JP2014070986A - Nuclide conversion method and nuclide conversion device - Google Patents

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Shigenori Tsuruga
薫典 鶴我
Yasuhiro Iwamura
康弘 岩村
Takehiko Ito
岳彦 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the amount of nuclide conversion in a nuclide conversion device and a nuclide conversion method, capable of performing nuclide conversion with a relatively small-scale device compared with a large-scale device such as an accelerator and an atomic furnace.SOLUTION: In the nuclide conversion method using a nuclide conversion device 1 comprising: a tubular structural body 2; a heavy hydrogen high concentration part 3 through which an electrolyte including heavy water and the substance to be subjected to nuclide conversion can circulate; and a heavy hydrogen low concentration part 4 located at the outside of the structure 2, the electrolyte is fed to the heavy hydrogen high concentration part 3, the electrolyte is electrolyzed, thus heavy hydrogen is generated to make a state where the concentration of heavy hydrogen is high in the vicinity of the surface on the side of the heavy hydrogen concentration part 3 in the structure 2, and further, to make a state where the concentration of heavy hydrogen is low to the heavy hydrogen high concentration part 3 in the heavy hydrogen low concentration part 4, the structure 2 is passed through from the heavy hydrogen high concentration part 3 toward the heavy hydrogen low concentration part 3, thus the substance to be subjected to nuclide conversion in the structure 2 is subjected to nuclide conversion by the heavy hydrogen.

Description

本発明は、放射性廃棄物処理技術、自然界に豊富に存在する元素から稀少な元素を生成する技術、凝集系核反応によるエネルギー発生技術などに係る核種変換方法及び核種変換装置に関するものである。   The present invention relates to a radionuclide conversion method and a radionuclide conversion apparatus related to a radioactive waste treatment technique, a technique for generating a rare element from elements abundantly present in nature, an energy generation technique using an agglomeration-type nuclear reaction, and the like.

加速器や原子炉等の大規模な装置に比べて、相対的に小規模な装置で核種変換を行うことが可能な核種変換装置及び核種変換方法が、特許文献1に開示されている。   Patent Document 1 discloses a nuclide conversion apparatus and a nuclide conversion method capable of performing nuclide conversion with a relatively small apparatus as compared with a large apparatus such as an accelerator or a nuclear reactor.

特許文献1に開示される核種変換装置は、パラジウム(Pd)やパラジウム合金などの水素吸蔵金属または水素吸蔵合金、及び、これらに対して相対的に仕事関数が低い物質(酸化カルシウム:CaO)を積層させた構造体と、内部が気密保持可能とされた吸蔵室と、構造体を介して気密保持可能に設けられた放出室と、吸蔵室に重水素ガスを供給する重水素供給手段と、放出室を真空状態にする排気手段とを備える。   The nuclide conversion device disclosed in Patent Document 1 includes a hydrogen storage metal or a hydrogen storage alloy such as palladium (Pd) or a palladium alloy, and a material having a relatively low work function (calcium oxide: CaO). A laminated structure, an occlusion chamber in which the inside can be kept airtight, a discharge chamber provided in an airtight manner via the structure, deuterium supply means for supplying deuterium gas to the occlusion chamber, And an evacuation unit that evacuates the discharge chamber.

特許文献1に開示される核種変換装置では、変換したい核種(核種変換を施される物質)を蒸着等の手法を用いて構造体の一方の表面に添加し、核種変換を施される物質を添加した面から重水素(D)ガスを透過させて核反応を誘発し、核種変換を施される物質を別核種に変換する。 In the nuclide conversion device disclosed in Patent Document 1, a nuclide to be converted (substance subjected to nuclide conversion) is added to one surface of the structure using a technique such as vapor deposition, and a substance subjected to nuclide conversion is added. A deuterium (D 2 ) gas is permeated from the added surface to induce a nuclear reaction, and a substance subjected to nuclide conversion is converted into another nuclide.

上記構成の核種変換装置では、CaOなどのナノスケールの薄膜をPdなどと組み合わせた構造体の表面に核種変換を施される物質を添加することで、安定的な核反応の進行、変換量の増大を促進することができる。   In the nuclide conversion device having the above-described configuration, the progress of stable nuclear reaction and the amount of conversion can be controlled by adding a substance capable of nuclide conversion to the surface of a structure in which a nanoscale thin film such as CaO is combined with Pd. Increase can be promoted.

特許第4346838号公報(段落[0009]〜[0014])Japanese Patent No. 4346838 (paragraphs [0009] to [0014])

特許文献1に記載の核種変換装置における核種変換量は、数〜数十ng/cmレベルであり、実用化を進めていくためには、核種変換量の更なる増大が望ましい。 The nuclide conversion amount in the nuclide conversion device described in Patent Document 1 is on the order of several to several tens of ng / cm 2 , and it is desirable to further increase the nuclide conversion amount in order to promote practical application.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加速器や原子炉等の大規模な装置に比べて、相対的に小規模な装置で核種変換を行うことが可能な核種変換装置及び核種変換方法において、核種変換量を増大させることができる核種変換方法及び核種変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of performing nuclide conversion with a relatively small apparatus compared to a large-scale apparatus such as an accelerator or a nuclear reactor. It is an object of the present invention to provide a nuclide conversion method and a nuclide conversion apparatus that can increase the amount of nuclide conversion in an apparatus and a nuclide conversion method.

本発明の第1の態様は、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む管状の構造体の内側に位置する重水素高濃度部に、重水と核種変換を施される物質とを含む電解溶液を供給し、前記重水素高濃度部の一方端部から他方端部に向かって前記電解溶液を流通させる電解溶液供給工程と、前記供給された電解溶液を電気分解して重水素を発生させ、前記構造体の前記重水素高濃度部側の表面近傍で重水素の濃度が高い状態とする高濃度化工程と、前記構造体の外側に位置し、密封可能な閉空間をなす重水素低濃度部を、前記重水素高濃度部に対して重水素の濃度が低い状態とする低濃度化工程と、前記重水素高濃度部からガスを排出するガス排出工程と、前記重水素が前記重水素高濃度部から前記重水素低濃度部に向かって前記構造体を透過する際に、前記構造体において核種変換を施される物質が前記重水素により核種変換される核種変換工程とを備える核種変換方法である。   In the first aspect of the present invention, deuterium high-concentration portion located inside a tubular structure containing palladium or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than palladium alloy, An electrolytic solution supplying step of supplying an electrolytic solution containing a substance subjected to nuclide conversion and flowing the electrolytic solution from one end portion to the other end portion of the deuterium high concentration portion; and the supplied electrolysis A high concentration step for deuterating the solution to generate deuterium, in a state where the deuterium concentration is high in the vicinity of the surface on the deuterium high concentration portion side of the structure, and located outside the structure. The deuterium low concentration part that forms a closed space that can be sealed is made to be in a state where the concentration of deuterium is lower than that of the deuterium high concentration part, and gas is discharged from the deuterium high concentration part. Gas discharge process and said heavy A nuclide conversion step in which nuclide conversion is performed on a substance to be subjected to nuclide conversion in the structure when elemental permeates the structure from the deuterium high concentration part toward the deuterium low concentration part A nuclide conversion method comprising:

本発明の第2の態様は、パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む管状の構造体と、前記構造体の内側に位置する密封可能な閉空間であり、重水と核種変換を施される物質とを含む電解溶液が一方端部から他方端部に向かって流通可能な重水素高濃度部と、前記構造体の外側に位置し、密封可能な閉空間である重水素低濃度部と、電圧発生部、前記構造体の重水素高濃度部側の面と間隔をあけて配置される正極、前記重水素高濃度部に前記電解溶液を供給する電解溶液供給部、及び、前記重水素高濃度部からガスを排出するガス排出経路を備え、前記構造体の前記重水素高濃度部側の表面近傍で重水素の濃度が高い状態とする高濃度化手段と、前記重水素低濃度部を、前記重水素高濃度部に対して前記重水素の濃度が低い状態とする低濃度化手段と、を備え、前記構造体を負極として、前記電圧発生部により前記構造体及び前記正極との間に電圧差を与えて前記電解溶液を電気分解して、前記重水素を発生させ、前記重水素が前記重水素高濃度部から前記重水素低濃度部に向かって前記構造体を透過する際に、前記構造体において核種変換を施される物質が前記重水素により核種変換される核種変換装置である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a tubular structure including palladium or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy, and a sealable closure located inside the structure. It is a space and is located outside the structure, and can be sealed, and an electrolyte solution containing heavy water and a substance subjected to nuclide conversion can flow from one end to the other end. A deuterium low-concentration part, which is a closed space, a voltage generation part, a positive electrode disposed at a distance from the surface of the structure on the deuterium high-concentration part side, and the electrolytic solution supplied to the deuterium high-concentration part An electrolyte solution supply unit that performs gas discharge from the deuterium high concentration portion, and a high deuterium concentration in the vicinity of the surface of the structure on the deuterium high concentration portion side. Concentration means, and deuterium reduction And a concentration reducing means for reducing the deuterium concentration in a state where the deuterium concentration is lower than that of the deuterium high concentration portion, and using the voltage generator as the structure and the positive electrode. The electrolytic solution is electrolyzed by generating a voltage difference between the deuterium and the deuterium to generate the deuterium, and the deuterium permeates the structure from the deuterium high concentration portion toward the deuterium low concentration portion. In this case, the nuclide conversion device in which the substance subjected to nuclide conversion in the structure is subjected to nuclide conversion by the deuterium.

