JP2009233492A - Method for concentrating oxygen isotope - Google Patents
Method for concentrating oxygen isotope Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009233492A JP2009233492A JP2008079417A JP2008079417A JP2009233492A JP 2009233492 A JP2009233492 A JP 2009233492A JP 2008079417 A JP2008079417 A JP 2008079417A JP 2008079417 A JP2008079417 A JP 2008079417A JP 2009233492 A JP2009233492 A JP 2009233492A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ozone
- laser beam
- measurement
- decomposition
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 73
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 38
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 115
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 67
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005949 ozonolysis reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 50
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 8
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 8
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 7
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Description
この発明は、オゾンにレーザ光を照射し、天然存在比の小さな酸素同位体17O、18Oが濃縮された酸素ガスを得る酸素同位体の濃縮方法に関し、レーザ光の照射を効率的に行えるようにしたものである。 The present invention relates to an oxygen isotope enrichment method for irradiating ozone with laser light to obtain oxygen gas in which oxygen isotopes 17 O and 18 O having a small natural abundance ratio are concentrated. It is what I did.
化学や医学の分野で、トレーサーとして利用されている酸素同位体の17Oや18Oは、自然界における存在比が極めて小さいため、使用に際しては、これらを濃縮する必要がある。
酸素同位体の濃縮方法として、蒸留を用いた方法がある(特許文献1〜3)。これらの方法は、レーザ光を利用した光反応によるオゾンの分解反応を利用して、存在比が極めて小さな酸素の安定同位体である17Oや18Oを選択的に濃縮するものである。
Oxygen isotopes 17 O and 18 O used as tracers in the fields of chemistry and medicine have a very small abundance ratio in the natural world. Therefore, when they are used, it is necessary to concentrate them.
As a method for concentrating oxygen isotopes, there is a method using distillation (Patent Documents 1 to 3). These methods selectively enrich 17 O or 18 O, which is a stable isotope of oxygen having a very small abundance ratio, by utilizing a decomposition reaction of ozone by a photoreaction using laser light.
特許文献3で開示されている酸素同位体の濃縮方法および装置に関する発明は、オゾンをガスで希釈した後、希ガスが固化してしまう条件下でもオゾン濃度を小さく保ち、酸素の同位体17Oおよび18Oを含むオゾンを安定して選択的に光分解して酸素とすることで、効率的かつ連続的に、この酸素中に17Oおよび18Oを濃縮する方法および装置に関するものである。
The invention relating to the oxygen isotope enrichment method and apparatus disclosed in
特許文献3では、オゾン光分解工程において、CF4とオゾンの混合ガスに光を照射し、このオゾン中に含まれる、特定の酸素同位体を含むオゾンのアイソトポマーを選択的に酸素に分解する。得られた混合ガスを捕集工程にて捕集した後、酸素同位体濃縮工程において低温蒸留等により、この混合ガス中の酸素を、未分解のオゾンおよびCF4から分離し、分離した酸素ガス中に前記酸素同位体を濃縮するものである。
In
ところで、レーザ光を使って目的酸素同位体を含むオゾンを選択的に分解し、酸素として取り出す方法においては、レーザ光の照射時間に応じて分解反応が進むので、レーザ光の照射時間を長くすれば、目的酸素同位体を含むオゾンを多く分解できる。しかし、単位時間当たりの分解量は低下してゆき、照射時間を無駄に長くすることになるので望ましくない。 By the way, in the method of selectively decomposing ozone containing the target oxygen isotope using laser light and taking it out as oxygen, the decomposition reaction proceeds according to the irradiation time of the laser light. For example, a large amount of ozone containing the target oxygen isotope can be decomposed. However, the amount of decomposition per unit time is decreased, and the irradiation time is unnecessarily prolonged, which is not desirable.
一方、レーザ光の照射時間が不十分な場合は、分解が不十分なまま混合ガスを次工程に移ってしまうため、原料のオゾン(酸素)が大量に必要になるばかりではなく、収率も落ちてしまう。さらに処理ガス量も多くなるため、分離のための蒸留塔も大きなものが必要になるので、イニシアルコストも高くなる。よって、収率を向上させるためには、照射時間を最適化する必要がある。 On the other hand, when the irradiation time of the laser beam is insufficient, the mixed gas is transferred to the next process with insufficient decomposition, so that not only a large amount of raw material ozone (oxygen) is required, but also the yield is increased. It will fall. Furthermore, since the amount of the processing gas increases, a large distillation column for separation is required, so that the initial cost increases. Therefore, it is necessary to optimize the irradiation time in order to improve the yield.
