日本量子科學技術研究開發機構（QST，理事長：小安重夫）於1月9日宣佈，由七國（日本、歐洲、美國、俄羅斯、中國、韓國、印度）合作在法國建造的國際熱核融合實驗堆「ITER（讀音爲伊特，組織負責人：Pietro Barabaschi）」中的氚去除設備，經過性能驗證試驗，已取得滿足要求的去除率。此前，QST與ITER合作，爲提高ITER的安全，提議構築新的氚去除設備，並在日本對該設備進行了性能驗證試驗。此次實驗，不僅有助於提高ITER的安全，還有望提升日本的氚安全處理技術。
圖1 用於驗證ITER的氚去除設備性能的設備（供圖：量子科學技術研究開發機構）
氚是質量數爲3的氫的同位素。在核融合能源領域，高純度濃縮的氚被用作燃料。由於氚是放射性物質，因此必須儘可能地從排氣管中除去氚，以減量被排放到設施外部。
ITER在工程設計完成時，採用的是先把從涉及氚的設備排出的氣體中的氚氧化,將其變成水氣，再利用乾燥塔這一特殊裝置來去除氚的方法。然而，採用乾燥塔的裝置由於構造龐大且複雜，發生設備故障時導致除氚功能失落的風險不低。
對此，QST提出了將乾燥塔換成一個名爲洗滌器塔的新系統方案，並在本次試驗中完成了性能測試。在洗滌器塔之中，除氚操作是透過向裝滿特殊填充物的塔導入並噴灑純水，持續沖盡含氚水氣來實施的，該方法簡單且除氚功能失落的風險較低。
但是，由於使用純水，理論上存在增加含氚水量的擔憂，此外迄今爲止還沒有運用洗滌器塔去除氚的成功案例。
爲此，QST選用對水具有親和性的物質作爲洗滌器塔的填充物，透過提供與進入洗滌器塔的含氚水氣量相近似量的純水，實施了除氚。
此次的性能驗證試驗中，研究人員使用日本國内的裝置並採用洗滌器塔方案，對氚去除設備進行了性能驗證試驗，應答在ITER運行的各種設定條件下，設備均能滿足必要的去除率。
研究人員在日本核能研究開發機構的氚工藝研究樓中的大規模氚處理設施中，從2011年開始與ITER進行合作試驗，截至2022年爲止的11年間，透過儘可能長期運轉設備，驗證了設備不會因風化作用而功能降低。
此外，研究人員不僅驗證了ITER正常運行時需要滿足的各種條件，還驗證了包括火災在内的事故發生時，也能達到預期的去除率。ITER需遵守法國的核能規定，其氚去除率在正常運轉時應達到99%以上，在發生非火災事故時應達到99%以上，在發生火災事故時應達到90%以上。
ITER計劃進行將燃料氫維持在超過1億攝氏度的高溫下，輸出50萬瓩的核融合能量的實驗。目前，爲將該計劃投入運行，研究人員正在法國的迪朗斯河畔聖保羅建設建築物以及組裝機器等工作。50萬瓩相當於日本0.5～1座典型火力電廠的電力輸出功率。經過實驗堆的實驗及研究驗證之後，計劃將建造一個核融合反應的原型堆。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
