核融合炉ブランケット材中のトリチウム移動解明と新規回収プロセス開発の研究

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Tritium Science and Technology for Fusion Reactor
• Project/Area Number: 19055006
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 深田 智 Kyushu University, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (50117230)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宗像 健三 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 准教授 (70264067) ; 片山 一成 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教 (90380708) ; 西川 正史 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 名誉教授 (90026229) ; 榎枝 幹男 原子力研究開発機構, 核融合工学部, 主任研究員 (90354620) ; 河村 繕範 原子力研究開発機構, 核融合工学部, 副主任研究員 (10354614)
• Keywords: ノリチウム / 核融合炉 / ブランケット / リチウム酸化物 / 回収 / 吸着 / 同位体交換

Research Abstract

核融合炉をとりまく固体ブランケット(Li_2TiO_3, Li_4_siO_4, Li_2ZrO_3, Li_2O等の酸化物)あるいは液体ブランケット(液体Li, Li_17Pb_83, Li_2BeF_4のLi溶融化合物)中のLiと、炉心で発生した中性子との間のn-Li反応により発生するトリチウムの動的移行挙動を実験と解析に基づき研究した。本年は、特定領域研究[核融合トリチウム]の初年度であり、基礎過程の解明に焦点を当てた。まず、上記固体ブランケット増殖材を原子炉中性子照射後、加熱昇温下でHeあるいはHeに水素や水蒸気を混入させた条件で放出曲線を実験的に求めるとともに、実験放出曲線をトリチウム吸着、吸収、水素一酸素反応、脱離のミクロ過程の速度式とトリチウムバランス式に基づいて解析し、良好な一致を得た。さらにパージガス成分や流量を変化させることにより、水-水素同位体交換がリチウム回収に有効に働くとともに、配管からのトリチウム透過漏洩防止に働くことを確認した。トリチウムと同時に発生する熱が固体ブランケット充填ペブル材でどのように移行するかを数値計算により解析した。以上の結果に基づき、現在日、欧、米、ロシアの他、中国、韓国、インドが参加しているITER-TBMの製作、実験に反映させる解析をおこなった。さらに、固体ブランケットHeパージガスからトリチウムを回収するのに現在は低温吸着法が考えられているが、ITER-TBMの先の商業炉に適用できるシステムとして、酸化物プロトン導電体を用いる方法について、装置を組み立て、原理的に回収可能であることを確かめた。成果は原子力学会で発表された。次に液体ブランケット材の研究では、固体と同様に原子炉内での中性子照射後のトリチウムを液体状態まで昇温し、ヘリウムパージガスへのトリチウム脱離速度と水素-トリチウム同位体交換速度を求め、トリチウム回収可能性について検討した。液体リチウムについては、通常の昇温ガスパージだけではトリチウム脱離回収は不可能なので、金属イットリウムへの吸収による回収可能性について世界で始めて実験的に実証した。固体と液体ブランケットにおけるトリチウム回収め成果は2007年度秋に米国Rochester市で開催された世界トリチウム国際会議等で発表された。

