タンタルを用いた超透過膜ポンプの開発研究

利用钽的超渗透隔膜泵的研发

基本信息

批准号：
12780371
负责人：
鈴木肇
金额：
$ 1.54万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

核融合装置では、強磁場、高温下で働く水素ポンプが必要とされる。メンブレンポンプはニオブ、バナジウム、タンタル、パラジウムなどの金属が示す超透過現象を利用した壁ポンプであり、高効率の排気能力があることがわかっている。過去には最適化された条件下でのデータは多く取られ、最近では核融合装置を想定した必ずしもクリーンとは言えない条件下での動作実験が行われてきている。また大型ヘリカル装置など、実機のパラメータを考慮した検討を行っている。核融合科学研究所でも、これまで多くの実験が行われてきたが、基礎データのそろったニオブを用いた実験が主であった。ニオブの欠点は水素脆化の問題である。ニオブメンブレンが内部に大量の水素を蓄えたまま室温に冷却されると相転移が起こり強度が劣化してしまう。タンタルにも同様の問題があるが、相転移の温度が低いためその点は有利であると考えられる。そこで、今回はタンタルの超透過現象を用いたメンブレンポンプの開発の検討をおこなった。昨年度は、実験装置の健全性と参照データを取るために、これまで経験のあるニオブを用いて実験をおこない、データを収集した。平行してタンタルのポンプの設計及び製作を行った。その際自然状態でタンタル内部に蓄積された水素を過熱することで、タンタルが内部に大量の水素を蓄積することが確認された。それを受け、今年度はポンプとしての動作確認を行った。ニオブでの実験装置と同等のものをタンタルで製作し、同じ真空容器、計測装置を用いて、アトマイザーで作られた水素原子の叩き込みによる実験で、タンタルでも水素の排気が可能であることを確認した。ニオブとの細部での違い等は現在解析中である。また、昨年度の研究を受け、本年度は核融合研の大型ヘリカル装置内部にニオブ板を設置し、通常のプラズマ運転下での装置の健全性について調査した。ニオブは水素を蓄えたまま、室温で長時間放置すると水素脆化によってぼろぼろになることが知られている。今回は大型ヘリカル装置実機に設置してあるため故意に破壊を促すような実験は行わず、実験の終了時、及び開始前に加熱による水素のガス出しを行い脆化を防ぐ運転を行った。その結果、約五ヶ月に渡る運転でも装置の健全性に問題は発生しなかった。このオペレーション条件の決定には、昨年度のニオブによる実験のデータ及びそれ以前のデータが役立った

核融合装置需要在高磁场和高温下运行的氢气泵。膜泵是一种壁泵，利用金属，例如niobium，vanadium，tantalum和Palladium表现出的超透明度现象，并被发现具有高效率排气能力。过去，在优化的条件下已获取了许多数据，最近，在不一定要清洁的条件下进行了操作实验，并假定正在进行核融合设备。我们还考虑考虑实际设备的参数，例如大型螺旋设备。到目前为止，已经在核融合科学研究所进行了许多实验，但是主要实验是使用具有所有基本数据的Niobium进行的。 niobium的缺点是氢含糖的问题。当将氮化膜冷却至室温时，将大量的氢存储在内部时，发生相变的强度，强度会恶化。尽管塔塔勒姆（Tantalum）有类似的问题，但由于相变的温度较低，因此认为这是有利的。因此，这次我们使用塔塔勒姆的超透明度研究了膜泵的发展。去年，为了获得实验设备和参考文献的完整性，我们使用了过去经验的niobium进行了实验，并收集了数据。同时，设计和制造了触觉泵。目前，已经确认在坦塔尔木材内积累的氢气在自然状态中过热，并且坦塔木在里面积聚了大量的氢。为此，今年我们确认了其作为泵的操作。与尼伯的实验装置相同的等效剂是使用塔塔勒姆制造的，并使用相同的真空容器和测量装置制造，可以证实，在实验中，使用雾化器使用氢原子可以用坦塔木耗尽氢。目前正在分析Niobium和其他Niobium之间差异的细节。此外，在去年的研究之后，今年我们在核融合研究所的大型螺旋设备内安装了一个尼伯板，并调查了在正常血浆操作下该设备的声音。众所周知，如果将niobium留在室温下长时间存储氢，则由于氢的含氢而变得破烂。从那时起，由于它安装在真正的大型螺旋装置上，因此没有进行实验以有意鼓励破坏，并且在实验结束时和实验开始之前，通过加热释放氢，进行了操作，以防止享受脆弱。结果，即使在运行大约五个月后，设备的完整性也没有问题。去年的Niobium实验和先前数据的数据对于确定此操作条件很有用。