プラズマを用いたトリチウム化水素化合物ガスの分解によるトリチウム抽出法

本研究は、燃料循環システムの要素機器として、プラズマを用いたトリチウム化水素化合物ガスの分解によるトリチウム抽出法の有効性を明らかにすることを目的とする。そのために、(1)最適な分解効率を与えるプラズマ条件を探索し、(2)副生成物の堆積を低減するための手法を検討することによって、高効率の長時間維持を目指す。また、(3)核融合実験装置からの真空排気ガスを想定した実証実験を行う。本年度は、昨年度に引き続き、容器内壁への炭素堆積に注目して研究を進めた。炭素堆積はメタン分解の際に発生し、水素回収率を低下させる原因であった。しかし、昨年度、容器内壁に炭素を堆積させた状態で水蒸気のプラズマ分解を行うと、副生成物の酸素が減少し、水蒸気の分解効率が大きく増加することを発見した。本年度は、このメカニズムを明らかにするため、水分子と電子の衝突断面積のデータベースを用いた解析を行うとともに、容器内に設置したステンレス試料の詳細な表面分析を行った。さらに、ガス分析計の較正により関与するガスの分圧を厳密に評価し、容器内の物質収支を検討した。衝突断面積を用いた解析により、プラズマ中での反応は解離性電子衝突が支配的であると考えられる。電子との衝突により水分子は分解して水素が発生するとともに、副生成物として酸素が発生する。一方、容器内に設置した試料の表面分析により、水蒸気分解実験後に炭素が除去されていることが確認された。この結果は、容器内壁において、酸素による炭素の化学損耗が起こっていることを示している。以上のことから、酸素が減少し、酸素原子と水素分子の再結合反応（分解の逆反応）が抑制された結果、分解が促進されたと考えられる。また、容器内の物質収支の検討により、容器内壁に水素が吸蔵されていることも示唆されており、容器内でのプラズマ-壁相互作用が重要だと考えられる。

本研究は、燃料循環システムの要素機器として、プラズマを用いたトリチウム化水素化合物ガスの分解によるトリチウム抽出法の有効性を明らかにすることを目的とする。そのために、(1)最適な分解効率を与えるプラズマ条件を探索し、(2)副生成物の堆積を低減するための手法を検討することによって、高効率の長時間維持を目指す。また、(3)核融合実験装置からの真空排気ガスを想定した実証実験を行う。本年度は、昨年度に引き続き、容器内壁への炭素堆積に注目して研究を進めた。炭素堆積はメタン分解の際に発生し、水素回収率を低下させる原因であった。しかし、昨年度、容器内壁に炭素を堆積させた状態で水蒸気のプラズマ分解を行うと、副生成物の酸素が減少し、水蒸気の分解効率が大きく増加することを発見した。本年度は、このメカニズムを明らかにするため、水分子と電子の衝突断面積のデータベースを用いた解析を行うとともに、容器内に設置したステンレス試料の詳細な表面分析を行った。さらに、ガス分析計の較正により関与するガスの分圧を厳密に評価し、容器内の物質収支を検討した。衝突断面積を用いた解析により、プラズマ中での反応は解離性電子衝突が支配的であると考えられる。電子との衝突により水分子は分解して水素が発生するとともに、副生成物として酸素が発生する。一方、容器内に設置した試料の表面分析により、水蒸気分解実験後に炭素が除去されていることが確認された。この結果は、容器内壁において、酸素による炭素の化学損耗が起こっていることを示している。以上のことから、酸素が減少し、酸素原子と水素分子の再結合反応（分解の逆反応）が抑制された結果、分解が促進されたと考えられる。また、容器内の物質収支の検討により、容器内壁に水素が吸蔵されていることも示唆されており、容器内でのプラズマ-壁相互作用が重要だと考えられる。