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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

リチウム含有セラミックス微小球の強度評価手法

土谷邦彦; 河村弘; 田中知*

日本機械学会第12回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2004)講演論文集,No.04-15, p.97 - 98, 2004/11

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。しかしながら、未照射及び照射後の材料に関する機械的特性評価については不十分であり、微小球の圧潰特性に関する絶対評価がされていないのが現状である。このため、YTZ(高強度ジルコニア)ボール及びLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の圧潰荷重の測定結果と、ヘルツの公式を用いて求めた微小球の圧潰特性を評価した。まず、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Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球について、最大接触圧力をヘルツの公式を用いて算出した。その結果、微小球直径にかかわらず、最大接触圧力は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

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

Status and future plan of breeding blanket development

河村弘; 土谷邦彦

FZKA-6720, p.151 - 160, 2002/06

Li $_{2}$ O,Li $_{2}$ TiO $_{3}$ ,Li $_{2}$ ZrO $_{3}$ 及びLi $_{4}$ SiO $_{4}$ のようなリチウム含有セラミックスがトリチウム増殖材として提案されているが、特に低温でのトリチウム放出性,化学的安定性等の観点から、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ が注目されている。また、熱応力割れの回避等のため、直径0.2~2.0mmの微小球が形状として選定されている。このため、原研では、トリチウム増殖材微小球の湿式法による製造技術開発を行っている。一方、核融合炉ブランケットを設計するために、各種物理的データや照射データ(トリチウム放出特性等)を取得することが必要不可欠である。特に、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球に関する照射データは少ないため、JMTRを用いてLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球からのトリチウム放出特性等を調べている。これらの結果から、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の照射温度が300 $^{circ}C$ に到達すると、生成したトリチウムがほぼ全量放出することが明らかになった。本会議では、トリチウム増殖材微小球開発と特性データ取得の現状について紹介する。

論文

Characterization of TiO $_{2}$ -doped Li $_{2}$ TiO $_{3}$

土谷邦彦; 河村弘

Fusion Technology, 39(2-Part2), p.624 - 627, 2001/03

核融合炉ブランケットで用いられるリチウム含有セラミックス製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、良好なトリチウム放出性確保の観点から、微小球製造時におけるLi $_{2}$ TiO $_{3}$ の結晶粒径を5m以下に制御することが求められている。そのため、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ にTiO $_{2}$ を添加することを考案し、湿式造粒法により試作試験を行った。その結果、5~10%のTiO $_{2}$ 添加により、焼結後の結晶粒径が5m以下に制御できる見通しを得た。また、5%TiO $_{2}$ 添加Li $_{2}$ TiO $_{3}$ の熱伝導率は、無添加Li $_{2}$ TiO $_{3}$ とほぼ同等であるが、10%TiO $_{2}$ 添加では元のLi $_{2}$ TiO $_{3}$ よりも約1割高くなり、熱特性が向上することが明らかになった。これは、10%TiO $_{3}$ 添加の場合には、熱伝導率が高いLi $_{4}$ Ti $_{5}$ O $_{12}$ が生成するためと考えられる。

論文

Fabrication development of Li $_{2}$ O pebbles by wet process

土谷邦彦; 斎藤滋; 河村弘; 渡海和俊*; 淵之上克宏*; 古谷武*

Journal of Nuclear Materials, 253, p.196 - 202, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)00312-7

被引用回数：10 パーセンタイル：63.67(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、リチウム含有セラミックスが有望視されている。特に、リチウム含有セラミックスの中で、酸化リチウム(Li $_{2}$ O)が注目されている。一方、ブランケット設計の観点から、トリチウム増殖材の形状として、微小球が採用され各種製造法により微小球製造技術開発が行われている。製造法の中で、湿式造粒法が、大量製造性がよく、かつ、トリチウム増殖材の再処理の観点からも優れていることが明らかとなった。しかしながら、予備製造試験では、酸化リチウムの密度が55%T.D.であった。そこで、本研究では、湿式造粒法による酸化リチウム微小球の密度向上試験を行うとともに、酸化リチウム微小球の特性評価を行った。密度向上試験結果から、ゲル球の熟成温度変更、低焼温度の変更、熱分解温度の変更等により、目標値(80~85%T.D.)を達成することができた。

論文

Density dependence on thermal properties of Li $_{2}$ TiO $_{3}$ Pellets

斎藤滋; 土谷邦彦; 河村弘; 寺井隆幸*; 田中知*

Journal of Nuclear Materials, 253, p.213 - 218, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0022-3115(97)00314-0

被引用回数：62 パーセンタイル：96.77(Materials Science, Multidisciplinary)

近年、リチウムタイタネイト(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )が、トリチウム放出特性等に優れることなどから、トリチウム増殖材の最有力候補材の1つとして脚光を浴び始めている。しかしながら、材料選定に不可欠な、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ の熱的・機械的特性のデータは極めて乏しい。そこで本研究では、密度の異なる3種類のLi $_{2}$ TiO $_{3}$ ペレットを製作し、熱拡散率等の熱特性を測定し、それらの密度依存性を調べた。さらに、他のセラミックトリチウム増殖材候補材(Li $_{2}$ ZrO $_{3}$ ,LiAlO $_{3}$ ,Li $_{4}$ SiO $_{4}$ )の熱的特性と比較・検討を行った。その結果、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ は、Li $_{2}$ ZrO $_{3}$ と同じ単斜晶系でありながら、Li $_{2}$ ZrO $_{3}$ で観測されたような、熱拡散率の急激な減少や、ヒステリシスは認められなかった。従って、Li $_{2}$ TiO $_{3}$ は、Li $_{2}$ ZrO $_{3}$ と比較して、熱サイクルによる熱特性変化が生じにくい、より良好な物質であることが明らかとなった。

