2018 Fiscal Year Research-status Report
Study on hydrogen isotope behavior in fusion test device using tracer tritium by D-D reaction
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17K06998
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
田中 将裕 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00435520)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 排気ガス組成 / トリチウム / 物質収支 / トリチウム化学形態 / プラズマ対向壁材 / 分光計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合システム内のトリチウム収支やその排出挙動、真空容器内に滞留するトリチウム量の把握を目的として、大型核融合試験装置(LHD)の水素同位体排出挙動・物質収支を評価している。2017年3月から開始した重水素プラズマ実験において、重水素核融合反応で生成されたトリチウムの放出挙動を観測し、トリチウムの排気経路や真空容器内の滞留量、放電洗浄によるトリチウム放出の物理過程、放出トリチウムの化学形態について明らかにした。観測されたトリチウムの化学形態は、水蒸気状(0.4%)、水素分子状(96.4%)、炭化水素状(3.2%)であった。しかし、ガスクロマト装置を用いた排気ガス組成分析では、炭化水素成分の濃度が低く(10 ppm以下)、検出できなかった。平成30年度は、FTIR装置に長光路(16 m)ガスセルを組み合わせた気体分析システムを構築し、水素グロー放電洗浄時の排気ガス組成分析を試みた。その結果、排気ガス中にメタンやエチレンが観測され、定性的ではあるがトリチウム測定データを補完する結果が得られた。同時に、一酸化炭素の生成も確認され、その発生要因を含めて今後の新たな研究対象が発見された。
トリチウム排出挙動を解明するために、核融合試験装置の保守点検期間(大気開放時)における真空容器からのトリチウム放出挙動も観測した。大気開放直後のトリチウム放出速度は1 MBq/hを超えた。その後、トリチウム放出速度は時間の経過とともに減少し、大気開放から4ヶ月後には4 kBq/hで一定となった。この観測では、トリチウム放出速度は雰囲気中の水分濃度に依存しないことが明らかとなった。そのため、真空容器内壁内からのトリチウム放出過程は、内部からの拡散過程が律速条件であることを示唆している。この結果は、グロー放電洗浄で確認されたトリチウム放出過程と同じであり、前年度の観測データを補完する結果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成30年度は研究計画に基づいて、第二年次のLHD重水素プラズマ実験期間における排気ガス組成分析を継続して実施し、トリチウムが滞留した真空容器からのトリチウム放出挙動データを得ることができた。現在は測定データの解析を行っている。また、研究計画に従って、炭化水素成分の検出を目的とするFTIR装置を用いた測定システムを開発し、排気ガス測定に適用した。開発したシステムや、得られた初期結果は、国内学会、国際会議で発表を行った。
研究計画では想定していなかったプラズマ実験期間外(保守点検期間)における真空容器からのトリチウム放出挙動を明らかにすることができた。保守点検期間は1年に及び、トリチウム物質収支を評価する上で、重要な知見を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度は、三年目となるLHD重水素プラズマ実験の排気ガス組成分析を継続して実施する。真空容器内には2年間の実験で滞留したトリチウムが残留しており、トリチウムインベントリは増加している。トリチウム滞留量の増加が、排気ガス組成にどのような影響を及ぼすか引き続き観測する。
平成30年度に整備した遠隔監視システムと組み合わせたFTIR測定システムを用いて、重水素実験期間における炭化水素の放出挙動を明らかにする予定である。
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| Causes of Carryover |
FTIR装置で使用する窒素ガス製造装置の購入を予定していたが、機器設置場所に整備された窒素ガス系統を使用できることになり、購入を見送ったため差額が生じた。令和元年度は、測定に必要となる消耗品(キャリアガスなど)の購入と、国内学会および国際会議での研究成果報告を計画しており、その旅費および参加費として使用する予定である。
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