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論文

Effects of gelation and sintering conditions on granulation of Li $_{2}$ TiO $_{3}$ pebbles from Li-Ti complex solution

土谷邦彦; 河村弘; Casadio, S.*; Alvani, C.*

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.877 - 880, 2005/11

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.06.063

被引用回数：26 パーセンタイル：84.04(Nuclear Science & Technology)

チタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )微小球が、日本及び欧州の核融合炉用ブランケット設計に提案されている。Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の製造に関して、低コスト大量製造,リチウムの再利用の観点から湿式法やゾルゲル法が有望である。これまで、直接湿式法によるLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の予備製造試験を行い、微小球の焼結密度は80-85%T.D.に達したものの、結晶粒径及び真球度は満足したものではなかった。このため、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ の溶解や凝固剤中への滴下効果及びゲル球の乾燥や焼結の効果を調べた。溶解試験では、2種類の30%-H $_{2}$ O $_{2}$ 及び30%-H $_{2}$ O $_{2}$ +C $_{6}$ H $_{8}$ O $_{7}$ とも、溶解温度を60-100 $^{circ}$ Cにすることにより、溶解率は97%以上であった。これらの溶解液を濃縮し、凝固剤として用いたアセトン中に滴下した結果、30%-H $_{2}$ O $_{2}$ +C $_{6}$ H $_{8}$ O $_{7}$ で溶解した溶液を用い、25 $^{circ}$ Cのアセトン中に滴下した時、ゲル球が生成することがわかった。TG-DTA分析及びX線回折の結果、600 $^{circ}$ Cまでに4つのピークが観察されるとともに、得られた物質はLi $_{2}$ TiO $_{3}$ であることが明らかになった。

論文

Behavior on Li $_{2}$ TiO $_{3}$ under varied surface condition

Olivares, R.*; 小田卓司*; 大矢恭久*; 田中知*; 土谷邦彦

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.765 - 768, 2005/11

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.06.041

被引用回数：9 パーセンタイル：53.19(Nuclear Science & Technology)

チタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )は、核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材の第1候補材として有望視されている。Li $_{2}$ TiO $_{3}$ からのトリチウム放出挙動を把握するため、表面における水素同位体の状態や水分の吸脱着特性を明らかにする必要がある。このため、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 表面での水分吸脱着特性,水素同位体の化学状態及び表面の酸化還元状態を調べた。その結果、前処理を施していない試料に対してArスパッタリングを行ったLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 表面は、LiとOが選択的にスパッタされ、Li組成比の減少,Ti $^{4+}$ のTi $^{3+}$ への還元が観察された。その後の加熱実験では、473K以上の温度からTiの酸化及びLi空孔の回復が起こり、673Kで完全になる。一方、加熱後の水蒸気曝露により、水は解離吸着した。以上より、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 表面のLi及びOの空孔は、H $_{2}$ Oの吸着を起こすこと、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 表面はTiO $_{2}$ に近い状態であることがわかった。

論文

Control of particle size and density of Li $_{2}$ TiO $_{3}$ pebbles fabricated by indirect wet processes

土谷邦彦; 河村弘; 高山智生*; 加藤茂*

Journal of Nuclear Materials, 345(2-3), p.239 - 244, 2005/10

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2005.06.005

被引用回数：38 パーセンタイル：91.02(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉ブランケットで用いられるトリチウム増殖材として、取扱いの容易さ,トリチウム放出特性等の観点からリチウムタイタネイト(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )微小球が有望視されている。一方、微小球充填率の向上等から、大小2種類の直径を有するLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球が求められている。そのため、間接湿式法のうち、脱水型ゲル化法及び置換型ゲル化法を考案し、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の製造試験を行った。その結果、焼結後の微小球の直径を0.22.0mmに制御することができた。また、製造目標値である焼結密度8085%T.D.及び結晶粒径5m以下であるとともに、化学形,化学分析値等の特性も十分満足できる結果となった。以上より、JMTRで実施する照射試験用Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の製造に見通しが得られた。

報告書

Li depletion effects on Li $_{2}$ TiO $_{3}$ reaction with H $_{2}$ in thermo-chemical environment relevant to breeding blanket for fusion power plants

