日本量子科学技术研究开发机构（QST，理事长：小安重夫）于1月9日宣布，由七国（日本、欧洲、美国、俄罗斯、中国、韩国、印度）合作在法国建造的国际热核聚变实验堆“ITER（读音为伊特，组织负责人：Pietro Barabaschi）”中的氚去除设备，经过性能验证试验，已取得满足要求的去除率。此前，QST与ITER合作，为提高ITER的安全性，提议构筑新的氚去除设备，并在日本对该设备进行了性能验证试验。此次实验，不仅有助于提高ITER的安全性，还有望提升日本的氚安全处理技术。
图1 用于验证ITER的氚去除设备性能的设备（供图：量子科学技术研究开发机构）
氚是质量数为3的氢的同位素。在核聚变能源领域，高纯度浓缩的氚被用作燃料。由于氚是放射性物质，因此必须尽可能地从排气管中除去氚，以减少被排放到设施外部。
ITER在工程设计完成时，采用的是先把从涉及氚的设备排出的气体中的氚氧化,将其变成水蒸气，再利用干燥塔这一特殊装置来去除氚的方法。然而，采用干燥塔的装置由于构造庞大且复杂，发生设备故障时导致除氚功能丧失的风险不低。
对此，QST提出了将干燥塔换成一个名为洗涤器塔的新系统方案，并在本次试验中完成了性能测试。在洗涤器塔之中，除氚操作是通过向装满特殊填充物的塔导入并喷洒纯水，持续冲洗含氚水蒸气来实现的，该方法简单且除氚功能丧失的风险较低。
但是，由于使用纯水，理论上存在增加含氚水量的担忧，此外迄今为止还没有运用洗涤器塔去除氚的成功案例。
为此，QST选用对水具有亲和性的物质作为洗涤器塔的填充物，通过提供与进入洗涤器塔的含氚水蒸气量相近似量的纯水，实现了除氚。
此次的性能验证试验中，研究人员使用日本国内的装置并采用洗涤器塔方案，对氚去除设备进行了性能验证试验，确认在ITER运行的各种设定条件下，设备均能满足必要的去除率。
研究人员在日本原子能研究开发机构的氚工艺研究楼中的大规模氚处理设施中，从2011年开始与ITER进行合作试验，截至2022年为止的11年间，通过尽可能长期运转设备，验证了设备不会因老化而功能降低。
此外，研究人员不仅验证了ITER正常运行时需要满足的各种条件，还验证了包括火灾在内的事故发生时，也能达到预期的去除率。ITER需遵守法国的核能规定，其氚去除率在正常运转时应达到99%以上，在发生非火灾事故时应达到99%以上，在发生火灾事故时应达到90%以上。
ITER计划进行将燃料氢维持在超过1亿摄氏度的高温下，输出50万千瓦的核聚变能量的实验。目前，为将该计划投入运行，研究人员正在法国的迪朗斯河畔圣保罗建设建筑物以及组装机器等工作。50万千瓦相当于日本0.5～1座典型火力发电站的电力输出功率。经过实验堆的实验及研究验证之后，计划将建造一个核聚变反应的原型堆。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
