Tritium permeation behavior implanted into pure tungsten and its isotope effect

純粋なタングステン中に打ち込まれたトリチウムの透過挙動及びその同位体効果

中村 博文; 林 巧; 角田 俊也*; 鈴木 卓美; 西 正孝

Nakamura, Hirofumi; Hayashi, Takumi; Kakuta, Toshiya*; Suzuki, Takumi; Nishi, Masataka

核融合炉の安全を考えるうえで重要なトリチウムの金属透過挙動研究の一環として、ニッケル中のトリチウム及び重水素のイオン注入透過挙動を測定し、その同位体効果を検証した。同位体効果の検証に先立ち、重水素及びトリチウムの透過の律速過程を同定し、各々、550K以下の低温領域では入射側再結合律速-透過側拡散律速であり、550K以上の高温領域では入射側、透過側共に表面再結合律速であることを明らかとした。低温側の透過の過渡解析により、ニッケル中の重水素、トリチウムの拡散係数を求め、重水素との文献値との良い一致を得た。一方、拡散の同位体効果に関しては、拡散の活性化エネルギーに同位体依存性があることを見いだした。表面再結合係数に関しても重水素、トリチウムそれぞれに対して導出し、これも文献値との一致を見ると共に、重水素-トリチウム間の同位体効果の存在を明らかにした。得られた結果より、ニッケル中の重水素、トリチウムのイオン注入透過で観察された同位体効果に関しては、拡散係数よりも、表面再結合係数の寄与が大きいことが判明した。

The isotope effect on the implantation-driven permeation of pure tritium (T) and deuterium (D) through nickel was investigated, respectively. The rate-determining processes of backward flow at the upstream surface and permeation at the down-stream surface were found to be as follows: recombination on up-stream surface and diffusion at down-stream side in a lower temperature region, whereas recombination on both surfaces in a higher temperature region for T and D, respectively. The diffusion coefficients of T and D derived by analyzing the obtained transient data of permeation in the lower temperature region were in good agreement with literature data of deuterium. The obtained activation energy of diffusion for T and D suggested the tendency of mass dependence. The surface recombination coefficients for both isotopes were also derived and showed in good agreement with literature data. As a result, the experimental results indicated the surface recombination could be attributed to the isotope effect of the permeation between T and D rather than the diffusion.