【素材】核融合炉での燃料生産に必要な中性子増倍材ベリリウム金属間化合物の新しい製造技術を開発−原子力機構

核融合炉での燃料生産に必要な材料の新しい製造技術を開発
−幅広いアプローチ活動のもと核融合炉に向けた燃料生産技術が大きく前進−
http://www.jaea.go.jp/02/press2012/p12062202/all.jpg

【発表のポイント】
・合成が困難であったベリリウム金属間化合物（ベリライド）を量産化できる新たな合成技術を確立し、目標形状
　である直径1mmのベリライド微小球製造に世界で初めて成功。
・幅広いアプローチ（BA）活動の下進めていた研究開発において、初めて得られた研究成果であり、核融合原型
　炉に向けた燃料生産技術の確立に大きく前進。

独立行政法人日本原子力研究開発機構（理事長　鈴木篤之。以下、「原子力機構」という。）核融合研究
開発部門ブランケット照射開発グループの中道勝グループリーダーらは、欧州と進める幅広いアプローチ（BA）活動1)
において、核融合炉の燃料を効率よく生産するために必要な材料として高温で安定なベリリウム金属間化合物2)
（以下、「ベリライド」という。）を量産化できる新たな合成技術を確立し、これを用いて核融合炉で使用可能なベリ
ライドの微小球を世界で初めて製造することに成功しました。この成果はBA活動のもと、将来の核融合原型炉に
向けた燃料生産技術の確立に大きく進展したことを示すものです。

核融合炉燃料のトリチウム3)は核融合反応で生じる中性子4)をリチウムにあてて生産します。このとき、より効率よく
燃料を生産するために中性子の数を増やす中性子増倍材5)が不可欠です。これまでの候補材であるベリリウム6)は、
高温域で化学的に不安定になる欠点があり、より安定なベリライドの製造技術開発を進めてきました。しかしベリリ
ウムは表面が酸化しやすいため、従来の粉末冶金法7)では脆くて加工が困難なベリライドしか得られませんでした。
そこで、原料粉末表面を放電で清浄にしたのち合成するプラズマ焼結法8)に着目し、BA活動の一環として青森県
六ヶ所村の国際核融合エネルギー研究センターの原型炉R&D棟で合成条件の最適化を図った結果、加工性に
優れた棒状のベリライドを製造することに成功しました。このベリライドを回転電極法9）の電極に用いて核融合炉で
使用する目標形状である直径1mmのベリライド微小球を世界で初めて製造することに成功し、大量製造技術を
確立しました。

この成果は、イーター10)での燃料生産試験をより確実にするとともに、核融合原型炉に向けた燃料生産技術の
確立に大きく貢献するものです。また、本合成法は、軽量耐熱耐摩耗材の機械部品のアルミニウム系合金の
合成（例えば車の高性能エンジン）など、広く一般産業分野への適用も期待できます。本成果については、特許
申請中であり、6月28日から神戸で開催される第9回核融合エネルギー連合講演会で発表予定です。

［研究の背景と目的］

核融合炉燃料のトリチウムは核融合反応で生じる中性子をリチウムにあてて生産します（図１上部参照）。このとき、
より効率よく燃料を生産するために中性子の数を増やす中性子増倍材が不可欠です。これまでの候補材であるベリ
リウム金属（Be）は、600℃以上の高温で体積膨張（スウェリング）や水蒸気との反応による水素生成が大きくなり、
高温域で不安定になる欠点があります（図１右下参照）。そこで注目したのがベリリウムの金属間化合物（ベリライド）
です。Be12Tiのベリライドを例にすると、スウェリングが3％以下（Beは約50％）、水素生成もBeの約1/1000と優れた
特性を持っていることから、高温域でより安定なベリライドの製造技術開発を進めてきました。

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図１　中性子増倍材の役割りと先進材開発の必要性

［研究内容と成果］

ベリライドの合成から微小球製造までのプロセスを図２に示します。材料の合成法としては、大きく焼結法と溶融法が
あります。焼結法の一つである粉末冶金法で試行した場合、均質な材料は合成できるのですが、Beのように酸化し
易い材料の場合、表面酸化層を巻き込んで焼結するために非常に脆く、成型及び加工が困難でした。さらに、本法
では均質な材料を得るために焼結-粉砕を繰り返し行うため、工程が複雑になり、不純物の混入を抑制することも
困難でした。次に、溶融法でも試行しましたが、組成が均一でなく、大型の原料を合成することが困難でした。

