Ensuring a secure and reliable execution of the International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) and the DEMO-Oriented Neutron Source (DONES) requires their liquid lithium loops to be purified from hydrogen isotopes which are generated during operation. For this purpose, an yttrium pebble-bed will serve as a hydrogen hot trap. Former intentions to predict the retention behavior of an yttrium pebble-bed are based on the consideration of the trap as a black box with a predetermined trap efficiency. Disregarding the internal physical mechanisms of the gettering process these models are built on simplified assumptions and should be extended to allow reliable trap designs for IFMIF/DONES. Therefore, a detailed numerical model describing the hydrogen transport from flowing liquid lithium into an yttrium pebble-bed has been developed from scratch within the scope of this work. It enables simulating the hydrogen retention process into an arbitrarily dimensioned getter bed for the low concentration regime by solving a system of differential equations with a finite-difference approach. The model is used to calculate the time evolution of the hydrogen concentrations in a simplified loop system which is connected in line with an yttrium pebble-bed. Special focus is placed on the observation of a case relevant for IFMIF/DONES considering a constant generation of tritium in the loop. Simulation results reveal that the trap efficiency decreases with time and that lower system temperatures significantly improve the trap efficiency. It is found that for heavier pebble-beds the tritium inventory build-up in the lithium is slowed down more efficiently. These findings are of great importance for the design of the hot traps for IFMIF/DONES. To demonstrate the reliability of the model experimental data of a previous deuterium retention experiment are successfully reproduced.
IFMIF（国際核融合材料照射施設）およびDEMO指向中性子源（DONES）の安全かつ信頼性の高い運転を確保するには、運転中に生成される水素同位体を液体リチウムループから除去する必要がある。この目的のために、イットリウム製ペブルベッドが水素ホットトラップとして使用される。従来のイットリウム製ペブルベッドの保持挙動の予測は、トラップを所定のトラップ効率を持つブラックボックスとして扱うことに基づいていた。これらのモデルは、ゲッタリングプロセスの内部物理メカニズムを無視した単純化された仮定に基づいており、IFMIF/DONESの信頼性の高いトラップ設計を可能にするために拡張されるべきである。そこで、本研究では、液体リチウムからイットリウム製ペブルベッドへの水素輸送を記述する詳細な数値モデルをゼロから開発した。このモデルは、有限差分法による連立微分方程式の解法により、任意の寸法のゲッターベッドにおける低濃度領域での水素保持をシミュレーションすることを可能にする。本モデルを用いて、イットリウム製ペブルベッドに直列に接続された簡略化されたループシステムにおける水素濃度の時間発展を計算した。特に、ループ内でのトリチウムの一定生成を考慮したIFMIF/DONESに関連するケースの観察に焦点を当てた。シミュレーション結果により、トラップ効率は時間とともに低下し、システム温度の低下がトラップ効率を大幅に向上させることが明らかになった。また、より大きなペブルベッドでは、リチウム中のトリチウムインベントリの蓄積がより効率的に抑制されることが判明した。これらの知見は、IFMIF/DONES用ホットトラップの設計にとって極めて重要である。モデルの信頼性を実証するため、既存の重水素保持実験の実験データが首尾よく再現された。