2017 Fiscal Year Research-status Report
verification for the removal of tritium in stainless steel by using super-permeation
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17K14901
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
小林 真 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (50791258)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超透過現象 / ステンレス / トリチウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超透過現象を実験的に調査するための試験装置について、装置のデザインを行った。水素同位体プラズマからのフラックスを計測するための絶縁処理などの工夫を取り入れた。試験装置組み立てと並行し、既存の真空システムとの接続、計測機器の立ち上げなどを行った。実験準備と並行して計算コードの作成を進めた。特に水素同位体超透過現象モデルと、材料内の水素同位体の脱離コードを組み合わせることで超透過現象下での水素の同位体交換に関するモデルとし、コードを新規に開発した。
超透過現象下での水素同位体交換モデルについては、水素の拡散、溶解、表面再結合といった基礎移行モデルと、捕捉サイトにおける捕捉・脱捕捉平衡反応を組み合わせたものとした。材料内の全ての位置において各モデルの連立方程式が成り立つように収束計算を組み込んだコードとした。
計算例として、ステンレス中にトリチウムが滞留している状態で、超透過現象を起こした際のトリチウム除染挙動について計算を行った。また、比較として超透過現象のない、通常のイオンビームによる透過現象を用いたトリチウム除染挙動も併せて計算した。室温付近では超透過とイオン駆動透過では水素同位体の透過速度に5桁以上の差異が確認された。それと同時に、イオン駆動透過ではトリチウムの除染は僅かであったが、超透過現象ではトリチウムの除染が効率的に進行し、トリチウムの滞留量は超透過現象の持続時間に対し、指数関数的に減少した。このことからトリチウムの除染に対し超透過現象の応用は非常に効果的であることが理論的に示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
実験装置のデザインに時間を要した。特にプラズマを試料に照射する際に重要となる印加電圧について、試料に印加する方法の工夫が必要であった。実験において試料は透過の上流側・下流側を隔てており、両側で真空状態が大きくことなる。従って試料が両者を分ける境界となるが、この試料を真空シールする際に金属を使用する必要があるため、電圧を印加すると装置全体に電圧がかかることが懸念された。一方でフラックス計測には電流値の読み取りが必要であるが、プラズマが装置全体に印加された電圧で加速されることで、試料に対するフラックスの計測が困難となることが懸念された。そこで、試料部周辺をセラミックコーティングで覆うことを検討し、実際の装置の作製を実施した。この段階で相当な時間を消費したため、当初の目標よりもやや遅れ気味であると考えている。
一方で計算コードの作成は過去の資源を有効に活用することでスムーズに進めることができた。今後は計算と実験データの蓄積を進め、コードの妥当性評価と共に、超透過現象の適用可能性について包括的に調査する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験データの蓄積を進める。特に基礎データとして、超透過のないイオン駆動透過の実験を行い、計算モデルのベンチマーク試験を行いたいと考えている。ベンチマーク試験ではフラックスや温度をパラメータとし、コードの広い範囲への適用可能について確認する。また、同位体交換については近年、核融合炉第一壁研究において様々なモデルが提案され、また実験との比較が進められている。これらの先行研究を柔軟に取り入れ、実際の実験結果と矛盾のないモデルへと修正していく。
超透過実験についても実験を進める。特にステンレス材がターゲット材料となるが、実際の核融合炉の中性子照射環境を想定した、バルク領域まで欠陥などのトリチウム捕捉サイトが存在する状態を模擬した実験も検討している。これらは加速器を利用した高エネルギー粒子照射により模擬することができるため、加速器利用の共同研究を進める予定である。
本研究に関連する研究成果については、来年度イタリアで開催されるSymposium for Fusion Technologyにて発表予定である。また、Fusion Engineering and Design誌に投稿予定である。
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| Causes of Carryover |
実験の進展が遅れているため。来年度早々に実験を開始すると共に消耗品の洗い出しを行う。
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Research Products
(6 results)
