放射線環境下で動作するガスクロミック水素センサーの開発

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22560710
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 山本 春也 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (70354941)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉本 雅樹 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (90354943) ; 吉川 正人 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主席 (40354948)
• Keywords: 水素 / センサー材 / 光機能材料 / 三酸化タングステン / 放射線

Research Abstract

放射性廃棄物の貯蔵では、残留水分及び有機物の放射線分解によって発生する水素等の可燃性ガスモニタリング技術の開発が不可欠である。本研究では、放射線環境下で動作する光学式水素センサーの開発を目的に研究を実施している。具体的には、水素の吸蔵より可視光域の吸光度が変化する三酸化タングステン(WO_3)などの水素ガスクロミック層と水素分子を解離させるための白金(Pt)、パラジウム(Pd)等の金属触媒層と組み合わせた水素検知素子を作製し、さらに、ガンマ線、電子線、イオン照射による水素ガスクロミック特性への影響を系統的に調べ、光学式水素センサーを構成する最適な材料系の選定を進めている。平成22年度は、基板温度と基板の傾け角度を制御できる蒸着用基板ステージを製作し、既存のマグネトロンスパッタリング装置に組み込み、成膜中の基板温度(室温～450℃)、基板の傾け角度(0～80゜)をパラメータとしてSiO_2基板上に水素ガスクロミック層となる三酸化タングステン(WO_3)膜を作製した。その結果、成膜中の基板温度:350℃以上で結晶配向した柱状構造のWO_3膜が形成され、さらに、基板の傾け角度が60゜程度になると、SiO_2基板面垂直方向に対して20゜程度傾いた方向に柱状構造のWO_3が形成され、ガスとの接触に有利な凸凹な表面形状を有するWO_3膜が作製できることを見出した。次に基板温度:350℃、基板の傾け角度;60゜でWO_3膜を形成し、その表面にPtを蒸着して作製した水素検知素子(Pt/WO_3)に対して、^<60>Co線源を用いたガンマ線照射試験を実施し、その前後で濃度1%水素に対する水素検知性能を比較した結果、約1MGyのガンマ線照射では、Pt/WO_3の水素検知性能は影響されないことがわかった。