大気圧高周波放電によるプラズマ化学反応を用いたトリチウムの除染

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25420891
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 西村 清彦 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (00180638)
• 研究分担者: 田中 将裕 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00435520)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 高周波放電 / 大気圧放電 / 高効率入射

研究概要

大気圧高周波グロー放電用の装置一式(放電容器、電極、ガス導入システム、高周波発信回路、整合回路)を設計、製作し組み立てた。
高周波電力が高効率で電極に入力できるように高周波入力用の回路の一部を修正し、整合器を調整した。150kWの高周波電力を９５%以上の高率で電極に入射できるようになった。
ガス封入時に、残留ガスを排気するための真空排気装置および、分光計測用の分光器および周辺機器を準備した。

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

研究の中心となる大気圧グロー放電装置は、ガス分析を行うために閉鎖系にできるように、立方体型で６面にICFのフランジが取り付けられる真空容器を購入した。大気圧グロー放電用の高周波電源は、既存の周波数 13.56 MHz、最大出力: 1.2 kW定常　のものを流用した。除染を目的としているため、試料を乗せることができる平板電極を採用し、設計・製作して、高電圧用のフィードスルーを介して放電容器にとりつけた。高周波電源と電極は、既存の整合器を介して接続したが、高効率で電力を入射するためには、インダクタンスが不足していたので、別途コイルを製作して回路中に挿入して、整合が取れるように回路を改良した。この調整に予定以上に時間がかかったため、平成25年度中に大気圧グロー放電を実現することができなかったが、高効率での電力入射を実現しており、概ね順調に進んでいると考えている。
また、ガスの違いによる除染効率を調べるためのガス導入システムを構築し、窒素およびアルゴンガスを導入する準備を完了、分光計測用の光学系の準備も完了している。

今後の研究の推進方策

均一なグロー放電を点けて、高分解能分光計測機を用いて、分光計測による発光スペクトルを測定し、振動温度や回転温度(近似的にガス温度に相当する)、電子温度の診断、反応粒子種の同定を行い、反応基礎過程解明の準備を進める。除染対象となる水素を吸着させた試料を作成し、装置に導入して高周波グロー放電による除染を行い、分光計測により反応過程の解明を進める。また、分光計測により水素同位体比とその時間発展を測定し、水素同位体挙動の診断手法を確立していく。計測手法が確立して反応過程の解明がすすめば、ガス種をかえて、ガス種の違いによる除染効率の違いを調べていく。

次年度の研究費の使用計画

当初、ガス供給システム用に「ガス流量制御器」３台を要求していたが、他の実験装置で使用していた「ガス流量制御器」を流用することが可能となったため、これを流用してガス供給システムを構築したため、その分予算に余裕が生じた。
実験の効率をあげるために大気圧グロー放電装置をコンパクトに設計したため、高周波入力リード端子や接地端子および端子間の接続構造が、高周波の整合をとることに、予想以上に影響してしまい、高効率で電力を入射する条件を見つけることに多くの時間を費やすことになった。そこで、他の研究者から、一時的にネットワークアナライザーを借用することができたので回路調整に利用したところ、整合条件を見つけるのに非常に有効であることが分かった。今後、実験を順調に進めるには、整合をスムーズにとることが不可欠となるので、生じた差額を平成２６年度にネットワークアナライザーの購入に充てる予定である。