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Development of effective lithium loading method into high-temperature gas-cooled reactor for tritium poroduction

Research Project

Project/Area Number 25630421
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Nuclear fusion studies
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

MATSUURA Hideaki  九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50238961)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) KATAYAMA Kazunari  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90380708)
Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha) GOTO Minoru  日本原子力研究開発機構, 原子力水素・熱利用研究センター, 研究副主幹 (60414546)
NAKAGAWA Shigeaki  日本原子力研究開発機構, 原子力水素・熱利用研究センター, 研究主幹 (40414544)
Research Collaborator NAKAYA Hiroyuki  
KUBO Kotaro  
KAWAMOTO Yasuko  
KORA Kazuki  
NAGASUMI Satoru  
USHIDA Hiroki  
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2013: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords高温ガス炉 / トリチウム / リチウム装荷法 / 核融合炉 / 被覆粒子 / トリチウム透過係数 / リチウム装荷用ロッド / 核融合炉燃料
Outline of Final Research Achievements

An optimal Li-loading method into high-temperature gas-cooled reactor for tritium production is studied. From the viewpoint of minimizing tritium outflow from the Li-loading region and increasing tritium production, a rod-type Li loading method was proposed. Hydrogen permeation experiments in commercial alumina tubes were conducted and hydrogen permeability was evaluated. Using the obtained data, Monte-Carlo neutron transport and tritium diffusion simulations were made for gas turbine high-temperature reactor of 300 MW electrical nominal capacity (GTHTR300) with 600 MW thermal output. It was shown that almost 500 g of tritium could be produced using the above loading method over a 180-day operation. Under such conditions 4-5 g of tritium outflowed from the cladding tube into the coolant. According to the previous analysis data, the possibility that the outflowed tritium can be reduced 1/10 to 1/100 by adopting Zirconium was also shown.

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2013 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (17 results)

  • [Journal Article] Core Configuration of A Gas-Cooled Reactor as A Tritium Production Device for Fusion Reactor2014

    • Author(s)
      Nakaya Hiroyuki, Hideaki Matsuura, Yasuyuki Nakao, Satoshi Shimakawa, Minoru Goto, Shigeaki Nakagawa, Masabumi Nishikawa
    • Journal Title

      Nuclear Engineering and Design

      Volume: 271 Pages: 505-509

    • DOI

      10.1016/j.nucengdes.2013.12.023

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Tritium Production Method for The Demo Fusion Reactor by Using The High-Temperature Gas-Cooled Reactor2014

    • Author(s)
      Hiroyuki Nakaya, Hideaki Matsuura, Kazunari Katayama, Minoru Goto, Shigeaki Nakagawa, Keniji Tobita, Yuji Someya, Makoto Nakamura
    • Journal Title

      Plasma Conf 2014 CD-ROM

      Volume: -

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Journal Article] Evaluation of Tritium Production Rate in a Gas-Cooled Reactor with Continuous Tritium Recovery System for Fusion Reactors2013

    • Author(s)
      H. Matsuura, H. Nakaya, Y. Nakao, S. Shimakawa, M. Gotob, S. Nakagawab, M. Nishikawa
    • Journal Title

      Fusion Engineering and Design

      Volume: 88 Issue: 9-10 Pages: 2219-2222

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2013.05.022

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いた初期核融合炉用トリチウム生産法の検討―Li濃縮によるトリチウム閉じ込め性能の改善―,2015

    • Author(s)
      中屋裕行, 松浦 秀明, 片山 一成, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会「2015年春の年会
    • Place of Presentation
      茨城大学日立キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-20 – 2015-03-22
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いたトリチウム生産法の検討~炉型 (運転方法 運転方法 )と生産性能の関係~2014

    • Author(s)
      川本靖子, 松浦 秀明, 中屋裕行, 片山 一成, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会九州支部第33回研究発表講演会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス
    • Year and Date
      2014-12-13
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  • [Presentation] Study on Operation Scenario of Tritium Production for Fusion Reactor Using High Temperature Gas-Cooled Reactor2014

    • Author(s)
      Yasuko Kawamoto, Hiroyuki Nakaya, Hideaki Matsuura, Kazunari Katayama, Minoru Goto, Shigeaki Nakagawa
    • Organizer
      21st Topical Meeting on the Technology of Fusion Energy
    • Place of Presentation
      Anaheim, USA
    • Year and Date
      2014-11-09 – 2014-11-13
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of Tritium Confinement Performance of Alumina and Zirconium with Tritium Production in a High-Temperature Gas-Cooled Reactor for Fusion Reactors2014

