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Development of advanced tritium breeding material with added lithium for ITER-TBM

ITERテストブランケットモジュール用Li添加型先進トリチウム増殖材料の開発

星野 毅; 加藤 剣一*; 名取 ゆり*; 及川 史哲; 中野 菜都子*; 中村 和*; 佐々木 一哉*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 蓼沼 克嘉*

Hoshino, Tsuyoshi; Kato, Kenichi*; Natori, Yuri*; Oikawa, Fumiaki; Nakano, Natsuko*; Nakamura, Mutsumi*; Sasaki, Kazuya*; Suzuki, Akihiro*; Terai, Takayuki*; Tatenuma, Katsuyoshi*

Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$は日本におけるITERテストブランケットモジュール(TBM)に装荷するトリチウム増殖材料の候補材料として選定されている。本材料は水素添加ガス雰囲気中で高温・長時間、中性子照射されるため、水素により還元されにくく、Liの蒸発及び核的燃焼に対する耐久性が要求される。そこで、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$よりLi/Ti比が大きく、しかもLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$の結晶構造を持つ先進トリチウム増殖材料であるLi添加型Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$(Li$$_{2+x}$$TiO$$_{3+y}$$)の開発を行った。水酸化リチウム一水和物とメタチタン酸を回転混合させることにより、常温にて始発原料同士の固相反応を進行させ、ゲル状とした。このゲル状試料を焼成したLi添加型Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$は、無添加Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$のXRD回折ピークと一致し、他の不純物等による相は観察されなかった。さらに、Li/Ti分析結果から、合成前後のLi/Ti比はほぼ一致した。これらの結果より、従来の固相合成法に常温固相合成反応を取り入れることで、高温・長時間使用時においても化学的に安定なITER-TBM用Li添加型Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$が合成可能となることを初めて明らかにした。

Lithium titanate (Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$) is one of the most promising candidates among tritium breeding materials because of its good tritium release. Addition of H$$_{2}$$ to inert sweep gas has been proposed for enhancing the tritium release from tritium breeding materials. However, the mass of Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ was decreased with time in the hydrogen atmosphere. It is assumed that the mass decrease indicates the loss of the oxygen contained in the sample caused by the change from Ti $$^{4+}$$ to Ti $$^{3+}$$, and that the partial pressures of Li-containing species were increased in the hydrogen atmosphere. In order to decrease the mass-change at high temperature, advanced tritium breeding material with added Li should be developed to improve the physical and chemical stability in hydrogen atmosphere. In the case of the Li$$_{2+x}$$TiO$$_{3+y}$$ samples used by the present study, LiOHH$$_{2}$$O and H$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ were proportionally mixed with the molar ratio Li/Ti of either 2.0 and 2.2. These samples are designated as L20 (Li/Ti = 2.0) and L22 (Li/Ti = 2.2), respectively. The results of XRD measurement showed that the phases in advanced tritium breeding material were as follows. L22 existed as non-stoichiometric compound Li$$_{2+x}$$TiO$$_{3+y}$$.

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パーセンタイル:95.49

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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