2019 Fiscal Year Research-status Report
Recycling technology research and development of advanced neutron multipliers for DEMO applications
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18K05006
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
金 宰煥 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 ブランケット研究開発部, 主幹研究員(定常) (80613611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中道 勝 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 ブランケット研究開発部, グループリーダー(定常) (60343927)
宮本 光貴 島根大学, 学術研究院理工学系, 准教授 (80379693)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 再使用プロセス / 酸素濃度 / リチウム濃度 / プラズマ焼結法 / 回転電極法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉ブランケットで必須な機能材である中性子増倍材は、ベリリウム金属(Be)換算で核融合炉１基当り約500トンの膨大な量が必要で４年毎のブランケット交換する設計になっている。そして、ブランケット交換時に発生する使用済中性子増倍材には再使用可能なBeを大量に含んでいるため、そのBeを有効活用できる技術開発が必要不可欠である。中性子増倍材であるベリリウム金属間化合物（ベリライド）は、プラズマ焼結法で始発原料製電極棒を製造し、回転電極造粒法を用いて電極棒を溶かしながら、遠心力で飛ばして、微小球を製造し、装荷する。
令和１年度では、既存の微小球製造プロセスであるプラズマ焼結法と回転電極法による再使用プロセスの検討を実施した結果、回転電極法によって、ベリライド微小球の酸素濃度を減らすことに成功した。また、トリチウム増殖材（Liセラミック）との混合充填を想定し、Li濃度やU濃度を調査した結果、各々のプロセスにより、U濃度の変化が認められなかったが、Li濃度は1000℃でのプラズマ焼結により、95%以上除去できることが分かった。
蒸発回収法における検討については、既存装置の改良を行い、試運転を開始し、測定可能かを確認中である。また、電解分離法の検討としては、新たな高Liイオン伝導体の創製を目的とし、Liイオン伝導体であるLi7La3Zr2O12（LLZO）とLi7La3Ti2O12（LLTO）にBeとBeOを装荷する反応性基礎試験を実施し、相互反応性を評価するとともに、Be添加型のLLBZOやLLBTOの試作を開始した。
昨年度には、コロナの影響で1件の国際会議での発表がキャンセルになったが、国内会議の発表1件、国際会議の発表2件、論文掲載2件、国際ワークショップのプロシーディング1件の成果を挙げた。
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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
令和１年度計画であるプラズマ清浄法（回転電極法も含む）による再使用プロセスの検討・検証は順調に進展し、この手法による中性子増倍材であるベリライドの再使用プロセスとして、不純物除去に有効活用可能であることを明らかにした。これらの結果をまとめ、投稿論文提出済み1件と投稿論文作成中1件、また、国際会議にて発表を実施した。蒸発回収法と電解分離法に関しては、装置改造や試料作製準備等を実施し、十分な執行錯誤を得ており、令和2年度には蒸発回収法と電解分離法による再使用プロセス開発を専念し、基礎研究及び応用研究に取り組み、加速的に進めていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和1年度には、プラズマ清浄法（回転電極法も含む）による再使用プロセスの検討・検証は順調に進展し、この手法は中性子増倍材であるベリライド微小球のリサイクルプロセスとして、造粒効率向上と不純物除去に非常に有効であることを明らかにした。
令和2年度には、プラズマ清浄法による再使用プロセスのデータベースをまとめるとともに、一連のリサイクルプロセスとして提案し、投稿論文提出や国際会議にて発表を実施する。蒸発回収法については、既存の装置の改造に時間を要したため、少し遅れが生じているが、真空圧力と蒸気圧との相関を明らかにするために、物理的特性評価を実施する。更に、電解分離法の予備的な検討が終了しており、それに基づき、新たな高Liイオン伝導体の創製研究を開始している。高Liイオン伝導体として知られているLLTOやLLZOに、Liと結合しない性質を有するBeを添加することによるLiイオン電導度の向上を図り、新たな高Liイオン伝導体を創製し、それを用いた分離システムを検討する。
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| Causes of Carryover |
昨年度末の国際会議への参加・発表が予定されていたが、コロナの影響でキャンセルになったため、旅費分の次年度使用額が生じた。今年度に更なる成果発信のため、国内・国際会議に参加数を増やすことと、電解分離法用のLi導電性材料創成における加速試験を実施するために、原料や物品購入にも使用する。
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