Development of fabrication technologies for advanced tritium breeder pebbles by the sol-gel method

湿式造粒法による先進トリチウム増殖材料微小球の製造技術開発

星野 毅

Hoshino, Tsuyoshi

日本と欧州で核融合エネルギー開発の早期実現をはかることを目的として行う研究開発である幅広いアプローチ(BA)活動の一環として、先進トリチウム増殖材料の微小球製造を行った。核融合炉はトリチウム(T)を燃料とするが、Tは自然界には存在しない。このため核融合炉のブランケットに充填したリチウムセラミックス(トリチウム増殖材料)の微小球に中性子を照射し、Tを人工的に生産する。近年、トリチウム増殖材料のリチウム(Li)の含有量をあらかじめ高めることによって、Liの核的燃焼及び高温でのLi蒸発に対する結晶構造安定性の向上を図った先進トリチウム増殖材料であるLi添加型LiTiOの粉末合成に成功した。そこで、本粉末を用い、湿式造粒法による微小球の製造試験を行った。微小球の結晶粒径は、良好なトリチウム放出特性が得られる5m以下を目標値とするが、通常の製造条件では、約10mと目標よりも大きな値となった。さまざまな検討の結果、微小球を真空雰囲気にて高温で焼結させることにより、目標値を満足する結晶粒径を有するLi添加型LiTiO微小球の製造に成功した。

Lithium titanate (LiTiO) has been recognized as a prominent candidate material for use in a tritium breeder. However, the mass of LiTiO is decreased over time by Li evaporation in a hydrogen atmosphere, Li burn-up under the high temperatures, and high neutron fluence irradiation found in a DEMO reactor. To compensate for this decrease in mass at high temperatures, LiTiO with additional Li (LiTiO) have been developed as an advanced tritium breeder. Pebble fabrication using the sol-gel method is one of the promising techniques for the mass production of the advanced tritium breeder pebbles. The authors have been developing a technique of fabricating LiTiO pebbles using the sol-gel method. To increase the density of sintered LiTiO pebbles, the sintering temperature was changed, and at 1473 K, the density of the pebbles was increased to approximately 75%T.D., without any increase in the grain size. This shows the pore size in sintered LiTiO pebbles is decreased by vacuum sintering.