Investigation on degradation mechanism of ion exchange membrane immersed in highly concentrated tritiated water under the Broader Approach activities

幅広いアプローチ活動における高濃度トリチウム水に浸漬したイオン電解質膜の劣化機構に関する研究

岩井 保則; 佐藤 克美; 山西 敏彦

Iwai, Yasunori; Sato, Katsumi; Yamanishi, Toshihiko

デュポン社のナフィオンに代表されるイオン電解質膜はトリチウム水処理システムの電解セルに使用する重要な物質である。本研究ではイオン電解質膜であるナフィオンN117CS膜につき1.3810Bq/kgの高濃度トリチウム水に室温にて最長二年間浸漬させ、トリチウムベータ線による膜の劣化を観察した。高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜はイオン伝導度が変化した。またラジカル反応により本来透明である膜が黄化する現象が見られた。FT-IR分析の結果、高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜内に疎水性の可動性グループの形成が見られた。疎水性グループの形成により伝導度がトリチウム水浸漬後に変化したものと判断される。F NMR分析による高濃度トリチウム水に浸漬させた後のナフィオン膜の構造変化は同じ線量の線照射したものと同様であった。この結果はナフィオン膜フッ素構造の放射線による劣化において、トリチウムベータ線による劣化機構の特異性はないことを示している。

The ion exchange membrane such as Nafion is a key material for electrolysis cells of the Water Detritiation System. Long-term exposure of Nafion ion exchange membrane into 1.3810Bq/kg of tritiated water was conducted at room temperature for up to 2 years. The ionic conductivity of Nafion ion exchange membrane after immersed in tritiated water was changed. The change in color of membrane from colorless to yellowish was caused by active radical reactions. Infrared Fourier transform spectrum of the membrane immersed in tritiated water revealed a small peak for bending vibration of C-H situated at 1437 cm demonstrating the formation of hydrophobic functional group in the membrane. The high-resolution solid state F NMR spectrum of the membrane after immersed in tritiated water was similar to that of membrane irradiated with -rays. From the F NMR spectrum, any distinctive degradation in the membrane structure by interaction with tritium was not measured.