Solid-polymer-electrolyte tritiated water electrolyzer for water detritiation system

トリチウム水処理システムに適用できる固体高分子型トリチウム水電解槽

岩井 保則; 山西 敏彦; 廣木 章博; 八木 敏明*; 玉田 正男

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

核融合炉で発生する高濃度トリチウム水の電解処理を担う耐放射線型固体高分子電解槽(SPE)を提案した。電解槽に使用する高分子材料は 国際熱核融合実験炉(ITER)におけるトリチウム水処理システムのSPEの目標線量である530kGyにおいて機能が維持できるよう選定した。耐放射線性のある高分子材料としてはイオン交換膜にPtとIrを担持したナフィオンN117膜、Oリングにバイトン、電気絶縁にポリイミドを選定した。これら材料を用いて組み上げた電解槽を線照射した結果として530kGyの線量に対して意図どおりの耐久性を有することを実証した。また、電解槽のイオン交換膜とOリングは9TBq/kgのトリチウム水にさらされるため、メインテナンス時のトリチウム除染が重要となる。イオン交換膜内の自由水に含まれるトリチウムは真空脱水等により速やかに除去できるのに対して、構造水内のトリチウム除去には同位体交換反応の活用が必要となることを示した。

A solid-polymer-electrolyte (SPE) water electrolyzer for high-level tritiated water was designed for the Water Detritiation System (WDS). Polymeric materials were selected from a main viewpoint of radiation durability to keep their functions beyond ITER-WDS requirement (530 kGy). Our selection was Pt + Ir applied Nafion N117 ion exchange membrane, VITON O-ring seal and polyimide insulator. A g-ray irradiation test of the SPE cell demonstrated the durability of the cell against 530 kGy. The detritiation of the polymeric materials is a critical problem for the maintenance or for the disposal of the electrolyzer. As for the Nafion membrane, most of tritiated water in the membrane was rapidly removed by such as vacuum dehydration. It was difficult, by contrast, to remove bound tritiated water in the membrane. An effective method to remove tritiated water in the bound water is to promote an isotope exchange.