2023 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマを用いたトリチウム化水素化合物ガスの分解によるトリチウム抽出法
| Project/Area Number |
21K13899
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
大宅 諒 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (10804750)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 水素化合物ガス / プラズマ分解法 / トリチウム抽出 / 燃料循環システム |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、核融合炉の燃料循環システムの要素機器として、プラズマを用いた水素化合物ガスの分解によるトリチウム抽出法の有効性を明らかにする。そのために、(1)最適なプラズマ条件を探索し、(2)副生成物の堆積を低減する手法を検討して、高効率の長時間維持を目指す。また、(3)核融合実験装置からの真空排気ガスを想定した実証実験を行う。
昨年度に実施した炭素堆積下の水蒸気分解実験により、容器内壁への炭素堆積が、プラズマによる水蒸気の分解を促進させることを示した。また、電子衝突断面積を用いた解析と各ガス種分圧の定量評価を行い、その原因を調べた。その結果、副生成物の酸素が容器壁の炭素と結合して、プラズマ中の酸素が減少し、酸素原子と水素分子の再結合反応（分解の逆反応）を抑制されることが示唆された。
今年度は、炭素堆積の代わりに、酸素吸着金属として銅板を容器内に設置し、水蒸気の分解実験を実施した。その結果、水蒸気の分解率は、銅板の無い場合に比べ減少した。これは、副生成物の酸素によって銅板表面に酸化銅は形成されたが、同時に水素により酸化銅が還元されてしまい、抑制効果が相殺されたためと考えられる。このことは、酸化物が二酸化炭素のように気体状であることの重要性（素早く排気されるため）を示し、水蒸気分解における炭素堆積の有効性が確認された。
また、核融合実験装置からの主たる真空排気ガスとなる、メタンと水蒸気の同時分解実験を実施した。その結果は、メタンの高い分解率を示すとともに、水蒸気の分解率が更に向上することが確認された。酸素と炭素の結合反応が、容器壁だけでなく、プラズマ中でも生起するためと考えられる。このことは、水蒸気と炭化水素は分離せずにまとめて分解した方が、共に高い分解率が持続されることを示す。また一方で、ガス種の分離工程が必要な従来の分解に比べて、本研究で提案するプラズマ分解法の優位性も示す。
|
