Transport properties of hydrogen isotope gas mixture through ceramic protonic conductor

プロトン導電性セラミック膜の水素同位体混合ガス移送特性

河村 繕範; 小西 哲之; 西 正孝; 角田 俊也*

Kawamura, Yoshinori; Konishi, Satoshi; Nishi, Masataka; Kakuta, Toshiya*

核融合炉を成立させるためには、増殖ブランケットで生成されるトリチウムを効率良く回収し、燃料として消費される以上のトリチウムを得なければならない。原研では、効率の良いブランケット増殖トリチウム回収システムとして、プロトン導電性セラミック膜を用いた水素ポンプシステムの適用を提案している。プロトン導電性セラミック膜は、膜の両面に電位差を設けることにより、水素同位体を選択的かつ積極的に透過させる性質を持つため、水素同位体分圧の低いブランケットパージガスからの水素同位体の回収に有効である。これまでに軽水素(H)及び重水素(D)単成分での移送特性を調べており、今回はH-D混合ガスを用いて移送特性を調べた。膜全体での透過速度を比較するとHを優先的に透過させる傾向にある。トリチウムを含む実際の系ではさらにその傾向が顕著となることが予想されるため、設計においては配慮が必要となるであろう。

To establish the nuclear fusion reactor, tritium bred in the breeder blanket of the fusion reactor must be recovered effectively. The present authors have proposed the blanket tritium recovery system using the hydrogen pump with solid electrolyte membrane. Hydrogen isotopes including tritium can be separated from helium purge gas of the breeder blanket by the protonic conductor membrane which pumps out hydrogen isotopes selectively by applying a few potential difference between its faces. Perovskite-type ceramic such as SrCeYbO, is one of the candidate protonic conductor for hydrogen pump and its ionic hydrogen transportation properties have been investigated. Deuterium transportation properties have also been investigated to understand the isotope effect. Through the investigation up to now, the basic hydrogen isotope transportation property of SrCeYbO, its technical feasibility, and issues for further development toward the practical devices were revealed.