WO1998011556A1 - Boulets metalliques de beryllium pour reacteurs de fusion nucleaire - Google Patents

Boulets metalliques de beryllium pour reacteurs de fusion nucleaire Download PDF

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Etsuo Ishitsuka
Hiroshi Kawamura
Naoki Sakamoto
Kiyotoshi Nishida
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Japan Atomic Energy Research Institute
Ngk Insulators, Ldt.
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Definitions

  • the present invention relates to a metal beryllium table for a fusion reactor, and is particularly suitable for use as a neutron multiplier in a fusion reactor blanket.
  • metal beryllium pebbles (pebble-shaped metal beryllium) are attracting attention as a neutron multiplier.
  • Such a metal beryllium table is also useful as a neutron moderator and reflector in a fusion reactor blanket.
  • a method for producing such a metal beryllium bevel a method of reducing beryllium fluoride with magnesium (hereinafter, referred to as a magnesium reduction method) is known.
  • This magnesium reduction method has been developed in the United States and other countries as a method for industrially extracting metal beryllium, and is used to produce metal beryllium in the form of a pebble by the following reaction formula. is there.
  • pebble metal beryllium was converted to beryllium fluoride. It is formed in molten lithium and floats on the liquid surface of molten beryllium fluoride due to the difference in specific gravity.
  • the particle size of the metal beryllium table obtained in this way is generally 5 or more particles, and small particles of less than 5 mra are considered as neutron multipliers for fusion blankets. Pebble yield is extremely poor.
  • the metal beryllium table produced by this magnesium reduction method is an intermediate product when industrially extracting metal beryllium, and contains many impurity elements.
  • impurity elements such as fluorine and magnesium
  • it contains a large amount of volatile impurities such as fluorine and magnesium not only is there a concern about the generation of corrosive gas, but the shape is far from a true sphere, so the packing density in actual equipment is low.
  • neutron-multiplier cannot be expected to be sufficiently satisfactory.
  • a method called a rotating electrode method has been newly developed (for example, JP-A-3-226508, JP-A-6-228674, etc.).
  • an arc or plasma melting electrode and a cylindrical consumable electrode made of metal beryllium are provided in a sealed container filled with an inert gas, and arc or plasma is placed between both electrodes.
  • the beryllium droplets are scattered by the centrifugal force generated by the rotation of the consumable electrode while the tip of the consumable electrode is melted by the heat generated at that time, and rapidly cooled and solidified in an inert gas atmosphere. This is a way to get a movie.
  • the beryllium pebbles obtained by this method are not only small and uniform in particle size, but also have high purity, high sphericity, and low surface roughness. It has various advantages.
  • such a metal beryllium table effectively functions as a neutron multiplier, but on the other hand, when the metal beryllium is irradiated with neutrons, the crystal becomes helicopter in the crystal. The spheres are formed and condensed, producing a volume expansion called sling.
  • the beryllium pebbles obtained by the rotating electrode method described above are superior in the sliming resistance as compared with those obtained by the magnesium reduction method, but are still not sufficiently satisfactory.
  • the present invention advantageously satisfies the above-mentioned demands, and not only prevents the occurrence of swelling but also effectively improves the tritium releasing ability.
  • the aim is to propose a bull.
  • the present inventors have carried out a thorough study on the mechanism of tritium release and the occurrence of sliding in a metal belly-removable, and have obtained the following findings.
  • tritium is generated in the metal beryllium table by neutron irradiation, but in order for tritium to be released from the surface of the metal beryllium table, it must be diffused from inside the crystal grains to the table surface. I have to move. In general, diffusion Since the crystal grain boundaries proceed more smoothly than within the grains, it is effective to increase the amount of crystal grain boundaries, in other words, to reduce the crystal grain size, in order to improve tritium release ability. it is conceivable that.
