| 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 |
赤丸 悟士 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 助教 (10420324)
大矢 恭久 静岡大学, 理学部, 准教授 (80334291)
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, 研究主幹 (20354615)
朝倉 大和 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 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)透過抑制技術に関しては、広い温度領域(室温～600℃程度)で十分な性能を発揮する透過抑制膜を得るための材料探索と成膜条件最適化を進めた。金属材料については水素同位体の溶解度が最も小さいタングステン(W)をプラズマ溶射法で低放射化フェライト鋼上に成膜し、水素同位体透過速度を測定した。しかし、成膜時に形成された開気孔の存在により、良好な性能は得られなかった。一方セラミックス材料に関しては、複雑・大型構造物への適用が可能な湿式法に着目し、ゾルゲル法で成膜したZrO_2膜を電気化学的に封孔処理することで300～550℃において水素同位体透過速度を1/1000程度に低減することに成功し、当初目標を達成することができた。DTガスへ曝露したのちのT保持量を測定し緻密なZrO_2焼結体と比較したところ、湿式法で形成した膜には著しく高濃度にTが蓄積されていることが分かった。このことから、電気化学的封孔処理により透過抑制能に支配的な影響を及ぼす比較的大きな開気孔は除去できたものの、微細な開気孔や結晶粒界は依然として比較的高密度に存在し、これらの欠陥がTを捕獲していると結論した。
汚染材料からのT放出機構については、Tシステムの主要構成材料であるオーステナイト系ステンレス鋼について水素同位体放出挙動と表面状態の関連を詳細に調べ、表面にFe水酸基が高濃度に存在すると水素同位体が水蒸気状で放出される割合が高くなることを明らかにした。すなわち、温度・湿度・表面組成等の制御により表面Fe水酸基濃度を低減することで、より内部被曝危険性が高い水蒸気状でのT放出を低減できる可能性を示した。また、プラズマ対向材料として有望視されているW中のT保持特性に及ぼす中性子照射損傷の影響を調べ、従来影響が小さいと考えられていた高温(500℃程度)でも条件によっては高濃度にTが蓄積されうることを見出した。
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