光半導体触媒を用いた核融合炉トリチウム水の減容濃縮プロセスの研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12680493
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 深田 智 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (50117230)
• キーワード: トリチウム水 / 光半導体触媒 / 酸化チタン / 核融合炉 / 紫外線 / 蒸留法 / 無電解メッキ

研究概要

トリチウム水の安全処理システムの確立は、核融合炉の安全性と社会的受容性を高める上において重要である。一時タンク貯蔵は最終手段ではなく、水蒸留法は装置が大型化し、経済性に問題がある。光半導体触媒の酸化チタンは、水からの水素の分解生成、大気汚染物質の分解除去に期待されている。そこで、天然水とトリチウム水の解離エネルギ差を利用して光分解し、トリチウム水の減容濃縮を実験的に検討し、核融合炉システム中のトリチウム水回収の可能性を実験的に検討した。
研究の初年度の平成12年度では、酸化チタン光触媒に酸化ニッケル助触媒を無電解メッキ法で添加し、光半導体触媒を異なった条件で製作した。続いて、パイレックスセル内にこの光触媒を入れ、高輝度水銀キセノンランプ照射装置を使って紫外線照射し、トリチウム水濃縮分離係数を単一セル内で測定した。本方法では、酸化チタンに酸化ニッケル助触媒を無電解メッキ法で添加する方法の成否が、光分解率の高い触媒製作のカギとなるため、いろいろな条件での触媒を製作し分離係数のを求めた。
前年度の酸化ニッケルでは期待通り光分解反応は生じたが、収量は少なかった。そこで平成13年度では、パラジウムを助触媒として同様にアナタースに無電解メッキして製作した触媒を用いて、高輝度キセノンランプで紫外線照射し、トリチウム水濃縮実験をおこなった。その結果、収量の増加が見られ、同位体分離係数も1.1程度の値が得られた。工業的規模で分離濃縮するためには、トリクルベッド方式で気液固三相間の十分な接触を効果的におこない、分離の増幅をおこなう必要があることが分かり、この点は今後の課題である。初年度の成果の一部を現在までに公表し、残りについても成果をまとめ次第、公表する。

研究成果

• [文献書誌] 深田 智: "気体、液体からのトリチウム回収と除去"プラズマ核融合学会誌. Vol.76. 1036-1043 (2000)
• [文献書誌] S.Fukada, H.Fujiwara: "Comparison of Chromatographic Methods for Hydrogen Isotope Separation by Pd Beds"Journal of Chromatography A. Vol.898. 125-131 (2000)
• [文献書誌] S.Fukada, Y.Toyoshima, M.Nishikawa: "Zr_2Fe and Zr(Mn_<0.5>Fe_<0.5>)_2 Particle Beds for Tritium Purification and Impurity Removal in a Fusion Fuel Cycle"Fusion Engineering and Design. Vol.49-50. 805-810 (2000)
• [文献書誌] S.Fukada: "Generation of Tritiated Methane Using a CuO-Al_4C_3 bed"Journal of Nuclear Science and Technology. Vol.38. 273-277 (2001)
• [文献書誌] S.Fukada, M.Samsum-Baharin, H.Fujiwara: "Hydrogen Absorption-desorption cycle experiment of Pd-Al_2O_3 pellets"International Journal of Hydrogen Energy. Vol.27. 177-181 (2001)
• [文献書誌] H.Fujiwara, S.Fukada, M.Nishikawa: "A Study of a New Hydrogen Isotope Separation System Using a Simulated Moving Bed"Separation Science and Technology. Vol.36. 337-348 (2001)
• [文献書誌] 深田 智: "次世代エネルギーへの燃料 水素吸蔵合金による水素同位体の分離技術"(株)エヌ・テイ・エス. 328 (2000)