核融合炉第一壁再堆積層形成におけるトリチウムの移行挙動

聚变反应堆第一壁上再沉积层形成过程中的氚迁移行为

基本信息

批准号：
03J07759
负责人：
片山一成
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

D-T核融合炉建設にあたっては、炉内に保有されるトリチウム量の多寡、トリチウム安全管理技術の確立が最終的な社会的受容を決定すると考えられる。本研究は、化学工学的反応工学の観点からD-T核融合炉プラズマ対向壁におけるトリチウムインベントリーの評価、トリチウム挙動の把握及びトリチウムから見た材料の評価を行おうとするものである。本年度は、RF水素プラズマによるスパッタリング現象を利用して、核融合炉第一壁候補材料である等方性グラファイト及びタングステン再堆積層を作成し、再堆積層内水素捕捉量の定量を行った。1.本実験で得られたグラファイト再堆積層内の水素捕捉量(アトム比H/C)は、プラズマ条件により0.1-0.45と変化した。この値は、グラファイトベルクへの水素溶解度に比べはるかに大きく、再堆積層の形成が炉内トリチウムインベントリーを増大させることを改めて示唆した。また、再堆積層から水素を放出させるには、1000K程度の高温加熱が必要であり、炉内でのトリチウムの加熱放出は困難であることを指摘した。また、等方性グラファイトと再堆積層を同時にプラズマに曝し、損耗速度を定量したところ、再堆積層の損耗速度が一桁大きいことが明らかとなった。またその際、再堆積層内の水素はカーボンよりも速く放出される傾向が観測されたが、トリチウム放電洗浄の有効性については、さらに研究が必要である。2.タングステンは、他の第一壁候補材料に比べ水素溶解度が小さいといわれているが、本研究においてタングステン再堆積層を作成したところ、その内部には多量の水素が捕捉される事が明らかとなった。しかし、捕捉された水素は600K程度で速やかに放出されるため、第一壁温度を600K以上に設定する事でトリチウムインベントリーを低減できる事を指摘した。再堆積層内への水素・捕捉機構の解明のため重なる研究が必要である。

在建造D-T聚变反应堆时，人们认为反应堆中氚的容纳量和氚安全管理技术的建立将决定最终的社会接受程度。本研究旨在评估D-T聚变反应堆等离子体面壁中的氚库存，了解氚的行为，并从化学反应工程的角度从氚的角度评估材料。今年，我们利用射频氢等离子体引起的溅射现象，创建了各向同性石墨和钨再沉积层，这是聚变反应堆第一壁的候选材料，并量化了再沉积层中捕获的氢量。 1.本实验中获得的石墨再沉积层中捕获的氢量（原子比H/C）根据等离子体条件在0.1至0.45之间变化。该值远大于石墨山中的氢溶解度，再次表明再沉积层的形成增加了反应堆中的氚库存。他还指出，需要加热到约1000 K的高温才能从再沉积层中释放出氢，因此很难通过在熔炉中加热来释放氚。此外，当各向同性石墨和再沉积层同时暴露于等离子体并对磨损率进行量化时，很明显，再沉积层的磨损率要快一个数量级。当时，观察到再沉积层中的氢比碳释放得更快，但氚放电清洁的有效性还需要进一步研究。 2.据说与其他第一壁候选材料相比，钨的氢溶解度较低，但在这项研究中，当创建钨再沉积层时，很明显，大量的氢被困在其中。然而，有人指出，由于被捕获的氢在600K左右迅速释放，因此可以通过将第一壁温设置在600K以上来减少氚库存。需要持续研究来阐明再沉积层内的氢捕获机制。