液体ブランケットシステム構築に向けた溶融塩循環系での水素と熱の回収両立実験研究

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21246141
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 相良 明男 National Institute for Fusion Science, 炉工学研究センター, 教授 (20187058)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 室賀 健夫 核融合科学研究所, 炉工学研究センター, 教授 (60174322) ; 長坂 琢也 核融合科学研究所, 炉工学研究センター, 准教授 (40311203) ; 田中 照也 核融合科学研究所, 炉工学研究センター, 助教 (30353444) ; 菱沼 良光 核融合科学研究所, 炉工学研究センター, 助教 (00322529) ; 近藤 正聡 核融合科学研究所, 炉工学研究センター, 助教 (70435519)
• Keywords: 溶融塩ブランケット / 強制循環ループ / Flibe / Flinak / 燃料回収 / 熱交換器

Research Abstract

核融合炉ブランケットは炉心プラズマと対をなす総合装置である。即ち、炉心容器内壁の構成要素だけではなく、定常かつ安全にエネルギーを取り出す、炉外機器も含めた全体システムとしての総合装置である。核融合炉ブランケットの要素研究は進んでいるが、ブランケットシステムとしての複合挙動の実験研究は進んでいない。溶融塩Flibeの循環技術に関しては、1960年代に米国の液体燃料原子炉MSRで2万時間の豊富な運転実績とデータベースがある。他方、核融合炉では、強磁場環境、対真空片面高熱流除熱輸送、14MeV中性子照射、トリチウム増殖、等の全く未踏の領域に対応した新たな理化工学研究が必要となっている。当該研究では特に溶融塩ブランケットの循環条件での水素と熱の回収両立実験を世界で初めて行い、静的実験およびモデリングとの比較によって物理化学工学に渡る基礎的特性を明らかにする。これによってブランケット工学およびシステム統合技術の構築を飛躍的に前進させることを目指す。合わせて、高温融体科学の進展に貢献する。
平成21年度は、水素熱分離回収制御-1号機(Operational Recovery Of Separated Hydrogen and Heat Inquiry-1,Orosh^2i-1)の本体循環ループ(流速0.2～0.5m/s、運転温度600℃)、水素ガス分析装置、水素回収部(Ni製)を製作し、基本性能試験を行った。循環流動ポンプには、高温使用可能なマグネットカップリング型遠心ポンプを開発し応用した。流量計には、排圧パージ式差圧流量計を応用した。将来Orosh^2i-1で統合試験をするための要素研究として、プロトン導電性固体電解質センサー、ループ構造材料、先進水素透過材料、水素透過防止セラミクス被覆の試作評価、開発、及びFlinakの大量精製(3L)を行った。その結果、それぞれOrosh^2i-1への適用の基本的な見通しを得た。

Research Products

• [Presentation] 水素・熱分離回収実験溶融塩ループ Orosh^2i-1の製作と研究計画 (2010)
  • Author(s): 相良明男、長坂琢也、近藤正聡、田中照也、室賀健夫、渡邉崇、深田智
  • Organizer: 日本原子力学会「2010年春の大会」
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 20100326-20100328
• [Presentation] 水素・熱分離回収実験溶融塩ループ Orosh2i-1における水素回収部の検討 (2010)
  • Author(s): 長坂琢也、近藤正聡、相良明男、室賀健夫、渡邉崇、深田智、飯久保知人
  • Organizer: 日本原子力学会「2010年春の大会」
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 20100326-20100328
• [Presentation] トリチウム透過防止セラミックス被覆材料の腐食特性と伝熱特性 (2010)
  • Author(s): 渡邉崇、近藤正聡、長坂琢也、相良明男
  • Organizer: 日本原子力学会「2010年春の大会」
  • Place of Presentation: 茨城大学
  • Year and Date: 20100326-20100328
• [Presentation] Mechanical properties and corrosion behavior of hydrogen permeation materials for molten salt blanket system (2009)
  • Author(s): 長坂琢也, 近藤正聡, 相良明男, 室賀健夫
  • Organizer: Asia Plasma and Fusion Association in 2009
  • Place of Presentation: 日本、青森
  • Year and Date: 20091027-20091029
• [Presentation] Chemical stability and thermal conductive property of tritium permeation barrier materials for molten salt system (2009)
  • Author(s): 渡邉崇、近藤正聡、長坂琢也、相良明男
  • Organizer: Asia Plasma and Fusion Association in 2009
  • Place of Presentation: 青森
  • Year and Date: 20091027-20091029
• [Presentation] Hydrogen transport in Molten Salt Flinak Measured by Solid Electrolyte Sensors with Pd Electrode (2009)
  • Author(s): 大島智子, 近藤正聡, 田中照也, 室賀健夫, 相良明男
  • Organizer: 9th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
  • Place of Presentation: 中国、大連
  • Year and Date: 20091011-20091016
• [Presentation] Development of unti-corrosion coating on low activation materials against fluorida tion in Flibe blanket environment (2009)
  • Author(s): Takuya Nagasaka, Masatoshi Kondo, Takeo Muroga, Akio Sagara, Osamu Motojima
  • Organizer: 9th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
  • Place of Presentation: 中国、大連
  • Year and Date: 20091011-20091016
• [Presentation] Corrosion of RAFM JLF-1 steel in flowing Flinak (2009)
  • Author(s): Masatoshi Kondo, Takuya Nagasaka, Akio Sagara, Takeo Muroga, Naoki Fujii
  • Organizer: 9th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
  • Place of Presentation: 中国、大連
  • Year and Date: 20091011-20091016
• [Presentation] 溶融塩からの水素・熱回収両立試験及び高温水素透過材料の腐食挙動 (2009)
  • Author(s): 長坂琢也, 相良明男, 近藤正聡, 室賀健夫, 菱沼良光, 田中照也, 李艶芬, 大島智子, チャンドンシュン, 渡邉崇, 深田智
  • Organizer: 日本原子力学会「2009年秋の大会」
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 20090916-20090918