  • the average crystal grain size of the metal beryllable produced by the rotating electrode method under the conditions according to the ordinary method is usually about 0.6 to 0.8. If the amount of crystal grain boundaries can be increased, an improvement in tritium release ability can be expected.
  • the crystal grain boundaries serve as a starting point for helium generated by neutron irradiation to accumulate as bubbles. Therefore, reducing the amount of the crystal grain boundaries may lead to an increase in sleeving. Therefore, it is not preferable to reduce the crystal grain size from the viewpoint of the anti-swelling property.
  • the inventors conducted intensive research to solve the above-mentioned conflicting problems, and as a result, found that the particle size and average crystal grain size of the metal beryllium table, and further, the content of impurities, particularly Fe, within a predetermined range. It has been found that, if restricted, trill release ability can be effectively improved without inducing swelling.
  • the present invention is based on the above findings.
  • the present invention provides a metal base for a nuclear fusion reactor characterized in that the particle size is 0.1 to 1.8 and the average crystal grain size satisfies the range of 0.05 to 0.6. It is a removable.
  • the amount of Fe mixed as an impurity is suppressed to 0.04 wt% or less. Preferably.
  • the reason why the average crystal grain size of the metal bery removable is limited to the range of 0.05 to 0.6 mm is as follows.
  • the average crystal grain size is smaller than 0.05 mra, the number of crystal grain boundaries becomes too large to completely prevent the occurrence of swelling. This is because effective tritium release cannot be expected because the number of grain boundaries is too small, and a particularly preferable range is 0.2 to 0.5 mra.
  • Fig. 1 shows that the particle diameter (D) was adjusted to the preferred range of 0.5 to 1.0, while the average crystal grain diameter (d) was varied using various metal beryllium bevels.
  • tritium release capability if the diffusion coefficient of tritium in a metal beryllium table is 1.0 X 10—UcinVs or more, and for the anti-swelling property, the amount of swelling generated If the average crystal grain size (d) is in the range of 0.05 to 0.6 dragon, as shown in Fig. 1, tritium can be said to be good in characteristics. Good results have been obtained for both release ability and anti-sledding properties.
  • the reason that the particle size is limited to the range of 0.1 to 1.8 is that it is difficult to guarantee an average crystal grain size of 0.05 dragon or more when the particle size is less than 0.1 mm. If it exceeds 8mni, the filling degree of the pebble will decrease, and the neutron power and, consequently, the tritium emission capacity will decrease. Because.
  • the preferred range for this particle size is 0.2-1.5.
  • the particle diameter can be adjusted by controlling the rotation speed and diameter of the consumable electrode, the arc current between both electrodes, and the like.
  • Fig. 2 shows a metal beryllium table with a particle diameter (D) that satisfies the range of 0.1 to 1.8 thighs and an average crystal grain diameter (d) that satisfies the range of 0.05 to 0.6 band.
  • D particle diameter
  • d average crystal grain diameter
  • the generated iron-based inclusions serve as starting points for helium atom accumulation, and swelling occurs. appear. Therefore, it is important to control the Fe content to 0.04 wt% or less.
  • this iron-based inclusion also acts as a crystal nucleus in the production of metal beryllium pebbles, if this effect is used to reduce the crystal grain size, at least 0.01 wt. % Fe is preferably contained.
  • Figure 1 is a graph showing the effect of the average crystal grain size (d) of the metal beryllium bevel on tritium release ability and swelling resistance.
  • Fig. 2 is a graph showing the relationship between the ratio dZD of the average crystal grain size (d) and the particle size (D) of the metal beryllium table to tritium release ability and anti-swelling properties.
  • FIG. 2 is a schematic view of a rotary electrode device suitable for use in manufacturing beryllium tables. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 3 schematically shows a rotary electrode device used for manufacturing a metal beryllium table in the embodiment.
  • number 1 is a sealed container
  • 2 is a cylindrical consumable electrode made of metal beryllium
  • 3 is an arc melting electrode or plasma melting electrode made of water-cooled tungsten
  • 4 is the introduction of an inert gas such as helium or argon.
