| 研究課題/領域番号 |
15H04230
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
松浦 秀明 九州大学, 工学研究院, 准教授 (50238961)
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| 研究分担者 |
片山 一成 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90380708)
大塚 哲平 近畿大学, 理工学部, 准教授 (80315118)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | トリチウム / 高温ガス炉 / Li装荷用ロッド / ジルコニウム / アルミナ / 水素吸収 |
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| 研究実績の概要 |
核融合研究を進めていく上で、トリチウムの調達法を明確にしておくことは重要である。申請者等は、「高温ガス炉を用いたトリチウム生産法」を提案し、炉心物理の観点からその有効性を示してきた。
本研究では、照射試験、ガス炉を用いた実証試験を視野に入れ、Liロッドの模擬試験体を製作し、トリチウム生産・封じ込めの観点から、その有効性を確認、さらにその性能改善をはかることを目的とした。
本研究で提示するLi装荷用ロッドは、アルミナ及びジルコニウム層からなる多層被覆によりトリチウムを閉じ込めることを想定している。ジルコニウム層にはトリチウム吸収による圧力低下効果が期待される。平成２７年度は、ジルコニウム粉末に対する軽水素及び重水素吸収速度の予備評価、又、ジルコニウムの水素吸蔵性能に対する溶解酸素の影響を調べた。平成28年度は、二層のジルコニウム層と一層のアルミナ層からなるLiロッドの模擬試験体を製作し、Zr層部分の水素透過実験を行った。水素は比較的速やかにZr層を透過し、透過フラックスは水素圧力の1/2乗に比例した。これは、ロッド内で発生するトリチウムがZrに速やかに吸収され、拡散移行することを示すと同時に、Zr層の外側に位置するアルミナ層のトリチウム透過抑制機能も重要となることを示唆する。又、トリチウム透過防止膜としての炭素膜とジルコニウム合金との共存性を明らかにするために、ジルコニウム中の炭素拡散挙動を調べた。1023～1273 Kにおいてジルコニウム表面近傍の炭素侵入プロファイルをグロー放電発光分析法により調べた。得られた炭素侵入プロファイルから、同温度域におけるジルコニウム中の炭素拡散係数を決定することができた。さらに、これらのデータを元に、高温工学試験炉（HTTR）の照射試験を想定して、トリチウム生産・流出量を十分確認可能な試験方法、及び試験体を提示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成２７年度は、(1)Zr水素同位体透過に関する実験、(2)酸化物（LiAlO2、Al2O3）とジルコニウム（Zr）との共存性の確認を当初の計画として掲げ、また、次年度以降のLi装荷用ロッド模擬試験体を用いた実験（実験装置の作成）の準備を行うことを掲げていた。 平成２８年度は、(3)Al2O3とZrから構成されるLi装荷用ロッド模擬試験体を製作し、軽水素及び重水素を用いて、トリチウム実験に向けた予備実験を実施すること、及び、(4) これまで実験で得られた、データを用いてLi照射試験体を設計し、これまで計算で求めてきた、トリチウム生産量・流出量の妥当性を十分確認可能な試験方法を検討し、その方法に適した試験体を提示することを掲げてきた。
(1)については、ジルコニウム粉末に対する軽水素および重水素吸収速度を評価し、ジルコニウムの存在によりトリチウム閉じ込め性能が向上することを示している。また(2)についても、トリチウムの吸蔵能に及ぼす溶解酸素の影響を調べ、ジルコニウム中の酸素溶解濃度が最大20at%まで達すると、水素溶解度が1/4～1/5に減少することを示している。(3)についても、実際に想定した模擬試験体の設計及び組み立てを完了し、既に水素・重水素を用いた予備データを取得しており、本年度はトリチウムを用いた実験にとりかかる状況にある。(4)についても、さらなる改善は必要なものの、試験方法の提示まで到達している。
以上の経過を相互的に鑑みて、順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は、当初の計画通り、昨年度までに製作したLi装荷用ロッドの模擬試験体に対して、トリチウムを用いて、その閉じ込め性能の評価実験に着手する。また、酸化物（LiAlO2、Al2O3）とジルコニウム（Zr）との共存性を確認し、高温ガス炉環境下におけるZrの重水素吸蔵性能や健全性を評価する。
ここまでのデータや検討結果を元に、高温ガス炉を用いたトリチウム生産法の工学的実現性を総合的に評価する。次のステップとしての、照射試験炉等を用いた、中性子場における照射試験に向けての試験法及び試験体構造を、軽水減速照射炉も想定の上、より詳細に検討する。
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