2020 Fiscal Year Annual Research Report
Research of lithium-6 isotope enrichment technology by electrodialysis under special voltage profile
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19H02639
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
佐々木 一哉 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (70631810)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
向井 啓祐 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教 (70807700)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リチウム / 同位体濃縮 / 核融合 / 電気透析 / 増殖材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、熱核融合炉用に要求される6Liの同位体濃度を90%以上に濃縮せしめる高効率なリチウム同位体濃縮技術の基礎を確立することであり、以下の3項目を実施している：①これまでに実証した電気透析による極めて高い同位体濃縮比率の原理の解明、②同位体濃縮方法と条件の最適化により更なる高濃縮比率と大きな濃縮速度の達成、および③濃縮捜査の多段ちょくれる（カスケード）時の濃縮速度低下への対策の確立。
令和2年度（令和3年度に一部繰り越して実施）においては、主に以下の実験研究を行った：（A)電圧プロファイル等の電気透析条件の最適化、（B）電気透析条件因子の解析、および（C）デバイス形状等の最適化。
（A)では、電圧プロファイルや温度制御などを行い、優れた電気透析条件を見いだした。（B)では、特に高い同位体濃縮を達成するために温度制御が有効であることに着目し、その原理を解明し。従来の固体イオニクス中のイオン伝導に関する古典論には含まれていない量子効果を考慮することで6Liと7Liのイオン拡散の活性化エネルギーに差が生じることを推定し、実験研究によって証明した。（C）では、5段のカスケード装置を設計し、カスケード運転により同位体濃縮率が十畳されるか否かを調査した。本検討では、明確な同位体濃縮率の十畳が生じ難いことを確認した。その後、カスケード装置の各段の溶液内に存在するLiの同位体ごとのマスバランスを考慮することが、同位体濃縮率の十畳を実現する上で重要であることを推定できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
電位プロファイル等の電気透析条件の最適化検討において、温度影響に関して当初の想定に反する結果が得られた。そのため、温度影響を詳細に検討するための追加の実験検討が必要となた。その結果、これらの最適化検討の結果を反映して実施するデバイス形状の最適化の検証に入るのことができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は、令和2年度の研究による遅れであった「温度影響の解析」、「電気透析因子の解析」、および「デバイス形状等の最適化」を実施した後、カスケード装置の実現に関わる「一次側溶液の濃度が低い場合の対策」、「カスケード装置の設計・製作」、および「カスケード装置による同位体濃縮」を実施する。カスケード装置の設計は、令和2年度の研究で判明した単純にセルを連結して運転するだけでは同位体濃縮率が十畳されないという結果とその推定原因を踏まえて実施する。
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