Dynamic behavior of chemical exchange column in a water detritiation system for a fusion reactor

核融合炉水処理システムにおける化学交換塔の動的挙動

山西 敏彦; 岩井 保則

Yamanishi, Toshihiko; Iwai, Yasunori

核融合炉では大量のトリチウム水が発生する。このトリチウム水の処理には、CECE(Combined Electrolysis Catalytic Exchange:化学交換塔)が用いられる。原子力機構で原型炉用に設計研究された化学交換塔を対象に、塔の動的挙動を計算するコードを開発し、計算機実験により解析を行った。対象とした塔の内径及び高さは、それぞれ、0.7m及び22mである。塔を最初自然水で満たし、その後の運転で定常状態に到達するまでに、約3時間を要した。核融合炉で用いられる化学交換塔は、再結合器がないために、このような比較的長い時間が定常状態に到達するのに必要である。例えば、再結合器がある化学交換塔の場合、塔は全還流操作を行うことができ、この場合、わずか1時間で、塔の運転を定常状態にすることができる。このような化学交換塔の動的特性を考慮し、制御系の予備的検討も行った。

In a fusion reactor, a large amount of tritiated water is expected to be produced. A CECE (Combined Electrolysis Catalytic Exchange) column is applied to process this water. The CECE column of a water processing system of a demo fusion plant design by JAEA is chosen for a reference case. The height and inner diameter of the columns are 22 and 0.7 m. A main feed stream to the column is 20 kg/h, and its atomic ratio of tritium is 5.010. We have developed a simulation code of the CECE column, and have analyzed its dynamic characteristics. In the case where the column is filled with natural water, it takes about 3 hours to reach the steady state of the column. If the column has the recombiner, only a hour is needed to reach the steady state after the total reflux operation. The effect of the reflux has thus been indicated. The control characteristics of the CECE column are also reported by using the developed code with a series of calculated results.