重水素高濃度部において、構造体を電極の1つとして重水を含む電解溶液を電気分解させて重水素を発生させ、構造体表面近傍で重水素の濃度が高い状態とする。一方、重水素低濃度部は、重水素高濃度部に対して相対的に重水素濃度が低い状態とする。これによって、構造体を挟んで重水素高濃度部と重水素低濃度部との間に重水素の濃度勾配を発生させることができる。重水素の濃度勾配によって、構造体の内部で重水素高濃度部側から重水素低濃度部側へと向かう重水素の流束が形成される。電気分解により発生した重水素は、構造体に吸蔵され、重水素低濃度部側へと透過していく。   In the deuterium high-concentration part, an electrolytic solution containing heavy water is electrolyzed using the structure as one of the electrodes to generate deuterium, and the deuterium concentration is high in the vicinity of the structure surface. On the other hand, the deuterium low concentration part is in a state where the deuterium concentration is relatively lower than the deuterium high concentration part. Thus, a deuterium concentration gradient can be generated between the deuterium high concentration portion and the deuterium low concentration portion with the structure interposed therebetween. Due to the deuterium concentration gradient, a deuterium flux from the deuterium high concentration portion side to the deuterium low concentration portion side is formed inside the structure. Deuterium generated by electrolysis is occluded in the structure and permeates to the deuterium low concentration part side.

従来、水素吸蔵金属(構造体)への水素や重水素の添加は、ガス圧を用いて実施されている。ガス圧を用いる場合、ファンデルワールス力(分子間力)により水素が構造体の表面に物理的に吸着し、原子解離(解離吸着、化学吸着)し、侵入型固溶化や、水素化合物生成により金属格子内に水素原子を拡散させる。一方、電気分解を用いて水素吸蔵金属(構造体)へ重水素を添加する場合、電解による等価水素圧(電極内部への充填水素圧力。また、水素過電圧、電解電圧に対応する)が、ガス圧を用いた場合と比較して大幅に高くなるため、重水素の充填密度を高くすることができる。   Conventionally, addition of hydrogen or deuterium to a hydrogen storage metal (structure) has been performed using gas pressure. When gas pressure is used, hydrogen is physically adsorbed on the surface of the structure by van der Waals force (intermolecular force), dissociated (dissociatively adsorbed, chemisorbed), penetrated solid solution, or generated hydrogen compound. Diffusion of hydrogen atoms in the metal lattice. On the other hand, when deuterium is added to the hydrogen storage metal (structure) using electrolysis, the equivalent hydrogen pressure by electrolysis (the hydrogen pressure inside the electrode, which corresponds to the hydrogen overvoltage and electrolysis voltage) is the gas. Since the pressure is significantly higher than when pressure is used, the packing density of deuterium can be increased.

重水素が構造体を透過する間に、重水素と核種変換を施される物質との間で核種変換反応が発生し、核種変換を施される物質が核種変換される。重水が電気分解されると、重水素高濃度部内の電解溶液のイオン濃度が高くなる。電解溶液中のイオン濃度が高いほど、構造体近傍での電気二重の厚さが薄くなり、構造体近傍での電解強度が高くなる。これにより、電解溶液中の核種変換を施される物質のイオンが構造体に向かう加速エネルギーが高くなり、構造体に添加される核種変換を施される物質の量が増大する。また、電界強度が高いほど、構造体(電極)での重水の電気分解が促進される。この結果、本発明の核種変換方法では、核種変換反応量を増大させることができる。   While deuterium permeates the structure, a nuclide conversion reaction occurs between the deuterium and the substance subjected to the nuclide conversion, and the substance subjected to the nuclide conversion is converted into the nuclide. When heavy water is electrolyzed, the ion concentration of the electrolytic solution in the deuterium high concentration part becomes high. The higher the ion concentration in the electrolytic solution, the thinner the electric double in the vicinity of the structure, and the higher the electrolytic strength in the vicinity of the structure. This increases the acceleration energy of ions of the substance subjected to nuclide conversion in the electrolytic solution toward the structure, and increases the amount of the substance subjected to nuclide conversion added to the structure. Moreover, the higher the electric field strength, the more the electrolysis of heavy water at the structure (electrode) is promoted. As a result, in the nuclide conversion method of the present invention, the nuclide conversion reaction amount can be increased.

電解溶液供給工程にて重水素高濃度部側に重水素を含む電解溶液を連続的に供給することにより、重水素高濃度部における重水素濃度を所望の範囲に長期間維持することが可能となる。従って、重水素高濃度部側を水素分圧の高い状態で長時間維持することができ、核種変換反応を長期間継続させることができる。また、構造体を透過しないガスは、ガス排出工程にて外部へと排気されるため、重水素高濃度部内を所定の圧力範囲に維持することができる。   By continuously supplying an electrolytic solution containing deuterium to the deuterium high concentration part side in the electrolytic solution supplying step, it is possible to maintain the deuterium concentration in the deuterium high concentration part within a desired range for a long period of time. Become. Therefore, the deuterium high concentration part side can be maintained for a long time in a state where the hydrogen partial pressure is high, and the nuclide conversion reaction can be continued for a long time. Moreover, since the gas that does not permeate the structure is exhausted to the outside in the gas discharge process, the inside of the deuterium high-concentration portion can be maintained within a predetermined pressure range.

上記態様では、管状の構造体を有している。構造体の長さを変えることにより、1つの装置での反応率を増減させることができる。また、構造体を管状とすることにより、装置容積を低減させることが可能である。   In the said aspect, it has a tubular structure. By changing the length of the structure, the reaction rate in one apparatus can be increased or decreased. Moreover, it is possible to reduce an apparatus volume by making a structure into a tubular shape.

上記核種変換反応の一態様において、前記重水素高濃度部に供給される前の前記核種変換を施される物質のイオンを含む前記電解溶液の温度と、前記重水素高濃度部に供給される前記電解溶液の量と、前記重水素高濃度部に供給される重水の量とが調整されて、前記重水素高濃度部内の前記電解溶液中の前記核種変換を施される物質のイオンの濃度が調整される濃度調整工程を備える。   In one aspect of the nuclide conversion reaction, the temperature of the electrolytic solution containing ions of the substance to be subjected to the nuclide conversion before being supplied to the deuterium high concentration portion and the deuterium high concentration portion are supplied. The concentration of ions of the substance to be subjected to the nuclide conversion in the electrolytic solution in the deuterium high concentration part by adjusting the amount of the electrolytic solution and the amount of heavy water supplied to the deuterium high concentration part A density adjustment step in which

上記各種変換装置の一態様において、前記重水素高濃度部内の前記電解溶液に含まれる前記核種変換を施される物質の濃度を制御する濃度制御部を更に備え、前記濃度制御部が、前記電解溶液供給部において、前記重水に前記核種変換を施される物質を含む電解質塩を添加する電解質塩供給手段と、前記電解溶液の温度を調整する電界溶液温度調整部と、前記電解溶液供給部と前記重水素高濃度部との間に設けられ、前記電解溶液供給部から前記重水素高濃度部への前記電解溶液の供給量を調整する電解溶液供給量調整部と、前記重水素高濃度部に重水を供給する重水供給部と、を備える。   In one aspect of the above various converters, the converter further comprises a concentration control unit that controls the concentration of the substance to be subjected to the nuclide conversion contained in the electrolytic solution in the deuterium high concentration unit, and the concentration control unit includes the electrolysis In the solution supply unit, an electrolyte salt supply means for adding an electrolyte salt containing the substance subjected to the nuclide conversion to the heavy water, an electric field solution temperature adjustment unit for adjusting the temperature of the electrolytic solution, and the electrolytic solution supply unit An electrolytic solution supply amount adjusting unit provided between the deuterium high concentration unit and adjusting the supply amount of the electrolytic solution from the electrolytic solution supply unit to the deuterium high concentration unit; and the deuterium high concentration unit A heavy water supply unit for supplying heavy water to

上述のように、構造体近傍の電解溶液中に含まれる核種変換を施される物質のイオン濃度が高いほど、構造体への核種変換を施される物質の添加量が増大するとともに、構造体での重水の電気分解が促進される。この結果、核種変換反応量を増大させることができる。
一方、重水の電気分解反応量は、核種変換反応量よりも多い。このため、反応が継続されると、核種変換を施される物質を含む電解質の濃度が高くなり、電解質塩が析出する。この電解質塩が電極に付着すると、上記の反応が阻害され、反応量が低下してしまう。
As described above, the higher the ion concentration of the substance subjected to nuclide conversion contained in the electrolyte solution in the vicinity of the structure, the more the amount of the substance subjected to nuclide conversion to the structure increases, and the structure Promotes electrolysis of heavy water. As a result, the nuclide conversion reaction amount can be increased.
On the other hand, the amount of electrolysis reaction of heavy water is larger than the amount of nuclide conversion reaction. For this reason, if reaction is continued, the density | concentration of the electrolyte containing the substance to which nuclide conversion will be given will become high, and electrolyte salt will precipitate. When this electrolyte salt adheres to the electrode, the above reaction is hindered and the reaction amount is reduced.

核種変換を施される物質を含む電解質の電解溶液への溶解量は、電解溶液の温度に依存する。すなわち、電解溶液の温度を高くすることにより、電解質の溶解量が増え、電解溶液中のイオン濃度を高くすることができる。また、電解溶液のイオン濃度は、電解溶液に重水を添加することによって低下させることができる。本発明に依れば、重水素高濃度部内の電解溶液中のイオン濃度を調整することができ、核種変換反応量をコントロールすることができる。
また、核種変換を施される物質のイオンの濃度を調整することにより、電解質塩の析出を防止することができる。
The amount of the electrolyte containing the substance subjected to nuclide conversion in the electrolytic solution depends on the temperature of the electrolytic solution. That is, by increasing the temperature of the electrolytic solution, the amount of electrolyte dissolved increases and the ion concentration in the electrolytic solution can be increased. Further, the ion concentration of the electrolytic solution can be lowered by adding heavy water to the electrolytic solution. According to the present invention, the ion concentration in the electrolytic solution in the deuterium high concentration part can be adjusted, and the nuclide conversion reaction amount can be controlled.
In addition, by adjusting the ion concentration of the substance subjected to nuclide conversion, precipitation of the electrolyte salt can be prevented.

