核融合炉水素化物遮蔽ブロックの水素保持特性評価および特性向上・長寿命化の研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25289344
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 田中 照也 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (30353444)
• 研究分担者: 相良 明男 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (20187058) ; 吉野 正人 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10397466) ; 菱沼 良光 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00322529) ; 田村 仁 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (20236756) ; 坂上 裕之 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (40250112) ; 牟田 浩明 大阪大学, 工学研究科, 助教 (60362670) ; 近藤 正聡 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教 (70435519)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 水素化物 / 中性子遮蔽材 / 粉末プレス / 熱伝導 / 重量密度 / ZrH2 / TiH2 / 水素脱離

研究実績の概要

直方体(約2.5x2.5x2.5cm3)及び、球形状(直径約3cm)のZrH2、TiH2ブロック体を、市販粉末を用いた398MPa、CIP(低温等方プレス)処理により試作し、理論密度に対して各々約80%、85%を得た。さらに高密度化の試みとして、Cuメッキ(体積割合3%)を施したTiH2粉末を用いたディスクを室温プレスにより製作し、TiH2の体積割合が約95％の高密度となる結果を得るとともに、熱伝導率の評価を行った。
低圧大気、He雰囲気でのLIBS(レーザー誘起ブレークダウン分光、波長1064nm)測定による水素分布評価の試みについては、ZrH2、TiH2ともにレーザー照射に伴う水素ガス(H2)の脱離をQMS(四重極質量分析器)により確認し、また、金属Zr、TiのLIBS信号は得られているものの、Hα線は観測されなかった。顕微ラマン分光（波長532nm）の試みについてもラマンスペクトルは検出されず、これら材料への適用可能性は見いだせなかった。
ZrH2、TiH2の高温水素脱離特性は、空気、Ar、水素含有He雰囲気下で評価した。粉末表面の予備酸化処理、及び、原料有機溶剤を塗布することで粉末表面にセラミック被覆を形成させる試みは、脱離抑制に対して顕著な効果が確認できなかった。１気圧3%水素含有He雰囲気下では、Ar雰囲気下と比較してZrH2では50℃、TiH2では30℃の脱離ピーク温度の上昇を確認し、本課題遂行の中では水素分圧制御が脱離抑制の唯一の手段となった。その他、発電ブランケット温度である450℃に保持した際の水素保持量の時間変化等、遮蔽体材料としての使用検討に必要なデータ取得を行った。空気雰囲気中で昇温した際、ZrH2プレス試料には形状の膨張と細かい粉末への崩壊が生じた。酸素が混入し、かつ高温となる事故事象では、遮蔽ブロック体の維持ができなくなることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [学会発表] 核融合炉中性子遮蔽における水素化物材料の使用検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 照也、牟田 浩明、菱沼 良光、吉野 正人、室賀 健夫、相良 明男
  • 学会等名: 日本原子力学会「2016年春の年会」
  • 発表場所: 東北大学、川内キャンパス
  • 年月日: 2016-03-27 – 2016-03-27
• [学会発表] Fabrication and property investigation of metal hydride blocks for neutron shielding in a fusion reactor (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Tanaka, H. Muta, M. Yoshino, Y. Hishinuma, T. Muroga, A. Sagara
  • 学会等名: 25th International TOKI Conference (ITC-25)
  • 発表場所: セラトピア土岐、岐阜県土岐市
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-03
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement of weight density and thermal conductivity of hydride neutron shielding material using metal coated powder (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Muta, T. Tanaka, R. Nishikane, Y. Ohishi, K. Kurosaki, Y. Hishinuma, S. Yamanaka, T. Muroga
  • 学会等名: 25th International TOKI Conference (ITC-25)
  • 発表場所: セラトピア土岐、岐阜県土岐市
  • 年月日: 2015-11-03 – 2015-11-03
  • 国際学会