UNIT提案
CarnotとFickを越えた熱とトリチウム回収の研究及び関連する材料研究（核融合に於けるSDGs 炉工学からの提案）“10年後の目標を具現する表現であること”

京都大学エネルギー理工学研究所
興野 文人

2021.0705

NIFS Unitテーマ検討会資料[1] National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine 2019. Final Reportof the Committee on a Strategic Plan for U.S. Burning Plasma Research
Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/25331.
[2] FESAC Report https://www.energy.gov/science/fes/fusion-energy-sciences-advisorycommittee-fesac, “A long-range plan to deliver fusion energy and to advance
plasma science” 2020.

1UNIT提案 概要
核融合装置の最終目標
熱エネルギーと燃料トリチウム
高能率かつ安全な回収の実現#1 ﾃｰﾏCompact Fusion#2 ﾃｰﾏEnergy recovery & conversion
トリチウム回収 安全＆高能率
1 Fick’ law （拡散）を越えた高能率回収法を研究
2 低透過材料＆低減手法研究
3 トリチウム取扱
エネルギー回収と変換
脱発電⇒ゼロCO2 水素製造
1 Carnot cycleを越えたエネル
ギー回収と利用法を研究
2 耐久性材料の研究
温度、構造強度

各種技術の多角的研究により多彩な学術成果を得る

注 DCLLは大型炉構想には採用されていないが小型炉には適した方式

2

Center #2 エネルギー回収と変換

ITER
DOE

炉開発優先
エネルギー回収 “不要ではないが不急”
小型炉で熱回収発電[1] 核融合ベンチャー、Fusion X[2,3]が複数設立（変異株）小型炉急速な性能向上有り得る⇒ エネルギー回収必要

UNIT提案
小型炉のKeyword SDGｓと脱発電
Carnot cycleとFickの法則、教科書理論を越えた回収と変換方式の研究必要となる材料研究
製品の性能はその時の材料性能で決まる

Compact fusion pilot plant
Full Turn Fusion X （FTFX) に適合するエネルギー回収システムの研究
トリチウム高能率回収（安全）CO2ゼロ 水素製造（脱発電）材料研究
Fusion X（NIFS内、外）をメンバーとする(軍需産業注意)[1] Final Report of the Committee on a Strategic Plan for U.S. Burning
Plasma Research (2019) National Academies of Sciences, Engineering, andMedicine 2019. Washington , DC; The National Academies Press.
https://doi.org/10.17226/25331.

[2] J.E. Menard, L. Bromberg, T. Brown, T. Burgess, D. Dix, L. El-Guebaly, T. Gerrity, et al., 2011,
Prospects for pilot plants based on the tokamak, spherical tokamak and stellarator, Nuclear Fusion 51:103014.
[3] R. Umstattd, Deputy Director for Commercialization ARPA-E (Acting), 2017, “Observations
on Fusion Power Market Attractiveness,” presented to the U.S. Magnetic Fusion Research Community
Workshop, Austin, Texas, December 11.
3

Fusion熱エネルギーでH2Oから水素製造（CO2ゼロ）
現行 水素製造① SMR
CO2排出[4]② 電気分解Fusion発電⇒電気分解 NP
王道
H2O⇒H2製造
ゼロCO2 ｢5,6,7｣① Sulfur-Iodine cycle (SIC)
実現性高
850℃ Fusionでは難しい② Cupper-Chlorine-Cycle (CCC)
実現性は？
530℃ Fusionに適Tout 630℃?程度必要であり材料も要研究

nH2  HHV
=Qin + Wel[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_production[5] X. Vitart et al., A general survey of the potential and the main issues associated with the sulfur-iodine thermochemical cycle forhydrogen production using nuclear heat, Progress in Nuclear Energy 50 (2008) 402-410.
[6] M. A. Rosen et al., Nuclear-based hydrogen production with a thermochemical copper-chlorine cycle and supercritical water
reactor: equipment scale-up and process simulation, Int. J. Energy Res. 2012; 36:456-465.
[7] I. Dincer and C. Zamfirescu, Sustainable Hydrogen Production, Ch. 4, Elsevier 2016, ISBN: 978-0-12-801563-6.

4

Fick’s lawを越えた高能率トリチウム回収金メダルでないと意味がない 銅メダルではだめ
オロシを使って金メダル
5

UNITメンバー構成
人員システム構成
実験

NIFS

外部組織

その他

１～２
ＮＩＦＳ内部メンバーとのコラボ望ましい

Fusion X

（１～２）

材料

１～２
工業化学の知識経験を有する内外研究者の御参加、御支援をお願いします

熱回収、水素製造

１～２

トリチウム回収

１～２

システムとしてのトリチウム取扱研究は必須

トリチウム取扱１～２
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全体スケジュールとmile stone

2022

2023

2024

FESAC Report 2040に同期するた
めには2030までに統合システムを完成させておく必要がある
2025

2026

2027

2028

2029

2030

2031

1 システム検討
2 トリチウム 回収

実用化
検討

基礎
検討

実用化実験

基礎実験
実用化
検討

基礎
検討

3 水素 製造

基礎検討

統合検討

＃１調査

実用化実験

＃２調査
交渉

統合化実験

統合検討

実用化
検討
基礎実験

5 Fusion X

統合化実験

実用化実験

基礎実験

4 材料 開発

統合検討

統合化実験

統合検討

交渉

交渉

6 統合ｼｽﾃﾑ設計
統合システム設計

7 Platform

オロシ実験室

検討

実験室

実験、測定

交渉

Fusion-X ？？

7

核融合と言えばトカマクとヘリカルぐらいかと思っていたが、びっくりするような自由構想の方式が多数、百花繚乱。
実際に製作試験するところが偉い、学ぶべき[ ] Fusion venture 勉強会 資料 2021-0610

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UNIT提案 Center #2纏め
研究テーマ (10年後の目標を具現する表現であること）
CarnotとFickを越えた熱とトリチウム回収の研究
核融合装置の最終目標
熱エネルギーと燃料トリチウムの高能率かつ安定な回収UNIT提案

SDGsと脱発電⇒ 高能率トリチウム回収、
CO2ゼロ 水素製造

Carnot cycleとFickの法則、教科書理論を越えた回収と変換方式の研究材料研究
ターゲット明確化と共有化
様々な技術の多角的研究により多彩な学術的成果を得る

上記研究で必要となる装置・研究環境 platform
第１ステップ
NIFS所有のOroshhi-2を母体として研究
第２ステップFusion X とのFull turn 結合試験 (軍需産業注意)9御清聴ありがとうございました、浅学の為 知識不足、間違い多数あることご容赦ください
御批判、御指摘、御意見をお願いいたします10