また、光分解セルに導入するガスのオゾン濃度は、なるべく高いほうが目的酸素同位体が多く含まれることになるので望ましいが、オゾンは自己分解性をもつため、あまり高濃度状態で運転することは望ましくない。
このように、レーザ光分解による酸素同位体の濃縮方法においては、適切なレーザ光の照射時間を決めたり、オゾン濃度を管理したりするために、適切にオゾン濃度を測定する必要がある。
In addition, the ozone concentration of the gas introduced into the photolysis cell is preferably as high as possible because it contains more target oxygen isotopes. However, because ozone has self-decomposition, it is not possible to operate in a very high concentration state. Not desirable.
As described above, in the method of concentrating oxygen isotopes by laser photolysis, it is necessary to appropriately measure the ozone concentration in order to determine an appropriate laser light irradiation time and to manage the ozone concentration.
オゾン濃度の測定には紫外線吸収式の濃度計が広く使用されているが、この紫外光はオゾンを無選択に分解してしまい、レーザ光を用いた酸素同位体の濃縮プロセスにおいては、製品酸素に含まれる目的酸素同位体の濃度を下げてしまうという問題があった。
また、他のオゾン濃度の測定方法として、特許文献4にはレーザ光で測定する方法が開示されている。この方法ではレーザ光をパルス発信させて測定を行うが、オゾン同位体の吸収スペクトルのシフト量は小さいため、当該レーザ光では測定することができない。
Ultraviolet absorption densitometers are widely used to measure ozone concentration, but this ultraviolet light decomposes ozone in a non-selective manner, and in the oxygen isotope enrichment process using laser light, product oxygen There is a problem that the concentration of the target oxygen isotope contained in is reduced.
As another ozone concentration measuring method, Patent Document 4 discloses a method of measuring with a laser beam. In this method, laser light is pulsed to perform measurement. However, since the shift amount of the absorption spectrum of the ozone isotope is small, it cannot be measured with the laser light.
さらに別の方法として、フーリエ変換赤外分光計(FTIR)を使用したオゾン同位体の測定の報告(非特許文献1)もあるが、測定時間を10〜20時間も必要とするため、プロセス制御のように連続的な測定を必要とする場合には不適であり、さらに赤外線の照射によりオゾンを非選択的に分解してしまうため、適用できない。 As another method, there is a report of measurement of ozone isotope using a Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) (Non-patent Document 1), but the process time is 10 to 20 hours. Thus, it is unsuitable when continuous measurement is required, and is not applicable because ozone is non-selectively decomposed by infrared irradiation.
このように、従来技術においては、酸素同位体の濃縮において、レーザ光照射中に、プロセスに支障なく流体中のオゾンの濃度を測定する手段がなかったため、トライアンドエラー方式により運転パラメータを設定するしかなかった。このような設定方法では、運転条件の最適化は難しかった。
よって、本発明における課題は、レーザ光照射によるオゾン分解によって、目的酸素同位体が濃縮された酸素を得る際に、オゾン分解時における目的酸素同位体含有オゾンの濃度を迅速に測定でき、この測定値に基づいてオゾン分解反応を制御できるようにすることにある。 Therefore, the problem in the present invention is that when obtaining oxygen enriched with the target oxygen isotope by ozonolysis by laser light irradiation, the concentration of the target oxygen isotope-containing ozone at the time of ozonolysis can be quickly measured. It is to be able to control the ozonolysis reaction based on the value.
かかる課題を解決するため、
請求項1にかかる発明は、目的の酸素同位体を含むオゾンにレーザー光を照射して光分解したのち、オゾンと前記目的酸素同位体を含む酸素とを分離して目的酸素同位体が濃縮された酸素を得る方法において、
線幅が0.05nm以下の分解用レーザ光を用いて前記目的酸素同位体を含むオゾンを選択的に分解すると同時に、目的酸素同位体を含むオゾンの濃度を線幅が0.05nm以下の測定用レーザ光によって測定し、
この測定値に基づいて前記分解用レーザ光によるオゾンの光分解を制御するようにし、
前記測定用レーザ光による測定が、正弦波で変調された注入電流により駆動される半導体レーザからの測定用レーザ光を用い、受光器で光電変換された電気信号をロックインアンプに入力し、このロックインアンプにおいて、前記正弦波を参照信号として二次微分処理を行うものであることを特徴とする酸素同位体の濃縮方法である。
To solve this problem,
According to the first aspect of the present invention, ozone containing a target oxygen isotope is irradiated with laser light and photolyzed, and then ozone and oxygen containing the target oxygen isotope are separated to concentrate the target oxygen isotope. In a method for obtaining oxygen,
The ozone containing the target oxygen isotope is selectively decomposed using a laser beam for decomposition with a line width of 0.05 nm or less, and at the same time, the concentration of ozone containing the target oxygen isotope is measured with a line width of 0.05 nm or less. Measured by laser light for
Based on this measured value, the ozone photolysis by the laser beam for decomposition is controlled,
The measurement by the measurement laser beam is performed by using a measurement laser beam from a semiconductor laser driven by an injection current modulated by a sine wave, and inputting an electric signal photoelectrically converted by a light receiver into a lock-in amplifier. In the lock-in amplifier, the method of enriching oxygen isotopes is characterized in that second derivative processing is performed using the sine wave as a reference signal.
