活性気液吸着交換材を充填した蒸留塔におけるトリチウム水濃縮分離の高効率化の研究

• 研究課題/領域番号: 15K14281
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 核融合学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 深田 智 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (50117230)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: トリチウム / 蒸留 / 吸着 / 同位体分離係数 / 同位体交換 / ヒートポンプ / トリチウム水 / 同位体分離 / 気液分散

研究成果の概要

放射性同位元素トリチウムを含む水の除染処理のため、活性気液吸着交換材を充填した蒸留塔による同位体分離操作を実験的かつ解析的に検討した。従来トリチウム水分離方法として、水蒸留法は触媒を使わず大量トリチウム分離に適しているが、同位体分離係数が小さく大規模分離に適用するには大量のエネルギーが必要であるとの認識が高かった。本研究では、メソ孔水分吸着時の同位体効果の高いゼオライトを蒸留塔金属充填材表面に被覆した全く新たな同位体分離方法を提案し、ヒートポンプ方式で放射性トリチウム分離を実施し、多数の査読つき英語論文とともに国際特許に出願し、核融合炉および福島１Fのトリチウム水濃縮分離に繋がる成果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Tritium water distillation assisted with adsorption and isotopic exchange (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Miho, Satoshi Fukada, Tomohiro Motomura, Satoru Hirano, Jyunji Mizutani
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 71 号: 3 ページ: 726-732
  • DOI: 10.1080/15361055.2017.1291235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient Behavior in Water Distillation Tower for Tritium Separation and Its Long-time Operation Test Results (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Miho, Satoshi Fukada, Mitsuki Arimoto, Takaho Takeuchi, Tomohiro Motomura, Junji Mizutani and Satoru Hirano
  • 雑誌名: Journal of Power and Energy Engineering 巻: 5 号: 03 ページ: 1-17
  • DOI: 10.4236/jpee.2017.53001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Disposal procedure for contaminated surface of tritium handling facility in the decommissioning operation (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Takeishi, Kazuya Furuichi, Kazunari Katayama, Ryotaro Yamamoto, Yoshiya Kawabata, Satoshi Fukada
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 128 ページ: 231-234
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2017.04.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of tritium in tungsten deposition layer by imaging plate technique after exposure to gaseous tritium (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Noguchi, K. Katayama, Y. Torikaia, N. Ashikawa, A. Taguchi, S. Fukada
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 124 ページ: 257-261
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2017.04.076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of Tritium Permeation Rate to Cooling Water in Fusion DEMO Condition (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Katayama, Youji Someya, Kenji Tobita, Hirofumi Nakamura, Hisashi Tanigawa, Makoto Nakamura, Nobuyuki Asakura, Kazuo Hoshino, Takumi Chikada, Yuji Hatano, Satoshi Fukada
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 71 号: 3 ページ: 261-267
  • DOI: 10.1080/15361055.2017.1288423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct decomposition processing of tritiated methane by helium RF plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Katayama, Satoshi Fukada
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 71 号: 3 ページ: 426-431
  • DOI: 10.1080/15361055.2017.1293412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Study on transfer behavior of hydrogen isotopes from fluidized Li to Y for Li blanket (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamasaki, S. Fukada, K. Hiyane, K. Katayama
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 71 号: 4 ページ: 501-506
  • DOI: 10.1080/15361055.2017.1291028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Review of recent japanese activities on tritium accountability in fusion reactors (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukada, S., Oya, Y., Hatano, Y.
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 113 ページ: 231-235
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2016.08.029
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tritium permeation behavior through pyrolytic carbon in tritium production using high-temperature gas-cooled reactor for fusion reactors (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ushida , Kazunai Katayama , Hideaki Matsuura , R. Yamamoto , Satoshi Fukada , Minoru Goto , Shigeaki Nakagawa
  • 雑誌名: Nuclear Materials and Energy 巻: 9 ページ: 524-528
  • DOI: 10.1016/j.nme.2016.09.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low tritium partial pressure permeation system for mass transport measurement in lead lithium eutectic (2016)
  • 著者名/発表者名: R.J. Pawelko, M. Shimada, K. Katayama, S. Fukada, P.W. Humrickhouse, T. Terai
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 102 ページ: 8-13
  • DOI: 10.1016/j.fusengdes.2015.11.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Correlation of rates of tritium migration through porous concret (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada, K. Katayama, T. Takeishi, Y. Edao, Y. Kawamura, T. Yamanishi
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 67 号: 2 ページ: 339-342
  • DOI: 10.13182/fst14-t25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of tritium penetration through concrete material covered by various paints coating (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Edao, Y. Kawamura, R. Kurata, S. Fukada, T. Takeishi, T. Hayashi and T. Yamanishi
