Evaluation of deuterium permeation reduction factor of various coatings deposited on ferritic/martensitic steels for development of tritium permeation barrier

トリチウム透過防止膜開発としてのフェライト/マルテンサイト鋼表面に施工した各種皮膜の透過抑制性能評価

中村 博文; 磯部 兼嗣; 中道 勝; 山西 敏彦

Nakamura, Hirofumi; Isobe, Kanetsugu; Nakamichi, Masaru; Yamanishi, Toshihiko

各種トリチウム透過防止膜の性能を評価した結果を報告する。母材にはフェライト/マルテンサイト鋼を使用し、外側表面に5種の透過防止膜(リン酸クロム系ガラス系防止膜(MS-ZAC),SS316中間層+MS-ZAC(SS+MS-ZAC),アモルファス系リン酸クロム膜,ジルコニア溶射(ZrO),金メッキ)を施工した試験体に対して重水素透過試験を行い、その透過抑制性能を調べた。試験の結果、フェライト鋼に施工した透過防止膜のうち、透過抑制効果が期待できるのはZrOとAuであることがわかった。それ以外の透過防止膜は550Kの温度では透過抑制が期待できない結果であった。試験体の表面観察と応力解析の結果、MS-ZACを中心とした被膜表面には、亀裂が生じており、応力解析の結果からも低温領域で引張応力の存在が予測され亀裂発生を裏付ける結果であった。なお、ZrOに働く応力はMS-ZACに比べ小さいことが確認できた。本結果より、フェライト鋼からのトリチウム透過防止膜には現在のところZrO等のフェライト鋼と熱膨張係数が近い材料や金属のような延性に富み熱膨張分を許容可能な材料が好ましいことが確認された。

Tritium permeation reduction performance of various coatings was evaluated by means of deuterium permeation experiment and thermal stress analysis. Several coatings such as amorphous CrPO, plasma sprayed zirconia (ZrO) and gold plating. As the results, ZrO showed relatively good permeation reduction performance about 1/10, and deuterium seems permeate through the grain boundaries or cracks of the ZrO. Improvement such as filling the diffusion path will be effective for further permeation reduction performance. On the other hand, gold plating showed excellent permeation reduction performance around 550 K. Permeation reduction by gold plating would be attributed to low solubility of deuterium in gold. Results of thermal stress analysis were consistent with the results of permeation experiment. Therefore, thermal stress analysis could be an effective method for the selecting permeation reduction coatings prior to the permeation experiment.