請求項2にかかる発明は、前記測定用レーザ光の波長が、800〜1300nmであることを特徴とする請求項1記載の酸素同位体の濃縮方法である。
The invention according to
請求項3にかかる発明は、前記測定用レーザ光の波長を変えることで、目的酸素同位体を含むオゾンの濃度を測定するとともに、全オゾン濃度も測定することを特徴とする請求項1または2記載の酸素同位体の濃縮方法である。
The invention according to
本発明によれば、目的酸素同位体を含むオゾンの濃度を検知しながら分解用レーザ光の照射が可能になるため、分解用レーザ光の照射を効率的に実施でき、かつ原料ガスの消費量も最適化できる。
また、全体のオゾン濃度も測定できるため、安全管理が容易になり、かつ紫外線式オゾン濃度計を使用しないことで紫外線によるオゾンの非選択的分解がない。
さらに、市販のオゾン濃度計のように測定濃度の制限がないので、オゾン濃度が20%を超えるプロセスでも実施することができる。
According to the present invention, since it is possible to irradiate the laser beam for decomposition while detecting the concentration of ozone containing the target oxygen isotope, it is possible to efficiently perform the irradiation of the laser beam for decomposition, and the consumption of the source gas Can also be optimized.
In addition, since the total ozone concentration can be measured, safety management is facilitated, and non-selective decomposition of ozone by ultraviolet rays is eliminated by not using an ultraviolet ozone concentration meter.
Furthermore, since there is no restriction | limiting of measurement density | concentration like a commercially available ozone concentration meter, it can implement also in the process in which ozone concentration exceeds 20%.
図1および図2は、本発明の酸素同位体濃縮方法を実施するための最良の形態を示すものである。
原料となる酸素ガス(O2)をオゾナイザ1に導入して、酸素の一部をオゾンに変換し、テトラフルオロメタンなどの希釈ガスとともに低温蒸留塔などの第1分離装置2に導入する。
第1分離装置2では、酸素と、オゾン+希釈ガスとに分離され、酸素は原料酸素として回収され、光反応セル3にオゾンと希釈ガスの混合ガスを導入する。
FIG. 1 and FIG. 2 show the best mode for carrying out the oxygen isotope enrichment method of the present invention.
Oxygen gas (O 2 ) as a raw material is introduced into the ozonizer 1 to convert part of the oxygen into ozone and introduced into the
In the
光反応セル3には、線幅が0.05nm以下の分解用レーザ光が照射される。この分解用レーザ光は、濃縮する目的の同位体酸素原子(例えば17O)を含むオゾン(以下、「ターゲットオゾン」と記載することがある。)を選択的に分解する波長のレーザ光であって、図2に示すように、分解用レーザ光源8から発振されるものである。
この分解用レーザ光源8には、分解用レーザドライバー10からの直流の注入電流により一定の波長でレーザ発振する半導体レーザが用いられる。
The
As the decomposition
分解用レーザ光の線幅が0.05nmを越えると、ターゲットオゾンのみを選択的に光分解することができない。
分解用レーザ光により分解されたオゾンは目的の酸素同位体を含む酸素ガスとなる。光反応セル3内のガスは、酸素、オゾン、希釈ガスの混合ガスとなる。
If the line width of the laser beam for decomposition exceeds 0.05 nm, only target ozone cannot be selectively photodecomposed.