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 67 号: 2 ページ: 320-323
  • DOI: 10.13182/fst14-t20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tritium desorption behavior from soil exposed to tritiated water (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Furuichi, Kazunari Katayama, Hiroyuki Date, Toshiharu Takeishi, Satoshi Fukada
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 68 号: 2 ページ: 458-464
  • DOI: 10.13182/fst14-969
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Percolation Behavior of Tritiated Water Into a Soil Packed Bed (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuya Honda, Kazunari Katayama, Keiichiro Uehara, Toshiharu Takeishi, Satoshi Fukada
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 67 号: 2 ページ: 382-385
  • DOI: 10.13182/fst14-t34
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 吸着蒸留法を利用したトリチウム水除染の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 深田智、三保嘉明、大宅諒、片山一成
  • 学会等名: 第１２回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] 核融合炉二次冷却材としての超臨界CO2におけるトリチウム挙動研究のための実験設備の構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片山一成、芦川直子、中村博文、相良明男、石山新太郎、森大輔、深田 智
  • 学会等名: 第１２回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Tritium separation performance of adsorption/exchange distillation tower packed with structured packing (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada, Yoshiaki Miho, Kazunari Katayama
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Symposium on Tritium Science, Sep. 5-8, (2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Recent R&D results on Fusion Nuclear Technology for DEMO reactor in Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Yamanishi, Satoshi Fukada
  • 学会等名: The 22nd ANS Topical meeting on the Technology of Fusion Energy, TOFE 2016
  • 発表場所: フィラデルフィア, PA, USA
  • 年月日: 2016-08-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Experiment on tritium recovery from liquid blanket materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada
  • 学会等名: 2016 Korea-Japan Tritium workshop
  • 発表場所: ソウル、韓国
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Overview of Fusion-Related Tritium Research in Japanese Universities (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuji Hatano, Yasuhisa Oya, Satoshi Konishi, Satoshi Fukada, Akio Sagara
  • 学会等名: 11th International Conference on Tritium Science & Technology, Tritium 2016
  • 発表場所: チャールストン, SC, USA
  • 年月日: 2016-04-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Estimation of Tritium Permeation Rate to Cooling Water in Fusion DEMO Condition (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Katayama, Youji Someya, Kenji Tobita, Hirofumi Nakamura, Hisashi Tanigawa, Makoto Nakamura, Nobuyuki Asakura, Takumi Chikada, Yuji Hatano, Satoshi Fukada
  • 学会等名: 11th International Conference on Tritium Science & Technology, Tritium 2016
  • 発表場所: チャールストン, SC, USA
  • 年月日: 2016-04-17
  • 国際学会
• [学会発表] Tritium water distillation assisted with adsorption and isotopic exchange (2016)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada, Tomohiro Motomura, Satoru Hirano, Jyunji Mizutani, Yoshiaki Miho
  • 学会等名: 11th International Conference on Tritium Science & Technology, Tritium 2016
  • 発表場所: チャールストン, SC, USA
  • 年月日: 2016-04-17
  • 国際学会
• [学会発表] 水分吸着性能を有した充填材を含む蒸留塔における同位体分離係数の予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 深田智
  • 学会等名: 日本原子力学会2016年春の年会
  • 発表場所: 仙台市、東北大学
  • 年月日: 2016-03-26
• [学会発表] Review of recent Japanese activities on tritium accountability in fusion reactors (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada, Yasuhisa Oya, Yuji Hatano
  • 学会等名: Asia and Pacific Symposium on Tritium Science, APSOT-1
  • 発表場所: Mianyang, Sichuan, China
  • 年月日: 2015-11-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Correlation of multi-component hydrogen isotope mixtures absorbing in or permeating through metals (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Fukada, K. Katayama
  • 学会等名: Asia and Pacific Symposium on Tritium Science, APSOT-1
  • 発表場所: Mianyang, Sichuan, China
  • 年月日: 2015-11-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 各種金属への水素同位体混合ガス吸収脱離時の同位体効果と同位体分離係数の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 深田智、片山一成
  • 学会等名: 日本原子力学会2015年秋の大会
  • 発表場所: 静岡市、静岡大学
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Separation of tritium in multi-component water and gas heading for detritiation of Fukushima's wastewater (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada
  • 学会等名: 2015 Japan Korea Tritium Workshop
  • 発表場所: 福岡市，九州大学
  • 年月日: 2015-06-04
  • 国際学会
• [産業財産権] トリチウム水蒸留装置及びトリチウム水蒸留方法 (2016)
  • 発明者名: 平野悟、湯浅升夫、元村智博、水谷淳二、深田智
  • 権利者名: 平野悟、湯浅升夫、元村智博、水谷淳二、深田智
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-06-08
• [産業財産権] 充填材、該充填材を用いた蒸留分離方法及び蒸留分離装置 (2016)
  • 発明者名: 水谷淳二、深田智
  • 権利者名: 水谷淳二、深田智
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-04-25
• [産業財産権] 充填材、該充填材を用いた蒸留分離方法および蒸留分離装置 (2015)
  • 発明者名: 水谷淳二、深田智
  • 権利者名: 水谷淳二、深田智
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-090539
  • 出願年月日: 2015-04-27
• [産業財産権] トリチウム水蒸留装置及びトリチウム水蒸留方法 (2015)
  • 発明者名: 水谷淳二、深田智
  • 権利者名: 水谷淳二、深田智
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-115478
  • 出願年月日: 2015-06-08