Research Products

• [Journal Article] 核熱解析による固体増殖水冷却方式テストブランケットモジュールのトリチウム増殖比に関する検討 (2007)
  • Author(s): 関洋 治, 谷川 尚, 鶴大 悟, 榎枝 幹男, 秋場 真人, 江里幸 一郎, 丹澤 貞光, 西 宏, 廣瀬 貴規, 本間 隆, 毛利 憲介, 横山 堅二
  • Journal Title: JAEA-Technology Pages: 67-74
• [Journal Article] Recovery of tritium from flibe blanket in fusion reactor (2007)
  • Author(s): S., Fukada・K., Katayama・T., Terai・A., Sagara
  • Journal Title: Fusion Science and Technology 52 Pages: 677-681
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Erosion behavior of carbon deposition layers formed by hydrogen plasma sputtering (2007)
  • Author(s): T., Okamura・K., Katayama・K., Imaoka・Y., Uchida・M., Nishikawa・S., Fukada
  • Journal Title: Fusion Science and Technology 52 Pages: 645-648
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Incorporation of hydrogen in carbon-tungsten co-deposition layer formed by hydrogen plasma sputtering (2007)
  • Author(s): K., Katayama・T., Okamura・K., Imaoka・M., Sasaki・Y., Uchida・M., Nishikawa・S., Fukada
  • Journal Title: Fusion Science and Technology 52 Pages: 640-644
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Verification to recover tritium in neutron-irradiated Li by Y plate (2007)
  • Author(s): S., Fukada・M., Kinoshita・Y., Maeda・T., Muroga
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design 82 Pages: 2152-2157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reaction rate of beryllium with fluorine ion for Flibe redox control (2007)
  • Author(s): S., Fukada・M., F., Simpson・R., A., Anderl・J., P., Sharpe・K., Katayama・G., R., Smolik・Y., Oya・T., Terai・K., Okuno・Y., Hatano・D., A., Petti・S., Tanaka・D., K., Sze・A., Sagara
  • Journal Title: Journal of Nuclear Maaterials 367-370 Pages: 1190-1196
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of surface water vapor on release behavior of bred tritium from Li_2TiO_3 (2007)
  • Author(s): M., Nishikawa・T., Kinjyo・N., Yamashita・T., Koyama・S., Fukada
  • Journal Title: Proceedings of 14th International workshop on ceramic breeder blanket interaction Pages: 1-10
• [Journal Article] レーザー核融合炉トリチウム増殖燃料サイクル系について (2007)
  • Author(s): 深田 智
  • Journal Title: 核融合工学部会部会報 14 Pages: 44-47
• [Presentation] Effect of clustered water on diffusion coefficient of water and proton conductivity in Nafion (2007)
  • Author(s): Y., Mamiya・H., Takata・S., Hatakenaka・K., Murakami・M., Nishikawa・S., Fukada
  • Organizer: European Fuel Cell Technology & Applications
  • Place of Presentation: Roma, Italy
  • Year and Date: 2007-12-11
• [Presentation] Hydrogen retention in deposition layers formed from type 316 stainless steel (2007)
  • Author(s): Y., Uchida・Katayama・T., Okamura・K., Imaoka・M., Nishikawa・S., Fukada
  • Organizer: 9th Cross Straits Symposium on Materials, Energy and Environmental Sciences(CSS)
  • Place of Presentation: Pohang, Korea
  • Year and Date: 2007-11-21
• [Presentation] Permeation of hydrogen isotope and tritium recovery system in liquid Li-Pb blanket (2007)
  • Author(s): Y., Edao・Y., Maeda・S., Fukada
  • Organizer: The 9th Cross Strait Symposium on Materials, Energy, and Environmental Sciences
  • Place of Presentation: Pohang, Korea
  • Year and Date: 2007-11-21
• [Presentation] The effect of water on tritium release behavior from solid breeder candidate (2007)
  • Author(s): K., Suematsu・M., Nishikawa・S., Fukada・T., Kinjyo・T., Koyama・N., Yamashita
  • Organizer: 9th Cross Straits Symposium on Materials, Energy and Environmental Sciences
  • Place of Presentation: Pohang, Korea
  • Year and Date: 2007-11-21
• [Presentation] Research and development on Water-Cooled Solid Breeder Test Blanket Module in JAEA (2007)
  • Author(s): Enoeda, M・Tanigawa, H・Tsuru, D・Ezato, K・Yokoyama, K・Dairaku, M・Seki, Y・Suzuki, S・Mohri, K・Nishi, H・Hirose, T・Tanigawa, H・Akiba, M
  • Organizer: The 16th Pacific Basin Nuclear Conference
  • Place of Presentation: Aomori
  • Year and Date: 2007-10-15
• [Presentation] 固体増殖水冷却型テストブランケットモジュールで生成されるトリチウムの回収 (2007)
  • Author(s): 河村繕範、岩井保則、中村博文、山西敏彦
  • Organizer: 日本原子力学会
  • Place of Presentation: 北九州市
  • Year and Date: 2007-09-29
• [Presentation] 水素プラズマによるステンレス鋼の堆積層形成と水索捕捉に関する研究 (2007)
  • Author(s): 内田勇太, 片山一成, 深田智, 西川正史
  • Organizer: 日本原子力学会 秋の年会
  • Place of Presentation: 北九州市
  • Year and Date: 2007-09-28
• [Presentation] 液体リチウム鉛ブランケットにおける水素同位体挙動 (2007)
  • Author(s): 枝尾祐希、前田泰、深田智
  • Organizer: 日本原子力学会 秋の大会
  • Place of Presentation: 北九州市
  • Year and Date: 2007-09-27
• [Presentation] Concentration profile of tritium penetrated into concrete wall (2007)
  • Author(s): H., Takata・K., Furuichi・M., Nishikawa・S., Fukada・K., Katayama・T., Toshiharu・T., Hayashi・K., Kobayashi・H., Namba
  • Organizer: 8th International Conhference on Tritium Science and Technology
  • Place of Presentation: Rochester, NY, USA
  • Year and Date: 2007-09-18
• [Presentation] The effect of water on tritium release behavior from solid breeder candidate (2007)
  • Author(s): K., Sumematsu・M., Nishikawa・S., Fukada・T., Kinjyo・T., Koyama・N., Yamashita
  • Organizer: 8th International Conhference on Tritium Science and Technology
  • Place of Presentation: Rochester, NY, USA
  • Year and Date: 2007-09-18
• [Presentation] Hydrogen retention in deposition layers formed from type 316 stainless steel (2007)
  • Author(s): Y., Uchida・K., Katayama・T., Okamura・K., Imaoka・M., Nishikawa・S., Fukada
  • Organizer: 8th International Conhference on Tritium Science and Technology
  • Place of Presentation: Rochester, NY, USA
  • Year and Date: 2007-09-17
• [Presentation] Tritium Recovery System for Li-Pb Loop of Inertial Fusion Reactor (2007)
  • Author(s): S., Fukada・Y., Edao・Y., Maeda・T., Norimatsu
  • Organizer: 4th IAEA Technical Meeting on Physics and Technology of IFE Targets and Chambers
  • Place of Presentation: Kobe, Japan
  • Year and Date: 2007-09-13
• [Presentation] Rate of Solution and Diffusion of Hydrogen Lsotopes in Li-Pb (2007)
  • Author(s): Y., Meada・Y., Edao・S., Fukada
  • Organizer: 3rd Korea-Japan Joint Summer School
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2007-08-27
• [Presentation] Effect of surface adsorbed water on tritium release behavior (2007)
  • Author(s): T., Koyama^*・M., Nishikawa・S., Fukada・T., Kinjyo・N., Yamashita・K., Suematsu
  • Organizer: The 3rd Korea-Japan Joint Summer School participants(JSS3)
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2007-08-27
• [Presentation] 液体リチウムにおける水素同位体の回収に関する研究 (2007)
  • Author(s): 前田泰、枝尾祐希、深田智
  • Organizer: 原子力学会 春の年会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2007-03-28
• [Remarks]
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K001210/index.html