深冷蒸留を用いた水素同位体分離

Hydrogen isotope separation by cryogenic distillation

山西 敏彦

Yamanishi, Toshihiko

核融合炉トリチウム燃料システムでは、燃料としての重水素及びトリチウムの精製と、不純物としての軽水素の除去、炉で生じたトリチウム水からのトリチウムの最終的回収のために、水素同位体分離系が必要である。この水素同位体分離系では、比較的大流量の処理量を確保すると共に、軽水素中のトリチウムを低濃度にまで(環境放出レベル)下げるために高い分離係数が必要である。よって、大流量,高分離係数、両者を満たすことが可能な深冷蒸留塔が採用されている。また、深冷蒸留法は、カナダ及び韓国の重水炉において、重水からのトリチウム回収の最終プロセスとしても採用されている。ここでは、深冷蒸留塔の分離原理、これまでの研究開発状況、今後の課題について記述する。

In a fusion reactor, the hydrogen isotope separation system is required in the fuel cycle system to supply deuterium (D) and tritium (T) as its fuel. In ITER, 90% of T must be recycled through the isotope separation system. On the other hand; since the hydrogen (H) gas is finally exhausted to the environment, the T concentration in the H gas from the isotope separation system should be as low as reasonable achievable. Hence, the isotope separation system of a fusion reactor must have a large separation factor. The flow rate of the isotope separation system of a fusion reactor reaches to 300 mol/h. Only the cryogenic distillation method can meet the above conditions (large flow rate and separation factor) and is most likely used as a hydrogen separation system in a fusion reactor. In this chapter, several simulation methods and a set of experimental data of the cryogenic distillation columns are described in detail.