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図２　ベリライドの製造プロセス

>>2あたりに続く

独立行政法人日本原子力研究開発機構　平成24年6月22日
http://www.jaea.go.jp/02/press2012/p12062202/index.html

そこで、原料粉末表面を活性化（清浄）できる手法を検討した結果から、プラズマ焼結法に着目しました。プラズマ
焼結法は、原料粉末にパルス電流を与え、原料粉末の表面間に放電を発生させて表面を活性化して焼結する手法
です（図３左参照）。そこで、BA活動の一環として青森県六ヶ所村の国際核融合エネルギー研究センターの原型炉
R&D棟において、ベリライド合成試験を開始し、原料性状、温度、圧力、時間などの合成条件を最適化することに
より、合成と接合が同時にできる技術を確立し、Beのように酸化しやすい材料の表面酸化層など影響を受けずに、
成型及び加工性に優れて脆くない棒状のベリライドを効率よく合成することに成功しました（図３右参照）。

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図３　プラズマ焼結法によるベリライド合成及びベリライド電極棒製造

次に、このプラズマ焼結製のベリライドを回転電極法の電極棒として用いて微小球製造試験を行いました。ベリライド
造粒条件として、電極棒形状、電極棒の予備加熱条件、放電条件、回転数などを最適化することによって、ベリ
ライド微小球を製造することに成功しました（図４参照）。

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図４　プラズマ焼結製ベリライド電極棒を用いた回転電極法によるベリライド微小球製造

［研究成果の意義及び波及効果］

今回の成果では、今まで合成すら困難であったベリライドを、脆くなく加工性に優れた棒状のベリライドとして効率よく
製造することに成功しました。そして、この棒状のベリライドを回転電極法による造粒時の電極棒として使用することに
よって、核融合炉で使用する目標形状である直径1mmのベリライド微小球を世界で初めて製造することに成功し、
大量製造技術を確立しました。

この成果は、イーターでの燃料生産試験をより確実にするとともに、核融合原型炉に向けた燃料生産技術の確立に
大きく貢献するものです。また、本合成法は、軽量耐熱耐摩耗材の機械部品のアルミニウム系合金の合成（例えば
車の高性能エンジン）など、広く一般産業分野への適用も期待できます。（本文終わり）


核融合炉燃料の生産に新技術

　日本原子力研究開発機構（JAEA、鈴木篤之理事長）は22日、六ケ所村の国際核融合エネルギー研究
センターで、核融合炉の燃料生産に必要な材料の新たな製造技術の開発に世界で初めて成功した−と発表
した。成果は、フランスで建設中の共同プロジェクト「国際熱核融合実験炉（ITER）」における燃料生産試験を
より確実にできるとして関係者が期待を寄せている。

　JAEAによると、核融合炉の燃料であるトリチウムを効率良く生産するには、中性子を増やす元素「ベリリウム」
が必要なため、ベリリウムと金属を化合した「ベリライド」という化合物を使う。

　これまでベリライドの製造は、原料の粉末を加熱して固める「粉末冶金（やきん）法」で行われた。しかしベリリ
ウムの表面が酸化しやすいため加熱で酸素が入り込み、もろくて加工しにくいベリライドしかできなかったという。

　JAEAは粉末の表面にパルス電流を与えてから加熱する「プラズマ焼結法」に着目。電流で表面の酸素を取り
除き、加工性に優れた棒状のベリライドを製造することが可能になった。

　ベリライドは核融合炉の中核部分「ブランケット」で使われ、トリチウムを生産するが、棒状より微少な球状とする
ほうが効率良く使えるという。JAEAは、棒状のベリライドから直径1ミリの微小球を製造する技術の確立にも世界で
初めて成功した。一連の方法について既に特許申請したという。

　開発の中核を担ったJAEA核融合研究開発部門ブランケット照射開発グループの中道勝グループリーダーは
本紙取材に「（ITERの次の段階である）原型炉の材料供給にもめどが立った。画期的成果と自負している」と
手応えを語った。

