2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on tritium-production test and design of the Li-loading rod using HTTR for fusion reactors
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18H01200
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松浦 秀明 九州大学, 工学研究院, 准教授 (50238961)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片山 一成 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90380708)
大塚 哲平 近畿大学, 理工学部, 准教授 (80315118)
後藤 実 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 炉設計部, マネージャー (60414546)
飛田 健次 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 核融合炉システム研究開発部, 部長(定常) (50354569)
石塚 悦男 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高温ガス炉研究開発センター, 課長 (70355006)
濱本 真平 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高温ガス炉研究開発センター, 研究副主幹 (90435610)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | トリチウム / 核融合原型炉 / 高温ガス炉 / ジルコニウム / ニッケル被覆 / リチウム装荷用ロッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成３０年度は，高温工学試験研究炉(HTTR)を用いた照射実証試験を視野におき，試験用Liロッドの設計のために必要な下記の検討を実施した．
(1) 高温環境下でのＴ閉じ込め性能評価実験：Al2O3管の軽・重水素透過実験を700℃で行い同位体効果を評価した．Zr管-Zr管-Al2O3管からなるLiロッド模擬試験体に対して，700℃でのT閉じ込め実験を行った．Zr管の間にＴ含有ガスを供給し，Al2O3管外側のパージガス中Tを連続測定したところ，80時間以上に渡ってＴが検出されず，模擬試験体が優れたT閉じ込め性能を有することが示された．
(2) ZrとLi酸化物の高温共存性評価実験：湿式メッキ法によって板状Zr表面にNi被膜を形成することにより，Li酸化物共存下においてZr中に水素を吸収させることに成功した．水素吸収曲線から見積もられた水素の見かけの拡散係数はZr中の水素拡散係数の1/2000であり、Ni被膜への水素侵入またはNi被膜／Zr界面においてZrへの水素吸収が遅延されたものと考えられる．
(3) HTTR装荷用Liロッドの設計及び実証実験手順：Zrの水素吸収速度を実測し，これをベースに炉心中性子輸送解析，Ｔ拡散計算を汲み合わせ，Zrの水素吸収速度と流出量の関係を明確にした. 微小Zr球を添加した実証試験用Liロッドを提示した．
(4) HTTRにおける炉内Ｔ挙動把握試験：これまでに行ったHTTRの運転時の化学的不純物濃度測定データの評価方法を修正し，不純物分子濃度の測定限界を0.01ppmから0.1ppbまで2桁向上させることが出来た．この結果、従来の手法では観測できていなかったCH4の挙動が明らかになった．CH4のような有機物が炉内を循環しうることを示す知見はこれまでになかったことから，今後Ｔによる被ばく評価手法を高度化するうえで重要な成果を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成３０年度は，(1) 高温環境下でのトリチウム閉じ込め性能評価実験，(2) 高温におけるジルコニウム層とリチウム酸化物層の共存性評価実験，(3) HTTR装荷用Liロッドの設計及び実証実験手順の検討，(4) HTTRにおける水素濃度測定 (トリチウム炉内挙動把握) 試験の実施項目を掲げ，それぞれの分担者が目標を立てて研究に取り組んだ．上述の通り，どの課題についても概ね当初予定した検討を実施し，有益なデータを得ている．現時点で特に大きな問題は存在せず，当初の目的に沿って進展していると考えられるため，このように判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度以降も，まずは，各研究分担者がそれぞれの課題に対して検討を進める．(1)トリチウム閉じ込め性能評価実験については，Zr管とAl2O3管からなる多層管のトリチウム閉じ込め性能に及ぼすトリチウム化学形(HT，HTO)の影響を調べる．Zr/Li酸化物/Zr/Al2O3という多層構造試験体に対するトリチウム閉じ込め実験を実施し,その性能を評価するとともに,異種材料界面での物質移動現象を調べる．(2)高温共存性評価実験においては，乾式スパッタ蒸着法でジルコニウム表面にニッケル膜をコーティングし，ジルコニウムの水素吸蔵特性を調べる．(3) HTTR装荷用Liロッドの設計及び実証実験手順の検においては，HTTRの再稼働状況や今後の実験スケジュールを見据え,状況に応じて,より実現可能性の高いHTTRを用いた試験手順を準備・検討する．(4) HTTRにおける炉内トリチウム挙動把握試験においては，策定する水素濃度測定手順及び整備する分析計を用いたHTTR１次冷却系の水素濃度測定試験計画について検討し，さらに，HTTR１次冷却系のトリチウムの移行挙動モデルの検討を進めるとともに，トリチウムによる被ばく評価手法を検討する．
上記の各分担者による検討の進展状況を相互に確認しつつ，これらをベースにして全メンバーで議論を繰り返すことで，HTTRを用いたトリチウム製造実証試験に向け，実証用Liロッド構造及び実験法の明確化を進める.原型炉や核融合研究開発スケジュールを考慮に入れ，研究計画に反映させる. 如何に高温ガス炉を用いたトリチウム製造法の有効性を高められるかを検討する．
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[Presentation] 高温ガス炉用T製造LiロッドにおけるZr装荷形状の検討～Zr非定常水素吸蔵特性～2018
Author(s)
岡本亮, 松浦秀明, 古賀友稀, 菅沼拓朗, 片山 一成, 大塚哲平, 後藤実, 中川繁昭, 石塚悦男, 飛田健次
Organizer
日本原子力学会九州支部「第37回研究発表講演会」,
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