上記核種変換反応の一態様において、前記重水素高濃度部が前記電解溶液の流通方向で複数の領域に区分けされ、複数の前記領域の各々で前記核種変換を施される物質のイオンの濃度が調整される。
この場合、複数の前記領域において、前記重水素高濃度部に前記重水が供給されることが好ましい。
In one aspect of the nuclide conversion reaction, the high concentration portion of deuterium is divided into a plurality of regions in the flow direction of the electrolytic solution, and the concentration of ions of the substance subjected to the nuclide conversion in each of the plurality of regions is Adjusted.
In this case, it is preferable that the heavy water is supplied to the deuterium high concentration portion in the plurality of regions.

上記核種変換装置の一態様において、前記重水素高濃度部が前記電解溶液の流通方向で複数の領域に区分けされ、複数の前記重水供給部を有し、複数の前記領域において、前記重水素高濃度部に複数の前記重水素供給部がそれぞれ接続される。   In one aspect of the above nuclide conversion device, the deuterium high concentration part is divided into a plurality of regions in the flow direction of the electrolytic solution, and has a plurality of the heavy water supply units. A plurality of the deuterium supply units are connected to the concentration unit.

管状の構造体である場合、電解溶液の上流側と下流側とでイオン濃度に差が生じる。そこで、重水素高濃度部が複数の領域に区分けされて、各々の領域でイオン濃度を調整すれば、核種変換量を構造体で均一にしたり、領域毎に核種変換量を変えるなどして、より効率的に核種変換反応量の制御を実施できる。また、重水素高濃度部での電解質塩の析出を確実に抑制することができる。   In the case of a tubular structure, there is a difference in ion concentration between the upstream side and the downstream side of the electrolytic solution. Therefore, if the deuterium high concentration part is divided into a plurality of regions and the ion concentration is adjusted in each region, the nuclide conversion amount is made uniform in the structure, the nuclide conversion amount is changed for each region, etc. The amount of nuclide conversion reaction can be controlled more efficiently. Moreover, precipitation of the electrolyte salt in a deuterium high concentration part can be suppressed reliably.

上記核種変換反応の一態様において、前記構造体の前記重水素低濃度部側の表面を、前記構造体の重水素高濃度部側の温度よりも高くなるように加温し、前記構造体の厚さ方向に温度勾配を形成する。
この場合、前記重水素高濃度部が複数の前記領域に区分けされる場合に、複数の前記領域の各々で、複数の前記領域に位置する前記構造体の前記重水素低濃度部側の表面が加温されることが好ましい。
In one aspect of the nuclide conversion reaction, the surface of the structure on the deuterium low concentration portion side is heated to be higher than the temperature on the deuterium high concentration portion side of the structure, A temperature gradient is formed in the thickness direction.
In this case, when the deuterium high concentration portion is divided into a plurality of the regions, the surface of the structure located in the plurality of regions on the deuterium low concentration portion side in each of the plurality of regions. It is preferable to be heated.

上記核種変換装置の一態様において、前記構造体の前記重水素低濃度部側を、前記構造体の前記重水素高濃度部側よりも高い温度に加温する加温部を備える。
この場合、前記重水素高濃度部が複数の前記領域を有する場合に、複数の前記領域に対応する位置に、複数の前記加温部が設置されることが好ましい。
1 aspect of the said nuclide conversion apparatus WHEREIN: The heating part which heats the said deuterium low concentration part side of the said structure to a temperature higher than the said deuterium high concentration part side of the said structure is provided.
In this case, when the deuterium high-concentration part has a plurality of regions, it is preferable that a plurality of the heating units are installed at positions corresponding to the plurality of regions.

構造体を構成する水素吸蔵金属または水素吸蔵合金、特にパラジウムは、温度が低い方がより水素を吸蔵しやすい傾向を示す。よって、温度勾配を形成させることで、重水素が構造体の重水素高濃度部側表面に存在しやすくなる。これにより、構造体の厚さ方向に重水素の濃度勾配を生じさせることができ、核種変換反応量を増大させることが可能となる。   The hydrogen storage metal or hydrogen storage alloy constituting the structure, particularly palladium, tends to absorb hydrogen more easily at a lower temperature. Therefore, by forming a temperature gradient, deuterium is likely to be present on the surface of the deuterium high concentration portion side of the structure. Thereby, a concentration gradient of deuterium can be generated in the thickness direction of the structure, and the amount of nuclide conversion reaction can be increased.

本発明によれば、重水素高濃度部の水素圧力を相対的に高くする手法として電気分解を用いることで、核種変換量を大幅に増大させることができる。それにより、例えば核廃棄物の無害化処理など、現在は不可能とされている廃棄物処理を実現することができる。   According to the present invention, the amount of nuclide conversion can be greatly increased by using electrolysis as a technique for relatively increasing the hydrogen pressure in the deuterium high concentration portion. Thereby, for example, it is possible to realize waste disposal that is currently impossible, such as detoxification of nuclear waste.

第1実施形態に係る核種変換装置の概略図である。1 is a schematic view of a nuclide conversion apparatus according to a first embodiment. 構造体の断面図である。It is sectional drawing of a structure. 電解質濃度と核種変換を施される物質の添加量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between electrolyte concentration and the addition amount of the substance to which nuclide conversion is performed. 第2実施形態に係る核種変換装置の概略図である。It is the schematic of the nuclide conversion apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

〔第1実施形態〕
図1は、本実施形態に係る核種変換装置の概略図である。
核種変換装置1は、構造体2、重水素高濃度部3、重水素低濃度部4、高濃度化手段5、及び、低濃度化手段6を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of a nuclide conversion apparatus according to the present embodiment.
The nuclide conversion apparatus 1 includes a structure 2, a deuterium high concentration unit 3, a deuterium low concentration unit 4, a high concentration unit 5, and a low concentration unit 6.

構造体2は、管状形状を有する。構造体2は、パラジウム(Pd)またはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金と、これらに対して相対的に仕事関数が低い物質とを有する。相対的に仕事関数が低い物質とは、例えば、仕事関数が3eV未満の物質であり、具体的には、CaOなどとされる。核種変換装置において、構造体は負極の役割も果たす。   The structure 2 has a tubular shape. The structure 2 includes palladium (Pd) or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than a palladium alloy, and a material having a relatively low work function. The substance having a relatively low work function is, for example, a substance having a work function of less than 3 eV, and specifically, CaO or the like. In the nuclide conversion device, the structure also serves as a negative electrode.

図2に、構造体2の断面の一例を示す。図2(a)の構造体2の断面形状は、円形、楕円形、四角形、六角形など特に制限はないが、後述する正極との配置関係に基づいて円形が最も好ましい。
構造体2は、Pd基板7の内側に積層膜8が形成される。図2(b)は、図2(a)の一部分を拡大した概略図である。積層膜8は、例えばCaO層8a(厚さ:2nm)とPd層8b(厚さ:20nm)とが交互に10層積層された構成とされる。CaO層8a及びPd層8bは、アルゴンイオンビームスパッタ法によって、エッチング処理後のPd基板7上に、交互に製膜される。
図2の構造体2は、例えば板状のPd基板上にCaO層及びPd層を積層させたのち、管上に成形して作製される。
FIG. 2 shows an example of a cross section of the structure 2. The cross-sectional shape of the structure 2 in FIG. 2A is not particularly limited, such as a circle, an ellipse, a quadrangle, and a hexagon, but a circle is most preferable based on the positional relationship with the positive electrode described later.
In the structure 2, a laminated film 8 is formed inside the Pd substrate 7. FIG. 2B is an enlarged schematic view of a part of FIG. The laminated film 8 has a configuration in which, for example, ten CaO layers 8a (thickness: 2 nm) and Pd layers 8b (thickness: 20 nm) are alternately laminated. The CaO layer 8a and the Pd layer 8b are alternately formed on the Pd substrate 7 after the etching process by an argon ion beam sputtering method.
The structure 2 shown in FIG. 2 is manufactured by, for example, laminating a CaO layer and a Pd layer on a plate-like Pd substrate and then molding on a tube.

構造体2の内側(Pd基板7と反対側)の表面に、核核種変換を施される物質が、例えば真空蒸着やスパッタ法などの製膜処理によって添加されていても良い。核種変換を施される物質としては、セシウム(Cs)、炭素(C)、ストロンチウム(Sr)、ナトリウム(Na)などが挙げられる。   A substance to be subjected to nuclide conversion may be added to the inner surface (opposite side of the Pd substrate 7) of the structure 2 by a film forming process such as vacuum deposition or sputtering. Examples of the substance subjected to nuclide conversion include cesium (Cs), carbon (C), strontium (Sr), sodium (Na), and the like.

重水素高濃度部3は、管状の構造体2の内側に画定される。管状の構造体2の両端部が治具10により封止されて、重水素高濃度部3が気密保持可能とされている。   The deuterium high concentration portion 3 is defined inside the tubular structure 2. Both end portions of the tubular structure 2 are sealed with a jig 10 so that the deuterium high concentration portion 3 can be kept airtight.

重水素高濃度部3内に電解溶液50が収容される。一方の治具10に配管11が接続され、重水素高濃度部3から液体(電解溶液)が排出可能となっている。   An electrolytic solution 50 is accommodated in the deuterium high concentration portion 3. A pipe 11 is connected to one jig 10, and a liquid (electrolytic solution) can be discharged from the deuterium high concentration part 3.

