Hydrogen permeation property of bulk cementite

足立 望*; 上野 春喜*; 尾上 勝彦*; 諸岡 聡; 戸高 義一*

ISIJ International, 61(8), p.2320 - 2322, 2021/08

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2021-134

This study investigated the hydrogen permeation property of cementite by fabricating bulk cementite sample using the process combining the mechanical ball milling and subsequent pulse current sintering. The bulk cementite sample having a 96 vol% of cementite was successfully fabricated. The prepared bulk cementite showed no signal of hydrogen permeation during the 3.5 day of electrochemical hydrogen permeation test. The morphology of blister formed in the sample indicated that diffusion coefficient of hydrogen in cementite is very small.

Investigation of hydrogen isotope permeation through F82H steel with and without a ceramic coating of CrO-SiO including CrPO, Out-of-pile tests

Kulsartov, T. V.*; 林 君夫; 中道 勝*; Afanasyev, S. E.*; Shestakov, V. P.*; Chikhray, Y. V.*; Kenzhin, E. A.*; Kolbaenkov, A. N.*

Fusion Engineering and Design, 81(1-7), p.701 - 705, 2006/02

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2005.07.019

核融合炉構造材料へのセラミック被覆は、トリチウム透過防止膜として使用されることが考えられている。本研究では、リン酸クロム(CrPO)を含む酸化クロム-二酸化ケイ素のセラミック皮膜がある場合とない場合におけるF82H鋼について、水素及び重水素透過実験を行った。まず第1段階として、300600Cの1001000Paの水素及び重水素雰囲気において、皮膜のないF82H鋼中の透過実験を行った。得られた拡散係数,透過定数及び溶解度は、以前に公刊されている値と良い一致を示した。第2段階としては、皮膜を施したF82H鋼中について、400600C, 10001500Paの重水素雰囲気において、上と同様な透過実験を行い、皮膜の透過低減係数(PRF)を算出した。600Cにおける透過低減係数は約400であった。この値は、同じ皮膜を316ステンレス鋼に施した場合の透過低減係数(約1000)に匹敵する値である。本発表は、国際科学技術センター(ISTC)によるパートナープロジェクト(K-1047p)として実施した研究の成果の一部を発表するものである。

Component tests on research and development of HTTR hydrogen production systems

大橋 弘史; 西原 哲夫; 武田 哲明; 稲垣 嘉之

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13) (CD-ROM), 8 Pages, 2005/05

HTTRに接続する水素製造システムは、HTTRにより供給された熱出力10MWの核熱を用いて水素を製造することができるように設計されている。このHTTR水素製造システムは世界で初めて原子炉に接続されるものであり、したがって、HTTR水素製造システムの実証試験に先立ってモックアップ試験が計画されている。モックアップ試験と並行して、以下の基礎試験、すなわち、水蒸気改質管の腐食試験,熱交換器伝熱管を透過する水素同位体透過試験,高温隔離弁の健全性試験,水素選択性透過膜の性能試験を行い、解析コードの開発と安全審査のための詳細な試験データを取得する。これらの試験により、水素透過係数をはじめ、各種データを取得した。本報告は、HTTR水素製造システムの研究開発に関する要素試験の現状をまとめたものである。

Hydrogen permeation measurement of the reduced activation ferritic steel F82H by the vacuum thermo-balance method

吉田 肇; 古作 泰雄*; 榎枝 幹男; 阿部 哲也; 秋場 真人

JAERI-Research 2005-003, 13 Pages, 2005/03

JAERI-Research-2005-003.pdf:3.33MB

核融合炉におけるトリチウム漏洩量見積りの高精度化に資するため、低放射化フェライト鋼の水素透過速度を真空熱天秤法で測定した。本測定法では、水素ガスを封入した低放射化フェライト鋼F82H製の試料カプセルを用意し、試料カプセルを真空中で等温加熱して、試料カプセルを透過しカプセル表面から脱離する水素を以下の2つの独立した方法で測定する。すなわち、試料カプセルの正味の重量減少量と、試料カプセルからの水素脱離による排気ガス分析である。このような手法で測定の信頼性を増すことが可能である。本実験条件で、正味の重量減少量から求めた水素透過速度と排気ガス分析から求めた値の比は、1/4から1/1であった。本実験を通して、真空熱天秤法がF82Hの水素透過速度を評価するために有効な手段であることが示された。

低温プラズマ存在下における被覆管材の水素透過挙動の評価

小河 浩晃*; 木内 清

JAERI-Research 2002-037, 48 Pages, 2002/12

JAERI-Research-2002-037.pdf:2.57MB

革新的軽水炉燃料被覆管材の長期健全性にかかわる水素-金属相互作用に関する基礎検討として、原研開発材25Cr-35Ni系合金とNbライナー材、及び、比較材として従来被覆管仕様ステンレス鋼,現用軽水炉被覆管材ベース金属Zr、及びNiの5つの材料間の水素透過挙動の違いを、放射線励起効果の観点から基礎評価した。RF駆動型低温プラズマ源を用いた励起水素透過試験装置を整備して、同一水素分圧で低温プラズマと熱平衡の水素透過の温度依存性及び電場のバイアス効果等を解析した。低温プラズマ励起による水素透過の促進傾向が全材料の中低温領域に見られ、約530K以下の低温側の水素透過挙動は水素-欠陥相互作用に伴い変化した。NbはZrのような水素化物脆化を生じずに多量に水素が固溶出来る水素ゲッター材としての適性が確認された。電場効果では、電子引き込み条件に依存した水素透過能の増大傾向を示し、表面直上の低速電子励起効果の重要性が確認された。水素溶解の新モデルを構築して材料間の励起水素透過の促進傾向の違いを評価した。

