固体増殖材料中でのトリチウム素過程の解明およびプロセス過程との体系化

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20246131
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 奥野 健二 静岡大学, 理学部, 教授 (80293596)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大矢 恭久 静岡大学, 理学部, 准教授 (80334291) ; 田中 知 東京大学, 工学系研究科, 教授 (10114547) ; 原 正憲 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 准教授 (00334714) ; 深田 智 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (50117230) ; 宗像 健三 秋田大学, 工学資源学研究科, 教授 (70264067)
• Keywords: トリチウム / 固体増殖材料 / ブランケット / 照射欠陥 / 中性子照射 / 核融合

Research Abstract

本研究は、核融合炉ブランケット内におけるトリチウム挙動をミクロ的な観点からマクロ的な観点まで統一するモデルを構築しようとするものである。昨年度、検討した共通試料であるLi_2TiO_3を用いて、欠陥形成速度・量の照射欠陥消滅挙動への寄与を明らかにするために欠陥形成素過程の影響をγ線および熱中性子照射試料のアニーリング実験の比較から検討した。これらの試料の照射欠陥消滅過程の比較から、照射欠陥消滅の温度領域が異なることが示され、欠陥形成過程の違いに起因すると結論づけられた。また、欠陥導入試料に対し重水素曝露および昇温脱離(TDS)実験を行い、重水素の捕捉・脱捕捉における欠陥の影響を評価した。その結果、欠陥消滅が重水素の脱捕捉の引き金になっていると考えた。γ線照射試料では未照射試料と比較し、O-D結合に由来するピークの脱離量も増加していたことから欠陥を導入することでリチウム空孔などの照射欠陥に影響したO-D結合が形成するためにO-D結合としての重水素滞留量が増加することが示唆された。さらに、Li濃度の異なるLi_2TiO_3，Li_<2.2>TiO_3,Li_<2.4>TiO_3を用いて湿潤空気下での経時変化を質量変化と相変化より検討を行ったところ、Li濃度が高い材料ではLi_4TiO_3で存在しており,これがLi水酸化物を経てLi_2CO_3に変化することが示された。
一方、原子スケールからのアプローチによる固体増殖材料中の水素同位体拡散および放出のモデル化を、Li_2TiO_3とLiNbO_3を対象に行った。また、実炉では、ペブルベッド内のペブルの充填特性や,ペブルの温度特性も、トリチウム放出挙動を決定する因子となるため、LiAlO_2等を対象としてその評価を行うとともに、過去の研究をレビューし、ブランケット全体での移行挙動を明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Vibration analysis of O-H stretching mode in Mg(OH)2, Ca(OH)2, LiOH, NaOH by plane-wave pseudopotential DFT calculation (2011)
  • Author(s): K.Azuma, T.Oda, S.Tanaka
  • Journal Title: Comput and Theoretical Chem Volume: 963 Pages: 215-220
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study on annihilation behavior of γ-ray induced defects in Li2O (2011)
  • Author(s): Makoto Kobayashi, Sachiko Suzuki, Rie Kurata, Wanjin Wang, Toshiyuki Fujii, Hajimu Yamana, Kaiming Feng, Yasuhisa Oya, Kenji Okuno
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular dynamics simulation of threshold displacement energies in lithium aluminate (2011)
  • Author(s): H.Tsuchihira, T.Oda, S.Tanaka
  • Journal Title: Nuclear Instrumental and Methods in Physical research Volume: B(in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modeling of diffusivity of tritium interacting with F centers in Li2O (2011)
  • Author(s): T.Oda, S.Tanaka
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of grain size on hydrogen isotope behavior in LiTaO3 (2011)
  • Author(s): Deciiong Zhu, Takuji Oda, Satoru Tanaka
  • Journal Title: Fusion Science and Technology Volume: (accepted)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Water vapor adsorption characteristics of honeycomb adsorbents (2011)
  • Author(s): T.Wajima, K.Munakata, T.Takeishi, K.Hara, K Wada, K.Katekari, K.Inoue, Y.Shinozaki, K.Mochizuki, M.Tanaka, T.Uda
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tritium Release Experiments with CATS and Numerical Simulation (2011)
  • Author(s): K.Munakata, T.Wajima, K.Hara, K.Wada, T.Takeishi, Y.Shinozaki, K.Mochizuki, K.Katekari, K.Kobayashi, Y.Iwai, T.Hayashi, T.Yamanishi
