活性気液吸着交換材を充填した蒸留塔におけるトリチウム水濃縮分離の高効率化の研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K14281
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 深田 智 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (50117230)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: トリチウム水 / 蒸留 / 吸着 / 同位体分離 / 気液分散

研究実績の概要

３年計画の３年目（最終年度）のトリチウム水蒸留濃縮分離実験研究を実施した。同位体分離実験では、Sulzer規則充填物とラシヒリング不規則充填物の二つのタイプについて蒸留塔のトリチウム同位体分離係数を測定し、表面にゼオライト被覆を施した場合と施さない場合について、同位体分離係数の違い、HETPの違いについて検討した。その結果、表面をゼオライト被覆する事によって、蒸留塔内の蒸気上昇流と凝縮液下降流の同位体交換が速やかにすすみ、同位体分離が促進される事が定量的に明らかになった。この効果は、見かけ上同位体分離係数の増加として整理でき、規則充填物及び不規則充填物のいずれにおいてもトリチウム同位体分離効果が促進される事が初めて明らかになった。
蒸留塔全体（塔頂部と塔底部）のトリチウム濃度比で約100の同位体分離、トリチウム減衰を達成させるための蒸留塔設計をおこない、必要な同位体分離装置の規模を見積もる事ができた。結果は、例えば、トリチウム汚染排水の処理に使用可能である事が実験的に明らかになった。特に充填物の塔半径が大きくなると、軸方向の分散効果が重要となり、同位体分離装置として機能するための効果を最大限に発揮させるための分散効果を可視化してみるため、ガラス製の気液分散装置を製作し、分散効果を別に定量化させる事ができた。結果は、学部学生の卒業研究論文に詳細に記載されている。
３年間の研究成果として、査読つき英語論文を毎年発表する事ができ、また最終年度もAsian-Pacific-Symposium on Tritiumの国際会議で成果を発表し、英語論文を同時に投稿し、現在査読中である。また日本国内の化学工学学会誌および、核融合連合講演会に研究成果をまとめて発表準備中である。

研究成果

• [雑誌論文] Tritium water distillation assisted with adsorption and isotopic exchange (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Miho, Satoshi Fukada, Tomohiro Motomura, Satoru Hirano, Jyunji Mizutani
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 71 ページ: 726-732
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1080/15361055.2017.1291235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient Behavior in Water Distillation Tower for Tritium Separation and Its Long-time Operation Test Results (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Miho, Satoshi Fukada, Mitsuki Arimoto, Takaho Takeuchi, Tomohiro Motomura, Junji Mizutani and Satoru Hirano
  • 雑誌名: Journal of Power and Energy Engineering 巻: 5 ページ: 1-17
  • DOI: https://doi.org/10.4236/jpee.2017.53001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Disposal procedure for contaminated surface of tritium handling facility in the decommissioning operation (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Takeishi, Kazuya Furuichi, Kazunari Katayama, Ryotaro Yamamoto, Yoshiya Kawabata, Satoshi Fukada
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 128 ページ: 231-234
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.04.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of tritium in tungsten deposition layer by imaging plate technique after exposure to gaseous tritium (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Noguchi, K. Katayama, Y. Torikaia, N. Ashikawa, A. Taguchi, S. Fukada
  • 雑誌名: Fusion Engineering and Design 巻: 124 ページ: 257-261
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2017.04.076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of Tritium Permeation Rate to Cooling Water in Fusion DEMO Condition (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Katayama, Youji Someya, Kenji Tobita, Hirofumi Nakamura, Hisashi Tanigawa, Makoto Nakamura, Nobuyuki Asakura, Kazuo Hoshino, Takumi Chikada, Yuji Hatano, Satoshi Fukada
  • 雑誌名: Fusion Science and Technology 巻: 71 ページ: 261-267
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1080/15361055.2017.1288423
  • 査読あり
• [学会発表] 吸着蒸留法を利用したトリチウム水除染の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 深田智、三保嘉明、大宅諒、片山一成
  • 学会等名: 第１２回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] 核融合炉二次冷却材としての超臨界CO2におけるトリチウム挙動研究のための実験設備の構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片山一成、芦川直子、中村博文、相良明男、石山新太郎、森大輔、深田 智
  • 学会等名: 第１２回核融合エネルギー連合講演会
• [学会発表] Tritium separation performance of adsorption/exchange distillation tower packed with structured packing (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Fukada, Yoshiaki Miho, Kazunari Katayama
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Symposium on Tritium Science, Sep. 5-8, (2017)
  • 国際学会