東奥日報　2012年6月23日(土)
http://www.toonippo.co.jp/news_too/nto2012/20120623090155.asp

>>3あたりに続く

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至極必死

当然３行で頼む

ふんふんなるほど・・・・・・・グーグー

ちゃんと特許申請したのはえらいが、特許が切れるまでに
核融合炉が実現しないというかなしい現実。

トリチウムなんて使わず重水＋重水の核融合はよ

>>8
軽水素のみで良くないか？
恒星内部では軽水が燃料になっている。人工的に軽水を燃料にすることは可能じゃね？

>>9
５０億度以上の条件が必要で無理。

現在の最高記録は、日本が達成した5.2億度。

トリチウム＋重水素の核融合は、最も達成条件が楽だけど、
トリチウムは、放射性物質だから燃料漏れが発生すると危険だし、自然界に存在しないから人工的に製造する必要があるんだよな。
しかも核融合の時に、エネルギーとして取り出すのが面倒で装置を劣化させる中性子がバンバン出る。

要するに水爆の材料でもあるわけだが、こんなの特許にしても
いいのかね。核兵器製造技術の拡散にならない？

へ？

ピエゾ核融合しようぜ

核融合は中性子がでまくるので
実はクリーンではない

>>12は黙ってて。

これって、自民党のガンダム造ろうぜ！に関係してくんの？

重水素＋三重水素　
燃料が自然界に存在しない放射性物質、核融合により中性子が大量に発生

重水素＋重水素
燃料は自然界に存在する安全な物質、核融合で中性子が発生する

重水素＋ヘリウム3
燃料は安全な物質だが地球上には存在しない、核融合で中性子は発生しない

軽水素＋ホウ素11
燃料は自然界に存在する安全な物質、核融合で中性子は発生しない



数千度・・・水素と酸素の化学反応
数万度・・・はやぶさのイオンエンジンの排ガス
数百万度・・・宇宙機として研究中のプラズマエンジンの排ガス
１０００万度・・・韓国の核融合炉（最大値）
１億度・・・・最も簡単な「重水素＋三重水素」の臨界プラズマ条件
５億度・・・・「重水素＋重水素」の核融合
5.2億度・・・日本の核融合炉（最大値）
１０億度・・・「重水素＋ヘリウム3」の核融合

まったくわからん

良し！あとは技術を盗まれないようにするだけだ！

実際のところこうすれば目標温度に到達できるっていう理論はあるの？
実験装置の材料の有無は置いといて

>>21
「こうすれば」に材料が含まれると思うんだが？

>>18
核融合関連の話題って何十年も前から遂に瞬間的だが１億度達成しましたって出てて
100年後くらいの実用化射程に入ってるかとおもってたが
つい最近になり実は核融合にも安全とか危険なのがあって（少し前までは全然耳にしなかった・・
そのうち安全な核融合って

じゅ、１０億度かよ・・・。

いくらなんでも高すぎ瞬間的にも達成できとらんじゃないか
神様もうすこしまけてくだしあ

ずっと何億度でやるんじゃなくて、パルス状にすればいいべさ。

今の効率では磁場核融合で発電するには
100万キロワット当たり5〜10兆円は必要

水の重水で核融合より
水で発電するダム作った方が遙かにマシ

215 ：右や左の名無し様：2012/05/08(火) 20:37:12.99 ID:fuv88jRu
　　　都内で准教授やっているのだが、 今後５年間で日本人の院生を 減らすような話が出ている。
　　　優秀な学生だけ残すとかじゃなくたんにアジア、特に韓国の院生を入れろとのこと。もちろん給料付。
　　　修士で月２２万＋年間研究費５０万 。博士で月３７万＋年間研究費１００万
　　　日本の学生への制度は、これまで通り奨学金、ラッキーな学生はガクシン。
　　　あと教官も女性に加え 中国人、韓国人枠を２５％にするように言われている。
　　　まぁ、あといろいろあるのだが、 これ以上はいえない。 とにかく日本のアカデミックは 大きく変わるね。

　　　最近、外国人の採用を増やす企業が増えてるが、国際経験を日本の若者に積ませ就職してもらえば済むこと
　　　外国人日本留学予算は無くせ、全て日本人の海外留学予算にしろ、誰のための国だよ

