グループが開発したグロー放電注入法を用いた。実験で用いた試料の純度は約99.9%、形状は直径5mm、長さ50mmである。先ず、試料に軽水素もしくは重水素を所定の濃度均一に溶解しておき、試料の一端面をトリチウムガスのグロー放電プラズマに曝し、ごく微量のトリチウムを試料端面に注入する。トリチウムの拡散実験は250℃で行った。
実験により得られたトリチウムの拡散係数は共存する同位体の濃度により著しく変化し、濃度が大きくなるに従い減少する傾向を示した。また、重水素中より軽水素中の方がわずかに大きくなる傾向を示した。この同位体の種類による違いはトリチウムと共存する水素同位体間の動的相関によるものであると考えられる。なお、今後このトリチウムのトレーサー拡散係数の温度依存性を測定し、量子トンネル効果の機構を研究して行く予定である。なお、この研究成果の一部はInternational Conference of Fusion Reactor Materials(ICFRM-8,Sendai,October1997)において発表した。論文タイトルは「Influence of coexisting hydrogen isotopes on diffusion of tritium in niobium」である。