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論文

Vapor species evolved from Li $_{2}$ TiO $_{3}$ heated at high temperature under various conditions

星野毅; 安本勝*; 土谷邦彦; 林君夫; 西村秀俊*; 鈴木晶大*; 寺井隆幸*

Fusion Engineering and Design, 81(1-7), p.555 - 559, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.10.004

被引用回数：18 パーセンタイル：76.2(Nuclear Science & Technology)

核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料の第1候補材料であるチタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )は、高温領域でLiの蒸気圧が高いことが知られているが、さまざまな雰囲気中における確立したデータは存在しない。そこで、トリチウム回収の際の使用候補となる各種スイープガス雰囲気中における蒸発蒸気種の平衡蒸気圧を測定し、スイープガス組成によるLi $_{2}$ TiO $_{3}$ の蒸発特性への影響を調べた。スイープガス中に水素または水蒸気を添加した結果、Liを含む蒸気種の蒸気圧は、添加しない場合と比較し、約一桁高くなることがわかった。また、Liの平衡蒸気圧の温度依存性を調べた結果、Liの蒸発が始まる温度は、水素または水蒸気を添加したスイープガス雰囲気中においては約973K、真空または酸素を添加した雰囲気中においては約1273Kであることが明らかとなった。さらに、測定後の試料を観察した結果、水素雰囲気中にて測定した試料は白色から深青色と変化し、還元反応による構造変化も起きることがわかった。

論文

Evaluation of contact strength of Li $_{2}$ TiO $_{3}$ pebbles with different diameters

土谷邦彦; 河村弘; 田中知*

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1065 - 1069, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.07.031

被引用回数：11 パーセンタイル：60.27(Nuclear Science & Technology)

核融合炉ブランケットには、燃料であるトリチウムを造るためにリチウム含有セラミックスが微小球形状(直径0.32mm)として充填される。この微小球の各種特性(物理・化学的特性,熱的特性,機械的特性,照射特性等)を把握することは、ブランケットを設計するうえで必要不可欠である。このため、ヘルツの公式を用いて、YTZ(高強度ジルコニア)ボール及びLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の接触応力を求め、微小球の圧潰特性を評価した。直径の異なるYTZボールの最大接触圧力の評価を行った結果、球面と半無限平板の接触として取扱うことにより、セラミックス材料でも本公式で評価可能であることがわかった。次に、リチウム含有セラミックスである理論密度8085%TDの直径の異なるLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球を評価した結果、接触応力は約6,0008,000N/mm $^{2}$ の範囲であり、微小球直径にかかわらず、ほぼ一定であることがわかった。また、製造法の異なるカナダ製Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の最大接触圧力も同じであること, $^{6}$ Li同位体比の違いによる最大接触圧力の違いもないこと等が明らかになった。

論文

Non-stoichiometry of Li $_{2}$ TiO $_{3}$ under hydrogen atmosphere condition

星野毅; 土谷邦彦; 林君夫; 寺井隆幸*; 田中知*; 高橋洋一*

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.939 - 943, 2005/11

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.06.232

被引用回数：13 パーセンタイル：65.42(Nuclear Science & Technology)

核融合炉ブランケット用トリチウム増殖材料の第1候補材料であるチタン酸リチウム(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )は、良好なトリチウム放出特性を維持するために高温使用時における結晶粒の成長を抑制すること,水素雰囲気で使用されることに伴う構造変化への影響が少ないことが必要とされている。本研究では、結晶粒成長抑制材としての効果を示した酸化物(ZrO $_{2}$ , CaO, Sc $_{2}$ O $_{3}$ )を添加したLi $_{2}$ TiO $_{3}$ の結晶構造をエックス線回折測定にて解析するとともに、熱天秤を用い、水素雰囲気中におけるLi $_{2}$ TiO $_{3}$ の非化学量論性を調べた。Li $_{2}$ TiO $_{3}$ に酸化物を添加することにより、CaO添加はLi $_{2}$ Ti $_{1-x}$ O $_{3}$ +CaTiO、ZrO $_{2}$ 添加はLi $_{2}$ TiO $_{3}$ +ZrO $_{2}$ の二相混合物となり、Sc $_{2}$ O $_{3}$ 添加はLi $_{2-x}$ Ti $_{1-y}$ Sc $_{y}$ O $_{3-z}$ の単一相となることを明らかにした。さらに、これらの試料は水素雰囲気中では還元され、酸素欠陥による重量減少がみられた。各試料の1mol あたりの酸素欠損量はCaO添加無添加ZrO $_{2}$ 添加Sc $_{2}$ O $_{3}$ 添加の順となり、酸化物の添加はLi $_{2}$ TiO $_{3}$ の結晶粒成長を抑制するだけでなく、水素雰囲気中における酸素の欠損量にも大きな影響を与えることを解明した。

論文

よくわかる核融合炉のしくみ,7; 核融合炉を成立させる最適な材料,過酷な照射条件に耐える新材料の開発最前線

長谷川晃*; 土谷邦彦; 石塚悦男

日本原子力学会誌, 47(8), p.536 - 544, 2005/08

http://ci.nii.ac.jp/naid/10015604920

本講座は、核融合以外の分野の方々に核融合開発の現状と今後の展望について理解を深めてもらうために、原子力学会誌に連載されるものである。本原稿では、「第7章核融合炉を成立させる最適な材料」のうち、トリチウム増殖材料及び中性子増倍材料について記載する。

論文

Compatibility of lithium oxide single crystals with tungsten sputtered films; The Effect of passivation films

那須昭一*; 永田晋二*; 吉井樹一郎*; 高廣克己*; 菊地直人*; 草野英二*; Moto, Shintaro*; 山口貞衛*; 大橋憲太郎*; 野田健治; et al.