構造体2よりも径が大きいケーシング12の中に、構造体2がケーシング12の壁面に接触しないように収納される。ケーシング12と構造体2との間の空間が、重水素低濃度部4とされる。重水素低濃度部4の両端が治具10により封止されて、重水素低濃度部4が気密保持可能とされている。   The structure 2 is accommodated in the casing 12 having a larger diameter than the structure 2 so as not to contact the wall surface of the casing 12. The space between the casing 12 and the structure 2 is the deuterium low concentration portion 4. Both ends of the deuterium low concentration portion 4 are sealed by the jig 10 so that the deuterium low concentration portion 4 can be kept airtight.

ケーシング12の外周に、加温部13が設置される。加温部13は、ニクロムヒーターなどとされる。加温部13には、構造体2の重水素低濃度部側の温度を検出し制御する制御装置(図示せず)が接続されている。制御装置は、構造体2の重水素高濃度部3側の温度と重水素低濃度部4側の温度とを検知できる熱電対(図示せず)を有する。重水素高濃度部3側の温度は、構造体2の温度を直接計測しても良いし、重水素高濃度部3内の電解溶液50の温度を計測しても良い。
構造体2の重水素低濃度部側の温度と、重水素高濃度部3内の電解溶液の温度とに基づき、構造体2の重水素低濃度部4側(Pd基板側)が所定温度となるよう加温部13を制御する。
A heating unit 13 is installed on the outer periphery of the casing 12. The heating unit 13 is a nichrome heater or the like. A controller (not shown) for detecting and controlling the temperature on the deuterium low concentration portion side of the structure 2 is connected to the heating unit 13. The control device includes a thermocouple (not shown) that can detect the temperature on the deuterium high concentration part 3 side and the temperature on the deuterium low concentration part 4 side of the structure 2. As for the temperature on the deuterium high concentration part 3 side, the temperature of the structure 2 may be directly measured, or the temperature of the electrolytic solution 50 in the deuterium high concentration part 3 may be measured.
Based on the temperature of the deuterium low concentration portion side of the structure 2 and the temperature of the electrolytic solution in the deuterium high concentration portion 3, the deuterium low concentration portion 4 side (Pd substrate side) of the structure 2 is set to a predetermined temperature. The heating unit 13 is controlled so as to be.

高濃度化手段5は、電圧発生装置14、正極15、電解溶液供給部16、及び、ガス排出経路17から構成されている。   The high concentration means 5 includes a voltage generator 14, a positive electrode 15, an electrolytic solution supply unit 16, and a gas discharge path 17.

正極15は、白金棒などとされる。正極15は重水素高濃度部3内部に配置され、構造体2の内側面(重水素高濃度部側の面)と間隔をあけて配置されている。このとき、構造体2の断面を円形として、円形の中心位置に正極を配置されると、正極15と構造体2(負極)との間の電界強度を略一定にすることができる。   The positive electrode 15 is a platinum rod or the like. The positive electrode 15 is disposed inside the deuterium high-concentration portion 3 and is spaced from the inner side surface (surface on the deuterium high-concentration portion side) of the structure 2. At this time, if the cross section of the structure 2 is circular and the positive electrode is disposed at the center position of the circle, the electric field strength between the positive electrode 15 and the structure 2 (negative electrode) can be made substantially constant.

電圧発生装置14は、重水素高濃度部3の外に位置し、正極15と構造体2(負極)との間に電圧差を与える。   The voltage generator 14 is located outside the deuterium high concentration part 3 and gives a voltage difference between the positive electrode 15 and the structure 2 (negative electrode).

電解溶液供給部16は、第1電解溶液タンク20、第2電解溶液タンク30、電解溶液供給経路21,31、除湿部22,32、及びガス源(図示せず)を備える。   The electrolytic solution supply unit 16 includes a first electrolytic solution tank 20, a second electrolytic solution tank 30, electrolytic solution supply paths 21, 31, dehumidifying units 22, 32, and a gas source (not shown).

第1電解溶液タンク20には、電解溶液として重水素を含む溶液(重水)が収容される。第1電解溶液タンク20は、電解溶液供給経路21を介して第2電解溶液タンク30に接続される。電解溶液供給経路21の一端は、第1電解溶液タンク20内に収容された重水52に浸漬するよう配置される。電解溶液供給経路21にはバルブ23が設けられている。   The first electrolytic solution tank 20 stores a solution containing deuterium (heavy water) as an electrolytic solution. The first electrolytic solution tank 20 is connected to the second electrolytic solution tank 30 via the electrolytic solution supply path 21. One end of the electrolytic solution supply path 21 is disposed so as to be immersed in heavy water 52 accommodated in the first electrolytic solution tank 20. A valve 23 is provided in the electrolytic solution supply path 21.

第2電解溶液タンク30には、電解溶液51が収容される。電解溶液供給経路31の一端は、第2電解溶液タンク30内に収容された電解溶液51に浸漬するように配置される。電解溶液供給経路31の他端は、治具10の一方に接続される。これにより、第2電解溶液タンク30と重水素高濃度部3とが電解溶液供給経路31を介して接続される。電解溶液供給経路31にはバルブ33が設けられている。   An electrolytic solution 51 is accommodated in the second electrolytic solution tank 30. One end of the electrolytic solution supply path 31 is disposed so as to be immersed in the electrolytic solution 51 accommodated in the second electrolytic solution tank 30. The other end of the electrolytic solution supply path 31 is connected to one of the jigs 10. Thereby, the second electrolytic solution tank 30 and the deuterium high concentration unit 3 are connected via the electrolytic solution supply path 31. A valve 33 is provided in the electrolytic solution supply path 31.

第1電解溶液タンク20及び第2電解溶液タンク30には、それぞれ、ガス供給経路24,34を介して除湿部22,32、及びガス源が接続されている。ガス供給経路24,34には、それぞれバルブ25、35が設置される。除湿部22,32は、シリカゲル等による除湿機能付フィルターなどである。ガス源は、不活性ガスが充填されたボンベ、例えば、窒素(N)ボンベ、アルゴン(Ar)ボンベ、及びCE(Cold Evaporator)などとされる。 Dehumidifying sections 22 and 32 and a gas source are connected to the first electrolytic solution tank 20 and the second electrolytic solution tank 30 through gas supply paths 24 and 34, respectively. Valves 25 and 35 are installed in the gas supply paths 24 and 34, respectively. The dehumidifying sections 22 and 32 are filters with a dehumidifying function such as silica gel. The gas source is a cylinder filled with an inert gas, for example, a nitrogen (N 2 ) cylinder, an argon (Ar) cylinder, or a CE (Cold Evaporator).

ガス排出経路17は、重水素高濃度部3内のガスを外部に排出できるよう逆止弁(<1気圧)18を介して重水素高濃度部3に接続されている。   The gas discharge path 17 is connected to the deuterium high concentration section 3 via a check valve (<1 atm) 18 so that the gas in the deuterium high concentration section 3 can be discharged to the outside.

重水素低濃度部4は、低濃度化手段6を備えている。図1において、低濃度化手段6は、ターボ分子ポンプ及びドライポンプなどの排気装置とされ、真空引きすることで重水素低濃度部4内を重水素高濃度部3よりも重水素圧力が低い状態に維持する。   The deuterium low concentration unit 4 includes a low concentration means 6. In FIG. 1, the concentration reducing means 6 is an exhaust device such as a turbo molecular pump and a dry pump, and the deuterium pressure is lower in the deuterium low concentration portion 4 than in the deuterium high concentration portion 3 by evacuation. Maintain state.

低濃度化手段6は、不活性ガス供給装置及び排出経路を備える構成としても良い。この場合、不活性ガス供給装置は、ガス源及び除湿部から構成される。ガス源は、例えば窒素(N)ボンベ、アルゴン(Ar)ボンベ、及びCE(Cold Evaporator)などとされる。排気経路は、逆止弁を介して重水素低濃度部4に接続される。 The concentration reducing means 6 may be configured to include an inert gas supply device and a discharge path. In this case, the inert gas supply device includes a gas source and a dehumidifying unit. Examples of the gas source include a nitrogen (N 2 ) cylinder, an argon (Ar) cylinder, and a CE (Cold Evaporator). The exhaust path is connected to the deuterium low concentration part 4 via a check valve.

本実施形態の核種変換装置1は、濃度制御部を備える。濃度制御部は、電解質塩供給手段、電解溶液温度調整部41、電解溶液供給量調整部、及び、重水供給部42を備える。   The nuclide conversion device 1 of the present embodiment includes a concentration control unit. The concentration control unit includes an electrolyte salt supply unit, an electrolytic solution temperature adjustment unit 41, an electrolytic solution supply amount adjustment unit, and a heavy water supply unit 42.

図1において、電解質塩供給手段は、第2電解溶液タンク30中に配置された核種変換を施される物質を含む電解質塩40とされる。電解質塩40は、第2電解溶液タンク30の底部のように、電解溶液51に一部または全部が浸漬する位置に配置される。電解質塩供給手段は、核種変換を施される物質を含む電解質塩が第2電解溶液タンク30の外部から電解溶液51中に投入される装置構成(例えば電解質塩を収容するタンク及びバルブなど)としても良い。核種変換を施される物質を含む電解質塩は、例えばCsNO、CsOH、NaNO、Sr(NO、Ba(NO等とされる。第2電解溶液タンク30中の電解溶液51には、核種変換を施される物質を含む電解質塩が溶解する。従って、電解溶液51には、核種変換を施される物質のイオン(例えば、Cs、Sr2+など)が含まれる。 In FIG. 1, the electrolyte salt supply means is an electrolyte salt 40 including a substance to be subjected to nuclide conversion disposed in the second electrolytic solution tank 30. The electrolyte salt 40 is disposed at a position where part or all of the electrolyte salt 40 is immersed in the electrolyte solution 51 like the bottom of the second electrolyte solution tank 30. The electrolyte salt supply means is configured as an apparatus configuration in which an electrolyte salt containing a substance to be subjected to nuclide conversion is introduced into the electrolyte solution 51 from the outside of the second electrolyte solution tank 30 (for example, a tank and a valve for storing the electrolyte salt). Also good. The electrolyte salt containing the substance subjected to nuclide conversion is, for example, CsNO 3 , CsOH, NaNO 3 , Sr (NO 3 ) 2 , Ba (NO 3 ) 2 or the like. In the electrolytic solution 51 in the second electrolytic solution tank 30, an electrolyte salt containing a substance to be subjected to nuclide conversion is dissolved. Therefore, the electrolytic solution 51 contains ions (for example, Cs + , Sr 2+, etc.) of the substance to be subjected to nuclide conversion.

