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

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21246141
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 相良 明男 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (20187058)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 室賀 健夫 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (60174322) ; 長坂 琢也 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40311203) ; 田中 照也 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30353444) ; 菱沼 良光 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (00322529) ; 近藤 正聡 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 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

当該研究では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、物理化学工学に渡る基礎的特性を明らかにするとともに、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している。
H22年度は、溶融塩ループ"Orosh^2i-1"の本体循環ループの製作を完了し、80℃の温水を用いた低温領域での遠心ポンプの性能試験およびループ循環試験を実施した。ループに用いる作動流体である溶融塩LiF-NaF-KF(Flinak)中への水素チャージ方法として、水素ガス吹き込み法を検討し、静止場のFlinak(600℃)中へのバブリング試験を実施した。溶融塩中の気泡の挙動や、気泡との水素輸送特性を理解した上で、ループ運転温度600℃における低い気泡レイノルズ数(Re=67.6)条件の総括水素輸送係数(h=1.5x10^<-3>m/s)を獲得した。一方、アルゴンガスを用いてバブリングにより水素を回収する場合は、水素チャージよりも低い輸送係数が示唆された。この水素チャージ試験においては、固体電解質水素センサーを用いてパージガス中の水素分圧測定を長時間実施し、測定の応答性や安定性を確認した。
また、ループ装置からの水素回収試験を行うために、HFによる腐食に強く、水素透過データが比較的豊富な純Niを水素透過壁材料として選択し、水素回収モジュールの設計・製作を行った。他に、V,Nb,Ta系の先進水素透過材料の特性評価を行った。ループ装置に接続予定の回収ガス分析装置については、性能試験を実施し、溶融塩Flinakを1000℃まで加熱して質量分析器による放出ガス分析が可能であることを確認した。ループ装置おいて高温溶融塩からの水素漏洩を抑制するためのセラミック被覆については、MOCVD法の原料錯体ガス導入法を工夫することにより、ステンレス円管内に酸化エルビウム被覆を均一に施すことに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Development of anti-corrosion coating on low activation materials against fluoridation and oxidation in Flibe blanket environment (2010)
  • Author(s): T.Nagasaka, M.Kondo, T.Muroga, A.Sagara, O.Motojima, T.Tsutsumi, T.Oishi
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: 85 Pages: 1261-1265
  • DOI: DOI:10.1016 / j.fusengdes.2010.03.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Corrosion characteristic of AlN, Y2O3, Er2O3 and Al2O3 in Flinak for molten salt blanket system (2010)
  • Author(s): T. Watanabe, M. Kondo, T. Nagasaka, A. Sagara
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 9 Pages: 342-347
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen transport in molten salt Flinak measured by solid electrolyte sensors with Pd electrode (2010)
  • Author(s): Tomoko Ohshima, Masatoshi Kondo, Masahiro Tanaka, Takeo Muroga, Akio Sagara
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design 85 Volume: 85 Pages: 41-50
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study on Pd membrane Electrode in Solid Electrolyte Hydrogen (Isotope) Sensor for Application to Liquid Blankets (2010)
  • Author(s): Tomoko Oshima, Masatoshi Kondo, Masahiro Tanaka, Takeo Muroga
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 5 Pages: S1034-1-S1034-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High temperature muchanical properties of pure and alloyed group 5 metals in view of their application as tritium permeation materials
  • Author(s): T.Nagasaka, T.Muroga, A.Sagara, H.Yukawa, T.Nambu
  • Journal Title: Fusion Science and Technology Volume: (掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 水素・熱回収両立試験溶融塩ループOrosh2i-1における水素回収部の設計と製作 (2011)
  • Author(s): 長坂琢也, 田中照也, 近藤正聡, 相良明男, 室賀健夫, 渡邉崇, 深田智, 湯川宏, 南部智憲
  • Organizer: 日本原子力学会「2011年春の年会」
  • Place of Presentation: 福井大学
  • Year and Date: 20110327-20110329
• [Presentation] Nitriding treatment of reduced activation ferritic steel as functional layer for liquid breeder blanket (2010)
  • Author(s): M.Kondo, T.Watanabe, T.Tanaka, A.Sagara
  • Organizer: 20th International Toki Conference (ITC-20)
