水素同位体管理技術研究

　核融合炉では燃料である水素同位体の超高温プラズマを閉じ込め、核融合反応を持続させてエネルギーを生み出します。一方、燃焼しなかった水素同位体は炉壁に蓄積したり、ポンプにより炉から排気されますので、それらを安全に回収・循環させシステム内に閉じ込める必要があります。
　炉工学プロジェクトでは、このような核融合炉システムを開発するための要素研究の一例として、真空容器壁内に蓄積された水素同位体の挙動の理解や効率的な回収方法の開発を目指して研究を進めています。下図は水素同位体プラズマに曝露した材料中の水素同位体滞留状態、深さ分布、及びその熱脱離実験を行うために整備したイオンビーム加速器及び昇温脱離装置です。イオンビーム加速器では、材料内部にイオンビームを打ち込み、弾き出した材料表面元素を計測することで材料中の元素組成分析が可能です。また昇温脱離装置は、材料を等速加熱し、脱離するガス種を質量分析計で定量評価することで、材料内部での水素同位体の蓄積状態や脱離過程を評価することができます。
　また、水素同位体の純化（燃料から不純物を取り除く）・同位体分離（３種類の水素同位体を分ける）・貯留（水素吸蔵合金内に燃料を保管する）などのサブシステムや、ブランケット等の高温・放射線環境、熱交換系や配管などにおける水素同位体の挙動を予測するプログラムを開発し、炉システム設計を進めています。