電解溶液温度調整部41として、第2電解溶液タンク30の周囲にヒータが設置される。ヒータは、第2電解溶液タンク30中の電解溶液51の温度を調整する。   As the electrolytic solution temperature adjusting unit 41, a heater is installed around the second electrolytic solution tank 30. The heater adjusts the temperature of the electrolytic solution 51 in the second electrolytic solution tank 30.

電解溶液供給量調整部は、電解溶液供給経路31に設けられたバルブ33とされる。バルブ33の開度により、重水素高濃度部3への電解溶液供給量が制御される。   The electrolytic solution supply amount adjusting unit is a valve 33 provided in the electrolytic solution supply path 31. The amount of electrolytic solution supplied to the deuterium high concentration part 3 is controlled by the opening degree of the valve 33.

重水供給部42は、第3電解溶液タンク43、重水供給経路44、バルブ45、及びガス源(図示せず)を備える。   The heavy water supply unit 42 includes a third electrolytic solution tank 43, a heavy water supply path 44, a valve 45, and a gas source (not shown).

第3電解溶液タンク43には、重水素を含む溶液(重水)が収容される。重水供給経路44の一端は、第3電解溶液タンク43内に収容された重水53に浸漬するように配置される。図1において、重水供給経路44の他端は電解溶液供給経路31に接続される。これにより、第3電解溶液タンク43は、重水供給経路44及び電解溶液供給経路31を介して重水素高濃度部3に接続される。あるいは、重水供給経路44の他端が一方の治具10に直接接続される構成としても良い。重水供給経路44には、バルブ45が設けられている。   The third electrolytic solution tank 43 stores a solution containing deuterium (heavy water). One end of the heavy water supply path 44 is disposed so as to be immersed in the heavy water 53 accommodated in the third electrolytic solution tank 43. In FIG. 1, the other end of the heavy water supply path 44 is connected to the electrolytic solution supply path 31. As a result, the third electrolytic solution tank 43 is connected to the deuterium high concentration part 3 via the heavy water supply path 44 and the electrolytic solution supply path 31. Alternatively, the other end of the heavy water supply path 44 may be directly connected to one jig 10. A valve 45 is provided in the heavy water supply path 44.

第3電解溶液タンク43には、ガス供給経路46を介して除湿部47及びガス源が接続されている。ガス供給経路46には、それぞれバルブ48が設置される。ガス供給経路46、除湿部47、及びガス源は、電解溶液供給部16と同じ構成とされる。   A dehumidifying unit 47 and a gas source are connected to the third electrolytic solution tank 43 via a gas supply path 46. A valve 48 is installed in each gas supply path 46. The gas supply path 46, the dehumidifying unit 47, and the gas source have the same configuration as the electrolytic solution supply unit 16.

重水素高濃度部3に濃度計測部49が接続される。濃度計測部49は、イオン濃度計あるいはpH計とされ、重水素高濃度部3内の電解溶液中のイオン濃度を計測する。   A concentration measurement unit 49 is connected to the deuterium high concentration unit 3. The concentration measuring unit 49 is an ion concentration meter or a pH meter, and measures the ion concentration in the electrolytic solution in the deuterium high concentration unit 3.

第1実施形態の核種変換装置を用いた核種変換方法について説明する。
図1の核種変換装置において、重水素高濃度部3及び重水素低濃度部4は、治具10により液密及び気密状態に封止される。
A nuclide conversion method using the nuclide conversion apparatus of the first embodiment will be described.
In the nuclide conversion device of FIG. 1, the deuterium high concentration portion 3 and the deuterium low concentration portion 4 are sealed in a liquid-tight and air-tight state by a jig 10.

(電解溶液供給工程)
電解溶液供給部16が重水素高濃度部3内に電界溶液を供給する。
第1電解溶液タンク20にガス供給経路24及び除湿部22を介してガス源からCE(Cold Evaporator)_Nが供給される。第1電解溶液タンク20内の重水は、Nを伴って第1電解溶液タンク20から電解溶液供給経路21を経由して第2電解溶液タンク30に搬送される。
(Electrolytic solution supply process)
The electrolytic solution supply unit 16 supplies the electric field solution into the deuterium high concentration unit 3.
CE (Cold Evaporator) _N 2 is supplied from the gas source to the first electrolytic solution tank 20 through the gas supply path 24 and the dehumidifying unit 22. Heavy water in the first electrolytic solution tank 20 is transported from the first electrolytic solution tank 20 to the second electrolytic solution tank 30 via the electrolytic solution supply path 21 with N 2 .

第2電解溶液タンク30内で、核種変換を施される物質を含む電解質塩40が電解溶液51に溶解する。第2電解溶液タンク30中の核種変換を施される物質のイオンの濃度は、第2電解溶液タンク30への電解溶液供給量及び電解溶液51の温度により調整される。なお、系外から電解質塩を投入する場合は、電解質塩の供給量によっても、イオン濃度が調整される。   In the second electrolytic solution tank 30, the electrolyte salt 40 containing the substance to be subjected to nuclide conversion is dissolved in the electrolytic solution 51. The concentration of ions of the substance subjected to nuclide conversion in the second electrolytic solution tank 30 is adjusted by the supply amount of the electrolytic solution to the second electrolytic solution tank 30 and the temperature of the electrolytic solution 51. When the electrolyte salt is introduced from outside the system, the ion concentration is also adjusted by the supply amount of the electrolyte salt.

核種変換を施される物質のイオンを含む電解溶液51が、第2電解溶液タンク30から電解溶液供給経路31を経由して重水素高濃度部3に供給される。電解溶液の供給と同時に、配管11を通じて重水素高濃度部3から電解溶液が排出される。これにより、重水素高濃度部3内において、電解溶液供給経路21に接続される一方端部から配管11に接続される他方端部に向かう電解溶液の流れが発生する。重水素高濃度部3内の電解溶液50が常に正極15を浸漬する量が維持されるように、重水素高濃度部3への電解溶液の供給量が制御される。   An electrolytic solution 51 containing ions of a substance to be subjected to nuclide conversion is supplied from the second electrolytic solution tank 30 to the deuterium high concentration unit 3 via the electrolytic solution supply path 31. Simultaneously with the supply of the electrolytic solution, the electrolytic solution is discharged from the deuterium high concentration portion 3 through the pipe 11. Thereby, in the deuterium high concentration part 3, the flow of the electrolyte solution toward the other end part connected to the piping 11 from one end part connected to the electrolyte solution supply path 21 is generated. The supply amount of the electrolytic solution to the deuterium high concentration part 3 is controlled so that the amount of the electrolytic solution 50 in the deuterium high concentration part 3 is always immersed in the positive electrode 15.

(低濃度化工程)
低濃度化手段6により重水素低濃度部4内を重水素圧力の低い状態とする。詳細には、真空ポンプを用いて、重水素低濃度部4内を真空状態とし、これを維持する。重水素低濃度部4内の圧力は<0.1Paとされると良い。
(Low concentration process)
The deuterium low concentration portion 4 is brought into a low deuterium pressure state by the concentration reducing means 6. In detail, the inside of the deuterium low concentration part 4 is made into a vacuum state using a vacuum pump, and this is maintained. The pressure in the deuterium low concentration portion 4 is preferably <0.1 Pa.

低濃度化手段6として不活性ガス供給装置及び排気経路を設置した場合、不活性ガス供給装置は重水素低濃度部4に不活性ガスを供給する。重水素低濃度部4内の圧力が所定値(1気圧)を超えると逆止弁が開放されて重水素低濃度部4内のガスが外部へと排気される。重水素低濃度部4が不活性環境とされることにより、重水素低濃度部4内の重水素分圧が実質的に0に維持される。   When an inert gas supply device and an exhaust path are installed as the concentration reducing means 6, the inert gas supply device supplies an inert gas to the deuterium low concentration portion 4. When the pressure in the deuterium low concentration portion 4 exceeds a predetermined value (1 atm), the check valve is opened and the gas in the deuterium low concentration portion 4 is exhausted to the outside. By making the deuterium low concentration part 4 into an inert environment, the deuterium partial pressure in the deuterium low concentration part 4 is maintained substantially at zero.