The ozone decomposed by the laser beam for decomposition becomes oxygen gas containing the target oxygen isotope. The gas in the
光反応セル3から導出した混合ガス(酸素+オゾン+希釈ガス)は、液化昇圧装置4で液化、昇圧されたのち、低温蒸留塔などの第2分離装置5に供給され、酸素と、オゾン+希釈ガスとに分離される。第2分離装置5から得られる酸素は、目的の酸素同位体原子が濃縮された製品酸素ガスとなる。
The mixed gas (oxygen + ozone + diluted gas) derived from the
第2分離装置5から排出されたオゾン+希釈ガスは、オゾン分解装置6に導入してオゾンを完全に分解したのち、低温蒸留塔など第3分離装置7に導入し、酸素と希釈ガスとに分離する。
分離された酸素は、濃縮する目的の酸素同位体原子の濃度が減少しているので、廃棄する。希釈ガスは再利用するため、第1分離装置2への希釈ガス導入経路へ戻す。
The ozone + diluted gas discharged from the
The separated oxygen is discarded because the concentration of oxygen isotope atoms to be concentrated is reduced. Since the dilution gas is reused, it is returned to the dilution gas introduction path to the
上述のように、光反応セル3では、導入されたオゾンのうちターゲットオゾンのみをレーザ光により酸素へと分解する。効率よい分解のため、ターゲットオゾンを分解する分解用レーザ光源8を複数個設けておくとよい。
As described above, in the
このとき、図2に示すように、分解用レーザ光源8とは別に測定用レーザ光源9を設ける。この測定用レーザ光源9は、分解用レーザ光と同じ波長帯(800〜1300nm)で、線幅0.05nm以下であって連続発振の測定用レーザ光を発振するもので、測定用レーザドライバー11からの注入電流によってレーザ発振する半導体レーザが用いられる。
At this time, a measurement
測定用レーザ光の線幅が0.05nmを越えると吸収スペクトルが測定できない可能性が高い。また、波長800〜1300nmの範囲には、オゾンの吸収バンドが存在し、この波長域では、オゾン濃度を測定することができる。 If the line width of the laser beam for measurement exceeds 0.05 nm, there is a high possibility that the absorption spectrum cannot be measured. Further, an ozone absorption band exists in the wavelength range of 800 to 1300 nm, and the ozone concentration can be measured in this wavelength range.
測定用レーザ光は、吸収スペクトルを測定するため、波長掃引される。このため、測定用レーザドライバー11から測定用レーザ光源9である半導体レーザの注入電流を変化させるか、外部共振器を調整する圧電素子への入力電圧を変化させて、発振波長を変化させるようになっている。
The measurement laser light is swept in wavelength to measure the absorption spectrum. Therefore, the oscillation wavelength is changed by changing the injection current of the semiconductor laser that is the measurement
この際、測定用レーザドライバー11には、波形発生器14で発生した、例えば1kHzの正弦波(交流)が入力され、この正弦波により注入電流が直接変調され、測定用レーザ光源9では、この直接変調された注入電流により直接変調された測定用レーザ光が発振され、この測定用レーザ光が光反応セル3に照射されるように構成されている。
また、この測定用レーザ光は、その波長がターゲットオゾンの分解を行うものではなく、ターゲットオゾンの濃度を測定できるものが選択されてもよい。
At this time, for example, a 1 kHz sine wave (alternating current) generated by the
In addition, the measurement laser beam may be selected such that the wavelength does not decompose target ozone but can measure the concentration of target ozone.
光反応セル3に入射された測定用レーザ光は、セル3内に対向して配置されている反射鏡(図示略)間で複数回反射されたのち、フォトダイオードなどの受光器12で受光され電気信号に変換される。この電気信号は、ロックインアンプ13に入力される。
ロックインアンプ13には、別途前記波形発生器14からの正弦波が入力され、ロックインアンプ13では、この正弦波を参照信号として、変調周波数の二次高調波成分を取りだして二次微分処理が行われ、ターゲットオゾンに由来する微小な吸光度を測定する。この吸光度からランベルト・ベールの法則に基づいて、ターゲットオゾンの濃度を知ることができる。
The measurement laser light incident on the
A separate sine wave from the
このターゲットオゾンの濃度測定値は、制御装置15に送られる。制御装置15では、この濃度に基づいて、光反応セル3のガス出口に設けられた開閉弁25の開度を調節する信号を出力する。開閉弁25は、これにより開度が制御され、光反応セル3内に流入する混合ガスの流量が調節され、ターゲットオゾンの分解反応を制御することができる。
The target ozone concentration measurement value is sent to the
このようなターゲットオゾン濃度の測定方法を採用することで、吸収スペクトルの同位体シフト(吸収波長のずれ)はわずかであり、吸収断面積も小さいターゲットオゾンの濃度を迅速にかつ正確に測定することができる。
このため、光反応セル3での分解用レーザ光によるターゲットオゾンの光分解の進行度合を随時知ることができるので、光反応セル3に流すオゾンと希釈ガスの混合ガスの流量を調整したり、分解用レーザ光の強度を調整したりすることで、ターゲットオゾンの光分解反応を制御することが可能になる。
By adopting such a target ozone concentration measurement method, it is possible to quickly and accurately measure the target ozone concentration with a small isotope shift (absorption wavelength shift) in the absorption spectrum and a small absorption cross section. Can do.
