大気中水素ガスの同位体組成分析法の開発と環境トリチウム発生源の解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11558057
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 百島 則幸 熊本大学, 理学部, 教授 (80128107)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 巧 日本原子力研究所, 核融合工学部, 副主任研究員 ; 山西 敏彦 日本原子力研究所, 核融合工学部, 副主任研究員 ; 岡井 富雄 九州大学, 大学院・工学研究科, 講師 (50150488) ; 古本 五郎 旭化成工業株式会社, 研究開発本部, 副参事
• Keywords: 水素 / 同位体分析 / 低温分離 / クライオポンプ / トリチウム / 核融合 / 大気

Research Abstract

本研究の目的は、大気中水素に含まれるトリチウムの化学形を明らかにし、その化学形から発生源を推定することである。大気中水素濃縮装置で濃縮した水素を化学形別にガスクロ装置で分離し、それぞれのトリチウム濃度を測定する。大気中の可能なトリチウム化学形はHT、DT、T_2である。核融合炉施設の環境トリチウムモニタリングでは、周辺大気中水素の化学形別測定が核融合施設の環境影響を評価するキーポイントになる。そのためには、一般大気中の水素について分析を行い、既存の核施設の寄与を明らかにしておくことが求められる。本研究は以下の3つのステップに分割することができる。(1)大気中水素の予備濃縮、(2)分子状トリチウム同位体の分離、(3)各同位体の濃度定量。
今年度は大気中水素の分離濃縮装置の性能評価とガスクロによる水素同位体の分離について検討した。
大気中の主成分である窒素と酸素をクライオポンプで取り除くが、導入空気流速と処理能力の関係について検討した。大気を500ml/分で導入すると、150リットル程度で処理能力を超えることが明らかになった。200-400ml/分でも300リットル程度で処理能力を越えるが、300リットルで空気の導入を一時的に止めると、更に導入量を増やすことができることがわかった。200ml/分の導入速度では、導入、一時停止、クライオポンプ冷却のサイクルを繰り返すことで、900リットル程度まで処理能力は上昇した。
酸化鉄を担持したアルミナを充填した水素同位体分離力ラムを製作した。液体窒素温度にカラムを冷却して、H_2、HD、D_2の分離を検討した。これら3種類の水素同位体の分離性能は満足がいくものであった。他研究者の報告と比較しても、今回作成したカラムは十分な分離能を有していることが明らかになった。