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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

 被引用回数:8 パーセンタイル:43.62(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0.3$$sim$$2mm)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80$$sim$$85%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6,000$$sim$$8,000N/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

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

 被引用回数:22 パーセンタイル:15.27(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

 被引用回数:7 パーセンタイル:49.09(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

 被引用回数:34 パーセンタイル:7.8(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$$phi$$0.2$$sim$$2.0mm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80$$sim$$85%T.D.及び結晶粒径5$$mu$$m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

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、100$$sim$$140$$^{circ}$$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

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0.3$$sim$$2mm)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80$$sim$$85%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

The Neutron irradiation effect on mechanical properties of HIP joint material

山田 弘一*; 河村 弘; 土谷 邦彦; Kalinin, G.*; 長尾 美春; 佐藤 聡; 毛利 憲介*

Journal of Nuclear Materials, 335(1), p.33 - 38, 2004/10

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.52(Materials Science, Multidisciplinary)

分散強化銅(DSCu)とステンレス鋼はITER遮へいブランケットのヒートシンク材や構造材の候補材料であり、これらは高温静水圧(HIP)法により接合される。本研究では、照射損傷量が約1.5dpaの材料を用いて引張試験や衝撃試験を行い、HIP接合材の機械的特性に対する中性子照射効果を調べた。引張試験の結果、HIP接合材の引張強度はDSCu母材の引張強度と同等であり、中性子照射後も同様の特性を示した。一方、接合界面における主要元素の拡散による影響で、HIP接合材の衝撃特性はDSCu材の衝撃特性より小さかった。衝撃特性の低下は、中性子照射効果の影響より、接合による影響のほうが大きかった。

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

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

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

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.52(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

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(1.00$$sim$$0.80)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

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 reactivity of Li-titanates with H$$_{2}$$ contained in Ar purge

Alvani, C.*; Casadio, S.*; Contini, V.*; Giorgi, R.*; Mancini, M. R.*; Pierdominici, F.*; Salernitano, E.*; 土谷 邦彦; 河村 弘; Stijkel, M. P.*; et al.

JAERI-Conf 2004-012, p.148 - 162, 2004/07

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。水素添加ArパージガスでLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$からトリチウムを回収するが、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$がH$$_{2}$$ガスにより還元され、トリチウム回収率が低下することが懸念される。本研究では、水素添加Arパージガス中のH$$_{2}$$によるLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球の還元効果及び水蒸気,酸素ガスによる酸化効果を調べた。また、Li$$_{4}$$Ti$$_{5}$$O$$_{12}$$の還元効果及び酸化効果も調べた。Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$は、1000$$^{circ}$$Cの一定時間でAr+3%H$$_{2}$$ガス中にて、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$の水素雰囲気における還元効果を調べた結果、水素還元率は時間の経過とともに増加することが明らかになった。一方、Li$$_{4}$$Ti$$_{5}$$O$$_{12}$$については、水素還元率はLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$より大きいことが明らかになった。X線回折の結果、還元後のLi$$_{2}$$TiO$$_{3}$$には黒色のLi$$_{0.14}$$TiO$$_{2}$$の構造を持つ化合物が同定された。XPS分析の結果からは、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$のLi組成比の減少,Ti$$^{4+}$$のTi$$^{3+}$$への還元はなく、構造に大きな変化はなかった。

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。

論文

Preliminary neutronic estimation for demo blanket with beryllide

山田 弘一*; 長尾 美春; 河村 弘; 中尾 誠*; 内田 宗範*; 伊藤 治彦

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.269 - 273, 2003/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:32.99

核融合炉ブランケットの中性子増倍材として、ベリリウム金属(Be)を用いた場合と高温特性に優れたベリリウム金属間化合物(Be$$_{12}$$Ti, Be$$_{12}$$WまたはBe$$_{12}$$V)を用いた場合とで、中性子1あたりのトリチウム生成量で定義されるトリチウム増殖比(TBR)にどのような違いがあるかを、2次元輸送コードDOT3.5により計算したTBR値の比較により検討した。その結果、Be$$_{12}$$TiではTBR目標値である1.3に近いTBR(1.26)が得られ、またそれはBeを用いた場合のTBR(1.29)相当であることから、中性子増倍材として使用できることを明らかにした。併せて、充填方法について、トリチウム増殖材と中性子増倍材を混合充填した場合の方が両者を分離充填した場合よりTBRが大きくなることを明らかにした。

論文

Evaluation of effective thermal diffusivity of Li$$_2$$TiO$$_3$$ pebble bed under neutron irradiation

河村 弘; 菊川 明広*; 土谷 邦彦; 山田 弘一*; 中道 勝; 石塚 悦男; 榎枝 幹男; 伊藤 治彦

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.263 - 267, 2003/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.8

JMTRにて中性子パルス運転模擬照射試験体の照射試験を行い、ITERブランケットテストモジュールを設計するうえで必要不可欠な中性子照射下のチタン酸リチウム(Li$$_2$$TiO$$_3$$)微小球充填層中の見かけの熱拡散率を調べた。定速昇温法により測定した結果、Li$$_2$$TiO$$_3$$微小球充填層の見かけの熱拡散率は、照射温度と中性子照射量の増加とともに減少することがわかった。一方、スイープガス流量の影響は、0$$sim$$600cm$$^3$$/minの間では見られなかった。

