Tritium recovery from solid breeder blanket by water vapor addition to helium sweep gas

水蒸気添加ヘリウムスイープガスによる固体増殖ブランケットからのトリチウム回収

河村 繕範; 岩井 保則; 中村 博文; 林 巧; 山西 敏彦; 西 正孝

Kawamura, Yoshinori; Iwai, Yasunori; Nakamura, Hirofumi; Hayashi, Takumi; Yamanishi, Toshihiko; Nishi, Masataka

核融合炉固体増殖ブランケットにおいて水素添加ヘリウムスイープガスをトリチウム回収に使用した場合、冷却系へのトリチウム透過漏洩が懸念される。原研で行われた実証炉に関する設計研究では、典型的な水素添加スイープガス条件で、透過漏洩量が生成トリチウム量の約20パーセントに上ると試算されている。これらのトリチウムをITER規模の水処理システムで回収しようとすれば、何らかの透過防止措置により透過量を0.3パーセント以下に低減する必要がある。有力な透過防止措置の一つとして、水素に代わり水蒸気を添加したスウィープガスを使用する場合について検討した。水蒸気添加では、同位体交換の反応速度は水素より大きく、平衡定数はほぼ1.0であると予想される。水素添加同様H/T比を100として増殖領域でのトリチウムインベントリーを比較すると、水蒸気分圧の増加に伴いインベントリーは増加するもののそれほど大きくないことがわかった。トリチウム回収システムとしてはトリチウムを含む水蒸気をヘリウムから分離するのは比較的容易であるが、燃料として利用するために分解して水素同位体に戻すプロセスが必要である。

Adding some amount of hydrogen to the helium sweep gas is effective for tritium extraction from blanket, but it causes permeation of tritium to a cooling system. In the design study of a demonstration reactor in JAERI, tritium leakage has been estimated to be about 20% of bred tritium under typical sweep gas conditions. If these tritiums are recovered under the ITER-WDS condition, tritium leakage limitation has to be less than 0.3% of typical case. Water vapor addition to the sweep gas is effective not only for blanket tritium extraction but also for permeation prevention. The reaction rate of isotope exchange is larger than the case of H, and the equilibrium constant is also expected to be about 1.0. When the H/T ratio is 100, tritium inventory of breeder material is larger than the case of H addition. However it is not so large. In case of HO sweep, separation of tritiated water from helium seems to be easyer, but the process that changes HTO to HT is necessary.