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リチウム6吸着イオン伝導体による革新的同位体分離に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16H04624
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 核融合学
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

星野 毅  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 六ヶ所核融合研究所 ブランケット研究開発部, 上席研究員(定常) (80370469)

研究分担者 町田 昌彦  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主席 (60360434)
佐々木 一哉  弘前大学, 理工学研究科, 教授 (70631810)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2018年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2016年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
キーワード核融合炉 / トリチウム / リチウム / 同位体分離 / 電気透析 / イオン伝導体 / リチウム6 / プラズマ・核融合 / 反応・分離工学
研究成果の概要

核融合炉燃料として必要なトリチウムは、リチウム6(6Li)と中性子との核反応により生産する。天然のリチウムには6Liが最大で約7.8%(残りはリチウム7(7Li))しか存在せず、核融合炉では6Liを約90%に濃縮する必要がある。本研究では、イオン伝導体中における6Liと7Liの移動メカニズムを計算シミュレーションにて探索し、イオン伝導体中をLiイオンが透過する際、6Li、7Liの移動速度に差があることを明らかにした。次に、実験にて、イオン伝導体を6Li分離膜とし、6Li分離回収試験を行った結果、高い6Li同位体分離係数(約1.05)が得られ、革新的6Li分離回収法としての基盤技術を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

核融合炉は重水素と三重水素(トリチウム)を燃料とする。重水素は海水にほぼ無尽蔵に含まれている。一方、トリチウムは自然界にほとんど存在しないため、リチウムに中性子を当て、人工的に製造する。このリチウムは海水にほぼ無尽蔵に含まれることから、海水から回収したリチウムより、核融合炉燃料トリチウム製造に必須なリチウム同位体であるリチウム6を分離できれば、核融合のエネルギー源はほぼ無尽蔵となり、資源に乏しい日本が将来安定したエネルギーを得ることができる、重要な研究開発テーマである。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 12件、 招待講演 3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Development of the ReaxFF Methodology for Electrolyte-Water Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Fedkin Mark V.、Shin Yun Kyung、Dasgupta Nabankur、Yeon Jejoon、Zhang Weiwei、van Duin Diana、van Duin Adri C. T.、Mori Kento、Fujiwara Atsushi、Machida Masahiko、Nakamura Hiroki、Okumura Masahiko
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 123 号: 10 ページ: 2125-2141

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.8b10453

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Understanding Competition of Polyalcohol Dehydration Reactions in Hot Water2019

    • 著者名/発表者名
      Chang Yong Lik、Sasaki Takehiko、Ribas-Ari?o Jordi、Machida Masahiko、Shiga Motoyuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 123 号: 7 ページ: 1662-1671

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b11615

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Numerical investigation for lithium isotope effect in ionic superconductor2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Keita、Hoshino Tsuyoshi
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 136 ページ: 205-209

    • DOI

      10.1016/j.fusengdes.2018.01.052

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigation for Lithium Isotope Effect in Ionic Superconductor2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kobayashi, T. Hoshino
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lithium isotope enrichment by electrochemical pumping using solid lithium electrolyte2018

    • 著者名/発表者名
      S. Honda, K. Shin-mura, K. Sasaki
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 印刷中

    • NAID

      130006730923

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Lithium Recovery and Lithium-6 Enrichment using Innovative Electrodialysis Method with Lithium Ionic Conductor2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshino
    • 学会等名
      69th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lithium recovery by electrodialysis using three electrode electrochemical cell with La0.57Li0.29TiO3 electrolyte membrane2018

