2014 Fiscal Year Research-status Report

大気圧高周波放電によるプラズマ化学反応を用いたトリチウムの除染

Research Project

Project/Area Number	25420891
Research Institution	National Institute for Fusion Science
Principal Investigator	西村清彦核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00180638)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	田中将裕核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00435520)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2017-03-31
Keywords	高周波放電 / 大気圧放電 / 高効率入射 / 整合回路 / 高電力入射
Outline of Annual Research Achievements	平成25年度は、放電容器、放電電極を設計・製作し、既存の高周波電源、高周波整合器を利用して大気圧高周波グロー放電用の装置を組み上げた。同時に、ガス導入システム、分光計測用の分光器の準備も進めた。既存の整合器を用いて整合をとることにより、150Wの高周波電力を95%以上の高率で入射することができた。しかしながら、わずかに回路条件や放電条件が変わるだけで、整合が大きくずれてしまい、再び整合条件を見つけるのにかなりの時間を要した。そこで、平成26年度には、実験の後列を上げるため、整合条件を容易に見つけることができるネットワークアナライザーを購入した。ネットワークアナライザーを用いることにより、整合器を調整することによる放電回路定数の変化をリアルタイムで知ることができ、短時間で回路および整合器を調整することができるようになった。150Wの電力を入射して大気圧放電実験を開始したところ、高周波電力入射からプラズマが点火するまでの間に印可した電力が電極の絶縁部分に集中して絶縁破壊を起こし、絶縁部が破損した。そこで、電極の絶縁部分を耐電圧が高く放熱性能の良い大電流入力用のものに交換し、システム全体を再設計して組み立てた。その結果、高周波電力を長時間入射しても、絶縁破壊を起こすことはなくなった。並行して、ガス導入システム、ガス排気システム、ガス分析システム、分光計測システムの準備を進めている。平成27年度からは、除染に係る実験を進めていく予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 研究の中心となる大気圧グロー放電装置の高周波電源は、既存の　周波数13.56 MHz、最大出力：1.2 kW定常　のものを流用した。放電電極には、平板電極を設計・製作して、容器との間に絶縁スリーブを介して放電容器にとりつけた。高周波電源と電極は、既存の整合器を介して接続したが、高効率で電力を入射するためには、インダクタンスが不足していたので、別途コイルを製作して回路中に挿入して、整合が取れるように回路を改良した。この調整に予定以上に時間がかかったため、平成２６年度にネットワークアナライザーを購入した。ネットワークアナライザーにより、短時間で回路および整合器を調整することができるようになった。150Wの電力を入射して大気圧放電実験を開始したところ、高周波電力入射からプラズマが点火するまでの間に印可した電力が電極の絶縁部分に集中して絶縁破壊を起こした。そこで、電極の絶縁部分を耐電圧が高く放熱性能の良い大電流入力用のものに交換し、システム全体を再設計して組み立てた。その結果、高周波電力を長時間入射しても、絶縁破壊を起こすことはなくなった。再組み上げと並行して並行して、ガス導入システム、ガス排気システム、ガス分析システム、分光計測システムの準備を進めてきた。絶縁破壊という予定外のアクシデントにより、設計変更して再組み上げをするのに時間がかかり、平成２７年度中に予定していた発光分析を行うことができなかった。
Strategy for Future Research Activity	均一なグロー放電を点けて、高分解能分光計測機を用いて、分光計測による発光スペクトルを測定し、振動温度や回転温度(近似的にガス温度に相当する)、電子温度の診断、反応粒子種の道程を行い、反応基礎課程解明の準備を進める。除染対象となる水素を吸着させた資料を作成し、装置に導入して高周波グロー放電による除染を行い、分光計測により反応過程の解明を進める。また、分光計測により水素同位体比とその時間発展を測定し、水素同位体挙動の診断手法を確立していく。分光計測と同時に、計測の効率を上げるために、ガスサンプラーによるガス分析も並行して行うことを計画している。
Causes of Carryover	当初、購入を予定していた最近の型のネットワークアナライザーは高性能ではあるが高価であったが、少し古い型ではあるが当方の要求している性能を十分満たしており、現販売価格が安価な製品を紹介され、比較検討した結果、後者を購入したため、予算に余裕が生じた。
Expenditure Plan for Carryover Budget	計画がやや遅れ気味なので、測定の効率を上げるために、既存のガスサンプラーに自動計測用の装置（自動ガスサンプラー）を取り付けて、分光器計測と並行して行う予定である。従って、繰り越した助成金は「自動ガスサンプラー」の購入に充てる予定である。