2010 Fiscal Year Annual Research Report
金属―水界面における双方向水素同位体移行挙動に関する同位体効果の解明
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21360458
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
林 巧 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究主幹 (70354678)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 博文 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究主幹 (20354615)
磯部 兼嗣 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究副主幹 (00354613)
小林 和容 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究副主幹 (40354609)
大矢 恭久 静岡大学, 理学部, 准教授 (80334291)
奥野 健二 静岡大学, 理学部, 教授 (80293596)
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| Keywords | 構造・機能材料 / 水素同位体 / 界面・表面物性 / 同位体効果 / 金属透過 / トリチウム / 鉄 / 酸化膜 |
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| Research Abstract |
本研究は、金属-水界面での双方向水素移行挙動に関する同位体効果に焦点をあて、特に水状の水素同位体が金属界面でどのように振舞うのかを、高純度トリチウム(^3H)及び重水素と純鉄を用いた実験系と、数値計算機的手法を組み合わせて明らかにしようとするものである。
今年度は、昨年度に準備した内面に金メッキを施した高温耐圧水容器と重水を用い、本格的に「水側から金属試験体へ移行する水素同位体の挙動」を調べるとともに、界面での水素同位体挙動に影響を与え得る水ラジカルの挙動を調べるための準備として、ガンマ線模擬体系での電子スピン共鳴(ESR)分析を試みた。以下に具体的成果を示すが、この成果は、国内外の学会で報告し論文化した。
1. 高温耐圧水容器に重水を入れ、300℃、15MPa(He加圧調整下)にて、容器内に設置した純鉄配管の内側へ移行する重水素量及び移行速度の経時変化と、表面酸化(腐食)の関係を確認した。
2. 結果、150℃以上に昇温すると、十分有意な重水素ガスの透過が四重極質量分析計により観測された。300℃で定常温度になると供に透過量が減少するが、ほぼ定常的な透過が観測できた。この定常値には温度依存性が観測でき、その活性化エネルギーは約40kJ/molであった。
3. 実験後の純鉄配管試料には、Schikorr反応にて界面に生成した酸化物層が目視できた。容器内の重水素分析等により、生成した重水素の約85%が金属中に移行し透過したことが判明した。
4. 静岡大にて、Co60ガンマ線源を用いた模擬体系(2630Gy,77K)により、水ラジカルのESR分析を試み、O_2、HO_2、O^-やHOなどのラジカル種の生成を確認した。
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