Permeation behavior of tritium through F82H steel

F82H鋼のトリチウム透過挙動

小柳津 誠; 磯部 兼嗣; 中村 博文; 林 巧; 山西 敏彦

Oyaizu, Makoto; Isobe, Kanetsugu; Nakamura, Hirofumi; Hayashi, Takumi; Yamanishi, Toshihiko

本研究において、水蒸気状トリチウムの低放射化フェライト鋼であるF82H鋼に対する透過挙動の解明を試みた。実験としては、トリチウム濃度と実験温度をパラメータとし、ヘリウムで希釈したトリチウム水蒸気を用いて等温透過実験を行った。結果として、供給側に水蒸気状トリチウムを用いた場合、文献にある分子状トリチウムを用いた場合と比較すると、透過係数が2-3桁程度低下していた。また、実験後に表面観察を行った結果、約2.7m程度の多孔質な酸化膜が形成されていた。XRDの結果から形成した酸化膜は多量のヘマタイトと少量のマグネタイトから形成されていた。以上の結果及び文献より、透過係数の低下は酸化層による透過抑制が主要因とは考えにくいことが示唆された。一方で、水蒸気の試料表面上における酸化還元反応により発生する水素分子と水蒸気の平衡定数から、水蒸気状トリチウムの透過は、酸化還元反応により生成する分子上トリチウム分圧に依存することが示唆された。

The tritium permeation behavior through F82H steel from carrier-free tritiated water vapor was investigated and the difference between as-received sample surface and that after the permeation experiments were analyzed by means of SEM, EDX and XRD. As the results, the permeability of tritium through F82H steel from tritiated water vapor is two to three orders of magnitude smaller than that from gaseous hydrogen. A thick and porous iron oxide layer composed of hematite and magnetite was formed in the permeation experiments. These results indicate that the oxide layer would hardly work as tritium permeation barrier, and that gaseous hydrogen could be generated by the redox reaction of water on the sample surface. Therefore, it could be considered that the tritium permeation through F82H steel from tritiated water vapor could result from the partial pressure of T.