液体ブランケット用水素(同位体)センサー・ポンプの電極高度化研究

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核融合炉の液体増殖材ブランケット中に溶解している水素・水素同位体の量をオンラインでモニタリングする手段として、固体電解質水素センサの電極の開発研究を実施した。液体増殖ブランケットのような腐食・還元雰囲気下で固体電解質を水素センサとして機能させるためには、固体電解質表面を保護する必要がある。そこでパラジウム(Pd)の高い水素透過性に着目した。まず、腐食に対する保護性を有するような緻密膜状電極を形成するために、Pdの塗布方法や適切な熱処理条件を調べた。この保護性を腐食試験により確認した上で、電極として固体電解質表面に取り付けて水素・アルゴン混合ガス雰囲気中で試験し、その機能を調べた。センサ起電力はネルンストの式で評価される理論起電力に良く合致する事がわかった。これにより、Pd緻密膜電極は、従来使用されてきたPt電極と同様に、電極として安定に機能する事がわかった。Pd緻密膜電極の電極反応のメカニズムを調べた結果、緻密膜電極と固体電解質との界面における3相界面により電極反応が生じていることがわかった。更に、この電極を塗布した固体電解質水素センサを液体増殖材Flinak中に浸漬し、水素濃度のオンライン試験を実施した。Flinak中の水素濃度を、Flinak自由液面の気液平衡により制御したところ、そのセンサ起電力はネルンストの式で評価される理論起電力に良く合致した。つまり、本研究で開発したPd緻密膜電極を用いたことによりFlinak中の水素濃度の測定に成功したといえる。