  • a hole, 5 is an exhaust hole for the same gas
  • 6 is a rotary driving device for the cylindrical consumable electrode.
  • the consumable electrode used was beryllium metal with a Fe content of 0.08 wt%.
  • an arc or plasma is generated between the arc melting electrode or the plasma melting electrode and the metal consumable electrode made of metal beryllium. While melting the tip of the consumable electrode, the droplets of metal beryllium are scattered by the centrifugal force generated by the rotation of the consumable electrode, and rapidly solidified to produce a bevel-shaped metal beryllium. be able to.
  • the temperature of the beryllium droplet melted at the tip of the consumable electrode is suppressed to just above the melting point, and the pressure of the inert gas atmosphere is increased several times.
  • the solidification rate of the beryllium droplet can be improved and the crystal grain size of the metal beryllable can be reduced by improving the heat removal capability.
  • metal beryllium beads were manufactured under the following conditions. • Atmospheric gas pressure: 9600 Tor r
  • the average particle size of the metal beryllium pebbles (comparative example) manufactured under normal conditions was 0.7 mm, and the Fe content was 0.075 wt%.
  • the diffusion coefficient of tritium in the metal bery removable was calculated from the obtained tritium release amount
  • the diffusion coefficient of tritium in the invention example was 2.0 xlO-' ⁇ rnVs. against, in it 0.7X 10- 1 1 cm Vs in comparative example Atsu 7 this o
  • the shelling of the metal beryllium table obtained by conventional magnesium reduction was 8 to 12 vol%.
  • a high-purity metal beryllium manufactured by a vacuum melting-vacuum fabrication method may be used as a consumable electrode.
  • the crushing strength of the metal bery removable according to the present invention having a mra of an average crystal grain size of 0.4 was measured and found to be 11 to 15 kgf.
  • the average particle size is also difficult to be 1.0, and the average crystal particle size is 0.7.
  • the crushing strength of the narrow band example is ⁇ to 12 kgf. It was found that the bebble was also superior in crush strength to the comparative example.
  • the metal bery removable obtained by the rotating electrode method has been mainly described as an example of the invention.
  • the present invention is not limited to this, and the above-described particle diameter and average crystal particle diameter, Furthermore, as long as the Fe content is within an appropriate range, the production method does not matter at all.
  • the occurrence of swelling can be effectively suppressed, so that the metal bery reamable used as a neutron multiplier of a fusion reactor blanket has resistance to external stress, heat transfer capability, and the like.
  • the metal beryllium table of the present invention has excellent crushing strength and thermal conductivity, it is useful as a neutron multiplier and a neutron moderator and reflector in the above-mentioned fusion reactor blanket. It is something.