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of Isotope Exchange Reactions on Ceramic Breeder Materials Deposited with Noble Metal (2011)
  • Author(s): K.Mochizuki, K.Munakata, T.Wajima, K.Hara, K.Wada, T.Shinozaki, T.Takeishi, R.Knitter, N.Bekris, K.Okuno
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxidation of Hydrogen Isotopes over Honeycomb Catalysts (2011)
  • Author(s): K.Munakata, T.Wajima, K.Hara, K.Wada, Y.Shinozaki, K.Katekarib, Kazuhiro Mochizuki, M.Tanaka, T.Uda
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adsorption, Characteristics of Water Vapor on Honeycomb Adsorbents (2011)
  • Author(s): T.Wajima, K.Munakata, T.Takeishi, K.Hara, K.Wada, K.Katekari, K.Inoue, Y.Shinozaki, K.Mochizuki, M.Tanaka, T.Uda
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Removal of Ca from paper sludge ash by acid leaching and synthesis of high cation exchange capacity zeolite material (2011)
  • Author(s): T.Wajima, K.Munakata
  • Journal Title: International Journal of the Society of Materials Engineering for Resources Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tritium release from ceramic breeder materials deposited with noble metals (2011)
  • Author(s): K.Munakata, K.Mochizuki, T.Wajima, K.Wada, K.Hara, T.Shinozaki, T.Takeishi, R.Knitter, N.Bekris, T.Fujii, H.Yamana, K.Okuno
  • Journal Title: Journal of Nuclear Materials Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Release behavior of hydrogen isotopes thermally absorbed in lithium niobate (2010)
  • Author(s): K.Azuma, T.Oda, S.Tanaka
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: 85 Pages: 1772-1776
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modeling of influence of lithium vacancy on thermal conductivity in lithium aluminate (2010)
  • Author(s): H.Tsuchihira, T.Oda, S.Tanaka
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: 85 Pages: 1814-1818
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elucidation of annihilation processes of defects induced by y-irradiation in Li2TiOa (2010)
  • Author(s): Sachiko Suzuki, Makoto Kobayashi, Rie Kurata, Wanjing Wang, Toshiyuki Fujii, Hajimu Yamana, Kaiming Feng, Yasuhisa Oya, Kenji Okuno.
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: 85 Pages: 2331-2333
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of 11A tobermorite from blast furnace slag using EDTA (2010)
  • Author(s): T.Wajima, K.Munakata
  • Journal Title: Journal of Ion Exchange Volume: 21(3) Pages: 171-174
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conversion of Waste Sandstone into Crystalline Zeolite A Using Alkali Fusion (2010)
  • Author(s): T.Wajima, K.Munakata, T.Ikegami
  • Journal Title: Material Transactions Volume: 51 Pages: 849-854
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 14MeV中性子照射した酸化リチウム中での照射欠陥消滅過程の解明 (2010)
  • Author(s): 川崎浄貴, 小林真, 鈴木優斗, 濱田明公子, 松岡和志, 落合謙太郎, 今野力, 馮開明, 大矢恭久, 奥野健
  • Organizer: 日本原子力学会中部支部/第42回中部支部研究発表会
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市)
  • Year and Date: 20101200
• [Presentation] Behavior of hydrogen isotopes in LiAlO_2 containing radiation defects (2010)
  • Author(s): K.Ikuno, T.Oda, S.Tanaka
