D-T燃焼放電プラズマ中性子源の実験研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25289340
• Research Institution: Kansai University
• Principal Investigator: 大西 正視 関西大学, システム理工学部, 教授 (80089119)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大澤 穂高 関西大学, システム理工学部, 助教 (30351498) ; 山本 靖 関西大学, システム理工学部, 教授 (50158309)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 放電プラズマ核融合中性子源 / D-T反応 / D-D反応 / トリチウム安全 / 密封装置 / サエスゲターポンプ / H-D-T存在比 / 四重極質量分析器

Outline of Annual Research Achievements

放電型プラズマ核融合中性子源（IECF）は小型で簡便な中性子源として注目されている。現在、D-D反応を用いて10の７乗(1/sec)程度の中性子を生成できている。より広い応用を目指すには、10の10乗以上の中性子生成率が要求される。中性子生成率を増加させる方法として、燃料として重水素（D)・三重水素(T,トリチウム）の混合ガスを用いることである。しかし、トリチウムは放射性同位元素であり、取り扱いの安全性が課題である。本研究の目的はIECF中性子源でD-T燃料を用いたとき、理論どうり中性子生成の増大が達成できるか、同時にその安全性が確保できるかを実証することである。
サエスゲッターポンプにより燃料ガスの供給・排気を行わせる密封型IECF装置を開発した。その装置にD-T混合比93%:7%の燃料ガスを用いて、実験を行った。装置は完全非密封で動作し、中性子生成率はD燃料の約8倍の増加を得た。その増加率は理論で予測される値と一致した。D-Tガス動作のあと、CuOを用いて水素を水（蒸気）に変換し、水バブラーにより回収した。回数率は95%以上を達成し、環境に影響を与えないレベルであることを確認し、安全性が確保できることを実証した。
この結果から、D-T混合比50%:50%のガスを用い、フルスペックで動作させることにより、開発した装置で10の9乗後半の中性子生成率が達成できることを明らかにした。
課題として、サエスゲターポンプにおいて、大気が混入すればその水成分がゲター内で水素・酸素に分解し、軽水素が燃料ガスに混入し、D-T燃料を希釈させるため中性子生成率が低下する。運転準備段階での大気の混入を防ぐ方策が重要である。また、装置運転中、四重極質量分析器を用いて窒化水素の質量スペクトルからH-D-T存在比を同定する手法の開発に成功した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Wisconsin/University of Illinois(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Wisconsin/University of Illinois
• [Journal Article] Tritium burning in inertial electrostatic confinement fusion facility (2016)
  • Author(s): M.Ohnishi, Y.Yamamoto, H.Osawa, Y. Hatano, Y. Torikai, I. Murata, K. Kamakura, M. Onishi, K. Miyamoto, H. Konda, K. Masuda, E. Hotta
  • Journal Title: Fusion Engineering and Design Volume: 10.025 Pages: 1,6
  • DOI: 10.1016
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Tritium burning in inertial electrostatic confinement fusion facility (2015)
  • Author(s): M. Ohnishi, Y. Yamamoto, Y. Hatano, Y. Torikai, I. Murata, K. Kamakura, M. Onishi, K. Miyamoto, H. Konda, K. Masuda, E. Hotta
  • Organizer: 17th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • Place of Presentation: 東京工大
  • Year and Date: 2015-10-27 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ｔｈｅ Ｄ－Ｔ ｂｕｒｎｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ＩＥＣＦ ｉｎ Ｊａｎｕａｒｙ ２０１５ (2015)
  • Author(s): Y. Yamamoto, M. Ohnishi, H. Osawa, K. Miyamoto, H. Konda, M. Onishi, T. Kato, K. Masuda, Y. Hatano, I. Murata
  • Organizer: 17th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • Place of Presentation: 東京工大
  • Year and Date: 2015-10-27 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Issues on D-T experiments (2015)
  • Author(s): H. Osawa, K. Miyamoto, M. Onishi, H. Konda, Y. Yamamoto, M. Ohnishi
  • Organizer: 17th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • Place of Presentation: 東京工大
  • Year and Date: 2015-10-27 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gasa analysis on D-T operation (2015)
  • Author(s): K. Miyamoto, H. Konda, K. Kamakura, M. Onishi, Y. Matsuyama, H. Osawa, Y. Yamamoto, M. Ohnishi, Y. Hatano
  • Organizer: 17th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • Place of Presentation: 東京工大
  • Year and Date: 2015-10-27 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gas supply/pressure control system in the sealed IECF device for D-T burning experiments (2015)
  • Author(s): K. Konda, Y. Yamamoto, M. Ohnishi, H. Osawa, K. Miyamoto, Y. Matsuyama, K. Masuda, I. Murata
  • Organizer: 17th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • Place of Presentation: Madison, University of Wisconsin (USA)
  • Year and Date: 2015-10-27 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Records of D-T burning experiments in the IECF (2015)
  • Author(s): Y. Matsuyama, Y. Yamamoto, M. Ohnishi, H. Osawa, K. Miyamoto, H. Konda, M. Ohnishi, I. Murata
  • Organizer: 17th US-Japan Workshop on Inertial Electrostatic Confinement Fusion
  • Place of Presentation: 東京工大
  • Year and Date: 2015-10-27 – 2015-10-30
• [Presentation] D-T burning experiments in Inertial Electrostatic Confinement Fusion (2015)
  • Author(s): M. Ohnishi, Y. Yamamoto, H. Osawa, Y. Hatano, Y. Torikai, I. Murata, K. Kamakura, M. Onishi, K. Miyamoto, H. Konda, K. Masuda, E. Hotta
  • Organizer: 12th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Das/supply/pressure control system in th sealded IECF device for D-T burning (2015)
  • Author(s): H. Konda, Y. Yamamoto, M. Ohnishi, H. Osawa, K. Miyamoto, K. Masuda, Y. Hatano, I. Murata
  • Organizer: 12th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Discharge characteristics of hydrogen isotopesin sealed inertial electrostatic confinement fusion device (2015)
  • Author(s): K. Miyamoto, K. Konda, H. Osawa, Y. Yamamoto, M. Ohnishi, Y. Hatano
  • Organizer: 12th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neutron production rate of inertial electrostatic confinement fusion device with deuterium-tritium gas (2015)
  • Author(s): H. Osawa, K. Miyamoto, H. Konda, Y. Yamamoto, M. Ohnishi, Y. Hatano
  • Organizer: 12th Int. Symp. Fusion Nuclear Technology
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research