Modeling the processes of hydrogen isotopes interactions with solid surfaces

Chikhray, Y.*; Askerbekov, S.*; Kenzhin, Y.*; Gordienko, Y.*; 石塚 悦男

Fusion Science and Technology, 76(4), p.494 - 502, 2020/05

https://doi.org/10.1080/15361055.2020.1718854

The investigation of the mechanisms and dynamics of hydrogen isotopic interaction with solid surfaces (metals, ceramics, graphites, eutectics) in temperature and pressure ranges is important not only for the correct prediction of each isotope's evolution but also for substantiation of the safe operation of hydrogen-facing structural materials. The interaction of the hydrogen isotopes mix with the surface of solid metal or liquid eutectics is a complicated multistage H-D-T-O-solid interacting process depending on material property, environment, and the solid's surface parameters. To better understand the mechanisms of hydrogen isotopes interchange at a solid surface and to identify the limiting stages in the sorption-desorption processes, a reactor experiment of neutron irradiation was conducted with lithium-containing eutectics as tritium-generating media under the external flow of hydrogen. This work presents the model and results of its application to fitting the experimental results of tritium yield from the lithium-lead eutectics PbLiunder thermal neutrons irradiation at the IVG.1M reactor in Kazakhstan. The elaborated model and the approach used were also applied to the simulation of high temperature gas cooled reactor graphite corrosion in water vapors.

FT-IR study on interaction of irradiated deuteron with defects in LiO

谷川 尚; 田中 知*; 榎枝 幹男; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 329-333(2), p.1291 - 1294, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.228

水素同位体と照射欠陥との相互作用を明らかにするために、酸化リチウム単結晶に対して赤外吸収分析を行った。重水素イオン照射下において、FT-IRを用いて酸化リチウム固体内のO-D伸縮振動を観察した。照射中と照射後には、O-D伸縮振動領域に複数のピークが観察され、これらのピークは照射条件に対して異なる挙動を示した。観察されたピーク挙動の解析からは、照射によって酸化リチウム中に導入された重水素のほとんどがO-D結合をしないで固体内に存在していることが示され、これは照射欠陥との相互作用によるものだと示唆された。

Review of JT-60U experimental results in 2001 and 2002

JT-60チーム

JAERI-Review 2003-029, 197 Pages, 2003/11

JAERI-Review-2003-029.pdf:13.06MB

本報告書は、2001年及び2002年にJT-60Uにおいて行った実験の結果をまとめたものである。完全非誘導電流駆動状態での高核融合三重積()の達成,高規格化ベータ値()の長時間(7.4秒間)維持,高核融合エネルギー増倍率(以上)の時間の伸長(0.55秒間),高密度(グリーンワルド密度の)における閉じ込め改善(ITER98(y,2)スケーリングの0.9倍)の実現,電子サイクロトロン波電流駆動を用いた新古典テアリングモードの実時間制御,中心ソレノイドコイルを用いない革新的運転シナリオの開発等、炉心プラズマの高性能化,高性能炉心プラズマの定常化に対する進展について述べる。また、電流駆動,輸送障壁,MHD不安定性,高エネルギーイオン,ディスラプション,不純物,ダイバータプラズマ,プラズマ壁相互作用等に関する物理課題の研究,計測装置,加熱装置の開発についても報告する。

Conversion of tritium gas to tritiated water in air

野口 宏

Fusion Technology, 27(2T), p.56 - 61, 1995/03

トリチウム水の人体に対する線量寄与は、トリチウムガスに比べて、約4桁も大きい。したがって、核融合炉施設等の作業者の被ばく線量評価を行う上で、トリチウムガスからトリチウム水への転換反応を明らかにすることは重要である。このため、空気中における低濃度トリチウムガスの転換反応に及ぼすトリチウムガスの同位体組成割合、すなわち全トリチウムガス(T+DT+HT)に対するT割合の影響を実験的に調べた。その結果、転換反応の1次の速度定数はTの割合に比例することがわかった。このことから、低濃度トリチウムガスの転換反応に対しては、Tのみが寄与することが明らかとなった。

Development of in-situ gas analyzer for hydrogen isotopes in fusion fuel gas processing

奥野 健二; 宇田 達彦*; 大平 茂; 成瀬 雄二

Journal of Nuclear Science and Technology, 28(6), p.509 - 516, 1991/06

https://doi.org/10.3327/jnst.28.509

核融合の燃料プロセスにおいてプロセスガスを「その場」で分析測定する技術を開発するため、水素同位体ガスの測定によってレーザーラマン散乱分光法の適用性を調べた。波長488nm、出力700mWのArレーザーをシングルパス法で照射し、水素同位体ガスのストークス回転線とQブランチのラマン散乱強度を求めた。このうち、分析に適したラマン散乱としてストークス回転線を選定し、H:HD:Dの強度比として、100:58:47を得た。水素ガスの検出限界はシングルパス法で測定したときは分圧0.05kPa、1気圧のガス中濃度にして500ppmであった。また、マルチパス法を使うと検出限界レベルは更に100ppm程度まで下げられることが判明した。この結果から、レーザーラマン散乱法がトリチウムプロセスにおける「その場」分析計として有効である見通しを得た。

