2021 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 / 電気透析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、基幹発電システムとして期待される核融合炉の実現への最大課題である、質量数6のリチウム同位体（6Li）の濃縮技術開発に資する。我々は、電気透析技術に基づく新たな6Li濃縮原理を考案し、これまで提唱されていた電気透析による1段の理論最大濃縮比率（1.08）を超える濃縮比率1.11を達成した。本現象が我々の推定する原理によるならば、１段の工程だけで極めて大きな濃縮比率を実現できることになる。
本研究の目的は、熱核融合炉用に要求される6Li濃度90% 以上を達成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る。主な目標は、①リチウム同位体濃縮原理の解明、②同位体濃縮方法と条件の最適化、③カスケード化による濃縮速度低下への対策の構築、である。
R3年度（令和4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)電気透析温度の影響に関するより詳細な検討、および（B）良好なカスケード装置形状等の探索。
同位体ごとのLLTO電解質中のイオン伝導度の温度依存性、及び同位体ごとのイオン拡散の活性化エネルギーを調査した。その結果、6Liが7Liよりイオン拡散の活性化エネルギーが小さいため低温ほど同位体濃縮率が大きくなることが判明した。すなわち、電気透析によるリチウム同位体濃縮は、表面の吸着解離と電解質中のイオン移動の二つの過程で生じ、低温ほど後者における寄与率が増大することが明らかとなった。更には、直列型5段のカスケード装置を試作し、多段の同位体濃縮を試みた。長時間電気透析を行いながら、各段の同位体濃縮率の時間経過も調べた。その結果、濃縮開始直後の短時間ではカスケードの効果により同位体比は増大したが、時間経過に伴い同位体濃縮率は天然同位体比に向かって徐々に低下することが確認された。したがって、単純な繰り返しではないカスケード装置の設計の必要性が明らかとなった。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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