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2009 年度 実績報告書

水素透過防止性セラミック薄膜に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 08J09968
研究機関東京大学

研究代表者

近田 拓未  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)

キーワード水素 / トリチウム / 原子力 / 核融合炉 / 薄膜 / 透過
研究概要

本研究は、先進エネルギープラントで開発課題とされている水素と金属の相互作用から生じる金属の水素脆化および水素の透過損失を、セラミックスの薄膜を設置することによって軽減する技術に関して、薄膜の微細構造と水素透過試験より、セラミック薄膜中の水素透過挙動を解明することを目的としている。2年度目の本年度は、より詳細なセラミック薄膜中の水素透過挙動を検討するために、酸化エルビウムを薄膜材料として用い、低不純物、高密着性の薄膜が得られている真空アーク蒸着法によって結晶組織を制御した薄膜試料の水素透過試験を行った。また、真空アーク蒸着法では不可能な複雑な配管形状に成膜するために、金属エルビウムの溶解した有機化合物を用いた有機金属分解(Metal Organic Decomposition, MOD)法を用いた薄膜の作製を実施した。
真空アーク蒸着法によって室温で作製した薄膜においては、透過試験中に重水素透過フラックスが大きく減少した。これは試験時の加熱による薄膜の結晶構造の変化であると考えられた。また、試験前後の試料断面の透過電子顕微鏡像により、結晶粒径が透過試験によって増加し、また試験温度が高いほど粒径は大きくなることがわかった。結晶粒径の成長に伴い透過フラックスが減少したことから、水素透過は酸化エルビウム薄膜の粒界に沿って移動しているという新たな知見が得られた。MOD法による薄膜作製では、熱処理雰囲気等の作製パラメータを変化させることで薄膜の微細構造の制御を行った。高純度アルゴン下で熱処理した場合、基板-薄膜界面に生じる脆い基板酸化物層が150nm以上となり、均一な薄膜が得られない、または透過試験中に大きく劣化した。一方で、より穏やかな酸化雰囲気である水素+水蒸気中で熱処理を行うことによって基板酸化物層の生成を低減し、真空アーク蒸着法に匹敵する水素透過防止性能を得ることができた。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Microstructure Change and Deuterium Permeation Behavior of Erbium Oxide Coating2010

    • 著者名/発表者名
      Takumi Chikada, Akihiro Suzuki, Tomohiro Kobayashi, Hans Maier, Takayuki Terai, Takeo Muroga
    • 雑誌名

      Journal of Nuclear Materials (印刷中(掲載確定))

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructure Control and Deuterium Permeability of Erbium Oxide Coating on Ferritic/Martensitic Steels by Metal Organic Decomposition Method2010

    • 著者名/発表者名
      Takumi Chikada, Akihiro Suzuki, Teruya Tanaka, Takayuki Terai, Takeo Muroga
    • 雑誌名

      Fusion Engineering and Design (印刷中(掲載確定))

    • 査読あり
  • [学会発表] RFスパッタリング法によるSiC薄膜の作製と水素透過挙動2010

    • 著者名/発表者名
      近田拓未、鈴木晶大、寺井隆幸
    • 学会等名
      日本原子力学会「2010年春の年会」
    • 発表場所
      水戸
    • 年月日
      2010-03-26
  • [学会発表] トリチウム透過防止性セラミック薄膜の構造制御と水素透過挙動2009

    • 著者名/発表者名
      近田拓未、鈴木晶大、小林知洋、Hans Maier、寺井隆幸、室賀健夫
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会2009年年会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      2009-12-03
  • [学会発表] Microstructure Control and Hydrogen Permeation Properties of Erbium Oxide Coating2009

    • 著者名/発表者名
      Takumi Chikada, Akihiro Suzuki, Takayuki Terai, Tomohiro Kobayashi, Hans Maier, Takeo Muroga
    • 学会等名
      東京大学グローバルCOE「世界を先導する原子力教育研究イニシアチブ」創立二周年記念シンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-11-26
  • [学会発表] Microstructure Control and Deuterium Permeability of Erbium Oxide Coating on Ferritic/Martensitic Steels by Metal Organic Decomposition Method2009

    • 著者名/発表者名
      Takumi Chikada, Akihiro Suzuki, Teruya Tanaka, Norikun Kin, Takayuki Terai, Takeo Muroga
    • 学会等名
      9th International Symposium on Fusion Nuclear Technology
    • 発表場所
      大連(中国)
    • 年月日
      2009-10-12
  • [学会発表] 核融合燃料システムにおけるトリチウム透過量評価と透過防止技術の新展開 : (10)酸化エルビウム薄膜中の水素透過挙動研究2009

    • 著者名/発表者名
      近田拓未、鈴木晶大、小林知洋、Hans Maier、寺井隆幸、室賀健夫
    • 学会等名
      日本原子力学会「2009年秋の大会」
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2009-09-17
  • [学会発表] Deuterium Permeation Mechanism in Erbium Oxide Coatings for Tritium Permeation Barrier2009

    • 著者名/発表者名
      Takumi Chikada, Akihiro Suzuki, Teruya Tanaka, Tomohiro Kobayashi, Hans Maier, Takayuki Terai, Takeo Muroga
    • 学会等名
      4th International Workshop on Tritium-Material Interactions
    • 発表場所
      富山
    • 年月日
      2009-09-14
  • [学会発表] Long term lithium compatibility of erbium oxide coatings fabricated by arc source method2009

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Suzuki, Nasaru Nagura, Takumi Chikada, B.A.Pint, Freimut Koch, Hans Maier, Takayuki Terai, Takeo Muroga
    • 学会等名
      14th International Conference on Fusion Reactor Materials
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2009-09-08
  • [学会発表] Microstructure Change and Deuterium Permeation Behavior of Erbium Oxide Coating2009

    • 著者名/発表者名
      Takumi Chikada, Akihiro Suzuki, Tomohiro Kobayashi, Hans Maier, Takayuki Terai, Takeo Muroga
    • 学会等名
      14th International Conference on Fusion Reactor Materials
    • 発表場所
      札幌
    • 年月日
      2009-09-07

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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