Feasibility study on the blanket tritium recovery system using the palladium membrane diffuser

パラジウム膜拡散器を用いた増殖トリチウム回収システムの成立性の検討

河村 繕範; 榎枝 幹男; 山西 敏彦; 西 正孝

Kawamura, Yoshinori; Enoeda, Mikio; Yamanishi, Toshihiko; Nishi, Masataka

核融合炉固体増殖ブランケットで生成されたトリチウムは、ヘリウムスイープガスを流通させることによりブランケットから取り出す。取り出されたトリチウムは、ブランケットトリチウム回収システムにおいてヘリウムから分離される。ブランケットトリチウム回収システムに対して適用が提案されているプロセスの一つが、パラジウム合金膜を用いた膜分離システムである。パラジウム拡散器は高濃度水素同位体純化に対して実績があり、ITERのプラズマ排ガス処理装置にも採用されている。一方で、低水素分圧の系では透過における律速過程の変化が報告されており、ブランケット系への適用を本格的に検討した例は少ない。今回、原研で行われた実証炉の概念設計に基づき、パラジウム拡散器を用いたブランケットトリチウム回収システムの可能性について検討を行った。一例としてシェル-チューブ型熱交換器のような拡散器を想定し、スイープガスを大気圧でシェル側に受入れるとする。この場合、サイドカットを0.95程度とするには、チューブ側線流速をシェル側の6倍にしなければならない。これは透過したトリチウムを薄めることになり、回収システムとしての機能を果たさないことを意味する。

Tritium bred in the solid breeder blanket of a fusion reactor is extracted by passing of a helium sweep gas. Tritium is separated from sweep gas at the blanket tritium recovery system. Palladium membrane diffuser is one of the applicable processes for the blanket tritium recovery system. It is usually applied for hydrogen purification system such as TEP in ITER. However, it has been reported that the rate controlling step changes at lower hydrogen pressure such as the blanket sweep gas condition, and discussion about application for the blanket sweep gas condition is not enough. Recently, conceptual design of the demonstration reactor, named "DEMO2001", has been proposed from JAERI. In this report, the application of the Pd diffuser for the blanket sweep gas condition is discussed based on the condition of DEMO 2001.