  • Organizer: 9^<th> International Conference on Tritium Science and Technology (TRITIUM2010)
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良市)
  • Year and Date: 20101024-20101029
• [Presentation] Effects of grain size on hydrogen isotope behavior in LiTaO3 (2010)
  • Author(s): D.Zhu, T.Oda, S.Tanaka
  • Organizer: 9^<th> International Conference on Tritium Science and Technology (TRITIUM2010)
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂(奈良市)
  • Year and Date: 20101024-20101029
• [Presentation] LiAlO2における弾き出しエネルギーの閾値の評価 (2010)
  • Author(s): 土平広樹, 小田卓司, 田中知
  • Organizer: 日本原子力学会2010年秋の大会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌市)
  • Year and Date: 20100915-20100917
• [Presentation] 固体における高エネルギーイオンのホットアトム化学的過程に関する研究(XXII)-γ線照射した酸化リチウム中における照射欠陥消滅過程に関する研究- (2010)
  • Author(s): 宮原祐人, 小林真, 倉田理江, 押尾純也, 鈴木優斗, 濱田明公子, 松岡和志, 藤井俊之, 山名元, 大矢恭久, 奥野健二
  • Organizer: 日本放射化学会年会/第54回放射化学討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学(吹田市)
  • Year and Date: 20100900
• [Presentation] Molecular Dynamics Simulation of Threshold Displacement Energies in Lithium Aluminate (2010)
  • Author(s): Hiroki Tsuchihira, Takuji Oda. Satoru Tanaka
  • Organizer: 10^<th> International Conference on Computer Simulation of Radiation Effects in Solids (COSIRES-10)
  • Place of Presentation: Krakow, Poland
  • Year and Date: 20100619-20100623
• [Presentation] Li2TiO3における水素同位体の移行過程に関する研究 (2010)
  • Author(s): 倉田理江, 小林真, 濱田明公子, 松岡和志, 大矢恭久, 奥野健二
  • Organizer: 第8回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 高山市民文化会館(高山市)
  • Year and Date: 20100600
• [Presentation] Retention and desorption behavior of hydrogen isotopes in gamma-ray irradiated Li2TiO3 (2010)
  • Author(s): Akiko Hamada, Makoto Kobayashi, Rie Kurata, Masato Suzuki, Hajimu Yamana, Toshiyuki Fujii, Yasuhisa Oya, Kenji Okuno
  • Organizer: 19th Topical Meeting on the Technology of Fusion Energy
  • Place of Presentation: リビエラホテル(ラスベガス・USA)
  • Year and Date: 2010-11-11
• [Presentation] Role of energetic tritium chemistry on developing thermonuclear fusion reactors (2010)
  • Author(s): Kenji Okuno, Makoto Kobayashi, Rie Kurata, Yasuhisa Oya
  • Organizer: 26th Symposium on Fusion Technology
  • Place of Presentation: アルファンデガ会議センター(ボルト・ポルトガル)
  • Year and Date: 2010-09-30
• [Presentation] Dependence of gamma-ray dose on annihilation processes of irradiatior defects in Li2TiO3 (2010)
  • Author(s): Junya Osuo, Makoto Kobayashi, Rie Kurata, Akiko Hamada, Wanjing Wang, Toshiyuki Fujii, Hajimu Yamana, Tianyong Luo, Kaiming Feng, Yasuhisa Oya, Kenji Okuno
  • Organizer: 26th Symposium on Fusion Technology
  • Place of Presentation: アルファンデガ会議センター(ボルト・ポルトガル)
  • Year and Date: 2010-09-30
• [Presentation] Trapping and desorption behavior of hydrogen isotopes in gamma-ray irradiated Li2TiO3 (2010)
  • Author(s): Makoto Kobayashi, Wanjing Wang, Rie Kurata, Junya Osuo, Masato Suzuki, Toshiyuki Fujii, Hajimu Yamana, Kaiming Feng, Yasuhisa Ova, Kenji Okuno
  • Organizer: 3rd Japan-China Workshop on the tritium and breeding blanket technology
  • Place of Presentation: 雲南潰池温泉花園国際ホテル昆明・中国
  • Year and Date: 2010-06-21