>>9
> 軽水素のみで良くないか？
> 恒星内部では軽水が燃料になっている。人工的に軽水を燃料にすることは可能じゃね？

>>10
> >>9
> ５０億度以上の条件が必要で無理。
>
> 現在の最高記録は、日本が達成した5.2億度。

その温度の問題以前に、そもそも軽水素４つによる核融合には弱い相互作用による陽子→中性子変換が不可欠。
軽水素核融合ではここが原理的な最大のネック。（もちろんプラズマ温度を１桁上げるのも大問題だがそれ以上の根本的な問題）

弱い相互作用の断面積（反応確率と思えば良い）は、重水素同士や重水素と三重水素の核融合の基礎の強い相互作用の断面積よりもずっと小さい。

即ち、言い換えると弱い相互作用が不可欠な軽水素核融合は強い相互作用だけで話が閉じる重水素や三重水素の核融合と比較すると桁違いに起こりにくいので
実際の恒星のような非常に密度の高いプラズマ（例えば太陽はプラズマガスの塊だがその密度は通常の液体の水よりも高い）でないと
実用的に有意なエネルギー（単位時間・単位体積当たり）を発生できない。

温度を１桁上げる問題以上に、それほど密度の高いプラズマを作り出す方法としては、巨大な重力以外には知られていない。
（従来の電磁的な手段の延長ではとてもじゃないが達成不可能なレベル）

>>18
>重水素＋三重水素　 
>燃料が自然界に存在しない放射性物質、核融合により中性子が大量に発生 

それ以前に、三重水素作る中性子照射で大量の高レベル廃棄物が出るってのが、

>>1
>核融合炉燃料のトリチウム3)は核融合反応で生じる中性子4)をリチウムにあてて生産します。このとき、より効率よく 
>燃料を生産するために中性子の数を増やす中性子増倍材5)が不可欠です。

だよな

>重水素＋重水素 
>燃料は自然界に存在する安全な物質、核融合で中性子が発生する 
>重水素＋ヘリウム3 
>燃料は安全な物質だが地球上には存在しない、核融合で中性子は発生しない 

「重水素＋ヘリウム3」反応させたら、「重水素＋重水素」の反応も起きるだろ

>軽水素＋ホウ素11 
>燃料は自然界に存在する安全な物質、核融合で中性子は発生しない 

で、何度いるの？

中性子と陽子の比率が崩れた燃料がないと、核融合って人間の手で行えない現象らしいね。
燃料が特別ってことは自然には存在しないことは自然な解釈になるから原子炉で現代の錬金を行って新原子を作るしかないらしい。


あまり、放射能原子の合成は禁忌あつかいで、誰もやらないけど核融合炉の燃料研究には必要なんじゃないかな？
リチウムから燃料を合成する話は現実でもあるわけだし、他の燃料も作れないか、現実の科学が限界ならチャレンジするしかないね。

＞三重水素（さんじゅうすいそ）またはトリチウム (英語: tritium) は水素の同位体の1つであり、特に放射性同位体である。原子核は陽子1つと中性子2つから構成され、元素記号では 3H と表し、略号として T が使用されることも多い
＞ITERをはじめとする現在研究中の核融合炉は核燃料として三重水素を使用することが検討されている
＞三重水素は天然にもごくわずかに存在するが、原子炉内でリチウムに中性子照射して生成したものが利用されている



一応はまだ核融合は現実的なはず。

大量の中性子発生させまくって高レベル廃棄物が出まくるんだけど、何が現実的？

磁場偏重の原子力機構は大嫌いだが
これはブランケット研究なので、よしとする。

核融合の技術は、１０年で１歩ずつ確実に進展している。
http://www.nr.titech.ac.jp/~siio/research/alpha/lawson.jpg

人命軽視の御用科学者の皆さん、今度はどんな悪魔の発明をしでかしたんですか？ｗ

史上初、日本がレーザー核融合に成功！1トンの水素から90テラワットを抽出可能
http://blog.livedoor.jp/kinisoku/archives/3360778.html

