2022年11月10日、静岡大学と東京大学は、セラミックス被覆にガンマ線を照射することで、室温下でセラミックス被覆から水素同位体を除去することに成功したと発表した。では、この研究成果はどのような点がすごいのか。また、どのようなことが期待できるのか。今回は、こんな話題について紹介したいと思う。
ガンマ線の照射で水素同位体を除去する技術とは？
静岡大学の近田拓未講師らは、東京大学との共同研究で、セラミックス被覆へのガンマ線照射により、室温下で水素同位体を除去することに成功した、というプレスリリースを発表した。
このプレスリリースは、核融合炉の実現に向けてとても重要な研究成果だ。核融合炉における核融合反応には、DT反応、DD反応というものがある。Dとは重水素、Tとは三重水素を指し、それぞれ水素同位体で核融合の燃料となる。しかしこの反応において、核融合炉内の材料にこれらの水素同位体が留まってしまい、燃料効率が低下したり、三重水素による被曝のリスクが増加したり、といった課題が存在している。
共同研究チームは、これまで水素同位体の透過漏洩や構造材料の腐食の低減に高い効果が示されている酸化ジルコニウム被覆(セラミックス被覆)に重水素を導入した後、室温下でガンマ線を照射した。その結果、セラミックス被覆内の重水素濃度が減少していることが発見された。
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セラミック被覆において重水素がガンマ線照射で減少するメカニズムのイメージ図(出典:静岡大学)
また、以下のグラフをご覧いただきたい。このグラフは、核融合炉の材料に留まっている水素同位体の状態(以下の可動性重水素・安定重水素・可動性水素・安定水素)によって、ガンマ線照射による除去の状況が変化することを示している。
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セラミック被覆内の水素同位体の状態によって、ガンマ線の吸収線量が変化する(出典:静岡大学)
さらには、以下のグラフが示すように、重水素導入後の周囲の気体を水素およびアルゴンに変えて検証したところ、ガンマ線照射の効果が異なることがわかったのだ。
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水素雰囲気とアルゴン雰囲気でそれぞれガンマ線を照射した結果。それぞれ被覆材量は有機金属分解法(a)とマグネトロンスパッタリング法(b)で作成したZrO2被覆試料(出典:静岡大学)
ちなみに、この研究成果は、オランダのElsevier B.V.が出版する国際科学誌『International Journal of Hydrogen Energy』にて2022年11月7日にオンライン掲載されている。
いかがだっただろうか。近年、核融合における研究成果の話題が多い印象がある。先日も高速ヘリウムの閉じ込めと低速ヘリウムの排出を両立する条件を解明したニュースも記憶に新しい。
このような研究成果を見ていくと過去には困難と考えられてきた事象が一気に解決するのではないか、そんな期待さえ覚える。静岡大学と東京大学は、今後は、酸化ジルコニウム被覆(セラミックス被覆)以外に核融合炉に使われる他の材料でも、ガンマ線照射による水素同位体の除去が可能か検証していくという。