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Description

明 細 書 核融合炉用 の金属ベ リ リ ゥ ム ぺ ブル 技術分野
本発明は、 核融合炉用の金属ベリ リウムぺブルに関し、 特に核融合炉ブランケ ッ 卜の中性子增倍材と しての用途に用いて好適なものである。 背景技術
核融合炉ブランケッ トでは、 中性子増倍材と して金属ベリ リウムぺブル （小石 状の金属ベリ リウム） が脚光を浴びている。
というのは、 核融合炉ブランケッ トにおいて、 卜 リチウム 1個を生成するため には、 中性子 1個を必要とするが、 金属べリ リ ゥムに中性子を 1個衝突させると、 中性子が 2個生成するため、 かかる金属ベリ リ ウムぺブルをブランケッ ト材と し て用いることにより、 効果的に 卜 リチウムを増殖させることができ、 その結果、 核融合燃料サイクルの有利な向上が望めるからである。
また、 かような金属ベリ リウムぺブルは、 核融合炉ブランケッ 卜における中性 子の減速材および反射材と しても有用なものである。
さて、 このような金属ベリ リ ウムべブルの製造方法としては、 フッ化ベリ リ ウ ムをマグネシウムによって還元する方法 （以下、 マグネシウム還元法という） が 知られている。
このマグネシゥム還元法は、 金属ベリ リ ゥムを工業的に抽出する方法と して、 米国等で開発されたもので、 以下の反応式によりぺブル状の金属ベリ リ ウムを製 造するものである。
BeF 2 + Mg - Be + MgF 2
上記のマグネシウム還元法において、 ぺブル状の金属ベリ リ ウムはフッ化ベリ リ ウム溶湯中で生成され、 比重差によってフッ化ベリ リウム溶湯の液面上に浮遊 する。 かく して得られる金属ベリ リウムぺブルの粒子径は、 一般に 5隱以上であ り、 核融合ブランケッ 卜の中性子增倍材として検討されている粒子怪が 5 mra未満 の小径の金属べリ リゥムぺブルの歩留りは極めて悪い。
また、 このマグネシウム還元法によって製造される金属ベリ リゥ厶ぺブルは、 金属ベリ リゥムを工業的に抽出する際の中間生成物であり、 多くの不純物元素を 含んでいる。 特に、 揮発性不純物であるフッ素やマグネシウム等を多量に含んで いるため、 腐食性ガスの発生が懸念されるだけでなく、 形状が真球とは程遠いた め実機での充塡密度が低く、 十分に満足いく ほどの中性子增倍能は期待できない という問題があった。
そこで、 上記したマグネシゥム還元法における諸問題を解決するものとして、 回転電極法と呼ばれる方法が新たに開発された （例えば特開平 3— 226508号公報、 特開平 6 - 228674号公報等） 。
この回転電極法とは、 不活性ガスを充塡した密閉容器内に、 アークまたはブラ ズマ溶解電極と金属ベリ リ ウム製の円柱状の消耗電極とを設け、 両電極間にァ— クまたはブラズマを発生させてその時の発熱で消耗電極の先端を溶解させつつ、 消耗電極の回転による遠心力でベリ リ ウム溶滴を飛散させ、 不活性ガス雰囲気中 で急冷凝固させることによって、 球状のベリ リ ゥムぺブルを得る方法である。 この方法により得られたベリ リ ウムぺブルは、 マグネシウム還元法により得ら れたものと比べると、 粒子径が小さくかつ均一なだけでなく、 純度および真球度 が高く、 表面粗さも小さいという種々の利点をそなえている。
ところで、 かかる金属ベリ リ ウ厶ぺブルは、 上述したとおり、 中性子增倍材と して有効に機能するものであるが、 一方で、 金属ベリ リ ウムに中性子が照射され ると結晶内にヘリ ゥムが生成し、 これらが凝縮してスエリ ングと呼ばれる体積膨 張が生じる。
かような体積膨張が生じると、 それに起因して、 金属ベリ リ ウムべブル自身に 割れが生じたり、 破損したり して、 外部応力に対する抵抗力や熱伝達能等の低下 を余儀なく される。
