トリチウム水蒸気の高効率除去のための多段冷却コールドトラップの試作研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11558058
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 深田 智 九州大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50117230)
• 研究分担者: 古藤 健司 九州大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50091351)
• キーワード: トリチウム / コールドトラップ / 核融合炉 / ミスト生成 / 熱泳動 / 緊急浄化システム / ガス分離膜 / インベントリ

研究概要

核融合研究のためのトリチウム実験室における緊急トリチウム浄化システムは、被ガスを触媒酸化し、吸着剤に吸着させる方式が主流である。この方法で排出トリチウム濃度を国の管理基準以下に回収できるが、吸着剤構造水中のトリチウム除去が困難なため、微量トリチウム破過が生じ、トリチウムインベントリが増加する。今後ITER級核融合炉システム構築のため、キログラムオーダーのトリチウム取り扱いが必要であり、インベントリ増加はトリチウム計量管理と関連して深刻な問題であり、従来型の触媒酸化吸収処理システムの改良が必要である。
ポリイミドガス分離膜は、トリチウムの濃縮減容により処理装置の小型化とインベントリを小さくすることができる特長がある。そこで本研究は、ガス分離膜前段の圧縮器出口にコールドトラップを設置し、トリチウム水蒸気を回収し、吸着剤を用いずに室内トリチウムを完全に除去する方法を提案し、この有用性を実験で証明する。過去、コールドトラップを凝縮成分がすり抜けるのを経験的に回避できなかったが、水蒸気のすり抜けの原因が均質相核形成によるミスト発生であることを著者らが見いだしたため、ミストが発生しない条件で運転が可能になり除去効率が格段に上昇しうる見通しになった。本研究はその実証のため、多段式冷却トラップ装置を試作し、新しいトリチウム除去システムの確立を目指すものである。
初年度では、-50℃〜-90℃冷却の多空隙型トラップと、液体窒素冷却の粒子充填コールドトラップで完全にかつ連続的に除去するシステムを製作し実験した。結果を海外英文誌に数報投稿し掲載された。次年度(最終年度)では、実験を継続するとともにITER級トリチウム浄化システムの最適設計に踏み込み、トリチウム関連の国際会議に発表したい。

研究成果

• [文献書誌] S. Fukada and K. Inoue: "Internal Mass through Frost"AIChE Journal. 45. 2646-2652 (1999)
• [文献書誌] 藤原裕史、山口康子、深田智: "水素同位体の分離・回収方法及びその装置"公開特許、特開平11-137969. (in press). (1999)
• [文献書誌] S. Fukada et al: "Mist formation in a Water Vapor Cold Trap and Evaluation of Its Removal Rate"Journal Nuclear Science and Technology. 35. 198-204 (1998)
• [文献書誌] S. Fukada et al: "Thermophoretic Mist Deposition onto a Tube Wall Cooled by Liquid Nitrogen"Separation Science Technology. (in press). (2000)
• [文献書誌] S. Fukada et al: "Zr_2Fe and Zr(Mn_<0.5>Fe_<0.5>)_2 Particle Beds for High Purification of Tritium and Impurity Removal in a Fuel Cycle"Proc. The fifth International Sympusium on Fusion Nuclear Technology. (in press). (2000)
• [文献書誌] H. Fujiwara,S. Fukada et al: "Hydrogenating Rates of Twin Columns Packed with Pd and molecular Sieve with an Alternately Countercurrent Flow for Hydrogen Isotope Separation"International Journal of Hydrogen Energy. 25. 127-132 (2000)