    • 著者名/発表者名
      K. Shin-mura, K. Sasaki, T. Hoshino
    • 学会等名
      69th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lithium isotope enrichiment by electrodialysis using solid electrolyte2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sasaki, S. Honda, K. Shin-mura, T. Hoshino
    • 学会等名
      69th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Innovative Technology for 6Li Enrichment using Electrodialysis2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshino
    • 学会等名
      30th Symposium on Fusion Technology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lithium isotope enrichiment by electrodialysis using solid lithium electrolyte2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sasaki, S. Honda, K. Shin-mura, T. Hoshino
    • 学会等名
      30th Symposium on Fusion Technology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lithium Recovery and Lithium-6 Enrichment using Innovative Electrodialysis with Lithium Ionic Conductor Membrane2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshino
    • 学会等名
      The Americas International Meeting on Electrochemistry and Solid State Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] リチウムイオン固体電解質を用いた電気化学的リチウム同位体分離のための電位制御方法の検討2018

    • 著者名/発表者名
      本多 駿資、新村 潔人、佐々木 一哉、星野 毅
    • 学会等名
      電気化学会春の年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] リチウムイオン固体電解質を用いた三極式電気化学的セルによるリチウム回収の電位及びLiイオンの伝導挙動2018

    • 著者名/発表者名
      新村 潔人、本多 駿資、佐々木 一哉
    • 学会等名
      電気化学会春の年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 三電極型固体電解質セルを用いる電気透析によるリチウム回収2018

    • 著者名/発表者名
      新村 潔人、佐々木 一哉、星野 毅
    • 学会等名
      電気化学会固体化学の新しい指針を探る研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 固体電解質セルの電気透析によるリチウム同位体濃縮2018

    • 著者名/発表者名
      本多 駿資、佐々木 一哉、星野 毅
    • 学会等名
      電気化学会固体化学の新しい指針を探る研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Innovative Technology for 6Li Enrichment using Electrodialysis with Lithium Ionic Superconductor2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshino
    • 学会等名
      42nd International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] リチウムイオン導電性解質を用いた気化学的手法による 同位体分離おける電圧印加条件の影響2018

    • 著者名/発表者名
      本多 駿資、新村 潔人、佐々木 一哉
    • 学会等名
      電気化学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] イオン伝導体によるリチウム同位体分離技術の長時間評価試験2018

    • 著者名/発表者名
      星野 毅
    • 学会等名
      日本原子力学会2018年春の年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] イオン伝導体を用いたリチウム同位体分離条件に対する数値解析2018

    • 著者名/発表者名
      小林 恵太、星野 毅
    • 学会等名
      日本原子力学会2018年春の年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Lithium-6 Enrichment using Innovative Electrodialysis Method with Lithium Ionic Superconductor2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshino
    • 学会等名
      68th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] イオン伝導体による革新的リチウム同位体分離技術の開発2017

    • 著者名/発表者名
      星野 毅
    • 学会等名
      日本原子力学会2017年秋の大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算によるイオン伝導体におけるリチウム同位体効果の解析2017

    • 著者名/発表者名
      小林 恵太、星野 毅
    • 学会等名
      日本原子力学会2017年秋の大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Innovative Technology for Lithium-6 Enrichment Using a Lithium Ionic Superconductor2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshino
    • 学会等名
      13th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Investigation for Lithium Isotope Effect in Ionic Superconductor2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kobayashi, T. Hoshino
    • 学会等名
      13th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リチウム6濃縮のためのリチウムイオン伝導性固体電解質を用いた電気化学的方法2017

    • 著者名/発表者名
      本多 駿資、新村 潔人、星野 毅、佐々木 一哉
    • 学会等名
      第37回エレクトロセラミックス研究討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Innovative Separation Technology for Lithium-6 Enrichment using Electrodialysis with Lithium Ionic Superconductor2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshino
    • 学会等名
      232nd ECS MEETING
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Lithium-6 Separation Technology for Fusion Reactor Fuel using Mesoporous Adsorbent2016

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshino
    • 学会等名
      EMN Meeting on Mesoporous Materials
    • 発表場所
      Prague(Czech Republic)
    • 年月日
      2016-06-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [産業財産権] リチウム同位体濃縮装置および多段式リチウム同位体濃縮装置、ならびにリチウム同位体濃縮方法2018

    • 発明者名
      佐々木 一哉、本多 駿資、新村 潔人
    • 権利者名
      弘前大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-030219
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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