For this reason, since the progress degree of the photodecomposition of the target ozone by the laser beam for decomposition in the
また、測定用レーザ光の波長を変化させることで、セル3中のターゲットオゾンだけではなく、混合ガス中に多く含まれる16O3を測定することもできる。
このようにして、光反応セル3内の混合ガス中に含まれるターゲットオゾンや、その他のオゾンの濃度もリアルタイムに測定することができるので、ターゲットオゾンの流量コントロールによる分解反応の制御の他に、光反応セル3内の全オゾン濃度の測定も可能なので、プロセスの安全管理が可能となる。
Further, by changing the wavelength of the measurement laser light, not only the target ozone in the
In this way, since the target ozone contained in the mixed gas in the
(連続流通方式)
10%のオゾンを含む混合ガスを光反応セル12に連続的に供給する連続流通方式について、図1および図2を用いて、さらに詳細に説明する。
第1分離装置2から光反応セル3に10vol%のオゾンと90vol%の希釈ガスとの混合ガスが導入される。光反応セル3において、ターゲットオゾンを分解する波長に設定した分解用レーザ光でレーザ光照射を行う。
(Continuous distribution method)
A continuous flow system for continuously supplying a mixed gas containing 10% ozone to the
A mixed gas of 10 vol% ozone and 90 vol% dilution gas is introduced from the
分解用レーザ光ではターゲットオゾンの濃度を測定しないので、分解用レーザ光源8は、直流で駆動し、分解用レーザ光の波長を一定に保つようにする。
光反応セル3に導入された混合ガスは、セル3内を微少速度で通過する。この間に分解用レーザ光の照射によって、混合ガス中のターゲットオゾンの分解が徐々に進む。
測定用レーザ光をセル3に照射する。光反応セル3を通過した測定用レーザ光は、フォトダイオードなどの受光器12により受光されて電気信号となり、前述のようにして、ロックインアンプ13によりターゲットオゾンの濃度を計測する。
Since the concentration of target ozone is not measured with the laser beam for decomposition, the
The mixed gas introduced into the
The
測定用レーザ光の波長は分解用レーザ光の波長と同じでも良いが、オゾンによる吸収の大きい波長を使用したほうが測定値の正確性が増すので、他の吸収ピークの大きい(吸収断面積の大きな)波長にあわせることが望ましく、800〜1300nmの範囲から選択される。
分解用レーザ光の照射前に、10vol%オゾンを含む混合ガス中のターゲットオゾンの濃度を測定用レーザ光で測定しておけば、分解用レーザ光の照射中に、ターゲットオゾンの濃度を測定することにより、その分解反応率がわかる。
The wavelength of the laser beam for measurement may be the same as the wavelength of the laser beam for decomposition. However, since the accuracy of the measurement value increases when using a wavelength that absorbs more by ozone, the other absorption peaks are large (the absorption cross section is large). ) It is desirable to match the wavelength, and it is selected from the range of 800 to 1300 nm.
If the target ozone concentration in the mixed gas containing 10 vol% ozone is measured with the measurement laser light before the decomposition laser light irradiation, the target ozone concentration is measured during the decomposition laser light irradiation. Thus, the decomposition reaction rate can be understood.
この分解反応率は照射時間に依存するので、セル3内を流れる混合ガスの流量を調整することで変化する。
測定用レーザ光でターゲットオゾンの濃度を測定し、適正な反応率、例えば、照射前の50%の吸収強度になるようにセル12内を通過するガス流量を調整する。
Since this decomposition reaction rate depends on the irradiation time, it changes by adjusting the flow rate of the mixed gas flowing in the
The concentration of target ozone is measured with a measuring laser beam, and the flow rate of gas passing through the
光反応セル3出口に設置した開閉弁25の開度を調整し、ターゲットオゾンの吸収強度の測定結果、すなわち濃度に基づいて流量を制御することで照射時間を変更し、適正な反応量にすることが可能となる。
The opening time of the on-off
測定用レーザ光源9、測定用レーザドライバー11および受光器12からなる測定セット以外に別の同様の測定セットを新たに用意するか、同一の測定用レーザ光源9からの測定用レーザ光の測定波長を一時的に変更することにより、セル3内のオゾンのほとんどを占める16O3の濃度も、ターゲットオゾンの測定と同様に行うことができ、光反応セル3内の全オゾン濃度が測定できる。これにより装置の安全管理や原料オゾンを発生するオゾナイザ1の運転管理に使用することができる。
In addition to the measurement set consisting of the measurement
光反応セル3内の16O3を分解すると、目的とする酸素同位体濃縮製品酸素濃度を薄めてしまうので、16O3の測定は微弱なレーザパワーで実施することが望ましい。また、測定も連続で実施しないほうがよい。微弱なパワーでも16O3は濃度が高いため、測定は十分可能である。
When disassembling the 16 O 3
光反応セル3に、原料として酸素同位体濃度が天然存在比のオゾンを、濃度10vol%、圧力14kPa、流量100NL/h で導入し、ターゲットオゾンを16O16O17O として、反応分解率50%、レーザ出力10Wで反応させた場合を想定して計算すると、製品となる酸素ガス中の17O濃度は16%となり、1.5kg/年の生産量が得られることがわかった。
Ozone having a natural abundance of oxygen isotope as a raw material is introduced into the
(分解用レーザ光源と測定用レーザ光源を兼用した連続流通方式)
次に、分解用レーザ光源と測定用レーザ光源とを兼用する場合の連続流通式について説明する。
前述の測定用レーザ光源9を分解用レーザ光源8と別個に設けることをせず、分解用レーザ光源8からのレーザ光を上述のように正弦波により一時的に変調させることで、分解用レーザ光源8を測定用レーザ光源に兼用させることが可能である。測定用レーザ光源9、測定用レーザドライバー11を設置しないことでイニシアルコストを低減することが可能となる。
(Continuous distribution method using both a laser light source for decomposition and a laser light source for measurement)
Next, the continuous flow type in the case where the laser beam source for decomposition and the laser beam source for measurement are used together will be described.
