| 研究領域 | 核融合炉実現を目指したトリチウム研究の新展開 |
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| 研究課題/領域番号 |
19055002
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| 研究機関 | 富山大学 |
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研究代表者 |
波多野 雄治 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 教授 (80218487)
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| 研究分担者 |
大矢 恭久 静岡大学, 理学部, 准教授 (80334291)
小田 卓司 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (40436556)
田中 知 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10114547)
中村 博文 日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部門, 研究副主幹 (20354615)
朝倉 大和 核融合科学研究所, 安全管理センター, 教授 (00342642)
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| キーワード | 核融合 / トリチウム / 水素 / 放射性同位体 / 放射線 / 同位体効果 / 透過 / 除染 |
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| 研究概要 |
トリチウム(T)の透過漏洩抑制を目指し、複雑形状への施工に適する湿度法による透過抑制膜形成技術の開発を継続した。湿度法では膜が多孔質膜になる場合が多く、実際にゾルゲル法でフェライト鋼上にZrO_2膜を形成したところ顕著な透過抑制効果は見られなかった。そこで金属硝酸塩溶液中での電解処理およびリン酸塩被膜との多層化による緻密化を試み、300～600℃で水素同位体の透過速度を1/100～1/3000に抑制することに成功した(特許出願)。数百時間程度の耐久性試験を行ったところ、500℃以下の温度領域では有意な劣化は見られず、水冷却核融合炉への応用に見通しを得た。高温領域では膜構成元素の基材フェライト鋼中への拡散を水素同位体が助長することで徐々に透過抑制能が低下した。より優れた高温耐久性を付与するため今後膜厚や成膜条件等の最適化を進める。
また、材料から放出されるTの化学形(主に元素状または水蒸気状)を支配する因子を調べるため、ステンレス鋼を例に取り化学的表面状態と表面T濃度および水分量の関係を調べ、酸化膜中の[Fe]/[Cr]比が大きい場合に保持される水分量も多く、またT濃度も高いことを明らかにした。これらの結果は、酸化膜に水分が保持されやすいと同位体交換によりバルクからTがOTとして濃縮し、水蒸気状で脱離しやすくなることを示唆している。より詳細に脱離機構を解明するため、偏光変調法や拡散反射法による赤外吸収スペクトル測定を行い、化学吸着水と物理吸着水とで同位体交換挙動が異なることなどを見出した。加えて、プラズマ対向材料として有望視されるWについてトリチウムの吸蔵・脱離特性に及ぼす粒子線照射による表面状態変化の影響を調べた。並行して量子力学計算・分子動力学計算等でT挙動を解析・予測するモデルの構築も進め、材料中の水素同位体の溶解度や拡散計数に及ぼす応力場の影響等を予測する見通しを得た。
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