Study of fuel hydrogen circulation control with carbon pump

研究は、 １）分子動力学（MD）による素過程計算と基礎実験的検証、２）炭素ポンプの開発、３）既設高速試料搬送装置 （FESTA）による微量炭素ドープによる炭素循環評価、４）炭素ポンプの回収効率評価、５）実機による炭素・水素粒子循環制御実験のステップで進める.1)についてMD計算のベースとなるアモルファス炭素を第一原理計算で計算機上で構築することに成功した。再堆積層の物理モデルは存在しないためアモルファス炭素で計算を行うこととした。また、構築したアモルファス炭素内に水素をどのように配置するかについては実験時にプラズマ着火前に行う水素ガス導入時を想定することとした。基礎実験装置は、装置の設計・製作・組み上げはほぼ完了した。また、運転用の電源や排気ポンプの設置も行ったので、あとはプラズマ着火を行う段階にある。2)についてはペルチェ素子を用いた炭素回収用の冷却パネルの設計が終了した。３）についてはFESTAでプラズマ暴露したステンレス316L試料からの動的吸蔵の計測に成功した。プラズマ放電中にプラズマ暴露試料を計測チャンバーに引き抜いて封じ切ることで試料からの放出ガスを計測することに成功した。1000秒間の同一の放電に3回連続で暴露することにも成功し、暴露回数が増えることで水素ガスの放出束が増えることを確認した。これは試料内部に吸蔵された水素原子の量に水素リサイクリングが依存することを示している。試料からの動的吸蔵が評価できたことで、再堆積層の影響を定量評価することが可能となり、炭素ドープがリサイクリングに与える影響を定量評価することが可能となることが期待される。

研究は、 １）分子動力学（MD）による素過程計算と基礎実験的検証、２）炭素ポンプの開発、３）既設高速試料搬送装置 （FESTA）による微量炭素ドープによる炭素循環評価、４）炭素ポンプの回収効率評価、５）実機による炭素・水素粒子循環制御実験のステップで進める.1)についてMD計算のベースとなるアモルファス炭素を第一原理計算で計算機上で構築することに成功した。再堆積層の物理モデルは存在しないためアモルファス炭素で計算を行うこととした。また、構築したアモルファス炭素内に水素をどのように配置するかについては実験時にプラズマ着火前に行う水素ガス導入時を想定することとした。基礎実験装置は、装置の設計・製作・組み上げはほぼ完了した。また、運転用の電源や排気ポンプの設置も行ったので、あとはプラズマ着火を行う段階にある。2)についてはペルチェ素子を用いた炭素回収用の冷却パネルの設計が終了した。３）についてはFESTAでプラズマ暴露したステンレス316L試料からの動的吸蔵の計測に成功した。プラズマ放電中にプラズマ暴露試料を計測チャンバーに引き抜いて封じ切ることで試料からの放出ガスを計測することに成功した。1000秒間の同一の放電に3回連続で暴露することにも成功し、暴露回数が増えることで水素ガスの放出束が増えることを確認した。これは試料内部に吸蔵された水素原子の量に水素リサイクリングが依存することを示している。試料からの動的吸蔵が評価できたことで、再堆積層の影響を定量評価することが可能となり、炭素ドープがリサイクリングに与える影響を定量評価することが可能となることが期待される。