The above-described measurement
分解用レーザ光は、オゾン分解照射時には直流注入電流を分解用レーザ光源に流すことで一定波長に固定されるが、吸収スペクトルを測定する際には、注入電流やレーザ共振器調整電圧を直接変調することにより、吸収スペクトルを測定することができる。
分解用レーザ光は高出力のものが使用されるため、測定用レーザ光として照射する場合には、受光器に光学フィルタを設置して適正な入力光強度にまで減衰させることが好ましい。光反応セル3内の混合ガスの流速は非常に遅いので、ターゲットオゾンの濃度を間欠的に測定しても支障は生じない。
The laser beam for decomposition is fixed at a fixed wavelength by flowing a direct current injection current through the laser light source for decomposition during ozone decomposition irradiation, but when measuring the absorption spectrum, the injection current and the laser resonator adjustment voltage are directly modulated. By doing so, an absorption spectrum can be measured.
Since a high-power laser beam for decomposition is used, when irradiating as a measuring laser beam, it is preferable to install an optical filter in the light receiver and attenuate it to an appropriate input light intensity. Since the flow rate of the mixed gas in the
さらに、分解用レーザ光の波長を短時間だけ変更すれば16O3の濃度測定も可能であり、上述のように、安全管理などに利用することができる。このとき、ターゲットオゾン以外のオゾンの分解を避けるため、レーザ強度を低下させて測定を行うことが好ましい。 Furthermore, if the wavelength of the laser beam for decomposition is changed only for a short time, the concentration of 16 O 3 can be measured and can be used for safety management as described above. At this time, in order to avoid decomposition of ozone other than the target ozone, it is preferable to perform measurement while reducing the laser intensity.
(バッチ(切り替え)方式)
連続流通方式では光反応セル3内の混合ガスの流速を小さくすることでレーザによる照射時間を長くすることができるが、確実に分解反応させるためにバッチ式を採用することもできる。
(Batch (switching) method)
In the continuous flow method, the irradiation time by the laser can be lengthened by reducing the flow rate of the mixed gas in the
図3に、複数(この例では2個)の光反応セル31、32を用い、それぞれの光反応セル31、32に混合ガスを導入し、セルのガス入口およびガス出口にそれぞれ設けた開閉弁25、25、26、26を操作し、内部に混合ガスを封入しきった状態でレーザ光を照射を行い、セルを切り替えながらターゲットオゾンの分解と濃度測定を実施する場合の装置構成を示す。
In FIG. 3, a plurality of (in this example, two)
まず、光反応セル31に第1分離装置2からの濃度10vol%のオゾンと90vol%の希釈ガスとの混合ガスを導入する。
光反応セル31に混合ガスを封入したのち、混合ガスの導入を光反応セル32に切替える。光反応セル31で分解用レーザ光と測定用レーザ光を照射し、照射と濃度測定が完了したら分解反応後の混合ガスを液化昇圧装置4へ送る。その後、混合ガスの導入を行い、以降、同じ操作を繰り返す。
First, a mixed gas of 10 vol% ozone and 90 vol% dilution gas from the
After the mixed gas is sealed in the
光反応セル32に封入した混合ガスに対して同様にして分解用レーザ光と測定用レーザ光とを照射し、ターゲットオゾンの分解と濃度測定を行う。
この時、各光反応セル31、32のそれぞれ入射窓および出射窓に可動ミラー16、17、18、19、20、21、22、23を設け、この可動ミラー16・・・を回転させて、分解用レーザ光および測定用レーザ光の光軸を切り替え、各セルに交互に分解用レーザ光および測定用レーザ光が入射され、出射されるように構成されており、このような構成を採用することで、高価なレーザ光源や測定装置を複数用意する必要がなくなる。
In the same manner, the gas mixture sealed in the
At this time,
ターゲットオゾンの濃度測定は、前述のように、二次微分吸収スペクトルを測定することで求められる。これにより、ターゲットオゾンの分解反応時間の設定を、ターゲットオゾンの濃度の減少を確認しながら行うことが可能となる。 The concentration measurement of the target ozone can be obtained by measuring the second derivative absorption spectrum as described above. This makes it possible to set the target ozone decomposition reaction time while confirming the decrease in the target ozone concentration.
