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摘 要：本研究中，以汽车催化剂为基础制作出氢氧复合催化剂，用全尺寸反应试验装置对其降低氢浓度的效果进行了测评，有望确保核废弃物保存时的安全性。
关键字：核燃料废弃物、 氢氧复合催化剂、全尺寸试验、降低氢气浓度、密封圆筒型试验装置
由于放射线会导致水发生分解反应，核燃料废弃物的保存容器周围经常会生成可燃性气体氢气。
近年来，无需外部电源而使用氢氧复合催化剂降低氢气浓度的方法受到关注。该方法仅需静置即可使产生的氢气与大气中的氧气进行非爆炸反应，从而在没有外部电源的条件下也能降低氢气浓度。
在本研究中，以汽车催化剂为基础制作出氢氧复合催化剂，用全尺寸反应试验装置对其降低氢浓度的效果进行了测评。
试验采用了位于德国尤里希综合研究中心的内径为1400mm、高为3700 mm的密封圆筒型试验装置。这个装置可以确认在封闭空间中氢氧复合催化剂的作用。在装置内部放置催化剂，然后测量从外部注入氢气时，空间内各点温度、流速、氢气浓度的变化，观测氢气浓度降低的效果。
表1-1表示实验中使用的氢氧复合催化剂的规格。贵金属微粒喷涂在带有大量通孔的格子型陶瓷材料的内壁上，这些小孔可以让气体流通。为了寻找最优的形状，我们准备了多个不同小孔密度的催化剂。
表1-1 催化剂的规格
制作出具有不同小孔密度的催化剂，并确认其反应活性。
将该催化剂嵌入烟囱状的圆筒内，安装在试验装置中央。注入氢气后反应开始，因为氢气和氧气的反应是发热反应，所以空气在圆筒上方流动形成对流，从而达到降低空间整体氢气浓度的效果。通过调查流速了解催化剂的性能，如图1-14所示。
图1-14 对催化剂小孔密度的测评
测量不同小孔密度的催化剂的流速和温度，确认随着小孔密度的降低，流速增加。
从图中可以看出，小孔密度越小流速越大，也就是说催化性能越好。同样地，测试了图1-15（a）所示不同厚度的催化剂的效果，结果如图1-15（b）所示。可以看出，即使增加了小孔密度为0.047的催化剂的厚度，流速也不会降低。反应量随厚度的增加而增加，小孔密度为0.047的催化剂对于大量生成的氢气也能够发挥效果。
图1-15 对催化剂厚度的测评
（a）图所示为不同厚度的催化剂。（b）显示出不同厚度的催化剂的流速，可以看出即使增加小孔密度为0.047的催化剂的厚度，流速的降低也很小。
研究团队计划结合放射光实验和模拟实验，以开发出更有效的氢氧复合催化剂。基于这项研究的进展，有望确保核废弃物保存时的安全性。
本研究是文部科学省的委托研究项目“降低长期保存废弃物的容器内产生的可燃性气体浓度相关技术研发”成果的一部分。
参考文献：
Ono, H., Matsumura, D. et al., Research on Hydrogen Safety Technology Utilizing the Automotive Catalyst, E-Journal of Advanced Maintenance, vol.11, no.1, 2019, p.40–45.
翻译：肖永红
审校：李涵、贾陆叶
统稿：李淑珊
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