    • Author(s)
      Kazunari Katayama, Hiroki Ushida, Hideaki Matsuura, Satoshi Fukada, Minoru Goto, Shigeaki Nakagawa
    • Organizer
      21st Topical Meeting on the Technology of Fusion Energy
    • Place of Presentation
      Anaheim, USA
    • Year and Date
      2014-11-09 – 2014-11-13
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いたトリチウム生産のためのLi装荷用ロッド構造の検討2014

    • Author(s)
      中屋裕行, 松浦 秀明, 片山 一成, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会「2014年秋の大会」
    • Place of Presentation
      京都大学吉田キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-08 – 2014-09-10
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  • [Presentation] アルミナにおける水素透過挙動2014

    • Author(s)
      牛田博貴, 片山 一成, 松浦 秀明, 深田 智, 下反元貴, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会「2014年秋の大会
    • Place of Presentation
      京都大学吉田キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-08 – 2014-09-10
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いた初期装荷トリチウム調達法2014

    • Author(s)
      松浦秀明
    • Organizer
      BA原型炉設計及び安全性に係る合同会合
    • Place of Presentation
      JAEA 国際核融合エネルギー研究センター
    • Year and Date
      2014-07-30 – 2014-07-31
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いた核融合炉用トリチウム生産の検討 (1)生産性能2014

    • Author(s)
      松浦秀明, 中屋裕行, 久保光太郎, 川本靖子, 片山 一成, 中尾 安幸, 島川聡司, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会「2014年春の年会」
    • Place of Presentation
      東京都市大学
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いた核融合炉用トリチウム生産の検討 (2) 生産工程と安全性2014

    • Author(s)
      後藤実, 中川繁昭, 松浦 秀明, 中屋裕行, 片山 一成
    • Organizer
      日本原子力学会「2014年春の年会」
    • Place of Presentation
      東京都市大学
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いた核融合炉用トリチウム生産の検討 (3)Li装荷方法の最適化2014

    • Author(s)
      中屋裕行, 松浦 秀明, 片山 一成, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会「2014年春の年会」
    • Place of Presentation
      東京都市大学
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いた核融合炉用トリチウム生産の検討 (4)トリチウム閉じ込めと環境安全性2014

    • Author(s)
      片山 一成, 牛田博貴, 松田将平, 下反元貴, 深田 智, 松浦 秀明, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会「2014年春の年会」
    • Place of Presentation
      東京都市大学
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 核融合炉用トリチウム生産を想定した高温ガス炉へのLi化合物装荷方法の検討2013

    • Author(s)
      中屋裕行, 松浦 秀明, 片山 一成, 島川聡司, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部「第17回 支部大会」
    • Place of Presentation
      佐世保高等専門学校
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 高温ガス炉トリチウム生産におけるトリチウム透過挙動に関する研究2013

    • Author(s)
      牛田博貴, 片山 一成, 松浦 秀明, 深田 智, 松田将平, 下反元貴, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会九州支部第32回研究発表講演会
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] ペブルベッド型高温ガス炉を用いた核融合炉用トリチウム生産の検討2013

    • Author(s)
      川本靖子, 松浦 秀明, 中屋裕行, 島川聡司, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会九州支部第32回研究発表講演会
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いた核融合炉用トリチウム生産のためのLi化合物装荷方法の検討2013

    • Author(s)
      中屋裕行, 松浦 秀明, 片山 一成, 島川聡司, 後藤実, 中川繁昭
    • Organizer
      日本原子力学会九州支部第32回研究発表講演会
    • Place of Presentation
      九州大学筑紫キャンパス
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 高温ガス炉トリチウム生産におけるトリチウム透過に関する研究2013

    • Author(s)
      牛田博貴, 片山 一成, 松浦 秀明, 深田 智, 島川聡司, 中川繁昭, 松田将平, 下反元貴
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 第30回年会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス
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      2013 Research-status Report
  • [Presentation] 高温ガス炉を用いたトリチウム製造の工学的な検討2013

    • Author(s)
      後藤実, 中川繁昭, 島川 聡司, 松浦 秀明, 中屋裕行, 片山 一成
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会 第30回年会
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス
    • Related Report
      2013 Research-status Report

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Published: 2014-07-25   Modified: 2019-07-29  

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