加速器分析法によるプラズマ壁への粒子輸送に関する研究

中島 雅*; 高谷 泉*; 秋山 武司*; 北村 晃*; 矢野 淑郎*; 仙石 盛夫; 大塚 英男; 前田 彦祐

JAERI-M 91-048, 57 Pages, 1991/03

JAERI-M-91-048.pdf:1.68MB

部分的にカーボン材が用いられた、ステンレス(SS,304)壁を持つJFT-2Mのスクレープオフ層中で水素同位体(H,D)の輸送に関する研究を加速器支援下の捕集プローブ法で行った。テイラー放電洗浄中にSiプローブに吸蔵された水素あるいは重水素粒子は、後続のプラズマ放電(重水素)によりリサイクルされプラズマ境界附近に現れることが明らかになった。次に炭素プローブへの照射実験では、水素同位体のサンプル内吸蔵は、その表面処理に依存すること、放電洗浄中に吸蔵された水素は続く重水素放電により一部重水素と置換されることが明らかにされた。

Determination of hydrogen in titanium,zirconium and its alloys by isotope-equilibration mass spectrometry; Verification of certified values

渡部 和男; 大内 操; 郡司 勝文

Fresenius' Z.Anal.Chem., 323, p.225 - 227, 1986/00

金属中の水素を正確に定量するため同位体平衡法の改良を行った。真空装置中で既知量の重水素と試料を850Cにて20分間反応させた後、水銀エゼクターポンプにより、平衡水素ガスを5lのガスだめに捕集した。平衡水素ガスを90%以上回収することにより、金属への水素溶解の同位体効果に起因する負の系統誤差をなくすことが出来た。NBSおよびJAERIのチタン、ジルコニウムおよびジルコニウム合金標準試料に応用した結果は、表示値と完全に一致した。

A simulation study for hydrogen isotope distillation columns in the tritium breeding blanket system of a fusion reactor

木下 正弘; 吉田 浩; 竹下 英文

Fusion Technology, 10, p.462 - 473, 1986/00

トリチウム増殖ブランケットシステムにおいて必要とされている、ヘリウムパージガスへのHまたはD添加が、水素同位体分離システム(ISS)にいかなる影響を及ぼすかについて、FERの設計条件下において解析した。上記の添加によって、燃料給排気系におけるISS(塔数2,T-インベントリー約70g、所要冷凍能力110W)以外に、ブランケットシステム用に別のISSが必要となる。必要なISSの規模は、H添加を用いる場合の方が、D添加を用いる場合よりもはるかに小さくて済む。H添加によってトリチウム濃度が100倍に希釈されるとき、塔数、T-インベントリー、所要冷凍能力は各々2、8g、65Wとなり、1000倍に希釈されるときは、各々3、12g、630Wとなる。この結果から考えると、上記1000倍希釈までのH添加なら、ISSにおいて特に深刻な問題は生じない。、

Critical Review on Vapor-Liquid Equilibrium of Hydrogen Isotope Mixture for Fusion Application

木下 正弘; 奥野 健二

JAERI-M 85-157, 19 Pages, 1985/10

JAERI-M-85-157.pdf:0.41MB

D-DT-T系の相対揮発度は1に近い(D-DT,DT-Tのそれは1.1から1.3の範囲にある)ため、相対揮発度の小さな誤差も、深冷蒸留塔で規定された出力条件を満たすのに必要な段数の計算値の大きな誤差に結びつく。このように、非理想性(あるいは、ラウールの法則からのずれの大小)は、塔の解析研究にきわめて重要である。SherwoodとSouersは、水素同位体溶液のラウールの法則からのずれの推定法を提出しているが、トリチウムを含む溶液に対しては、推定値は実測値よりもかなり小さい。彼らは、トリチウムのX線によって温度センサーが影響を受け、その理由のみから、ずれが実際よりも過大に観測されてしまうのだと結論している。著者らは、この結論に疑問を投げかけ、トリチウムの放射化学的効果によっても、ずれがより大きくなるのではないかという新しい考え方を提示すると共に、若干の考察を行った。

Equilibrium pressures of hydrogen and deuterium dissolved in titanium,zirconium and hafnium at low concentrations

渡部 和男

Journal of Nuclear Materials, 136, p.1 - 5, 1985/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(85)90025-X

Sievertsの装置を用いて、チタン、ジルコニウムおよびハフニウム中の水素および重水素の平衡圧を0.013~133Paの範囲で測定した。これらの金属への水素および重水素の溶解はSievertsの法則に従った。各温度で得られたSieverts定数から水素および重水素についての溶解度式(Arrhenius式)を導出した。いずれの金属も水素濃度(原子分率)が一定の場合には、重水素の平衡圧が軽水素のそれより1.1~1.4倍高いことを見出した。