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「トリチウム−材料相互作用におけるトラップメカニズム」の経過報告

1. 序

トリチウム取扱装置などでトリチウムガスあるいはトリチウム水蒸気の供給から回収または廃棄までの一連の操作を行うと、配管材料や測定機器の内壁などには必ずトリチウムの吸着(付着)が起こる。この汚染の度合は材料の種類、表面状態および取扱い時の真空度などで大きく異なる。吸着トリチウムによる材料の汚染やその除染、あるいは吸着トリチウムの再放出等に関する問題は、環境安全あるいは安全取扱上のみならず、測定精度への影響、計量管理上からも重要である。このことから、各種材料へのトリチウムの吸着・脱離について実験的研究を行ってきた。これまで各種材料へのトリチウムの吸着・脱離挙動について、主としてイオンチェンバー・振動容量電位差計による測定データの解析等により検討してきた。これまでのトリチウムの吸着・脱離・再放出に関する研究をさらに踏み込んで各種材料へのトリチウムのトラップメカニズムを明らかにすることを目的として以下の計算・実験などを行う予定である。

2. 研究の進捗状況(装置の改良等を含む)

今年度は、熱分析装置の校正などを重点的に行った。さらに、固体金属合金あるいは金属酸化物材料等の熱物性測定実験などに関する実験を行った。特に水素吸蔵合金の水素の吸蔵・脱離実験に関しては、高濃度トリチウム吸蔵時の同位体効果、同位体分離・濃縮・精製の可能性の検討手法の理解を修得できた。

3. 今後の予定

今年度の経験から、他の金属材料新あるいは合金に関して、熱力学的検討などを進めて、核融合炉でのトリチウム吸蔵・分離・精製に利用できる材料の開発とトリチウムを使用した実験的検討も進めていく予定である。具体的には以下の検討を行う。。

1. 長期汚染材料からのトリチウムの脱離挙動について継続して実験を行う。具体的には、高濃度トリチウム使用G.Boxの装着していたグローブからのトリチウムの脱離挙動を実験的に検討する。
2. FT/IR(フーリエ変換赤外分光分析器)を用いて、In-situ で材料へトリチウムの吸着実験およびトリチウムを吸着させた材料での深さ方向のトリチウム濃度分布を測定し、材料へのトラップメカニズムを明らかにする。
3. 各種水素吸蔵用合金等での水素の吸蔵・脱蔵に関して、文献からの熱力学的デ−タなどにより水素吸蔵平衡圧などの計算によるシミュレ−ションを行い吸蔵(トラップ)特性について検討し新しい水素吸蔵材の開発を模索する。さらに高濃度トリチウム吸蔵時の同位体効果、同位体分離・濃縮・精製の可能性について実験的に検討を試みる。
   

4. 発表論文リスト

(A) 学位論文等

1. H. Suwarno, T. Yamamoto, F. Ono, K. Yamaguchi, M. Yamawaki, "Hydrogen desorption properties of hydrogenated U-Th-Zr alloys", J. Nucl. Mater.
2. M. Yamawaki, A. Suzuki, F. Ono, K. Yamaguchi, "Study on surface defect structures of ZrO2 and some doped ZrO2 by means of work function measurement", J. Nucl. Mater. 248 (1997) 319-322.
3. T. Yamamoto, H. Suwarno, F. Ono, H. Kayano, M. Yamawaki, "Development of new mixed hydride fuel utilizing U-Th-Zr alloys", Actinides '97, Baden-Baden, Germany, September 21-26 (1997).
4. M. Yamawaki, H. Suwarno, T. Yamamoto, F. Ono, K. Yamaguchi, H. Kayano, "Development of MA-containign hydride fuel as MA-burning target material", Int. Conf. Future Nuclear Systems-Challenge Towards Second Nuclear Era with Advanced Fuel Cycles (GLOBAL '97), Yokohama, Japan, October 5-10 (1997).
5. K. Yamaguchi, M. Okada, F. Ono, M. Yamawaki, "Study on retention of hydrogen isotopes in Mo by means of tritium beam experiments", 8th Int. Conf. Fusion Reactor Materials, Sendai, Japan, October 26-31 (1997).

1. 山脇 道夫, J. Huang, 利根川 雅久, 小野 双葉, 安本 勝, 山口 憲司, 杉本 純, 「シビアアクシデント時の強放射能 FP の挙動予測に関する研究 −スコーピング実験と Cs、Ba、Sr に関する基礎的知見−」, JAERI-Tech 98-003 (1998) 1-32.
2. 伊藤 洋, 山口 憲司, 小野 双葉, 山脇 道夫, 「水素貯蔵材料としてのウラン合金・化合物の水素吸収放出特性に関する研究」, 第1回核エネルギーシンポジウム, 東京, 6月13日 (1997).
3. H. Suwarno, T. Yamamoto, K. Minato, F. Ono, K. Yamaguchi, M. Yamawaki, H. Kayano, "Thermal conductivity of U-Th-Zr and U-Tr-Zr-H alloys from room temperature to 1273K", 日本原子力学会「1997年秋の大会」, I56, 宜野湾, 10月14〜17日 (1997).
4. 山脇 道夫, 黄 錦涛, 小野 双葉, 山口 憲司, 安本 勝, 桜井 博司, 杉本 純,「雰囲気制御型高温質量分析計によるウラン - FP 複合酸化物の蒸発特性の研究」, 第33回 熱測定討論会, 2B1500, 岡山, 11月1〜3日 (1997).
5. 山脇 道夫, 山口 憲司, 小野 双葉, 鈴木 敦士, 松浦 文生, 「固体酸化物材料の表面電位に及ぼすイオン照射効果」, 第6回東京大学原子力研究総合センターシンポジウム, 東京, 12月2〜3日 (1997).
6. 山脇 道夫, 山口 憲司, 小野 双葉, 黄 錦潯, 鈴木 敦士, 利根川 雅久, 安本 勝, 桜井 博司, 杉本 純, 「雰囲気制御形高温質量分析計の開発と応用」, 第6回東京大学原子力研究総合センターシンポジウム, 東京, 12月2〜3日 (1997).
7. H. Suwarno, 山脇 道夫, 山本 琢也, 小野 双葉, 山口 憲司, 黄 錦涛,「Studies on fabrication and physicochemical properties of hydride actinide fuels」, 弥生研究会: 第9回「新型核燃料材料」研究会, 東京, 3月 23日 (1998).