2014 Fiscal Year Annual Research Report
炉内材料の表面堆積物によるトリチウム保持機構の解明
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25289335
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
松山 政夫 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 教授 (90135004)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | トリチウム / 保持量 / その場測定 / BIXS / 核融合炉 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉では大量かつ高濃度のトリチウムが燃料として使用される。このため炉内材料は色々なエネルギー状態のトリチウムに曝され、一部は材料の表面層に吸着・吸収・捕獲される。このようなトリチウムの移動性は安全性の観点から特に注意を要する。即ち、表面層に保持されたトリチウムの一部は、材料内部への拡散のみならず、室温のような低温においても容易に表面から脱離し得ることである。特に、プラズマ対向材料の表面は、高エネルギー粒子による化学的・物理的スパッタリングを受けて損耗と同時に堆積物の成長が起こり、材料表面の物理的・化学的性質が当初の状態から変化する。この様な変化はトリチウムの捕獲・脱離挙動に大きな影響を与える可能性がある。
このような観点より、本研究では炉内での粒子制御やメンテナンス作業時における安全対策の検討に資するための基礎的データベースの構築を目的として、表面改質を受けた材料表面のトリチウム捕獲･脱離挙動を評価するための新規のBIXS測定装置の開発とその適用性を調べる。従来、このような測定において大きな問題点はトリチウム曝露後に試料を一旦大気中に取り出してトリチウム保持量の測定が行われていたことである。即ち、トリチウム曝露後に試料を大気にさらすことにより、試料表面の化学的状態の変化が起こり、トリチウムの保持量や保持状態が当初とは異なる可能性があり、炉内でのトリチウム保持挙動とは異なる結果を示す可能性がある。そこで、本年度は前年度の設計に基づき、加熱排気からトリチウム曝露及びBIXS測定までの一連の操作おいて試料を大気にさらすことなく真空装置内で測定するための新規のBIXS測定装置を構築した。次いで、トリチウム曝露試料を用いて当該装置の基本的な性能試験を行い、当初の要求性能を満たしていることを確認した。
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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
平成２６年度は、大きく分けて下記の４項目に関して精力的な検討がなされた。
（１）新規BIXSシステムに適用予定のＸ線スペクトル測定用検出器（Silicon Drift Detector:SDD）の大気圧下における動作確認及び既存のGe半導体検出器との比較、（２）SDD検出器をトリチウム曝露装置及び試料移動装置と接続した後に真空条件下での動作確認、（３）上記の動作確認を行うためのトリチウム吸着・吸収試料の調製及びＸ線スペクトルの測定・評価及び（４）安全性を確保したトリチウムガスの供給・回収装置と試料移動装置との接続を検討。
先ず、購入した新規BIXSシステム用SDD検出器の基本性能を確認するために、既存のBe窓製BIXSシステムと同様の環境条件において測定を行った。即ち、大気圧下でのアルゴンガス流通下においてトリチウム吸着試料の測定を実施し、Ｘ線スペクトルを取得した。その結果、既存のBe窓製BIXSシステムよりも低エネルギー領域（約0.2 keV）から測定が可能であり、かつエネルギー分解能も優れていることが判明し、本SDD検出器が新規BIXSシステムに適用可能であることを確認した。次いで、SDD検出器を接続するためのトリチウム曝露装置及び曝露試料移動装置の組み立てを行い、真空状態と共に所定圧のアルゴンガス中において測定可能となるトリチウム曝露試料のin-situ分析用新規BIXSシステムを構築した。真空中でのＸ線スペクトル測定を評価するために、トリチウムを含むSS316鋼、Zr及びZr-Ni合金等の試料を用いてＸ線スペクトル測定を行い、各試験材料の構成原子に対応するＸ線スペクトルを取得できた。これらより従来と同様のアルゴンガス及び真空雰囲気でのBIXS測定が可能となり、当初の計画通り材料表面の構成原子とトリチウム保持挙動との関連性を評価し得る研究体制の準備ができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度は、先ず、トリチウムガスの供給・回収装置と試料移動装置との接続に関する前年度の検討結果に基づき、トリチウムガス供給・回収装置を製作して両者の接続を行い、真空システムを立ち上げる。これにより当初に目標としたトリチウム吸着・吸収試料のin-situトリチウム量評価試験システムが完成する予定である。
引き続き、完成した当該システムを用いて本格的な研究を推進する。先ず、超高真空条件下で処理した試料にトリチウムガスを曝露してBIXS測定を行い、得られたX線スペクトルの解析を行う。なお、スペクトル測定は一定時間ごとに行い、その変化を追跡し、表面トリチウム量の変化を調べる。これらの一連の測定は清浄表面を有する金属材料に対するトリチウム保持量評価の基準となる。
この様な清浄表面におけるトリチウム挙動を基準とし、プラズマ曝露された表面堆積物を有する試料を所定温度でトリチウムに曝露する。この後、この試料を大気に晒すことなく、本研究で製作された高感度な新規BIXSシステムによって表面に保持されているトリチウム量の経時変化を調べる。これにより先の清浄表面を有する金属材料に対する測定結果との比較を行い、トリチウム保持に対する表面堆積物の影響を検討する。
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| Causes of Carryover |
前年度に検討を行ったトリチウムガス供給・回収装置を本年度製作し、試料移動装置との接続を図るために平成２６年度での基金の使用を抑制した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２７年度に使用可能な基金と補助金の一部を充当してトリチウムガス供給・回収装置等を製作し、前年度までに構築したトリチウム曝露装置及び試料移動装置との接続を図り、新規BIXSシステムを完成する計画である。
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Research Products
(4 results)