(高濃度化工程)
電圧発生装置14にて正極15に電力を印加し、正極15と負極(構造体)2との間に電圧差を発生させる。電圧差は、少なくとも2V以上とされる。これにより、構造体2の内側表面(Pd基板と反対側の面)上で重水(DO)が電気分解されて、重水素ガス(D)と酸素ガスとが発生する。電圧差が2Vより小さいと、電気分解反応が十分に進まない。
構造体2を挟んで重水素高濃度部3と重水素低濃度部4との間に重水素の濃度勾配が生じ、重水素が重水素高濃度部3から構造体2を透過して重水素低濃度部4に移動する。
(High concentration process)
The voltage generator 14 applies power to the positive electrode 15 to generate a voltage difference between the positive electrode 15 and the negative electrode (structure) 2. The voltage difference is at least 2V. As a result, heavy water (D 2 O) is electrolyzed on the inner surface (surface opposite to the Pd substrate) of the structure 2 to generate deuterium gas (D 2 ) and oxygen gas. If the voltage difference is less than 2V, the electrolysis reaction does not proceed sufficiently.
A deuterium concentration gradient is generated between the deuterium high concentration portion 3 and the deuterium low concentration portion 4 with the structure 2 interposed therebetween, and deuterium permeates the structure 2 from the deuterium high concentration portion 3 to deuterium. Move to the low concentration part 4.

本実施形態では、この時、加温工程を実施しても良い。
(加温工程)
加温部13により重水素低濃度部4側が所定温度に加温される。詳細には、制御装置により構造体2の重水素低濃度部4側(Pd基板側)の温度と重水素高濃度部3側(Pd基板と反対側、あるいは、電解溶液50)が計測され、得られた温度情報が制御装置へと送信される。制御装置は、該温度情報に基づいて、加温部13による構造体2の加温を制御する。
In the present embodiment, a heating step may be performed at this time.
(Heating process)
The deuterium low concentration part 4 side is heated to a predetermined temperature by the heating part 13. Specifically, the temperature of the deuterium low concentration part 4 side (Pd substrate side) and the deuterium high concentration part 3 side (opposite side of the Pd substrate or the electrolytic solution 50) of the structure 2 are measured by the control device. The obtained temperature information is transmitted to the control device. The control device controls the heating of the structure 2 by the heating unit 13 based on the temperature information.

構造体2の表面の層であるPd層8bは、低温で重水素を吸蔵しやすい特性を有する。電解溶液50を冷却することにより、構造体2の重水素高濃度部3側(Pd層)に充填される重水素量が増加する。核種変換量は重水素量に依存するため、構造体2の重水素密度を上げることで、核種変換量を増大させることが可能となる。   The Pd layer 8b, which is a layer on the surface of the structure 2, has a characteristic of easily storing deuterium at a low temperature. By cooling the electrolytic solution 50, the amount of deuterium charged on the deuterium high concentration part 3 side (Pd layer) of the structure 2 is increased. Since the nuclide conversion amount depends on the deuterium amount, the nuclide conversion amount can be increased by increasing the deuterium density of the structure 2.

一方、構造体2の温度は高い方が、重水素の拡散を促進させることができる。構造体2の重水素低濃度部4側を加温し、構造体の厚さ方向に温度勾配を形成させることで、重水素の透過量を増やすことができる。   On the other hand, a higher temperature of the structure 2 can promote deuterium diffusion. By heating the deuterium low concentration portion 4 side of the structure 2 and forming a temperature gradient in the thickness direction of the structure, the permeation amount of deuterium can be increased.

従って、重水素低濃度部4側の温度が重水素高濃度部3側の温度よりも高くなるように、加温部13が重水素低濃度部4側の構造体2を加温する。このときの温度勾配は、50℃程度あると好ましい。   Therefore, the heating unit 13 warms the structure 2 on the deuterium low concentration part 4 side so that the temperature on the deuterium low concentration part 4 side becomes higher than the temperature on the deuterium high concentration part 3 side. The temperature gradient at this time is preferably about 50 ° C.

(核種変換工程)
上記のように、濃度勾配及び温度勾配により、重水素ガスが重水素高濃度部3側から重水素低濃度部4側に向かって構造体2を透過する。電圧発生装置14にて正極15に電力を印加すると、電解溶液中の核種変換を施される物質のイオンは、構造体2(負極)側に移動し、構造体2の内部に侵入する。
(Nuclide conversion process)
As described above, due to the concentration gradient and the temperature gradient, deuterium gas permeates through the structure 2 from the deuterium high concentration portion 3 side toward the deuterium low concentration portion 4 side. When power is applied to the positive electrode 15 by the voltage generator 14, ions of a substance to be subjected to nuclide conversion in the electrolytic solution move to the structure 2 (negative electrode) side and enter the structure 2.

重水素が構造体2を透過する際に、構造体2において核種変換を施される物質(イオン)が核種変換される。例えば、133Cs→141Pr、138Ba→150Sm、88Sr→96Mo、23Na→27Na→27Mg→27Alなどの核種変換反応が生じる。また、予め構造体2に核種変換を施される物質としてCを添加した場合、12C→24Mg→28Si→32Sの反応が生じる。 When deuterium permeates through the structure 2, the substance (ion) subjected to nuclide conversion in the structure 2 is nuclide converted. For example, nuclide conversion reactions such as 133 Cs → 141 Pr, 138 Ba → 150 Sm, 88 Sr → 96 Mo, 23 Na → 27 Na → 27 Mg → 27 Al occur. In addition, when C is added to the structure 2 in advance as a substance to be subjected to nuclide conversion, a reaction of 12 C → 24 Mg → 28 Si → 32 S occurs.

核種変換反応量は、構造体への重水素の透過量、及び、構造体に付着する核種変換を施される物質のイオン量に依存する。   The amount of nuclide conversion reaction depends on the amount of deuterium permeated into the structure and the amount of ions of the substance to be subjected to nuclide conversion attached to the structure.

正極15と構造体2との間の電圧差が一定の場合、重水素高濃度部3の電解溶液中のイオン濃度が高いほど、正極15及び構造体2(負極)表面での電気二重層の厚さが薄くなる。電気二重層での電界強度が高くなるので、核種変換を施される物質のイオンが構造体2に向かって加速されるエネルギーが高くなる。   When the voltage difference between the positive electrode 15 and the structure 2 is constant, the higher the ion concentration in the electrolytic solution of the deuterium high concentration part 3, the higher the electric double layer on the surface of the positive electrode 15 and the structure 2 (negative electrode). The thickness becomes thinner. Since the electric field strength in the electric double layer is increased, the energy by which ions of the substance subjected to nuclide conversion are accelerated toward the structure 2 is increased.

図3は、電解溶液(重水ベース)中の電解質塩(CsNO)濃度と、構造体表面に付着したCs量の相間関係を表すグラフである。同図において、横軸はCsNO濃度、縦軸はCs付着量である。構造体は、平板上のPd基板に、図2と同様にPd層とCaO層とを計10層交互に積層させたものとした。正極及び負極間の電圧差を1Vとして10秒間持続させた後に、構造体表面に付着したCs量をICP=MSを用いて測定した。図3に示されるように、電解溶液中のイオン濃度が高いほど、構造体内に付着する核種変換を施される物質の量が増大する。
電気二重層での電界強度が高いほど、正極15及び構造体2(負極)での電気分解反応が促進される。このため、発生する重水素量も増大する。
FIG. 3 is a graph showing the interrelationship between the concentration of the electrolyte salt (CsNO 3 ) in the electrolytic solution (heavy water base) and the amount of Cs adhering to the surface of the structure. In the figure, the horizontal axis represents CsNO 3 concentration, and the vertical axis represents Cs adhesion amount. In the structure, a total of 10 Pd layers and CaO layers were alternately laminated on a flat Pd substrate in the same manner as in FIG. After maintaining the voltage difference between the positive electrode and the negative electrode at 1 V for 10 seconds, the amount of Cs adhering to the surface of the structure was measured using ICP = MS. As shown in FIG. 3, the higher the ion concentration in the electrolytic solution, the greater the amount of the substance that is subjected to nuclide conversion that adheres to the structure.
The higher the electric field strength at the electric double layer, the more the electrolysis reaction at the positive electrode 15 and the structure 2 (negative electrode) is promoted. For this reason, the amount of generated deuterium also increases.

従って、電解溶液中のイオン濃度が高いほど、核種変換反応量が増大することになる。すなわち、イオン濃度を調整すれば、核種変換量を制御可能である。最も核種変換反応量が多くなるのは、核種変換を施す物質を含む電解質塩の飽和濃度である。例えば、20℃での飽和濃度は、CsNOの場合1.2mol/l、CsOHの場合26.3mol/lである。 Therefore, the higher the ion concentration in the electrolytic solution, the greater the amount of nuclide conversion reaction. That is, the nuclide conversion amount can be controlled by adjusting the ion concentration. The amount of the nuclide conversion reaction that is most increased is the saturation concentration of the electrolyte salt containing the substance that performs the nuclide conversion. For example, the saturation concentration at 20 ° C. is 1.2 mol / l for CsNO 3 and 26.3 mol / l for CsOH.

また、電気分解反応で消費される重水量は、核種変換反応で消費される核種変換が施されるイオン量よりも多い。このため、反応の継続により重水素高濃度部3内の電解溶液中のイオン濃度が高くなり、飽和濃度を超えて電極表面や壁面に電解質塩が析出する。電解質塩が電極表面に析出すると上記反応が抑制される。   Further, the amount of heavy water consumed in the electrolysis reaction is larger than the amount of ions subjected to the nuclide conversion consumed in the nuclide conversion reaction. For this reason, with the continuation of the reaction, the ion concentration in the electrolytic solution in the deuterium high concentration part 3 becomes high, and the electrolyte salt is deposited on the electrode surface and the wall surface exceeding the saturation concentration. When the electrolyte salt is deposited on the electrode surface, the above reaction is suppressed.