上述した回転電極法によって得られたベリ リ ウムぺブルは、 マグネシウム還元 法によって得られたものに比べると、 耐スエリ ング性の点でも優れてはいるもの の、 まだ十分とはいい難かった。
この点を解決するものとして、 発明者らは先に、 金属ベリ リウムぺブルの内部 に空孔を設け、 この空孔にヘリ ゥムを貯蔵することによってべブルの体積膨張を 防止する技術を開発し、 特開平 6 - 228673号公報において開示した。
上記の技術により、 スエリ ングの発生を効果的に防止することができるように なったが、 ぺブル中の空孔にはベリ リ ゥム中で生成した 卜 リチウムも併せて蓄積 されるため、 その分ト リチウム放出量の低下が免れ得ない。
しかるに、 最近では、 ベリ リ ゥム中で生成する 卜 リチウムの蓄積を小さ くする こと、 即ち 卜 リチウムの放出能を向上させること力 <、 新たに大きな課題となって きている。 発明の開示
本発明は、 上記の要請に有利に応えるもので、 スェリ ングの発生を防止するの は勿論のこと、 卜 リチウム放出能を効果的に向上させることができる核融合炉用 の金属べリ リゥムぺブルを提案することを目的とする。
以下、 本発明の解明経緯について説明する。
さて発明者らは、 金属べリ リ ゥムぺブル中における 卜 リチウムの放出機構およ びスエリ ングの発生機構について綿密な検討を加えた結果、 以下に述べる知見を 得た。
すなわち、 ト リチウムは中性子照射によって金属ベリ リ ウムぺブル中で生成す るが、 卜 リチウムが金属ベリ リ ウムべブル表面から放出されるためには、 結晶粒 内からぺブル表面へ、 拡散によって移動しなければならない。 一般に拡散は、 結 曰粒内よりも結晶粒界の方がスムーズに進行するので、 卜 リチウム放出能を向上 させるためには、 結晶粒界の量を増加させること、 換言すれば結晶粒径を小さく することが有効と考えられる。
ここに、 常法に従う条件下で回転電極法により製造された金属ベリ リゥムぺブ ルの平均結晶粒径は、 通常 0. 6〜0. 8 讓程度であるので、 この結晶粒径をより小 さく して結晶粒界量を増大させることができれば、 卜 リチウム放出能の向上が期 待できる。
しかしながら、 一方で、 結晶粒界は、 中性子照射によって生成するヘリウムが 気泡として集積する起点となることから、 結晶粒界量を增やすことは、 スエリ ン グの増大を招くおそれがある。 従って、 結晶粒径を小さくすることは、 耐スエリ ング性の観点からは好ま しく ない。
また、 スェリ ングは、 ぺブル中の不純物と く に鉄系介在物 （Be ^ Fe等） を起点 としても発生することが判明した。
そこで発明者らは、 上述した相反する問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、 金属ベリ リウムぺブルの粒子径および平均結晶粒径、 さらには不純物とく に Feの 含有量を所定の範囲に制限すれば、 スェリ ングの発生を招く ことなしに、 ト リチ ゥムの放出能を効果的に向上させ得ることの知見を得た。
本発明は、 上記の知見に立脚するものである。
すなわち、 本発明は、 粒子径が 0. 1〜1. 8 匪で、 かつ平均結晶粒径が 0. 05~ 0. 6 隱の範囲を満足することを特徴とする核融合炉用の金属べリ リ ゥムぺブルで ある。
本発明において、 金属ベリ リ ウムぺブルの粒子径を D (mm) 、 平均結晶粒径を d (匪） で表したとき、 これら Dと dにっき、 次式
0. 3 D≤ d≤0. 8 D
の関係を満足させることが好ま しい。
また、 本発明において、 不純物と して混入する Fe量は、 0. 04wt %以下に抑制す ることが好ましい。
さて、 本発明において、 金属ベリ リゥムぺブルの平均結晶粒径を 0. 05〜0. 6 mm の範囲に限定した理由は、 次のとおりである。
