核融合実験装置の黒鉛炉壁中に蓄積された水素の分析ならびに水素除去手法の開発

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現在建設が予定されている国際熱核融合実験炉(ITER)では、炉内に堆積した炭素再堆積層への多量のトリチウム蓄積が懸念されている。炭素再堆積層への水素同位体蓄積挙動は炉壁温度などの運転条件によって大きく変化することが予想されるが、現在のところ、ITERの炉壁温度である450K以上の高い炉壁温度における炭素再堆積及びそこへの水素同位体蓄積についてのデータはほとんど得られていない。そこで本研究では、573Kと高い炉壁温度で運転されたJT-60及びJT-60Uの炭素再堆積層への水素同位体(軽水素(H)及び重水素(D))蓄積量を昇温脱離法(TDS)で測定し、炉壁温度が水素同位体蓄積挙動に与える影響について考察した。また、炭素再堆積層中に蓄積された水素同位体を除去する手法としてレーザー誘起脱離(LID)法を取り上げ、水素同位体蓄積手法として用いる場合の最適なレーザー光照射条件について検討した。実験の結果、プラズマ放電時にプラズマの熱負荷が大きかったために、炭素再堆積層の温度が最高で800K程度にまで上昇した領域では、炭素再堆積層中水素同位体濃度が低く((H+D)/C=0.02)なり、プラズマの熱負荷が小さく、炭素再堆積層があまり上昇しなかった(約600K)領域では水素同位体濃度が高く((H+D)/C=0.13)なった。これらの濃度は、再堆積層の最高到達温度における黒鉛への飽和水素同位体蓄積濃度に相当する。以上のことより、たとえ炭素再堆積層が堆積したとしても、プラズマ放電中に一時的にでも炭素再堆積層の温度を上昇させることができれば、そこへの水素同位体蓄積量が大幅に減少させることができることが強く示唆された。また、炭素再堆積層表面が急激に昇華・損耗(アブレーション)するような条件でレーザー光を照射すれば、蓄積されていた水素同位体のほぼ全量を除去できることが明らかとなった。