粉末焼結ニッケル基合金膜によるトリチウム分離

ニッケル-アルミ系の粉末焼結合金膜によるこれまでの研究では、水素同位体の透過と分離においては焼結体中のポアと表面反応の2つの因子が重要であることが示されていたが、試料作成上の問題からそれぞれの影響を分離して検討することができなかった。本年度の研究においてはまず粉末焼結合金膜の作成方法の検討をすすめ、Ni-37at%Alの組成の合金について、比密度、すなわちポアの径と量とが異なる膜を再現性よく得る手法を開発した。さらにこの方法によって作成した比密度75%から91%までの5種類の試料について、水素同位体の単体および混合体ガスの透過速度を測定した。本研究の実験条件下では、ガスの透過速度qは、q=(S・Pc/L)・Pu^nと表わされる。ここでS、Lは膜の面積と厚さ、Pcは透過係数、Puは上流側のガス圧である。いずれの試料においても室温ではn=1であった。またPcは比密度の増加により減少し、75と91%のものでは10^3倍も変化した。比密度の低い試料では室温から573Kまでn=1であり、Pcは温度の上昇によって若干減少した。一方比密度91%の試料では室温でn=1であったものが373K以上の温度では、上昇につれて1より減少した。アルゴンおよびヘリウムを用いた実験と比較検討した結果、粉末焼結合金中の水素透過について次の点が明らかになった。(1)比密度が90%以下のものではポア中のクヌーセン拡散が主要な機構である。(2)比密度が高いものでは温度上昇にともなって表面あるいは粒界拡散が主要な機構となってくる。今後はポア径の分布の測定等が必要であると考える。同位体の分離係数をそれぞれのPcの比で表した場合、本研究で用いた合金膜では、いずれも質量比の平方根に近い高い係数が得られ、かつ交換反応も認められなかった。本材料は室温においても高い透過速度と分離係数を有し、カスケード分離システムに適していると考えられる。

ニッケル-アルミ系の粉末焼結合金膜によるこれまでの研究では、水素同位体の透過と分離においては焼結体中のポアと表面反応の2つの因子が重要であることが示されていたが、試料作成上の問題からそれぞれの影響を分離して検討することができなかった。本年度の研究においてはまず粉末焼結合金膜の作成方法の検討をすすめ、Ni-37at%Alの組成の合金について、比密度、すなわちポアの径と量とが異なる膜を再現性よく得る手法を開発した。さらにこの方法によって作成した比密度75%から91%までの5種類の試料について、水素同位体の単体および混合体ガスの透過速度を測定した。本研究の実験条件下では、ガスの透過速度qは、q=(S・Pc/L)・Pu^nと表わされる。ここでS、Lは膜の面積と厚さ、Pcは透過係数、Puは上流側のガス圧である。いずれの試料においても室温ではn=1であった。またPcは比密度の増加により減少し、75と91%のものでは10^3倍も変化した。比密度の低い試料では室温から573Kまでn=1であり、Pcは温度の上昇によって若干減少した。一方比密度91%の試料では室温でn=1であったものが373K以上の温度では、上昇につれて1より減少した。アルゴンおよびヘリウムを用いた実験と比較検討した結果、粉末焼結合金中の水素透過について次の点が明らかになった。(1)比密度が90%以下のものではポア中のクヌーセン拡散が主要な機構である。(2)比密度が高いものでは温度上昇にともなって表面あるいは粒界拡散が主要な機構となってくる。今後はポア径の分布の測定等が必要であると考える。同位体の分離係数をそれぞれのPcの比で表した場合、本研究で用いた合金膜では、いずれも質量比の平方根に近い高い係数が得られ、かつ交換反応も認められなかった。本材料は室温においても高い透過速度と分離係数を有し、カスケード分離システムに適していると考えられる。