本実施形態は、重水素高濃度部3内の電解溶液中の核種変換を施される物質のイオン濃度を調整する濃度調整工程を備えても良い。濃度調整工程により、電解質塩の析出を抑制できる他、核種変換反応量を制御することができる。
(濃度調整工程)
重水素高濃度部3内の電解溶液中のイオン濃度は、濃度計測部49により管理する。濃度計測部49により取得されたイオン濃度に基づいて、重水素高濃度部3内のイオン濃度が調整される。
The present embodiment may include a concentration adjusting step for adjusting the ion concentration of a substance subjected to nuclide conversion in the electrolytic solution in the deuterium high concentration portion 3. The concentration adjustment step can control the amount of nuclide conversion reaction in addition to suppressing the precipitation of the electrolyte salt.
(Density adjustment process)
The ion concentration in the electrolytic solution in the deuterium high concentration unit 3 is managed by the concentration measurement unit 49. Based on the ion concentration acquired by the concentration measuring unit 49, the ion concentration in the deuterium high concentration unit 3 is adjusted.

イオン濃度を増加させる場合、第2電解溶液タンク30内の電解溶液51中のイオン濃度を高くし、第2電解溶液タンク30からの電解溶液51の供給量を増大させる。電解溶液51中のイオン濃度を高くするには、電解溶液温度調整部41により電解溶液51の温度を高くする。系外から電解質塩を第2電解溶液タンク30中に投入する場合は、昇温と共に投入量を増加させても良い。第2電解溶液タンク30中の電解溶液51の水位を確保できるように、第1電解溶液タンク20からの重水52の供給量が調整される。   When increasing the ion concentration, the ion concentration in the electrolytic solution 51 in the second electrolytic solution tank 30 is increased, and the supply amount of the electrolytic solution 51 from the second electrolytic solution tank 30 is increased. In order to increase the ion concentration in the electrolytic solution 51, the electrolytic solution temperature adjustment unit 41 increases the temperature of the electrolytic solution 51. When the electrolyte salt is charged into the second electrolytic solution tank 30 from outside the system, the charging amount may be increased as the temperature rises. The supply amount of heavy water 52 from the first electrolytic solution tank 20 is adjusted so that the water level of the electrolytic solution 51 in the second electrolytic solution tank 30 can be secured.

イオン濃度を低下させる場合、第2電解溶液タンク30内の電解溶液51中のイオン濃度を低下させるとともに、重水素高濃度部3内の重水の割合を増大させる。電解溶液51中のイオン濃度を低下させるためには、電解溶液温度調整部41により電解溶液51の温度を低くする。重水素高濃度部3内の重水の割合を増大させるには、第2電解溶液タンク30からの電解溶液51の供給量を低減するか、バルブ45を開放し、第3電解溶液タンク43から重水53を重水素高濃度部3に供給する。   When decreasing the ion concentration, the ion concentration in the electrolytic solution 51 in the second electrolytic solution tank 30 is decreased and the ratio of heavy water in the deuterium high concentration part 3 is increased. In order to reduce the ion concentration in the electrolytic solution 51, the temperature of the electrolytic solution 51 is lowered by the electrolytic solution temperature adjustment unit 41. In order to increase the ratio of heavy water in the deuterium high-concentration part 3, the supply amount of the electrolytic solution 51 from the second electrolytic solution tank 30 is reduced or the valve 45 is opened, and the heavy water is discharged from the third electrolytic solution tank 43. 53 is supplied to the deuterium high concentration part 3.

上記のように、重水素高濃度部3への電解溶液供給量を変動させる場合は、正極15及び構造体2が電解溶液液面よりも下に位置するように、電解溶液の供給量を調整する。   As described above, when the supply amount of the electrolytic solution to the deuterium high concentration part 3 is varied, the supply amount of the electrolytic solution is adjusted so that the positive electrode 15 and the structure 2 are located below the electrolytic solution level. To do.

また、重水素高濃度部3内では、電解溶液の流通方向に下流側の領域の方で重水の電気分解反応が進行しているため、電解質濃度が高くなる傾向にある。このため、濃度計測部49を重水素高濃度部3の電解溶液下流側に設置し、下流側の重水素高濃度部3の電解溶液中のイオン濃度に応じて、重水素高濃度部3内の電解溶液の温度を上昇させても良い。この場合、電解溶液温度調整部41により電解溶液51の温度を上昇させても良いし、上昇した温度勾配が維持される範囲で加温部13の温度を上昇させても良い。   Moreover, in the deuterium high concentration part 3, since the electrolysis reaction of heavy water is progressing in the downstream area in the flow direction of the electrolytic solution, the electrolyte concentration tends to be high. For this reason, the concentration measuring unit 49 is installed on the downstream side of the electrolytic solution of the deuterium high concentration unit 3, and in the deuterium high concentration unit 3 according to the ion concentration in the electrolytic solution of the deuterium high concentration unit 3 on the downstream side. The temperature of the electrolytic solution may be increased. In this case, the temperature of the electrolytic solution 51 may be increased by the electrolytic solution temperature adjustment unit 41, or the temperature of the heating unit 13 may be increased within a range in which the increased temperature gradient is maintained.

(ガス排出工程)
重水素高濃度部3内で電気分解が進むと、それに伴い重水素ガス及び酸素ガスが発生する。また、電解溶液を重水素高濃度部3に供給する際には重水素高濃度部3内に窒素ガスが流入する。本実施形態では、重水素高濃度部3内の圧力が1気圧(1×10Pa)以上となると逆止弁18が開放され、重水素高濃度部3内から余剰の重水素ガス、酸素ガス及び窒素ガスが排出される。
(Gas discharge process)
When electrolysis proceeds in the deuterium high concentration part 3, deuterium gas and oxygen gas are generated accordingly. Further, when supplying the electrolytic solution to the deuterium high concentration part 3, nitrogen gas flows into the deuterium high concentration part 3. In the present embodiment, the check valve 18 is opened when the pressure in the deuterium high concentration portion 3 becomes 1 atm (1 × 10 5 Pa) or more, and excess deuterium gas, oxygen from the deuterium high concentration portion 3 is opened. Gas and nitrogen gas are discharged.

なお、図1の核種変換装置1では、核種変換反応を生じさせるセクションであるケーシング12(重水素高濃度部3と重水素低濃度部4)が1つであるが、複数設置しても良い。こうすることで、1つの核種変換装置1での反応量を高めることができる。この場合、電解溶液供給部16は複数のケーシング12で共通とし、ケーシング12は電解溶液の流れに対し並列になるように接続させる。重水素低濃度部4を複数のケーシング12で共通して接続させても良い。
本実施形態では構造体2を管状にしているため、ケーシング12容量を小さくすることができ、複数のケーシング12を設置した場合でも装置容量が小さくて済むという利点がある。
In the nuclide conversion apparatus 1 of FIG. 1, there is one casing 12 (deuterium high concentration portion 3 and deuterium low concentration portion 4) that is a section that causes a nuclide conversion reaction. . By carrying out like this, the reaction amount in one nuclide conversion device 1 can be raised. In this case, the electrolytic solution supply unit 16 is shared by the plurality of casings 12, and the casing 12 is connected in parallel to the flow of the electrolytic solution. The deuterium low concentration portion 4 may be connected in common by the plurality of casings 12.
In this embodiment, since the structure 2 is tubular, the capacity of the casing 12 can be reduced, and even when a plurality of casings 12 are installed, there is an advantage that the apparatus capacity can be reduced.

〔第2実施形態〕
図4は、第2実施形態に係る核種変換装置の概略図である。特に説明がない構成については、第1実施形態の核種変換装置と同様の構成とされ、同一の符号が付されている。
本実施形態の核種変換装置100は、重水素高濃度部3が電解溶液の流通方向に複数の領域(図4では3つの領域101a〜101c)に区分けされている。区分けする領域の数は、構造体2(重水素高濃度部3)の長さに応じて適宜設定される。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram of a nuclide conversion apparatus according to the second embodiment. About the structure which is not demonstrated especially, it is set as the structure similar to the nuclide converter of 1st Embodiment, and the same code | symbol is attached | subjected.
In the nuclide conversion device 100 of the present embodiment, the deuterium high concentration part 3 is divided into a plurality of regions (three regions 101a to 101c in FIG. 4) in the flow direction of the electrolytic solution. The number of regions to be divided is appropriately set according to the length of the structure 2 (deuterium high concentration portion 3).

各領域101a〜101cおいて、それぞれ重水供給部102a〜102cが重水素高濃度部3に接続される。重水供給部102a〜102cは、第1実施形態と同様の構成とされる。重水供給部102a〜102cは、重水素高濃度部3の領域101a〜101cにそれぞれ重水を供給する。領域101a〜101cに対応する位置で、重水素高濃度部3内のイオン濃度を計測する濃度計測部103a〜103cが設置される。   In each of the regions 101a to 101c, the heavy water supply units 102a to 102c are connected to the deuterium high concentration unit 3, respectively. The heavy water supply units 102a to 102c have the same configuration as that of the first embodiment. The heavy water supply units 102a to 102c supply heavy water to the regions 101a to 101c of the deuterium high concentration unit 3, respectively. Concentration measuring units 103a to 103c that measure the ion concentration in the deuterium high concentration unit 3 are installed at positions corresponding to the regions 101a to 101c.

領域101a〜101cに対応する位置において、ケーシング12の外周に加温部104a〜104cが設置される。   Heating portions 104a to 104c are installed on the outer periphery of the casing 12 at positions corresponding to the regions 101a to 101c.

第2実施形態の核種変換装置を用いた核種変換方法について説明する。
第1実施形態と同様にして、電解溶液供給工程、低濃度化工程、及び、高濃度化工程が実施される。
A nuclide conversion method using the nuclide conversion apparatus of the second embodiment will be described.
Similarly to the first embodiment, the electrolytic solution supply process, the concentration reduction process, and the concentration increase process are performed.

