2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design and production of tritium production test modules for irradiation test using High Temperature engineering Test Reactor
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21H01065
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松浦 秀明 九州大学, 工学研究院, 准教授 (50238961)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片山 一成 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90380708)
大塚 哲平 近畿大学, 理工学部, 准教授 (80315118)
濱本 真平 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高温ガス炉研究開発センター, 研究副主幹 (90435610)
後藤 実 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 炉設計部, マネージャー (60414546)
中川 繁昭 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高温ガス炉研究開発センター, 研究主幹 (40414544)
石塚 悦男 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高温ガス炉研究開発センター, 課長 (70355006)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | トリチウム / 高温ガス炉 / 核融合原型炉 / HTTR / リチウム装荷試験体 / ジルコニウム / ニッケル被覆 / アルミナ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原型炉初期保有及び炉工学試験用トリチウム（Ｔ）調達法として高温ガス炉を用いたＴ製造法を検討している．HTTRを用いたＴ製造実証試験に向け，試験体，試験法，試験後Ｔ計測法を明確にすることを目的に下記(1)～(4)を実施した．
(1)アルミナ円柱キャプセルの製作：水素吸収用にニッケル（Ni）被覆ジルコニウム（Zr）粒子及び高密度アルミナ円柱キャプセルを試作した．試作したアルミナ容器に，リチウムアルミニウム酸化物（LiAlO2）及びNi被覆Zr粒子を装荷した状態で600℃に加熱して３日間保持した後，アルミナ容器外部の水素圧力を観測することで，その封止性能を確認した．
(2) Ni被覆チタン（Ti）粒子の水素吸収性能に関する検討：LiAlO2共存下においてNi被覆したTi粒子による水素吸蔵特性を確認した．Ni被覆厚さ（0.3～3ミクロン）には依存せず，Ni被覆Ti粒子中の見かけの水素拡散係数は純Tiの水素拡散係数の1/100程度であることがわかった．また，LiAlO2を予水素処理することにより，Ni被覆Ti粒子の水素吸蔵特性を改善できることがわかった．
(3)照射後試料Ｔ測定法の検討：水バブラーと酸化銅を組み合わせることで，水蒸気状Ｔ（HTO）と水素状Ｔ（HT）を弁別測定可能なＴ測定装置を作製した．LiAlO2の模擬試料としてLi2TiO3を準備し，京大炉で中性子照射した後，九大にてＴ放出実験を行った．Arガスパージでは，ほとんどのＴがHTOとして放出されることがわかった．
(4)HTTR炉心中性子マップの作成： HTTRを用いたＴ製造試験の検討に資するために，HTTR炉内の中性子束空間分布を示す中性子束マップを作成した．一般的に，原子炉内の中性子束空間分布は燃焼に伴い変化するため，HTTRの3次元炉心モデルを作成して炉心燃焼計算を行い，燃焼日数別にHTTRの炉内中性子束マップを作成した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は(1)HTTR照射試験で使用するアルミナ円柱キャプセル及びキャプセルに装荷するＴ吸収体としてのNi被覆Zr粒子を試作，(2)リチウム装荷体内の水素分圧を下げその閉じ込め性能を高めるために装荷するNi被覆粒子の水素吸収性能に関する基礎性能を調べるための検討，(3)照射後試料を分析しＴを測定するための方法の検討，(4)照射試験で重要なパラメータとなる炉内中性子マップの作成の実施の各項目を掲げ，それぞれの担当者が目標を立てて研究に取り組んだ．上述の通り，どの課題についても概ね当初予定した検討を実施して有益なデータを得ている．現時点で特に大きな問題は存在せず，当初の目的に沿って進展していると考えられるため，このように判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度は，HTTRを用いた照射試験に向け，その試験工程及びスケジュールを明確にし，試験に向けた準備を進めることに重点を置き，各研究担当者がそれぞれの課題に対して検討を進める．
まずは(1)HTTRにおけるＴ製造実証試験の計画立案に資するために，炉心領域毎に熱群及び高速群の中性子束に基づき装荷LiによるＴ生成量を求め，実証試験実施時のHTTRの１次冷却設備中を循環するＴの循環量を評価する．
並行して(2)照射後試料Ｔ測定法の検討試験後のＴ測定法について，昨年度作製したＴ測定装置を用いて，京大炉で中性子照射したLiAlO2を試料としたＴ加熱放出実験を行い，放出化学形や放出温度を明らかにする．また，加熱後試料を酸溶解し，残留Ｔ量の分析を行う．これらの結果に基づき，Ｔ測定法の最適化を図る．
照射試験で使用する試験体としてのアルミナ円柱キャプセルの製作に対しては，(3)昨年度試作した試験体におけるNi被覆Zr粒子の水素吸収性能の測定精度を高める．試験体の性能（Ｔ封止性能，Ni被覆Zr球の水素吸収性能）を評価する．評価した性能に基づいて具体的な試験方法や試験体の構成を固める．
さらに，令和４年度はＴ閉じ込め性能が高まると期待される(4)Li化合物をチタンまたはZrバルク中に内包するサーメット型水素吸蔵試験体についても検討を進める．LiAlO2表面にニッケル被覆を行い，TiまたはZrバルク中に内包するサーメット型水素吸蔵試験体を作製し，水素吸蔵能を調べる．
上記の各研究者による検討の進展状況を相互に確認しつつ，HTTRの実証試験へ向けた準備を進める．
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