すなわち、 平均結晶粒径が 0. 05mraより小さいと、 結晶粒界があまりに多くなつ て、 スエリ ングの発生を完全には防止できず、 一方平均結晶粒径が 0. 6 誦を超え ると結晶粒界が少なすぎるため、 効果的な 卜 リチウムの放出が望めないからであ り、 特に好ましい範囲は 0. 2~0. 5 mraである。
ここに、 結晶粒径の低-减手段と しては、 次のような方法がある。
① 回転電極装置における不活性ガス雰囲気のガス圧を高く し、 それによる抜熱 能を向上させることにより、 ベリ リ ゥム液滴の凝固速度を増大させ、 もって結 晶粒径を微細化する方法。
② 両電極間のアーク電流を、 作業性を損なわない範囲で極力抑え、 生成するべ リ リ ゥム溶滴の初期温度を低下させることによって、 凝固完了時間の短縮を図 り、 もって結晶粒径を微細化する方法。
図 1に、 粒子径 （D ) は 0. 5~ 1. 0 匪の好適範囲に揃える一方、 平均結晶粒径 ( d ) については種々に変化させた金属ベリ リ ウムべブルを用いて、 後述する実 施例と同じ条件で、 卜 リチウム放出能および耐スエリ ング性について調べた結果 を、 整理して示す。
なお、 卜 リチウム放出能については、 金属ベリ リウムぺブル中における 卜 リチ ゥムの拡散係数が 1. 0 X 10— U cinVs以上であれば、 また耐スェリ ング性について は、 スェリ ング発生量が 6 vo l %以下であれば、 いずれも特性的に良好といえる c 図 1から明らかなように、 平均結晶粒径 （d ) が 0. 05〜0. 6 龍の範囲であれば、 ト リチウム放出能および耐スエリ ング性とも良好な結果が得られている。
また、 本発明において、 粒子径を 0. 1〜1. 8 匪の範囲に限定した理由は、 粒子 径が 0. lmm未満では 0. 05龍以上の平均結晶粒径を保証し難く、 一方 1. 8mni超では ぺブルの充塡度が低下し、 中性子增倍能ひいては卜 リチウム放出能の低下を招く からである。 この粒子径の好適範囲は 0.2〜1.5 誦である。
なお、 粒子径の調整は、 消耗電極の回転数や直径および両電極間のアーク電流 等を制御することによって行うことができる。
さらに、 図 2に、 粒子径 （D) が 0.1~1.8 腿、 平均結晶粒径 （d) が 0.05~ 0.6 匪の範囲を満足する金属ベリ リゥ厶ぺブルを用いて、 図 1 と同様にしてト リ チウム放出能および耐スエリ ング性について調べた結果を、 DZdとの関係で示 す。
図 2に示したとおり、 D/d力 0.3〜0.8 であれば、 とりわけ優れたト リチウ ム放出能および耐スェリ ング性を得ることができた。
さらに、 本発明では、 ぺブル中に不純物と して Feが多量に混入すると、 生成し た鉄系介在物 （Be,,Fe等） がヘリ ウム原子の集積の起点となって、 スェリ ングが 発生する。 従って、 Feの混入は 0.04wt%以下に抑制することが肝要である。
なお、 この鉄系介在物は、 金属ベリ リ ウムぺブルを製造する際の結晶核として も作用するので、 この作用を利用して結晶粒径の微細化を図る場合には、 少なく とも 0.01wt%の Feを含有させることが好ましい。
かく して、 本発明の金属ベリ リ ウムぺブルによれば、 ヘリウム原子集積の起点 となる結晶粒界は増大したものの、 Fe系介在物 （Bei lFe等） が十分に少ないため、 スエリ ングの発生を効果的に抑制することができ、 これによつて核融合ブランケ ッ 卜の中性子增倍材と して使用する金属ベリ リ ゥムぺブルの外部応力に対する抵 抗カ、 熱伝達能等の劣化を防止できる。 また、 結晶粒界量が多くなつたため、 ト リチウム放出能を向上させることができ、 その結果核融合炉燃料となる ト リチウ ムの回収効率の向上が可能となる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 金属ベリ リウムべブルの平均結晶粒径 (d) がト リチウム放出能およ び耐スェリ ング性に及ぼす影響を示したグラフ、 図 2は、 金属ベリ リウムぺブルの平均結晶粒径 （d ) と粒子径 （D ) の比 d Z Dと、 トリチウム放出能および耐スェリ ング性との関係を示したグラフ、 図 3は、 金属ベリ リウムぺブルの製造に用いて好適な回転電極装置の模式図で ある。 発明を実施するための最良の形態
