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

等离子体分解氚氢化合物气体提氚方法

• 批准号: 21K13899
• 负责人: 大宅 諒
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K13899/
• 关键词: 水素化合物ガス; プラズマ分解法; トリチウム抽出; 燃料循環システム

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。

This study は, fuel cycle シ ス テ ム の elements machine と し て, プ ラ ズ マ を with い た ト リ チ ウ ム chemical water element compounds ガ ス の decomposition に よ る ト リ チ ウ ム extraction method の have sharper sex を Ming ら か に す る こ と を purpose と す る. そ の た め に, (1) the optimal な decomposition rate of unseen を with え る プ ラ ズ を explore し マ conditions, (2) deputy products の accumulation を low cut す る た め の gimmick を beg す 検 る こ と に よ っ て の maintain for a long time, high working rate を refers す. Youdaoplaceholder0, (3) nuclear fusion experimental device た ら, <s:1> vacuum exhaust ガスを determination た experimental verification を operation う. This year, に, and last year, に have drawn attention to the research on the accumulation of <s:1> carbon on the inner walls of containers, に, を, て, and を. The reasons for the accumulation of carbon, メタ, <s:1> decomposition, に occurrence of <s:1>, and the low water recovery rate, を and させる are であった. し か し, last year, the container wall に carbon accumulation を さ せ た state で water evaporate 気 の プ ラ ズ マ decomposition line を う と, deputy products の acid が reduce し, water steam 気 の decomposition rate of unseen が big き く raised plus す る こ と を 発 see し た. This year は, こ の メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に す る た め と electronic の conflict area, water molecules の デ ー タ ベ ー ス を with い た parsing line を う と と も に, container に し た ス テ ン レ ス sample line の な surface detail analysis を っ た. さ ら に, ガ ス の analysis meter calibration に よ り masato and す る ガ ス の points 圧 を 厳 dense に review 価 し, container の material 収 を beg し 検 た. Conflict area を with い た parsing に よ り, プ ラ ズ マ in で の anti 応 は dissociation sex electronic conflict が dominate で あ る と exam え ら れ る. Electronic と の conflict に よ り decomposition of water molecules は し て water element が 発 raw す る と と も に, deputy products と し て acid element が 発 raw す る. Party, setting the container に し た sample の surface analysis に よ り, water steam 気 decomposition be 験 に after carbon が remove さ れ て い る こ と が confirm さ れ た. は こ の results, container wall に お い て, acid に よ る carbon の chemical loss が up こ っ て い る こ と を shown し て い る. Above の こ と か ら, acid が reduce し, acid element atoms と water molecule の combining the 応 (decomposition の negative 応) が inhibit さ れ た results, decompose が promote さ れ た と exam え ら れ る. ま た, container の material 収 の beg に 検 よ り, vessel wall に water element が 蔵 さ れ て い る こ と も in stopping さ れ て お り, container で の プ ラ ズ マ - wall interaction が important だ と exam え ら れ る.

项目成果

Effective Decomposition of Water Vapor in RF plasma with Carbon Deposition

通过碳沉积在射频等离子体中有效分解水蒸气

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Oya;R. Ikeda and K. Katayama
• 通讯作者: R. Ikeda and K. Katayama

原型炉におけるプラズマ対向壁の燃料インベントリー評価と再結合係数の影響

DEMO反应堆等离子体面壁燃料存量评估及复合系数影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 浅井晋一郎;藤原美幸;山神光平;黒田健太;近藤猛;岡田佳憲;伊藤晋一;益田隆嗣;大宅諒,星野一生,朝倉伸幸,坂本宜照,花田和明
• 通讯作者: 大宅諒,星野一生,朝倉伸幸,坂本宜照,花田和明

プラズマを用いた水蒸気の分解による水素抽出法と炭素堆積の影響

等离子体分解水蒸气提氢方法及积炭的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 大宅諒;孫昊男;片山一成
• 通讯作者: 片山一成

高周波プラズマによる有機物からの水素抽出特性

高频等离子体从有机物中提取氢的特点

• 发表时间: 2022
• 作者: 大宅諒;片山一成;林信哉
• 通讯作者: 林信哉

Effective Decomposition of Water Vapor in Radio-Frequency Plasma with Carbon Deposition on Vessel Wall

射频等离子体有效分解水蒸气并在容器壁上沉积碳

• DOI: 10.1585/pfr.17.2405087
• 发表时间: 2022
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: M. Oya;R. Ikeda;K. Katayama
• 通讯作者: K. Katayama