論文

Effect of TiO$$_2$$ on the reduction of lithium titanate induced by H$$_2$$ in the sweep gas

土谷 邦彦; Alvani, C.*; 河村 弘; 山田 弘一*; Casado, S.*; Contini, V.*

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.443 - 447, 2003/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:64.96

核融合炉ブランケットのトリチウム増殖材であるチタン酸リチウム(Li$$_2$$TiO$$_3$$)微小球の湿式法による製造に際しては、微細な結晶粒径を得るために酸化物(TiO$$_2$$等)の添加が不可欠である。しかしながら、TiO$$_2$$を添加したLi$$_2$$TiO$$_3$$の化学的特性については明らかにされていない。そのため、スイープガス中の水素によるLi$$_2$$TiO$$_3$$のTiO$$_2$$添加量に対する還元効果を調べた。この結果、500-800$$^{circ}C$$の温度範囲では、TiO$$_2$$を添加したLi$$_2$$TiO$$_3$$の還元反応率は、TiO$$_2$$を添加しない場合より減少することが分かった。また、Li$$_2$$TiO$$_3$$にTiO$$_2$$を添加したものは、水分及び不純物ガスの吸着量がTiO$$_2$$を添加しない場合より小さく、ブランケット初期装荷時におけるスイープガス中への不純物ガスの放出が低減できた。

論文

Improvement of sintered density of Li$$_2$$TiO$$_3$$ pebbles fabricated by direct-wet process

土谷 邦彦; 河村 弘; 内田 宗範*; Casado, S.*; Alvani, C.*; 伊藤 義夫*

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.449 - 453, 2003/09

 被引用回数:14 パーセンタイル:27.96

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、低温でのトリチウム放出性、化学的安定性等の観点から、チタン酸リチウム(Li$$_2$$TiO$$_3$$)微小球が注目されている。これまで、Li$$_2$$TiO$$_3$$溶液からLi$$_2$$TiO$$_3$$微小球を製造できる直接湿式法を提案し、Li$$_2$$TiO$$_3$$微小球の予備製造試験を行ったが、目標焼結密度(80~85%T.D.)の微小球を得ることが出来なかった。そのため、Li$$_2$$TiO$$_3$$の溶解、ゲル球の生成及び焼結の各プロセスについて技術開発を行った。各種の溶媒を用いた溶解試験の結果、Li$$_2$$TiO$$_3$$は30%過酸化水素水で室温でも完全に溶解できた。この溶解液の粘性を調整し、アセトン中に滴下することにより、割れの少ないゲル球を製造できるとともに、こうして得られたゲル球を焼結することにより結晶粒径5$$mu$$m以下で目標焼結密度を満足した微小球を製造できることを明らかにした。

論文

Study of the high efficiency of ZrNi alloys for tritium gettering properties

土谷 邦彦; 兜森 俊樹*; 河村 弘

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.401 - 405, 2001/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.78

JMTRでは、核融合炉ブランケット構造を模擬した「部分モジュールインパイル照射試験」を計画している。本試験のためのトリチウム回収系には、取り扱いが容易でかつ常温付近でも良好なトリチウム回収性能を有するゲッタ材の開発が必要である。そこで、ZrNi合金に着目し、Niの一部をほかの元素で置換したゲッタ材を試作し、単体時及び充填時における特性評価を行った。単体時特性評価より、Zr$$_{1}$$Ni$$_{1-x-y}$$Co$$_{x}$$Fe$$_{y}$$組成のゲッタ材は室温時における水素平衡解離圧が金属ウランと同等の平衡解離圧(3.5$$times$$10$$^{-4}$$Pa以下)になることを明らかにした。また、充填時特性評価により、Zr$$_{1}$$Ni$$_{1-x-y}$$Co$$_{x}$$Fe$$_{y}$$は、常温でも水素を十分吸収し、その破過帯長さは空塔速度に対して直線的に増加することを明らかにした。

論文

${it In-situ}$ tritium recovery experiments of blanket in-pile mockup with Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$ pebble bed in Japan

土谷 邦彦; 中道 勝; 長尾 美春; 榎枝 幹男; 大崎 敏雄*; 田中 知*; 河村 弘

Journal of Nuclear Science and Technology, 38(11), p.996 - 1003, 2001/11

低インベントリー,化学的安定性等の観点から、核融合炉のトリチウム増殖材としてリチウムタイタネイト(Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$)微小球が有望な材料の1つとされている。核融合炉ブランケットの設計には、微小球を用いたブランケット構造体の中性子照射試験データが必要である。このため、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球充填体を用いて核融合炉ブランケット構造を模擬した2種類の照射試験体を開発し、JMTRの中性子照射下において微小球充填体からのトリチウム回収試験を行い、トリチウム回収特性に対する照射温度,スイープガス流量等の効果について評価した。この結果、充填体温度の上昇とともに、回収量と生成量の比は増加し、充填体温度が300$$^{circ}C$$以上ではほぼ全量回収できること、スイープガス流量が100~900cm$$^{3}$$/minの範囲では、トリチウム回収量はほとんど影響されないことがわかった。これらの結果、Li$$_{2}$$TiO$$_{3}$$微小球充填体を用いた増殖ブランケット設計の見通しが得られた。

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