このように複数の光反応セルを並列に接続することで、ターゲットオゾンを全量近く光分解させることも可能であり、レーザ光の投入光量と原料酸素ガスの最適値を考慮して、光反応セルを切り替えると良い。光反応セル31での分解反応が終了したら、光反応セル32へ照射に切り替え、切り替えを連続して行うことで連続的な製品の生産が可能となる。セルの数に制限はない。切り替え方式においても同一条件において製品の仕様は同様になる。
By connecting a plurality of photoreaction cells in parallel in this way, it is possible to photodecompose nearly all of the target ozone. Considering the amount of laser light input and the optimum value of the raw material oxygen gas, the photoreaction cell It is good to switch. When the decomposition reaction in the
1・・・オゾナイザ、2・・・第1分離装置、3・・・光反応セル、4・・・液化昇圧装置、5・・・第2分離装置、6・・・オゾン分解装置、7・・・第3分離装置、8・・・分解用レーザ光源、9・・・測定用レーザ光源、10・・・分解用レーザドライバー、11・・・測定用レーザドライバー、12・・・受光器、13・・・ロックインアンプ、14・・・波形発生器、15・・・制御装置、31、32・・・光反応セル、16、17、18、19、20、21、22、23・・・可動ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ozonizer, 2 ... 1st separation device, 3 ... Photoreaction cell, 4 ... Liquefaction pressurization device, 5 ... 2nd separation device, 6 ... Ozone decomposition device, 7. .. Third separation device, 8... Laser light source for decomposition, 9... Laser light source for measurement, 10... Laser driver for decomposition, 11. DESCRIPTION OF
Claims (3)
線幅が0.05nm以下の分解用レーザ光を用いて前記目的酸素同位体を含むオゾンを選択的に分解すると同時に、目的酸素同位体を含むオゾンの濃度を線幅が0.05nm以下の測定用レーザ光によって測定し、
この測定値に基づいて前記分解用レーザ光によるオゾンの光分解を制御するようにし、
前記測定用レーザ光による測定が、正弦波で変調された注入電流により駆動される半導体レーザからの測定用レーザ光を用い、受光器で光電変換された電気信号をロックインアンプに入力し、このロックインアンプにおいて、前記正弦波を参照信号として二次微分処理を行うものであることを特徴とする酸素同位体の濃縮方法。 In a method for obtaining oxygen enriched in a target oxygen isotope by separating ozone and oxygen containing the target oxygen isotope after photolysis by irradiating ozone containing the target oxygen isotope with laser light,
The ozone containing the target oxygen isotope is selectively decomposed using a laser beam for decomposition with a line width of 0.05 nm or less, and at the same time, the concentration of ozone containing the target oxygen isotope is measured with a line width of 0.05 nm or less. Measured by laser light for
Based on this measured value, the ozone photolysis by the laser beam for decomposition is controlled,
The measurement by the measurement laser beam is performed by using a measurement laser beam from a semiconductor laser driven by an injection current modulated by a sine wave, and inputting an electric signal photoelectrically converted by a light receiver into a lock-in amplifier. An oxygen isotope enrichment method characterized in that in a lock-in amplifier, a secondary differentiation process is performed using the sine wave as a reference signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008079417A JP5436790B2 (en) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | Oxygen isotope enrichment method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008079417A JP5436790B2 (en) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | Oxygen isotope enrichment method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009233492A true JP2009233492A (en) | 2009-10-15 |
JP5436790B2 JP5436790B2 (en) | 2014-03-05 |
Family
ID=41248148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008079417A Active JP5436790B2 (en) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | Oxygen isotope enrichment method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5436790B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012114805A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 大陽日酸株式会社 | Photochemical reaction device and isotope enrichment method using photochemical reaction device |
JP2017020929A (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-26 | 大陽日酸株式会社 | Isotope concentration calculation method |
JP2017040655A (en) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 株式会社堀場エステック | Cp2Mg CONCENTRATION MEASUREMENT DEVICE |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10142148A (en) * | 1996-11-08 | 1998-05-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Concentration measuring device |
JP2001074654A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gas concentration measuring apparatus and combustion furnace |
JP2001159605A (en) * | 1999-12-01 | 2001-06-12 | Nippon Sanso Corp | Laser spectroscopic analyzer and analyzing method |
JP2006272090A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Concentration method of oxygen isotope and concentration apparatus therefor |
JP2007193034A (en) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength conversion device and light absorption measuring instrument |
JP2007289854A (en) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Method and apparatus for concentrating oxygen isotope |
