核融合炉液体リチウムブランケット配管へのセラミックコーティング作成手法の検討

聚变反应堆液态锂包覆管道陶瓷涂层制作方法的检验

基本信息

批准号：
13780401
负责人：
鈴木晶大
金额：
$ 1.41万
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 Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

D-T核融合実用炉におけるより高性能なブランケットシステムとして検討されている液体リチウムブランケット概念におけるMHD圧力損失を解決する手段として、絶縁性セラミックスコーティングを配管構造材料表面に設置する事が考えられている。本研究では、配管用コーティング材として核融合炉環境下で良い特性を示す窒化アルミニウムを有力な候補と考え、平成13年度には、この材料の特性を損なわないように、スパッタリング法、イオン注入法などのいくつかの方法で、核融合炉配管構造材料候補である低放射化バナジウム合金上に結晶性コーティングを試作した。平成14年度は、試作したコーティング材、及び、AlNバルク材に対して、高温液体リチウム中での耐腐食性試験を行った。その結果、600℃以下の比較的低温領域においては、AlN中の主な不純物である酸素の濃度が、電気抵抗値の低下という腐食挙動に大きく影響している事を示し、その考察に基づいて、低酸素濃度のAlN材を試作し電気抵抗値が抑えられる事を示した。しかし、700℃以上の高温領域においては、液体リチウムを通して窒素が移動し、バナジウム合金中の成分であるチタンによる窒素の吸収速度が大きくなり、最大1400時間の共存性試験によりAlN自体の溶出が発生した。これらの結果を元に、ブランケットの最大到達温度として750℃程度を考える場合には、冷却材であるリチウムがバナジウム合金及び窒化アルミニウムの両者と同時に接しないような設計概念が必要となる事がわかった。また、これらの結果について国内外の学術会合にて広く公表した。

它预计将在管道结构材料的表面上安装绝缘陶瓷涂层，以解决液态锂毯概念中MHD压力损失的手段，该概念被认为是D-T融合实用反应堆中的较高性能毯系统。在这项研究中，在核融合反应器环境中表现出良好特性的氮化铝被认为是潜在的候选物作为管道的涂料材料，并且在2001年，使用几种材料构图的材料，在诸如sputter and promenties proptiors上进行了多种方法，在低激活的钒合金上进行了结晶涂层，这是一种候选材料。 2002年，对原型涂料材料和高温液体锂中的Aln Bulk材料进行了耐腐蚀性测试。结果，在低于600°C的温度相对较低的区域中，氧气的浓度是ALN中的主要杂质，对降低电阻值的腐蚀行为具有很大的影响，并且基于此考虑，可以表明可以产生低氧气浓度ALN材料以抑制电阻值。但是，在700°C或更高的高温区域，氮通过液体锂迁移，导致钛的吸收率增加，钛合金中的成分以及最多1400小时的共存测试导致ALN本身的洗脱。基于这些结果，发现在考虑毯子到达的最高温度约为750°C时，有必要设计概念，即冷却液的锂不会同时与钒合金和硝酸铝接触。这些结果在国内和国际上都广泛宣传。