＞光産業創成大学院大（浜松市西区）は４日、浜松ホトニクスやトヨタ自動車などとの共同研究で、
＞レーザー核融合反応を「爆縮高速点火」による手法で
＞１００回連続して起こすことに成功したと発表した。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,'⌒,ｰ､　　　　　　　　　　 _ ,,..　 X
　　　　　　　　　　　　　　　　　〈∨⌒ ／＼__,,..　　-‐　'' " _,,. ‐''´
　　　　　　　　　　〈＼　　 _,,r'" 〉　／/ /／　　　　　.　‐''"
　　　　　　　　　　 ,ゝ　`く/　/　 〉　/　 ∧_,.　r ''"
-　-　-　-_,,.. ‐''"　_,.〉　/ /　 . {'⌒) ∠二二＞　-　 - - - - - -
　 _,..　‐''"　　_,,,..　-{(⌒)､　　r'`ｰ''‐‐^‐'ヾ{}　+
　'-‐　'' "　　_,,.　‐''"`ｰ‐ﾍj^‐'　　 ;;　　　　‐ -‐　　　_- ちょっくら木星まで、ヘリウム3を採りに行ってくるわ
　-　‐_+　　 　　　;'"　　,;''　,''　　 ,;ﾞ　‐-　　ｰ_-　‐
＿＿＿＿＿＿,''＿__,;;"＿;;＿＿,,＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／

http://www.ile.osaka-u.ac.jp/zone2/openspace/topics/news/nakashima.pdf

おお、核融合界隈が最近賑やかだな羨ましい。

結局水蒸気でタービンを回します

MHD発電だろ

これでいつでも核融合炉の量産体制が整うわけだな！


え？量産？

>>1
がんばれ〜！！

いいから核廃棄物の処理先きめろよ
いいかげんにしないと福一の原発解体に支障でるだろ

核融合の場合、高レベルの廃棄物は出ない。
低レベル放射性廃棄物の処分なら、浅地中ピットやトレンチなど現に行われている。
だいたいが排出施設の敷地内に処分されている。

>>31
そもそもウランとかプルトニウムを燃料に使わないから、超ウラン元素などの
高レベル廃棄物は出ないでしょ。具体的に何をさしてるんだよ。

>>1にあるように、三重水素を作るためのリチウムの核分裂にも
中性子は使われる。できた三重水素は、その発電所で集めて燃料にすれば
三重水素もそんなに蓄積しないし。

もちろん真空容器は中性子で放射化されるけど、材質は鉄とかでしょ。

ガンダム

ベリリウムはなぜかは分からないが、
肺ガンを引き起こすなど酷い毒性の物質だ。
粉塵や飲料水などに混ざることは無いように
しなければならない。

えっベリリウムって体に悪いの？しらなかったー
H、He、Li、Beと４番目の元素なんで義務教育の中学生でも知ってるのに
いわれてみれば軽い元素でそこらにあるはずなのにまったく身近に触れる機会がないものな
Hは水、Heは空気の中にちょびっと、Liは充電式乾電池の中とあるのに・・

核反応→熱→動力→電力みたいな技術はもうイラネ。
直接、核反応→電力って技術はないのか？
単三ぐらいの核電池できたらニュースにしてくれ。

連合講演会行ってきました。
>>1の発表で若手のポスター賞もらってたな。

ガンダムの制作は順調なようですな

>>47
よくわからんが、核融合なら炉内のプラズマの流れから直接電力取れないものなのかね。

数年前そーゆー記事見た

スピン流を、強い磁石と弱い磁石間に、熱を弱いほうに与えて、磁束の坂を逆昇らせる方法で
スピン流+電圧の壁を超える現象、を起こす事象がある。

スピン・ぜーペック効果の事。

磁束の壁(大きいの小さいやつの壁)を、超えさせる方法で発電だけど
熱から、大きな電流を得るには、磁束の違いから得る、スピン・ぜーペック効果が一番近道。


熱電素子の開発が一番重要だよね。

これをもとに自民党がガンダム作るとか言ってたんだなｗ

知床の先っちょで実用化しろ

>>46
Beは放射線の機械に使われてるよ。
身近な例だとX線の装置とか。減衰が少なく素通りするので窓の材料にする。
ここで買えるよ。
http://nilaco.jp/jp/order/?MENU=14&DIR=PURE&ITEM1=Beryllium

【日中韓】核融合の共同研究へ、済州島で会議[08/22]
http://awabi.2ch.net/test/read.cgi/news4plus/1345620616/

危険厨がニュースの意味を理解出来ずにとりあえず大騒ぎ

予算 999億確保

ワロタｗ

>>31
低放射化材料の開発もネックだよなぁ・・・。

まず、既存の燃料を使って動く核融合炉を実現しないことには意味のない技術