JP2007309849A (en) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Japan Science & Technology Agency | Detection of oxygen molecule, and quantitation device and method thereof |
-
2008
- 2008-03-26 JP JP2008079417A patent/JP5436790B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10142148A (en) * | 1996-11-08 | 1998-05-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Concentration measuring device |
JP2001074654A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gas concentration measuring apparatus and combustion furnace |
JP2001159605A (en) * | 1999-12-01 | 2001-06-12 | Nippon Sanso Corp | Laser spectroscopic analyzer and analyzing method |
JP2006272090A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Concentration method of oxygen isotope and concentration apparatus therefor |
JP2007193034A (en) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength conversion device and light absorption measuring instrument |
JP2007289854A (en) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Taiyo Nippon Sanso Corp | Method and apparatus for concentrating oxygen isotope |
JP2007309849A (en) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Japan Science & Technology Agency | Detection of oxygen molecule, and quantitation device and method thereof |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012114805A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-30 | 大陽日酸株式会社 | Photochemical reaction device and isotope enrichment method using photochemical reaction device |
JP2017020929A (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-26 | 大陽日酸株式会社 | Isotope concentration calculation method |
JP2017040655A (en) * | 2015-08-20 | 2017-02-23 | 株式会社堀場エステック | Cp2Mg CONCENTRATION MEASUREMENT DEVICE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5436790B2 (en) | 2014-03-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5436790B2 (en) | Oxygen isotope enrichment method | |
Abdelaziz et al. | Temperature-dependent behavior of nitrogen fixation in nanopulsed dielectric barrier discharge operated at different humidity levels and oxygen contents | |
JP2008080200A (en) | Method and apparatus for concentrating heavy component of oxygen isotope | |
JP4699784B2 (en) | Method and apparatus for concentrating oxygen isotopes | |
IL195704A (en) | Method for concentrating oxygen isotope | |
CA2730029A1 (en) | Using raman spectroscopy to control carbonate / bicarbonate concentrations | |
JP4364529B2 (en) | Oxygen isotope enrichment method and apparatus | |
KR102083079B1 (en) | Excimer laser oscillation device having gas recycle function | |
Gao et al. | Study on photodissociation and photoconversion characteristics of CS2 in O2/O3 environment using real-time conversion products obtained by UV-DOAS | |
JP2003053153A (en) | High efficient separation and concentration method of silicone isotope with laser | |
JP6421388B2 (en) | Isotope concentration calculation method | |
US5328575A (en) | Photochemical process and sytem for performing a photochemical process | |
JP4771992B2 (en) | Oxygen isotope enrichment apparatus and enrichment method | |
JP6172684B2 (en) | Oxygen isotope enrichment method | |
JP7161391B2 (en) | Oxygen-containing compound production method and its production apparatus | |
Chao et al. | Spectroscopic and kinetic studies of the ClSO radical from Cl2SO photolysis | |
Borsella et al. | Isotopic enrichment in laser-induced multiphoton dissociation: 13 C separation from natural CF 3 Br in a flow system | |
Apatin et al. | Study on the Capabilities of One-and Two-Stage Separation Schemes for Producing Highly Enriched Carbon-13 by the Laser Method | |
Ivanenko et al. | Proceedings of International Conference" Lasers 97", Dec 1997, New Orleans, USA | |
US4187157A (en) | Method and apparatus for isotope concentration | |
JP4953274B2 (en) | Isotope separation method using molecular rotation period difference | |
KR20200062947A (en) | Method for the Separation of Carbon Isotope and method for concentrating Carbon isotope | |
US4142955A (en) | Method for the initiation of chemical reactions by low pressure optical pumping | |
JP6812400B2 (en) | Excimer laser oscillator with gas recycling function | |
Wood | Effects of Pulse Delivery on Nitrogen Oxides Formation in a Gas-liquid Nonthermal Plasma Reactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110204 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130322 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130402 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130522 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131126 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131211 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5436790 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |