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河村 繕範; 小西 哲之; 西 正孝
Fusion Science and Technology, 45(1), p.33 - 40, 2004/01
被引用回数：25 パーセンタイル：81.94(Nuclear Science & Technology)核融合炉の効率的なブランケットトリチウム回収システムの実現を目指して、プロトン導電性固体電解質膜を用いた電気化学水素ポンプの研究開発を進めている。水素ポンプを用いたブランケットトリチウム回収システムの利点の一つは、一つのコンポーネントで水素同位体と水蒸気の同時処理が期待できることである。本研究では、ペロブスカイト型プロトン導電性セラミックであるSrCe
Yb
O
を用いた水素ポンプにより、水分子中の水素抽出特性についての実験研究を行った。水分子からの水素抽出には、水の分解エネルギーに相当するしきい値が存在する。その値は873Kで500
600mV程度で、水蒸気分圧の増加に伴い減少する傾向が見られたが、理論値よりやや低い値となることがわかった。また、H
-HO混合ガスのポンピングについては、Hの透過が水蒸気分解より優先して生じ、水蒸気分解のしきい値は水素分圧の増加に伴い増加する傾向が見られた。これらの結果から、一段の水素ポンプによる水素同位体及び水蒸気の同時処理を実証したが、同時処理を行うためには、比較的高く印加電圧を設定する必要があることが見込まれる。
河村 繕範; 小西 哲之; 西 正孝; 角田 俊也*
Fusion Science and Technology, 41(3), p.1035 - 1039, 2002/05
核融合炉を成立させるためには、増殖ブランケットで生成されるトリチウムを効率良く回収し、燃料として消費される以上のトリチウムを得なければならない。原研では、効率の良いブランケット増殖トリチウム回収システムとして、プロトン導電性セラミック膜を用いた水素ポンプシステムの適用を提案している。プロトン導電性セラミック膜は、膜の両面に電位差を設けることにより、水素同位体を選択的かつ積極的に透過させる性質を持つため、水素同位体分圧の低いブランケットパージガスからの水素同位体の回収に有効である。これまでに軽水素(H)及び重水素(D)単成分での移送特性を調べており、今回はH-D混合ガスを用いて移送特性を調べた。膜全体での透過速度を比較するとHを優先的に透過させる傾向にある。トリチウムを含む実際の系ではさらにその傾向が顕著となることが予想されるため、設計においては配慮が必要となるであろう。
角田 俊也*; 平田 慎吾*; 森 清治*; 小西 哲之; 河村 繕範; 西 正孝; 小原 祥裕
Fusion Science and Technology, 41(3), p.1069 - 1073, 2002/05
原研では核融合原型炉として超臨界水冷却方式の採用を検討しており、研究開発を開始している。原型炉では燃料の自己補給を行うため、増殖トリチウムを効率良く、安全に取り出すシステムが必要であり、その概念設計を行った。設計のポイントは、システム操作におけるエネルギーロスが少ないこと、インベントリーが小さいことである。従来の候補システムである低温吸着による連続バッチプロセスやパラジウム拡散器による連続プロセスは、設計のポイントからみて一長一短があるため、原型炉では固体電解質を用いた電気的膜分離プロセスの採用を検討する。このシステムは、プロトン導電体を用いた水素ポンプと、酸素イオン導電体を用いた酸素ポンプから構成される。検討の結果、本システムは消費エネルギーが小さく、事故時のトリチウム放出も少ないシステムであるという結果が得られた。
加藤 岑生; 伊藤 剛士*; 須貝 宏行; 河村 繕範; 林 巧; 西 正孝; 棚瀬 正和; 松崎 禎市郎*; 石田 勝彦*; 永嶺 謙忠*
Fusion Science and Technology, 41(3), p.859 - 862, 2002/05
原研では核融合研究の推進のために、小型トリチウムリサイクルシステムの開発を進めている。従来、原研が開発し、55.5TBq(1500Ci)の純粋なトリチウムガスを濃縮してきたガスクロマトシステムでは、分離後のキャリヤーガス中のトリチウムをモレキュラーシーブスカラムに捕集し、次いでキャリヤーガスの流れを切り替え、循環させてウランゲッターに捕集している。本システムでは、分離後のキャリヤーガス中のトリチウムのみをプロトン導電体により透過させ、直接ウランゲターに捕集するなどの改良を行い、自動化することを考えている。各種の実験で使用したトリチウム混合ガスから実験現場でトリチウムを回収し、再利用できれば、核融合研究をより効率的に進めることができる。また、小型トリチウムリサイクルシステムは、英国のRIKEN-RAKLミュオン触媒核融合研究を進めるでも非常に有用である。
角田 俊也*; 小西 哲之; 河村 繕範; 西 正孝; 鈴木 達志*
Fusion Technology, 39(2-Part2), p.1083 - 1087, 2001/03
核融合炉固体増殖ブランケットでは、スイープガスからの水素同位体の分離が考えられている。われわれは、このシステムにプロトン導電性固体電解質セルを用いた水素ポンプの適用を提案した。このセルは混合ガスから電気的駆動力により水素同位体を選択的に抽出することができる。プランケットシステム条件を考慮し、円盤状のセルの片面極に純水素ガスを、もう片面極に0.01%~10%の水素ガスを接触させ試験を行った。両極の水素濃度差により生じた起電力で静的特性を、直流電圧印加に対する電流密度で水素ポンプ性能を評価した。結果として、水素分圧比100程度まで、起電力は理論値にほぼ一致した。また、水素ポンプの安定作動電圧領域が確認され、水素ポンプ性能の代表的値は873Kで7mA/cm
,973Kで9mA/cm(1200mV)であった。結果から、ブランケットトリチウム回収システムへの適用が有効だと判断できる。
