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Deuterium behaviour at the interface of oxidized metal under high temperature heavy water

高温高圧重水中で酸化された金属界面における重水素挙動

中村 博文; 波多野 雄治*; 山西 敏彦

Nakamura, Hirofumi; Hatano, Yuji*; Yamanishi, Toshihiko

核融合炉冷却系における酸化誘起トリチウム透過挙動研究の一環として、高温高圧重水中で酸化された金属材料中への重水素進入挙動を調べた。実験は、SS304, F82H,ニッケル及び金メッキされたSS304とF82Hを使用し、オートクレーブ中で573K(15MPa)の条件で9時間から6日間酸化させた。その後、等速昇温脱離法により試料中の重水素を測定し、グロー放電発光元素分析装置で元素の深さ方向分布を測定した。本実験により以下の結果を得た。(1)金属酸化層及び試料中に残存する重水素は酸化時間とともに増加する。(2)重水素は試料の金属-酸化膜界面に主として存在している。(3)金メッキSS304試料中の重水素はSS304の約1/5であった。(4)ニッケル中の重水素残留量はSS304より1桁小さく、酸化膜層厚さも同定できないほど薄かった。これらの結果は、重水で酸化された金属中への重水素進入挙動は酸化反応時に発生する重水素ガスに起因していることを示唆する。また、酸化防止膜としての金メッキはある程度重水素進入に効果的であることがわかった。

Deuterium behavior in the metal exposed to hot heavy water has been investigated in order to understand the oxidation driven tritium permeation in the fusion reactor. Disks of SS304, F82H and Ni and gold plated SS304 and F82H were oxidized in an autoclave at 573K. After the oxidation, soaked deuterium in the specimen was measured by the thermal desorption method and elemental depth distribution in the specimen was measured by a glow discharge optical elemental spectroscopy method. Obtained results were followings, (1) The oxide thickness has grown with the soaking time, and solved deuterium amount also increases with oxidation time for all materials. (2) Deuterium exists at the interface of the oxide and metal for all materials. (3) Deuterium in the gold plated samples were less than that in the bare SS304 about 1/5. (4) Deuterium in nickel was less than that in the SS304 by one orders magnitude and oxide thickness was also thinner than SS304. Those results indicate that deuterium solution into the material would be initiated by the deuterium gas production at the oxidation process of metal. Gold plating as the oxidation protection could be effective to prevent deuterium solution into the metal.

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分野:Nuclear Science & Technology

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