AbstractTo obtain fundamental data for safety analyses of fusion reactors with regard to loss of coolant inside the vacuum vessel, the rate of corrosion reaction between high temperature graphite and steam was measured experimentally between 1000 and 1600 °C. A preliminary experiment gave an activation energy for reaction between oxygen and isotropic graphite as 45 kJ mol−1. The reaction rate with steam depended on temperature, with an inflection point near 1300 °C. The activation energy was about 270 kJ mol−1 at temperatures below 1300 °C, and 104 kJ mol−1 at higher temperatures. The energy was not strongly dependent on the graphite properties, but the reaction rate varied with them. The reactivity of the isotropic graphite was more than twice as high as that of C/C composite. The molar ratio of the product gases [H2]/[CO] increased slightly with increasing temperature. Although the [CO]/[CO2] ratio also increased with temperature to 1300 °C, it decreased above this temperature. This behavior reflects a change in reaction mechanism near this temperature; the composition of the product gas could be estimated numerically using elementary reaction rates.
核融合炉の安全解析に関する基礎データを得るため、真空容器内の冷却材喪失時を想定し、高温黒鉛と水蒸気との間の腐食反応速度を1000〜1600℃の範囲で実験的に測定した。予備実験では、等方性黒鉛と酸素との反応における活性化エネルギーとして45 kJ mol⁻¹が得られた。水蒸気との反応速度は温度に依存し、約1300℃に変曲点が認められた。活性化エネルギーは1300℃以下で約270 kJ mol⁻¹、1300℃以上で104 kJ mol⁻¹であった。このエネルギーは黒鉛の種類に強く依存しなかったが、反応速度は黒鉛の種類によって異なった。等方性黒鉛の反応性はC/C複合材料の2倍以上であった。生成ガスのモル比[H₂]/[CO]は温度の上昇とともにわずかに増加した。[CO]/[CO₂]比も1300℃までは温度とともに増加したが、それ以上の温度では減少した。この挙動は、この温度付近での反応機構の変化を示唆しており、生成ガスの組成は素反応速度を用いて数値的に推定可能である。