AbstractThe hydrogen isotope separation system (ISS) using cryogenic distillation method is one of the key systems in a fuel cycle loop of a fusion reactor. The ISS for the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), is characterized by its required flexibility for the variability of feed composition, which is not considered in the existing industrial distillation columns, so that the development of evaluation method of dynamic behavior, which is the base for the establishment of ISS control system, is essential as original technology. At the Tritium Process Laboratory in Japan Atomic Energy Research Institute (TPL/JAERI), H-D-T cryogenic distillation experiments have been carried out to acquire the systematic data for the design of the ISS for the ITER. The value of height equivalent to a theoretical plate (HETP) was estimated to be 5 cm by the results of present experiments and it was adopted in the ITER–ISS design. The in situ, multi-points and reliable high-speed gas analytical system with Laser Raman spectroscopy was successfully demonstrated in the experiment to analyze the hydrogen isotopes of H2-HD-HT-D2-DT-T2 within 1 min with the analysis limit of 1000 ppm, which indicates that this system enables fine control of the ISS. The reliability of this system was also proved through its use without any mechanical trouble for more than 2 years. The analysis codes were developed and improved through the experiments, and it was succeeded to simulate the dynamic behavior of the distillation column. Through a series of the ISS experiments at the TPL/JAERI, effective design and effective operation of the ISS became to be possible.
要約水素同位体分離システム（ISS）は、深冷蒸留法を用いたものであり、核融合炉の燃料サイクルループにおける主要システムの一つである。国際熱核融合実験炉（ITER）用のISSは、既存の工業用蒸留塔では考慮されていない供給組成の変動に対する柔軟性が要求されることを特徴としており、そのためISS制御システムの確立の基盤となる動的挙動の評価手法の開発が、独自技術として不可欠である。日本原子力研究所トリチウムプロセス実験室（TPL/JAERI）では、ITER用ISSの設計のための系統的データを取得するために、H-D-T深冷蒸留実験が実施されてきた。理論段相当高さ（HETP）の値は、今回の実験結果により5 cmと推定され、ITER-ISS設計において採用された。レーザーラマン分光法を用いたその場・多点・高信頼性高速ガス分析システムは、H2-HD-HT-D2-DT-T2の水素同位体を、分析限界1000 ppmで1分以内に分析する実験において成功裏に実証され、このシステムがISSの精密制御を可能にすることを示した。このシステムの信頼性は、2年以上にわたり機械的な故障なく使用されたことにより実証された。解析コードは実験を通じて開発・改良され、蒸留塔の動的挙動のシミュレーションに成功した。TPL/JAERIにおける一連のISS実験を通じて、ISSの効果的な設計と効果的な運転が可能となった。