V-系低放射化材料における水素同位体の吸収・放出過程

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380218
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 渡辺 国昭 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 教授 (50001326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 原 正憲 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 助手 (00334714) ; 波多野 雄治 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 助教授 (80218487)
• Keywords: 核融合炉 / 低放射化材料 / バナジウム合金 / 水素同位体 / ブランケット / チタン / 表面 / 透過障壁

Research Abstract

V-Ti-Cr合金をはじめとするバナジウム合金は、核融合炉の低放射化を図るために有望な材料であるが、水素同位体の透過速度が大きいという欠点もある。この問題に対処するには、この種の合金と水素同位体の相互作用に関する基礎的知見が不可欠であるが、これまでに得られているデータはばらつきが大きい。これは、水素同位体の吸収・放出が表面状態に極めて敏感であることによる。本年度はV-4%Ti合金について、厳密に制御された条件下で水素同位体の吸収実験および表面分析を行い、水素同位体の吸収・放出速度と化学的表面状態の関係を調べた。
既設の真空装置に設備備品として購入したゲートバルブとターボ分子ポンプを取付け、超高真空中で表面組成の温度変化を調べた。その結果、400℃以上の温度領域ではTiが表面偏析し、1000℃ではTiの表面濃度が50%にも達することを見出した。また、10^<-5>〜10^<-3>Paの酸素中での酸化挙動を調べ、低酸素分圧下ではTiが選択的に酸化されることを明らかにした。酸素分圧は設備備品として購入した分圧真空計で測定した。以上の結果から、Tiの挙動が水素同位体の溶解・放出に強い影響を及ぼすと考え、機械的に研磨した試料(Tiは偏析していない)と、真空加熱によりTiを50%まで偏析させた試料について、水素吸収速度を比較した。その結果、Tiが偏析している試料では、Tiが酸化物を形成することにより水素吸収速度が2〜3桁減少することを見出した。また、吸収の活性化エネルギーはTiの偏析により16.6kJ/mol・H_2から43.8kJ/mol・H_2に増大した。従来報告されているV-Ti-Cr合金の吸収・放出速度定数や活性化エネルギーはTiが偏析している試料の値に近く、Tiの挙動を詳細に把握することにより、従来のデータの部を整理できる可能性があることが示唆された。

Research Products

• [Publications] R.Hayakawa, Y.Hatano, K.Fujii, K.Fukumoto, H.Matsui, K.Watanabe: "Surface Segregation and Oxidation of Ti in a V-Ti alloy"Journal of Nuclear Materials. 307-311. 580-584 (2002)