核融合炉液体ブランケットにおける水素同位体挙動の解明

本研究では、核融合炉開発の先進化に向けて、液体ブランケット候補材であるリチウムあるいはリチウム鉛を対象とし、トリチウム回収システムの構築のための水素同位体移動現象の定量を行った。リチウムに関しては、リチウム流動条件での水素同位体制御特性データ取得のため、撹拌流動状態にしたリチウム中の水素をイットリウムにより回収する実験を行い、水素吸収速度の温度依存性を定量した。気相中水素からリチウム系あるいはリチウム+イットリウム系への総括物質移動係数を求めると、物質移動係数は温度にかかわらず一定であることに加えて、液体リチウムの撹拌速度が水素移動速度に与える影響が小さいことから、イットリウム中の水素拡散がリチウム-イットリウム系における水素移動過程の律速段階にあることを実験的に確認した。イットリウムの水素同位体回収性能を評価するため、イットリウム充填層を設置したリチウム流動装置を新規製作した。水流動試験による流速制御と水素を用いた透過試験により実験システムが正常に作動することが確認でき、リチウム流動試験を行う段階に至った。これまで構築したリチウム-イットリウム間での水素移行モデルから得られた物質移動係数を用いてイットリウムトラップの設計計算を行い、イットリウムがリチウム中の1ppm以下の水素回収を評価するに至った。得られた成果はIFMIFにおけるイットリウムホットトラップ設計に貢献するものである。液体リチウム鉛に関しては、自然対流及び強制対流によりリチウム鉛を流動させる実験装置を新規製作し、水素透過過程における流動の影響を検証した。流動状態のリチウム鉛における水素透過過程では構造材として用いたSUS316管壁の水素移動が律速となり、対流の影響によりリチウム鉛内の水素拡散が十分速いことが分かった。リチウム鉛の水素透過流束はSUS316の透過係数の文献値を用いて求めた値よりも約2桁大きくなり、金属系で起こる特有の水素移動現象があることが新たに分かった。また、強制対流によるリチウム鉛流動装置により、リチウム鉛流動条件下での配管系への透過挙動の定量、水素回収法の実験的検討を行うことが可能となり、トリチウム回収プロセス構築のためのデータ取得に貢献できた。

本研究では、核融合炉開発の先進化に向けて、液体ブランケット候補材であるリチウムあるいはリチウム鉛を対象とし、トリチウム回収システムの構築のための水素同位体移動現象の定量を行った。リチウムに関しては、リチウム流動条件での水素同位体制御特性データ取得のため、撹拌流動状態にしたリチウム中の水素をイットリウムにより回収する実験を行い、水素吸収速度の温度依存性を定量した。気相中水素からリチウム系あるいはリチウム+イットリウム系への総括物質移動係数を求めると、物質移動係数は温度にかかわらず一定であることに加えて、液体リチウムの撹拌速度が水素移動速度に与える影響が小さいことから、イットリウム中の水素拡散がリチウム-イットリウム系における水素移動過程の律速段階にあることを実験的に確認した。イットリウムの水素同位体回収性能を評価するため、イットリウム充填層を設置したリチウム流動装置を新規製作した。水流動試験による流速制御と水素を用いた透過試験により実験システムが正常に作動することが確認でき、リチウム流動試験を行う段階に至った。これまで構築したリチウム-イットリウム間での水素移行モデルから得られた物質移動係数を用いてイットリウムトラップの設計計算を行い、イットリウムがリチウム中の1ppm以下の水素回収を評価するに至った。得られた成果はIFMIFにおけるイットリウムホットトラップ設計に貢献するものである。液体リチウム鉛に関しては、自然対流及び強制対流によりリチウム鉛を流動させる実験装置を新規製作し、水素透過過程における流動の影響を検証した。流動状態のリチウム鉛における水素透過過程では構造材として用いたSUS316管壁の水素移動が律速となり、対流の影響によりリチウム鉛内の水素拡散が十分速いことが分かった。リチウム鉛の水素透過流束はSUS316の透過係数の文献値を用いて求めた値よりも約2桁大きくなり、金属系で起こる特有の水素移動現象があることが新たに分かった。また、強制対流によるリチウム鉛流動装置により、リチウム鉛流動条件下での配管系への透過挙動の定量、水素回収法の実験的検討を行うことが可能となり、トリチウム回収プロセス構築のためのデータ取得に貢献できた。