Alvani, C.*; Casadio, S.*; Contini, V.*; Giorgi, R.*; Mancini, M. R.*; 土谷邦彦; 河村弘

JAERI-Review 2005-024, 28 Pages, 2005/07

JAERI-Review-2005-024.pdf:5.73MB

本報告書は、国際エネルギー機関(IEA)の「核融合炉工学に関する協力研究協定」に基づいて実施した固体増殖ブランケット開発に関するサブタスクグループの成果をレビューした報告書である。このサブタスクグループ(タスクF及びWG-F)は、欧州と日本の間で2000年から2004年に行われ、熱化学環境下での水素とチタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )との反応におけるリチウム減損効果について研究を行った。

報告書

Low temperature tritium release experiment from lithium titanete breeder material

土谷邦彦; 河村弘; 中道勝*; 佐川尚司

JAERI-Tech 2005-013, 56 Pages, 2005/03

JAERI-Tech-2005-013.pdf:6.4MB

核融合炉ブランケットを設計するためには、微小球を用いたブランケット構造体の中性子照射試験に関する工学的データが必要不可欠である。工学的データのうち、トリチウム生成・放出特性は、最も重要なデータの1つである。このため、トリチウム増殖材の候補材であるチタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )微小球からのトリチウム生成・放出試験をJMTRを用いて行い、トリチウム放出特性に対するスイープガス流量,照射温度,スイープガス中の水素添加量等の効果について調べた。本試験において、100140 $^{circ}$ CでLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球からの生成トリチウムの放出が始まり、照射温度の上昇とともにトリチウム放出量が増加した。また、トリチウム放出は、定常状態ではスイープガス流量に影響されないこと、及びスイープガス中の水素添加量に影響されることがわかった。なお、本報告書は、ITER工学設計報告書に対して補筆を行ったものである。

論文

In-situ tritium recovery behavior from Li $_{2}$ TiO $_{3}$ pebble bed under neutron pulse operation

土谷邦彦; 菊川明広*; 星野毅; 中道勝; 山田弘一*; 八巻大樹; 榎枝幹男; 石塚悦男; 河村弘; 伊藤治彦; et al.

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part2), p.1248 - 1251, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.238

被引用回数：10 パーセンタイル：55.72(Materials Science, Multidisciplinary)

チタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )は、核融合炉ブランケットで用いるトリチウム増殖材料の有望な候補材の1つである。大小2種類(直径2mm及び0.3mm)のLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球を混合充填した充填体を中性子パルス運転が模擬できる照射試験体に装荷し、中性子吸収体を回転させた後一定出力とした時と、中性子吸収体を一定間隔でパルス運転した時のトリチウム生成回収特性を調べるための照射試験をJMTRを用いて行った。その結果、R/G(トリチウム回収率との生成率の比)はパルス運転に伴って、波を描きながら増加したが、マクロ的なトリチウム生成回収挙動は一定出力運転させたものと時定数がほとんど変わらないことがわかった。この原因は、トリチウム回収速度の時定数がパルスの周期より十分長いためで、パルス運転の影響はほとんどないことに起因しているものと考えられる。

論文

Thermal property measurements on Li $_{2}$ TiO $_{3}$ added with TiO $_{2}$

星野毅; 小林剛*; 梨本誠*; 河村弘; 土器屋正之*; 寺井隆幸*; 山脇道夫*; 高橋洋一*

JAERI-Conf 2004-012, p.140 - 147, 2004/07

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Conf-2004-012.pdf

チタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )は、良好なトリチウム回収特性等の観点より、核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料として期待されている。核融合炉で発生した熱はブランケット内の冷却材へ伝達されることから、トリチウム増殖材料の熱物性を把握することは、核融合炉の設計に必要不可欠である。しかしながら、高温保持による粒成長抑制の面からLi $_{2}$ O/TiO $_{2}$ の組成比を変化させたLi $_{2}$ TiO $_{3}$ の使用が検討されているが、この組成の熱容量,熱伝導率等は、正確に確立されていない。本研究では、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ について、Li $_{2}$ O/TiO $_{2}$ の組成比(1.000.80)による熱物性への影響について調べた。1100Kまでの熱伝導率を評価した結果、Li $_{2}$ O/TiO $_{2}$ の組成比の減少とともに熱伝導率が低くなること,700K以上では熱伝導率が理論式から算出した値よりも小さくなることを明らかにした。また、熱天秤を用いた重量変化測定及びX線回折により、Li $_{2}$ O/TiO $_{2}$ 比の減少とともに不定比性化合物へと変化すること,Li $_{4}$ Ti $_{5}$ O $_{12}$ の第2相が生成することがわかり、この構造変化がLi $_{2}$ TiO $_{3}$ の熱物性データに大きく影響を与えることを解明した。

