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Experimental durability studies of electrolysis cell materials for a water detritiation system

トリチウム水処理システムの電解セルに使用する高分子材料の放射線耐久性に関する実験研究

岩井 保則; 廣木 章博; 八木 敏明*; 玉田 正男; 山西 敏彦

Iwai, Yasunori; Hiroki, Akihiro; Yagi, Toshiaki*; Tamada, Masao; Yamanishi, Toshihiko

核融合炉プラントのトリチウム水処理システムを構成する固体高分子電解槽の放射線耐久性を精査した。固体高分子電解槽の水電解機能を担うナフィオンN117イオン交換膜について、浸漬条件下にて国際熱核融合実験炉における使用時の線量上限値530kGyを越える線量の$$gamma$$線や電子線を照射した結果、1600kGyにおいても機械的強度やイオン交換能について設計要求値以上の放射線耐久性を有することを確認した。使用時の線量上限値530kGyまで固体高分子電解槽の電解性能を維持するためには、商用電解槽において電気絶縁に使用されているテフロンを1500kGyにおいても放射線耐久性を有するポリイミド材に交換することを提案した。Oリングに用いられるゴム材については、1500kGyにおいても機械的強度が変化せず、放射線劣化に伴う有機物の溶出も小さいバイトンが最適であることを明らかとした。

The radiation durability of the solid-polymer-electrolyte (SPE) water electrolyzer composed of the Water Detritiation System (WDS) was investigated. A series of $$gamma$$-ray and electron beam irradiation tests of Nafion N117 ion exchange membrane, a key polymer in a SPE electrolyzer, beyond ITER-WDS requirement (530kGy) indicated Nafion N117 has enough radiation durability up to 1600 kGy from the view points of mechanical strength and ion exchange capacity. To keep electrolysis function of a SPE cell up to 530 kGy, we suggest replacing Teflon with polyimide. A series of $$gamma$$-ray irradiation test of Kapton polyimide observed no serious damage in strength up to 1500 kGy. Concerning rubber material for O-ring seal, we observed that soaking VITON rubber keeps the constant value of tensile strength up to 1500 kGy. Moreover organic elution was not observed from a soak of VITON. From the viewpoint of stable strength and organic elution, VITON is a first candidate for rubber material.

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分野:Nuclear Science & Technology

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