図 3に、 実施例において、 金属ベリ リ ウムぺブルの製造に用いた回転電極装置 を模式で示す。 図中、 番号 1 は密閉容器、 2は金属ベリ リウム製の円柱状消耗電 極、 3は水冷タングステン製のアーク溶解電極またはプラズマ溶解電極、 4はへ リ ウムまたはアルゴン等の不活性ガスの導入孔、 5は同ガスの排気孔、 6は円柱 状消耗電極の回転駆動装置である。
なお、 消耗電極としては、 Fe含有量が 0. 08wt%の金属ベリ リウムを用いた。 同図に示した装置において、 密閉容器 1内に不活性ガスを充塡した後、 アーク 溶解電極またはプラズマ溶解電極と金属ベリ リゥム製の円拄状消耗電極との間に アークまたはプラズマを発生させ、 消耗電極の先端を溶融させつつ、 消耗電極の 回転による遠心力で金属ベリ リ ウムの溶滴を飛散させ、 急冷凝固することによつ て、 ぺブル状の金属ベリ リ ゥムを製造することができる。
この時、 両電極間の電流値を抑制することによつて消耗電極の先端で溶融する ベリ リ ウム液滴の温度を融点直上に抑え、 また、 不活性ガス雰囲気の圧力を数倍 に上げてそれによる抜熱能を向上させることで、 ベリ リ ウム溶滴の凝固速度を向 上させ、 金属ベリ リゥムぺブルの結晶粒径を低減できることは前述したとおりで ある。
上記の回転電極装置を用い、 次の条件で金属ベリ リ ウムぺブルを製造した。 •雰囲気ガス圧 ： 9600 Tor r
• アーク電流 ： 150 A
•消耗電極の回転周速度 ： 6. 0 m/s 得られた金属ベリ リウムぺブル （発明例） の粒子径は Ι.Οπιπκ 平均結晶粒径は 0.4 關であり、 また Fe含有量は 0.075wt%であった。
また、 比較のため、 通常の条件を、 以下に示す。
•雰囲気ガス圧 ： 800 Torr
• アーク電流 ： 200 A
•消耗電極の回転周速度 ： 6.0 m/s
通常の条件で製造した金属ベリ リ ウムぺブル （比較例） の粒子径は Ι.Οιηπκ 平 均結晶粒径は 0.7mm、 Fe含有量は 0.075wt%であった。
かく して得られた 2種類の金属ベリ リゥムぺブルに、 同時に中性子照射を施し た （高速中性子照射量： 約】 xlO^n/cm2 、 照射温度 ： 200 。C) 後、 それぞれに ついて 卜 リチウムの加熱放出試験 （加熱温度 ： 600 °C) を行った。
ついで、 得られた 卜 リチウム放出量から、 金属ベリ リ ゥムぺブル中における 卜 リチウムの拡散係数を算出したところ、 発明例における ト リチウムの拡散係数は 2.0 xlO-'^rnVsであったのに対し、 比較例におけるそれは 0.7X 10— 1 1 cm Vsで あつ 7こ o
この結果から、 金属ベリ リウム中の 卜 リチウムの拡散放出は、 結晶粒界の量に 大き く依存しており、 結晶粒界量の多い本発明による金属べリ リゥムぺブルの方 が卜 リチウム放出能に優れていることが確認された。
次に、 同様の条件で 2種類の金属ベリ リ ウムぺブルに中性子を照射した後、 ァ ルゴンガス中で 800°C , 1 hの加熱処理を施し、 スェリ ングの評価を行った。 その結果、 発明例、 比較例の金属ベリ リ ウムぺブルのスエリ ングは、 それぞれ 2 - 4 vol%、 1〜 2 vol%であり、 いずれも良好な結果が得られた。
なお、 従来のマグネゥシゥム還元によって得られた金属ベリ リ ウムぺブルのス ェリ ングは、 8〜12 vol%であった。
さらに、 Fe含有量を 0.03 wt%に制御した別の発明例 （粒子径 ： 1.0 mm、 平均 結晶粒径 ： 0.4 mm) についても、 上述と同様の方法でスエリ ングの評価を行った ところ、 そのスェリ ングは 0 ~ 2 vo l %となり、 Fe含有量の低減がスェリ ングの 防止に有効であることが確認された。
なお、 Fe含有量が少ない金属ベリ リウ厶ぺブルを得るには、 消耗電極と して、 真空溶解一真空铸造法によって製造した高純度の金属ベリ リゥムを用いれば良い c 粒子径 ： 1. 0 mra、 平均結晶粒径 ： 0. 4 關の本発明に従う金属ベリ リ ゥムぺブル について、 その圧潰強度を測定したところ、 1 1~ 15 kg fであった。 これに対し、 同じく平均粒子径 ： 1. 0 難で、 平均結晶粒径 ： 0. 7 匪の比絞例の圧潰強度は Ί ~ 12 kgfであり、 この結果から、 本発明の金属ベリ リ ウムべブルは比較例よりも圧 潰強度の面でも優れていることが判った。
なお、 中性子照射によってスェリ ングが起こると、 熱伝達能は低下する。 そこ で発明者らは、 スェリ ングによる熱伝達能の劣化程度を把握するために、 スエリ ングを起こした中性子照射金属ベリ リ ゥム試料について熱伝導率を測定した。 ここで、 試料としては、 平均結晶粒径が約 0. 01腿のホッ トプレス金属ベリ リウ ムを用いた。 スェリ ングを起こさなかった 100% T. D. およびスェリ ングを起こ した 80% T. D. 、 60% T. D. の各中性子照射済み金属ベリ リウ厶試料について、 室温、 400°Cおよび 600°Cにおける熱伝導率測定結果を表 1 に示す。 表 1 (単位 ： /cm/K)
Figure imgf000011_0001
この結果から、 中性子照射済みベリ リ ウムの熱伝導率は、 スェリ ングによって 大き く低下することが明らかであり、 中性子增倍材と して使用される金属ベリ リ ゥムぺブルにおいても、 スエリ ングを如何に抑えるかが重要な課题であることが 再認識された。
以上、 実施例では、 発明例として、 回転電極法によって得られた金属ベリ リゥ ムぺブルについて主に説明したが、 本発明はこれだけに限るものではなく、 上述 した粒子径および平均結晶粒径、 さらには Fe含有量が適正範囲を满足するもので あれば、 製造法は何ら問うものではない。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 スェリ ングの発生を効果的に抑制することができるので、 核 融合炉ブランケッ トの中性子增倍材として使用する金属ベリ リゥムぺブルの外部 応力に対する抵抗力、 熱伝達能等の劣化を有利に回避することができ、 またトリ チウム放出能も併せて向上させることができるので、 核融合炉燃料となる 卜リチ ゥムの回収効率の向上も併せて実現できる。
さらに、 本発明の金属ベリ リウムぺブルは、 圧潰強度および熱伝導性に優れる ので、 上記した核融合炉ブランケッ 卜における中性子増倍材と しての他、 中性子 の減速材および反射材としても有用なものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 粒子径が 0.1〜1.8 mmで、 かつ平均結晶粒径が 0.05〜0.6 讓の範囲を満足す ることを特徴とする核融合炉用の金属ベリ リ ゥムぺブル。
2. 請求項 1 において、 粒子径 D (mm) と平均結晶粒径 d (mm) が、 次式
0.3 D≤ d≤0.8 D
の関係を満足することを特徴とする核融合炉用の金属ベリ リ ゥムぺブル。
3. 請求項 1 または 2において、 不純物と しての Feの混入量を 0.04wt%以下に抑 制したことを特徴とする核融合炉用の金属ベリ リ ゥムぺブル。
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