Implantation driven permeation behavior of deuterium through pure tungsten

中村 博文; 林 巧; 西 正孝; 有田 誠; 奥野 健二*

Fusion Engineering and Design, 55(4), p.513 - 520, 2001/09

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(01)00380-5

核融合炉プラズマ対向材料からのトリチウム透過に関する知見を得るために、純タングステン中に打ち込まれた重水素の透過挙動を測定した。実験は25m厚のタングステン膜を使用し、重水素過程の定常状態及び過渡状態での挙動を測定した。実験の結果、定常状態の透過挙動のパラメータ依存性は、透過が入射側拡散-透過側拡散律速(DD律速)過程により律速されていることを示した。また、タングステン中の重水素の透過はほかの材料に比較して極めて小さいことも明らかとなった。過渡状態における透過挙動の解析の結果、重水素透過は、試料内部に存在すると考えられるトラップサイトによるトラップの影響を強くうけていることが観察される。

高温ガス炉水素製造システムの製品水素へのトリチウム移行量評価

西原 哲夫; 羽田 一彦

日本原子力学会誌, 41(5), p.571 - 578, 1999/05

https://doi.org/10.3327/jaesj.41.571

高温ガス炉水素製造システムでは、原子炉で発生したトリチウムの製品水素への移行を可能な限り低減する必要がある。さらに、水素製造システムでは、過剰に供給する水蒸気を再利用することによりトリチウム水が蓄積され、さらに製品水素のトリチウム量を増加させる可能性がある。そこで、製品水素を非放射性物質として位置づける観点から製品水素のトリチウム濃度の目標値を5Bq/g-Hと定めた。そして、その目標値を満足させるためには、水素を生成する反応器のみならず、原子炉1次系と水素製造システムの間に設ける中間熱交換器もトリチウム透過量を抑制する必要があり、この手段として酸化膜やコーティングが有効であること、並びに、水素製造システムでリサイクル水のトリチウムを回収する必要はないことを明らかにした。

Steady-state hydrogen transport in a metal membrane exposed to hydrogen gas and/or a hydrogen ion beam; Reexamination of transport regime and synergistic effects

長崎 正雅; 大野 英雄

J. Vac. Sci. Technol., A, 11(3), p.588 - 596, 1993/05

水素ガスまたは水素イオンビームが入射する金属薄板中の定常状態における水素の輸送を定式化した。得られた式に基づいて、材料及び入射のパラメタと濃度分布あるいは律速過程との関係を求めた。この関係は、ドイルらが同様の式に基づいて導出した結果と異なっていた。我々の導出の方がより直接的であり、それゆえ正しいものと思われる。さらに、この導出を、水素ガスと水素イオンビームが共存する場合に拡張した。特に、水素イオンビームに由来する水素に着目して、水素ガスと水素イオンビームとの相乗効果を議論した。

Diffusivity and permeability of hydrogen in molybdenum

勝田 博司; R.B.McLellan*; 古川 和男

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 43(6), p.533 - 538, 1982/00

https://doi.org/10.1016/0022-3697(82)90104-4

電子ビーム溶解と粉末冶金法により作製したMo板(約0.2mm厚)について、Permeation Time-Lag法により水素の拡散係数と透過係数を測定した。試験片による差はなく、透過係数と溶解度(透過係数と拡散係数の比より求める)は過去のデーターと一致したが、拡散係数は,その活性化エネルギーが10.6kj/molと低く、過去のそれの数分の1のものであった。これは過去の拡散係数の測定が放出法によりなされており、長時間を要したため、測定中に酸化膜が生成したことによるものと推定された(今回は数秒内に測定されている)。これに基き、金属中の水素拡散係数の活性化エネルギーを整理した所、bcc金属に対しては0.1eV、fcc金属に対しては0.3~0.6eVが予想された。

Diffusivity and permeability of hydrogen in vanadium

勝田 博司; R.B.McLellan*; 古川 和男

Proc.JIMIS-2,Hydrogen in Metals, p.113 - 116, 1980/00

去る11月26~29日に水上温泉にて開かれた、2nd JIM International Symposium on Hydrogen in Metals の口頭発表分(外部発表・学会口頭発表,登録No.9102)のProceedingである。要旨は既にNo.9102に記してあるが、概略は、「Permeation time-lag法」を用いて、1~800torr,400~950Cの水素圧力と温度領域でバナジウム中の水素拡散率(D)と透過率(E)を測定しその結果について報告したものである。

Hydrogen behavior in molten fluoride mixtures(LiF-NaF-KF)

勝田 博司; 古川 和男

Rev.Chim.Miner., 15(1), p.49 - 58, 1978/01

精製及び未精製Flinak(46.5mol%LiF-115NaF-40.0KF)と平衡する水素、重水素、メタン分圧を測定した。塩の溶融初期には、数10torrの高い水素分圧であったが、定常状態では3~610(at600C)torrが、得られた。水素とメタン分圧から炭素活動度を推定すると約0.2であったが、これは精製の度合により変化した。Time Lag法をこの塩に応用して、溶融Flinak中の水素拡散係数並びに水素溶解度を求めた。D=1.810cm/sec,at550C,H=9kcal/molが得られた。又溶解度Sは550Cで510molH/cm,melt atm,H=-6kcal/molであった。さらに、この塩と接触したSUS316の水素透過係数を測定した。得られた値は、ほぼ気相中におけるSUS316のそれと等しかった。これより、接触表面効果は無視できることが予想された。測定で得られた溶解度の値に基づいて、溶融Flinak中の水素の状態について考察を行った。