二塔式金属粒子充填層を用いた重水素の濃縮分離

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核融合炉の開発は、長期エネルギ資源の開発の観点から重要な研究課題の一つである。このうち、水素同位体の分離と回収は核融合炉燃料サイクルの確立のため特に重要である。本研究は、各種金属中への水素同位体の吸蔵および拡散における同位体効果を積極的に利用することによって、従来の同位体分離法とはまったく異なる新しい同位体分離操作を開発しようとするものである。得られた結果を以下に要約する。1.一塔式の金属粒子充填塔を製作し、充填金属(合金)の候補として、過去の著者の研究結果も考慮に入れ、V,Mg_2Ni,LaNi_3Al_2,Pdを選定した。そして分離に影響を及ぼす主な因子である理論段高さ(HETP)に着目し、重水素のステップあるいはパルス状入力による応答曲線を解析した。その結果、PdとLaNi_3Al_2でHETPが1cm以下であり、もし1mの塔では分離段が100段にもなり、これまで同位体分離に有望と考えられていた低温液化蒸留法より、HETPに関しては、より分離に適している事が判明した。これらの実験結果は英文誌で報告した。またHETPを求めるのに高速フ-リエ変換を用いて解析する手法を今回開発し、これについても英文誌で報告した。2.二塔式充填塔を製作し、PdとLaNi_3Al_2を用いて、水素重水素混合ガスの同位体分離実験を行った。このうちPdは水素を、LaNi_3Al_2は重水素を選択的によく吸蔵する。分離操作では、各塔を直列にし、原料供給、低温吸蔵、高温脱離を交互に繰り返す。その結果、3サイクル程度でPd側において初期濃度の1/3まで重水素の減損が確認された。初期の目的は達成したが、萌芽的研究であり、かつ単年度では、二塔式実験では必ずしも各操作パラメ-タの影響を明確にするまでには到らず、今後の研究結果も含めて論文として投稿する。