論文

Hydrogen isotope behavior on Li $_{2}$ TiO $_{3}$

Ryan, O.*; 小田卓司*; 大矢恭久*; 田中知*; 土谷邦彦

JAERI-Conf 2004-012, p.136 - 139, 2004/07

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Conf-2004-012.pdf

チタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )は、核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材の第1候補材として有望視されている。Li $_{2}$ TiO $_{3}$ からのトリチウム放出挙動を把握するため、表面における水素同位体の状態や水分の吸脱着特性を明らかにする必要がある。このため、光電子分光法(XPS, UPS)及び赤外分光法(FT-IR)を用いて、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 表面での水分吸脱着特性,水素同位体の化学状態及び表面の酸化還元状態を調べた。その結果、前処理を施していない試料に対してArスパッタリングを行ったLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 表面は、Li, O, Tiの順に選択的にスパッタされ、Li組成比の減少,Ti $^{4+}$ のTi $^{3+}$ への還元が観察された。その後の加熱実験では、400 $^{circ}$ C付近でTiの酸化,Li組成比の増加,-OHの消滅が見られ、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ の価電子構造はTiO $_{2}$ に近い状態になった。加熱後の水蒸気曝露により、水は解離吸着したが、LiOH相は形成されなかった。

論文

High-temperature thermophysical property measurements on non-stoichiometric composition of Li $_{2}$ TiO $_{3}$

星野毅; 小林剛*; 梨本誠*; 河村弘; 寺井隆幸*; 山脇道夫*; 高橋洋一*

Journal of the Ceramic Society of Japan, Supplement, Vol.112, No.1 (CD-ROM), p.S354 - S357, 2004/05

チタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )は、良好なトリチウム回収特性等の観点から、核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料として期待されている。しかし、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ は不定比構造を持つため、熱物性データに影響を与えると思われるが、これまでに報告されている熱容量や熱伝導率などの測定値は、研究者により異なり確立されていない。本研究では、Li $_{2}$ O/TiO $_{2}$ の組成比を変化させて作成したLi $_{2}$ TiO $_{3}$ について、レーザーフラッシュ法により1100Kまでの熱物性を測定し、不定比構造による熱物性への影響について比較検討を行った。Li $_{2}$ TiO $_{3}$ の熱伝導率は、Li $_{2}$ O/TiO $_{2}$ 比の減少とともに不定比性化合物へと変化することや、Li $_{4}$ Ti $_{5}$ O $_{12}$ の第2相が生成することの影響で低下することがわかった。また、熱伝導率の温度依存性は700Kを境に、理論式から算出した値と明らかな差異が見られ、高温X線回折により格子定数の変化が熱伝導率の温度依存性に大きな影響を与えていることを解明した。

論文

Fabrication and characterization of $^{6}$ Li-enriched Li $_{2}$ TiO $_{3}$ pebbles by wet process

土谷邦彦; 星野毅; 河村弘; 高山智生*

Journal of the Ceramic Society of Japan, Supplement, Vol.112, No.1 (CD-ROM), p.S183 - S186, 2004/05

核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料としてチタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )微小球が、良好なトリチウム回収性,化学的安定性の観点から、候補材料として注目されている。核融合炉ブランケット開発の一環として、材料試験炉を用いたLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の照射試験を計画している。そのため、湿式法により $^{6}$ Li濃縮Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球を製作するとともに、その特性評価を行った。その結果、本法により、ほぼ同じ微細構造(焼結密度,結晶粒径等)を有するTiO $_{2}$ 添加Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球と無添加Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球が開発でき、その真球度は1.1以下であった。また、製作した $^{6}$ Li濃縮Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球について、水素還元速度,圧壊強度等の化学的特性や機械的特性を評価した。