粉体および粉末冶金, 52(6), p.427 - 429, 2005/06

https://doi.org/10.2497/jjspm.52.427

酸化リチウムは核融合炉のトリチウム増殖材料の候補材料である。表面をアルミニウム,シリコン又はチタンの保護膜で覆った酸化リチウム単結晶とその上につけたタングステン膜との化学的両立性をラザホード後方散乱法より調べた。保護膜のない酸化リチウムでは573Kで1分及び623-673Kで1分の加熱でタングステンとの化学反応が見られた。一方、保護膜をつけた酸化リチウムでは、すべての試料について、573Kにおける1分の加熱で少量のタングステンが保護膜や酸化リチウム中へ拡散することが見られたが、その後の623Kから723Kの加熱において顕著な拡散は見られなかった。このことから、アルミニウム,シリコン又はチタン保護膜は酸化リチウムをタングステンとの反応から保護するために有用であると考えられる。

論文

核融合炉におけるトリチウム増殖材料とトリチウム透過防止用被覆

山脇道夫*; 河村弘; 土谷邦彦

セラミックス, 39(10), p.843 - 848, 2004/10

https://ci.nii.ac.jp/naid/10013742691

未来のエネルギー源である「地上の太陽」核融合炉の実現のために、燃料であるトリチウムが必要である。このため、トリチウム増殖材料として、リチウムを含んだセラミックス材料(リチウム含有セラミックス)を核融合炉ブランケット内に装荷し、リチウムと中性子との核反応により、トリチウムを生産する。この材料は、Liの個数密度が高くかつ生じたトリチウムが容易に放出・回収できる特性が要求され、Li $_{2}$ O, Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 等のような酸化物が候補材料として研究開発されている。加えて、核融合炉の燃料サイクルを考えた場合、安全管理の観点から、配管構造壁からのトリチウムの透過漏洩を抑制するために、難透過性の材料(セラミックコーティング)の研究開発が必要となる。本解説は、核融合炉におけるトリチウム増殖材料とトリチウム透過防止用被覆の研究開発の現状についてまとめたものである。

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

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。

論文

Development of advanced blanket materials for a solid breeder blanket of a fusion reactor

河村弘; 石塚悦男; 土谷邦彦; 中道勝; 内田宗範*; 山田弘一*; 中村和幸; 伊藤治彦; 中沢哲也; 高橋平七郎*; et al.

Nuclear Fusion, 43(8), p.675 - 680, 2003/08

https://doi.org/10.1088/0029-5515/43/8/306

被引用回数：28 パーセンタイル：64.08(Physics, Fluids & Plasmas)

核融合原型炉を実現するために、先進ブランケットの設計研究が行われている。これらの設計では、より高い発電効率を目指して冷却材温度を500 $^{circ}C$ 以上としており、高温に耐え、また高中性子照射量まで使用できるブランケット材料(トリチウム増殖材料及び中性子増倍材料)の開発が求められている。本論文では、原研及び国内の大学、産業界が共同で実施してきたこれら先進ブランケット材料の開発の現状について報告する。トリチウム増殖材料に関しては、トリチウム放出特性に悪影響を及す高温での結晶粒径成長を抑制できる材料の開発として、TiO $_{2}$ を添加したLi $_{2}$ TiO $_{3}$ に注目し、湿式造粒法による微小球の製造技術開発を実施した。この結果、固体ブランケットに用いる微小球製造に見通しが得られた。中性子増倍材料に関しては、融点が高く化学的に安定な材料としてベリリウム金属間化合物であるBe $_{12}$ Ti等に注目し、回転電極法による微小球の製造技術開発及び特性評価を実施した。この結果、ベリリウムの含有量を化学量論値より多くすることにより、延性を増すことによって、微小球の製造に見通しが得られた。また、Be $_{12}$ Tiはベリリウムより中性子照射によるスエリングが小さいことなど、優れた特性を有していることが明らかとなった。

口頭

革新的先進トリチウム増殖材料Li $_{2+x}$ TiO $_{3+y}$ 及びLi $_{2}$ ZrO $_{3}$ 固溶体の微小球製造

星野毅

no journal, ,

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、エマルジョン法による先進トリチウム増殖材料微小球の大量製造技術開発を行っている。第一候補材料であるLi添加型Li $_{2}$ TiO $_{3}$ (Li $_{2+x}$ TiO $_{3+y}$ )は、トリチウム放出特性に優れた5ミクロン以下の結晶粒を有する微小球を得るため、複雑な真空及び水素雰囲気中における焼成が必要であった。そこで、高いLi原子密度を維持し、大気中でも5ミクロン以下の結晶粒径を有する微小球製造が可能な新たな先進増殖材料として、様々な材料を検討した。その結果、Li $_{2+x}$ TiO $_{3+y}$ にLi $_{2}$ ZrO $_{3}$ を混合した固溶体の微小球製造を試み、トリチウム放出特性に優れた5ミクロン以下の結晶粒径を有する微小球を、大気中で容易に製造できることを明らかにした。