トリチウムの材料表面での挙動と有機結合型トリチウムへの移行挙動に関する研究

氚在材料表面的行为及向有机结合氚的转变行为研究

基本信息

批准号：
14780389
负责人：
大矢恭久
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

核融合炉は未来のエネルギー源の一つとして注目されているが、核融合炉では放射性同位元素であるトリチウムを燃料として用いることから、トリチウムが外部へ放出された際の環境への影響やそのメカニズムについて十分に把握しておく必要がある。本研究では、特に核融合炉第一壁候補材料のひとつである炭化珪素(SiC)と冷却配管等に用いられるステンレス材料の二つの材料に注目して研究を行った。SiCは核融合炉内で直接水素同位体プラズマに曝される為、SiCへの水素同位体滞留メカニズムやその放出過程を解明する必要がある。一方、ステンレス材料はその材料表面の化学状態の違いにより水素同位体の存在状態が変わることが予想される。本研究の結果、SiC中での重水素の存在状態は、C-D結合及びSi-D結合の二つの化学状態を形成しており、その生成過程は、Si-D結合が先に形成され、その後C-D結合が形成されSiC中での主要な重水素の化学状態であると考えられる。一方、あらかじめヘリウムイオンを照射すると、重水素はSi-D,C-D結合を同時に形成しながら滞留することが明らかとなった。これらの挙動はSiC中の炭素欠陥および珪素欠陥の存在が大きく寄与していると考えられる。また炭化水素、シランの生成はこれらのメカニズムに大きく相関があると考えられる。一方、ステンレス材料中での水素同位体の滞留挙動ではその付着方法の違いで表面材料の酸化被膜の化学状態が大きく異なり、これにより水素同位体の付着量やその脱離挙動に大きく影響を及ぼすことが明らかとなった。特に過水酸化物として水素がステンレス表面に存在すると水素の滞留量が大きくなった。またイオン注入では表面の酸化被膜が存在しないと水素はすぐに再放出されることが明らかになった。これらの結果から水素同位体の滞留・滞留挙動はその捕捉状態に大きく影響されることが明らかとなった。

核融合反应堆作为未来的能源之一引起人们的注意，但是由于融合反应器将放射性同位素trip作为燃料，因此有必要充分了解释放到外部的环境影响和机制。在这项研究中，我们专注于两种材料：碳化硅（SIC），这是核融合反应堆的第一批壁材料之一，以及用于冷却管道的不锈钢材料。由于SIC直接暴露于核融合反应器中的氢同位素血浆，因此有必要阐明将氢同位素保留到SIC及其释放过程中的机制。另一方面，预计由于不锈钢材料表面化学状态的差异，氢同位素的存在将会发生变化。这项研究的结果是，在SIC中存在氘的存在形成了两种化学状态：C-D键和Si-D键，并且认为形成过程是首先形成Si-D键，然后形成C-D键，从而导致SIC中主要的化学化学状态。另一方面，当氦离子被提前照射时，据揭示了氘同时形成Si-D和C-D键。据认为，SIC中碳缺陷和硅缺陷的存在对这些行为有很大贡献。此外，碳氢化合物和硅烷的形成被认为与这些机制高度相关。另一方面，已经揭示了表面材料的氧化物涂层的化学状态，这取决于由于不同的粘附方法而在不锈钢材料中的保留行为，这对氢同位素及其同位素的粘附量及其解答的粘附量产生了重大影响。特别是，当氢以不锈钢表面的氢氧化物形式存在时，氢保留量的量会增加。还表明，当离子植入中不存在表面氧化物膜时，氢会很快重新发行。这些结果表明，氢同位素的保留和保留行为受其捕获状态的极大影响。