  • Place of Presentation: 土岐
  • Year and Date: 20101207-20101210
• [Presentation] 水素透過材料の高温機械特性 (2010)
  • Author(s): 長坂琢也, 室賀健夫, 相良明男
  • Organizer: 第27回プラズマ・核融合学会年会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 20101130-20101203
• [Presentation] Plenary Talk "IMPACT OF BURNING PLASMA ON FUSION TECHNOLOGY DEVELOPMENT" (2010)
  • Author(s): Akio Sagara, Yasuji Kozaki, Masahiro Tanaka, Takuya Goto
  • Organizer: 19th Topical Meeting on the Technology of Fusion Energy
  • Place of Presentation: 米国・ラスベガス
  • Year and Date: 20101107-20101111
• [Presentation] High temperature mechanical properties of group 5 metals and their alloys for tritium permeation materials (2010)
  • Author(s): T.Nagasaka, T.Muroga, M.Kondo, A.Sagara
  • Organizer: 9th International Conference on Tritium Science and Technology
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 20101024-20101029
• [Presentation] Flow assisted corrosion and Erosion corrosion of RAFM steel in liquid breeders (2010)
  • Author(s): Masatoshi Kondo, Takeo Muroga, Akio Sagara, Tsisar Valentyn, Akihiro Suzuki, Takayuki Terai, Minoru Takahashi, Naoki Fujii, Yukihiro Yokoyama, Hiroshi Miyamoto, Eiji Nakamura
  • Organizer: 23nd IAEA Fusion Energy Conference
  • Place of Presentation: Daejeon, Korea
  • Year and Date: 20101024-20101029
• [Presentation] Nitrides as tritium barrier materials for blanket system (2010)
  • Author(s): Takashi Watanabe, Masatoshi Kondo, Takuya Nagasaka, Akio Sagara
  • Organizer: 26th Symposium on Fusion Technology
  • Place of Presentation: Porto, Portugal
  • Year and Date: 20100927-20101001
• [Presentation] Flow assisted corrosion and Erosion corrosion of RAFM steel in liquid breeders (2010)
  • Author(s): Masatoshi Kondo, Takuya Nagasaka, Akio Sagara, Takeo Muroga, Valentyn Tsisar, Takayuki Terai, Minoru Takahashi, Yukihiro Yokoyama, Hiroshi Miyamoto, Eiji Nakamura, Naoki Fujii
  • Organizer: 26th Symposium on Fusion Technology (26th SOFT)
  • Place of Presentation: Porto, Portugal
  • Year and Date: 20100927-20101001
• [Presentation] Flow assisted corrosion and Erosion corrosion of RAFM steel in liquid breeders (2010)
  • Author(s): Masatoshi Kondo, Takuya Nagasaka, Akio Sagara, Takeo Muroga, Valentyn Tsisar, Takayuki Terai, Minoru Takahashi, Yukihiro Yokoyama, Hiroshi Miyamoto, Eiji Nakamura, Naoki Fujii
  • Organizer: International workshop on liquid metal breeder blankets
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
  • Year and Date: 20100923-20100924
• [Presentation] 核融合炉液体ブランケットの高温長寿命化を目指した共存性改善に関する研究 (2010)
  • Author(s): 近藤正聡, Tsisar Valentyn, 長坂琢也, 室賀健夫、相良明男
  • Organizer: 2010年プラズマ核融合学会年会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] 溶融塩ブランケットシステムへの窒化物被覆の応用 (2010)
  • Author(s): 渡邉崇, 近藤正聡, 相良明男
  • Organizer: 2010年プラズマ核融合学会年会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] 液体増殖ブランケット用固体電解質水素センサーを用いた溶融塩Flinakの水素溶解挙動の研究 (2010)
  • Author(s): 大島智子, 近藤正聡, 田中将裕, 室賀健夫, 相良明男
  • Organizer: 2010年プラズマ核融合学会年会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] ディップコーティング法による液体ブランケット用Er_2O_3被覆の開発 (2010)
  • Author(s): 田中照也、チャン・ドンシュン、菱沼良光、室賀健夫
  • Organizer: 第8回核融合エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 高山文化会館
  • Year and Date: 2010-06-10
• [Presentation] 液体ブランケットの熱・水素回収制御のための界面熱伝達機構の研究 (2010)
  • Author(s): 渡邉崇、近藤正聡、長坂琢也、相良明男
  • Organizer: 2010年エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 高山文化会館
  • Year and Date: 2010-06-10
• [Presentation] 液体燃料増殖材流動場における共存性評価と腐食機構のモデリング (2010)
  • Author(s): 近藤正聡, Tsisar Valentyn, 長坂琢也, 室賀健夫、相良明男、高橋実、鈴木晶大、寺井隆幸、横山幸弘、宮本博、中村英次、藤井直樹
  • Organizer: 2010年エネルギー連合講演会
  • Place of Presentation: 高山文化会館
  • Year and Date: 2010-06-10