論文

Preliminary fabrication of small Li $_{2}$ O spheres by sol-gel method

土谷邦彦; 河村弘; 小山田六郎; 西村一久*; 吉牟田秀治*; 渡海和俊*

16th IEEE/NPSS Symp. on Fusion Engineering (SOFE '95), 2, p.1123 - 1126, 1996/00

リチウム含有セラミックスが、核融合炉のトリチウム増殖材として有望視されており、酸化リチウム(Li $_{2}$ O)が第1候補材である。Li $_{2}$ Oは、融点まで相変化しない、高密度、高熱伝導度等の優れた特性をもつ。また、ブランケット構造体の形状は複雑であり、増殖材を充填するためには、微小球の形状が望まれている。さらに、リチウム再処理の観点からも、湿式法(ゾル-ゲル法)による微小球の製造が有効である。本研究において、ゾル-ゲル法による微小球Li $_{2}$ Oの予備製造試験を行った。本試験結果から、ゲル球製造、ゲル球仮焼及び熱分解・焼結の各工程における条件が決定できた。

論文

Density improvement of Li $_{2}$ O pebble fabricated by sol-gel method

土谷邦彦; 河村弘; 淵之上克宏*; 吉牟田秀治*; 渡海和俊*; 新保利定

Fusion Technology, 2, p.1407 - 1410, 1996/00

リチウム含有セラミックスが、核融合炉のトリチウム増殖材として有望視されている。トリチウム増殖材として酸化リチウムが第1候補材であり、形状として微小球が望まれている。この微小球を大量に製造する方法として、湿式法(ゾルゲル法)が注目されている。さらに、本方法はリチウム再処理により回収されたリチウムを用いて再製造することが容易である。前回の予備試験ではLi $_{2}$ O微小球の製造プロセスを明らかにした。本研究では、Li $_{2}$ O微小球の高密度化試験を行った。高密度化としては、始発粉末(Li $_{2}$ CO $_{3}$ )の微粉化(40m1mに微粉化)及び仮焼条件の変更(600 $^{circ}$ C400 $^{circ}$ Cに減少)を行った。この結果、Li $_{2}$ O微小球の密度は71%に向上することができ、高密度を有するLi $_{2}$ O微小球製造の見通しを得た。

論文

Fabrication development of ceramic tritium breeders by sol-gel method

土谷邦彦; 渡海和俊*; 斎藤滋; 淵之上克宏*; 古谷武*; 河村弘

Proc. of 5th Int. Workshop on Ceramic Breeder Blanket Interaction, 0, p.191 - 199, 1996/00

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、リチウム含有セラミックスが有望視されている。特に、リチウム含有セラミックスの中で、酸化リチウム(Li $_{2}$ O)及びリチウムタイタネイト(Li $_{2}$ TiO $_{3}$ )が注目されいてる。一方、ブランケット構造の形状は複雑であり、トリチウム増殖材を充填するためには、微小球が望まれており、各種製造法により微小球製造技術開発を行った。製造方法の中で、特に湿式法は、微小球の大量製造等の観点から、他の製造法と比較して有利である。また、リチウムリサイクルの観点からも優れていると考えられている。本研究では、高温ガス炉燃料の製造で技術確立しているゲル沈澱法を応用し、大量製造に適した湿式法によりLi $_{2}$ O微小球及びLi $_{2}$ TiO $_{3}$ 微小球の製造技術開発の現状について報告する。

論文

Characteristics of Li $_{2}$ O pebbles fabricated by the melting granulation method

土谷邦彦*; 河村弘; 中道勝; 今泉秀樹*; 斎藤実; 神澤徹*; 長倉正昭*

Journal of Nuclear Materials, 219, p.240 - 245, 1995/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(94)00531-1

被引用回数：14 パーセンタイル：77.92(Materials Science, Multidisciplinary)

リチウム含有セラミックスが、核融合のトリチウム増殖材の1つとして有望視されている。このリチウム含有セラミックスのうち、酸化リチウム(Li $_{2}$ O)が、高いリチウム密度及び熱伝導度等の観点から、トリチウムペブル(1mm)の製造技術に関する研究が実施されており、溶融造粒法がペブル製造法の1つと考えられている。この方法によって製造されたLi $_{2}$ Oペブルの特徴及び製造技術の確立は、ペブルの大量供給及び核融合炉のコスト評価のために重要である。本研究では、溶融造粒法によって製造されたLi $_{2}$ Oペブルの単体特性評価を実施し、さらに、ペブル充填塔における質量移行特性評価を行い、モックアップ試験装置の設計に有用な特性データの報告を行う。

論文

Lithium reprocessing technology for ceramic breeders

土谷邦彦*; 河村弘; 斎藤実; 蓼沼克嘉*; 具野瀬満*

Journal of Nuclear Materials, 219, p.246 - 249, 1995/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(94)00532-X

被引用回数：15 パーセンタイル：79.41(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉ブランケット開発のために、リチウム含有セラミックスが有望視されている。その核融合炉ブランケット開発の一環として、リチウム含有セラミックスからのリチウム再処理システムを確立することは、リチウム資源の有効利用及び廃棄物の低減の観点から重要な項目の1つである。リチウム再処理システムの確立のためには、これらのセラミックスの化学的特性を把握したうえで化学的処理法及び条件等を最適化し、全体のシステム化を行う必要がある。本研究において、リチウム含有セラミックスの溶解実験及び炭酸法におけるリチウムの回収実験を実施し、リチウム含有セラミックスの特性評価についての報告を行う。