(加温工程)
加温部104a〜104cにより、重水素低濃度部4側が所定温度に加温される。各加温部104a〜104cの温度制御工程は、第1実施形態と同様である。加温部104a〜104cによる加温は、独立して実施される。こうすることで、各領域での重水素透過量を変えることができ、各領域での核種変換反応量をコントロールできる。
(Heating process)
The deuterium low concentration part 4 side is heated to a predetermined temperature by the heating parts 104a to 104c. The temperature control process of each heating part 104a-104c is the same as that of 1st Embodiment. Heating by the heating units 104a to 104c is performed independently. By doing so, the amount of deuterium permeation in each region can be changed, and the amount of nuclide conversion reaction in each region can be controlled.

(核種変換工程)
第1実施形態と同様に、構造体2において核種変換を施される物質が核種変換される。
まず、領域101aにおいて、電解溶液供給部16から重水素高濃度部3に供給された電解溶液の電気分解反応と核種変換反応とが起こる。電気分解反応により消費される重水量は、核種変換反応で消費されるイオン量よりも多い。このため、領域101aで反応が継続されると、領域101aの電解溶液中のイオン濃度が高い状態になる。
イオン濃度が高い電解溶液は、領域101aから領域103b及び領域103cに向かって重水素高濃度部3内を流通する。領域101b,101cにおいても、領域101aと同様の反応が起こる。
(Nuclide conversion process)
As in the first embodiment, the substance subjected to nuclide conversion in the structure 2 is nuclide converted.
First, in the region 101a, an electrolytic reaction and a nuclide conversion reaction of the electrolytic solution supplied from the electrolytic solution supply unit 16 to the deuterium high concentration unit 3 occur. The amount of heavy water consumed by the electrolysis reaction is larger than the amount of ions consumed by the nuclide conversion reaction. For this reason, when the reaction is continued in the region 101a, the ion concentration in the electrolytic solution in the region 101a becomes high.
The electrolytic solution having a high ion concentration flows in the deuterium high concentration portion 3 from the region 101a toward the region 103b and the region 103c. In the regions 101b and 101c, a reaction similar to that in the region 101a occurs.

(濃度調整工程)
上述のように、重水の電気分解により電解溶液中のイオンが濃縮される。第1実施形態と同様に、重水素高濃度部3内に電解質塩が析出しないように、また、核種変換反応量を制御するために、重水素高濃度部3内のイオン濃度が調整される。本実施形態においては、各領域101a〜101cのイオン濃度が独立して調整される。
(Density adjustment process)
As described above, ions in the electrolytic solution are concentrated by electrolysis of heavy water. Similar to the first embodiment, the ion concentration in the deuterium high concentration part 3 is adjusted so that the electrolyte salt does not precipitate in the deuterium high concentration part 3 and to control the nuclide conversion reaction amount. . In the present embodiment, the ion concentrations of the regions 101a to 101c are adjusted independently.

濃度計測部103a〜103cが、設置される領域101a〜101cにおける重水素高濃度部3内の電解溶液中のイオン濃度を計測する。   The concentration measuring units 103a to 103c measure the ion concentration in the electrolytic solution in the deuterium high concentration unit 3 in the installed regions 101a to 101c.

イオン濃度を増加させる場合、第1実施形態と同様の方法で、第2電解溶液タンク30内の電解溶液51中のイオン濃度を高くし、第2電解溶液タンク30からの電解溶液51の供給量を増大させる。領域101b及び領域101cに関しては、領域101aでの電気分解量を増大させることにより、領域101aでの電解溶液濃度を高めることができる。   When increasing the ion concentration, the ion concentration in the electrolytic solution 51 in the second electrolytic solution tank 30 is increased by the same method as in the first embodiment, and the supply amount of the electrolytic solution 51 from the second electrolytic solution tank 30 is increased. Increase. Regarding the region 101b and the region 101c, the electrolytic solution concentration in the region 101a can be increased by increasing the amount of electrolysis in the region 101a.

イオン濃度を低下させる場合、第1実施形態と同様の方法で、第2電解溶液タンク30内の電解溶液51中のイオン濃度を低下させる。また、重水供給部102a〜102cから重水供給経路105a〜105cを介して重水を供給して、重水素高濃度部3内の重水の割合を増大させる。このとき、各濃度計測部103a〜103cが計測したイオン濃度に基づいて、領域101a〜101cのそれぞれで、バルブ106a〜106cの開度を調整して、第3電解溶液タンク107a〜107cからの重水供給量を調整する。   When reducing the ion concentration, the ion concentration in the electrolytic solution 51 in the second electrolytic solution tank 30 is reduced by the same method as in the first embodiment. Further, heavy water is supplied from the heavy water supply units 102a to 102c via the heavy water supply paths 105a to 105c, and the ratio of heavy water in the deuterium high concentration unit 3 is increased. At this time, heavy water from the third electrolytic solution tanks 107a to 107c is adjusted by adjusting the opening degree of the valves 106a to 106c in each of the regions 101a to 101c based on the ion concentrations measured by the concentration measuring units 103a to 103c. Adjust the supply amount.

各領域で加温部104a〜104cによる加熱量を変えると、各領域での重水素透過量を変えることができる。加温部104a〜104cの温度を変えることによっても、各領域での電解溶液中のイオン濃度を調整することが可能である。   When the heating amount by the heating units 104a to 104c is changed in each region, the deuterium permeation amount in each region can be changed. It is also possible to adjust the ion concentration in the electrolytic solution in each region by changing the temperature of the heating units 104a to 104c.

具体的に、電解溶液の流通方向の上流側の領域104aよりも下流側の領域104cの方が、重水の電気分解反応が進行しているため、電解質濃度が高くなる傾向にある。下流側の領域104cで電解質塩の濃度が飽和濃度を超えると、電極表面や壁面に電解質塩が析出する。電解質塩が電極表面に析出すると上記反応が抑制される。
本実施形態では、下流側の領域ほど温度が高くなるように、加温部104a〜104cの温度を調整しても良い。この場合、第1実施形態で説明した重水素高濃度部3と重水素低濃度部4との間の温度勾配が維持されるように調整される。こうすることで、電解溶液下流側において、電気分解反応により重水量が減少しても、電解質塩の飽和濃度が高くなるので、析出を抑制することができる。
Specifically, the electrolyte concentration tends to be higher in the region 104c on the downstream side than the region 104a on the upstream side in the flow direction of the electrolytic solution because the heavy water electrolysis reaction proceeds. When the concentration of the electrolyte salt exceeds the saturation concentration in the downstream region 104c, the electrolyte salt is deposited on the electrode surface and the wall surface. When the electrolyte salt is deposited on the electrode surface, the above reaction is suppressed.
In this embodiment, you may adjust the temperature of the heating parts 104a-104c so that temperature may become high as the area | region of a downstream side. In this case, the temperature gradient between the deuterium high concentration part 3 and the deuterium low concentration part 4 described in the first embodiment is adjusted to be maintained. By so doing, even if the amount of heavy water decreases due to the electrolysis reaction on the downstream side of the electrolytic solution, the saturation concentration of the electrolyte salt increases, so that precipitation can be suppressed.

1,100 核種変換装置
2 構造体(負極)
3 重水素高濃度部
4 重水素低濃度部
5 高濃度化手段
6 低濃度化手段
7 Pd基板
8 積層膜
8a CaO層
8b Pd層
10 治具
11 配管
12 ケーシング
13,104a〜104c 加温部
14 電圧発生装置
15 正極
16 電解溶液供給部
17 ガス排出経路
18 逆止弁
20 第1電解溶液タンク
21,31 電解溶液供給経路
22,32,47 除湿部
23,25,33,35,45,48,106a〜106c バルブ
24,34,46 ガス供給経路
30 第2電解溶液タンク
40 電解質塩
41 電解溶液温度調整部
42,102a〜102c 重水供給部
43,107a〜107c 第3電解溶液タンク
44,105a〜105c 重水供給部
49,103a〜103c 濃度計測部
50,51 電解溶液
52,53 重水
101a〜101c 領域
1,100 nuclide conversion device 2 structure (negative electrode)
3 Deuterium high concentration part 4 Deuterium low concentration part 5 High concentration means 6 Low concentration means 7 Pd substrate 8 Laminated film 8a CaO layer 8b Pd layer 10 Jig 11 Pipe 12 Casing 13, 104a-104c Heating part 14 Voltage generator 15 Positive electrode 16 Electrolytic solution supply unit 17 Gas discharge path 18 Check valve 20 First electrolytic solution tanks 21, 31 Electrolytic solution supply paths 22, 32, 47 Dehumidifying units 23, 25, 33, 35, 45, 48, 106a-106c Valves 24, 34, 46 Gas supply path 30 Second electrolytic solution tank 40 Electrolyte salt 41 Electrolytic solution temperature adjustment unit 42, 102a-102c Heavy water supply unit 43, 107a-107c Third electrolytic solution tank 44, 105a-105c Heavy water supply unit 49, 103a to 103c Concentration measuring unit 50, 51 Electrolytic solution 52, 53 Heavy water 101a to 101c region

Claims (11)

パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む管状の構造体の内側に位置する重水素高濃度部に、重水と核種変換を施される物質とを含む電解溶液を供給し、前記重水素高濃度部の一方端部から他方端部に向かって前記電解溶液を流通させる電解溶液供給工程と、
前記供給された電解溶液を電気分解して重水素を発生させ、前記構造体の前記重水素高濃度部側の表面近傍で重水素の濃度が高い状態とする高濃度化工程と、
前記構造体の外側に位置し、密封可能な閉空間をなす重水素低濃度部を、前記重水素高濃度部に対して重水素の濃度が低い状態とする低濃度化工程と、
前記重水素高濃度部からガスを排出するガス排出工程と、
前記重水素が前記重水素高濃度部から前記重水素低濃度部に向かって前記構造体を透過する際に、前記構造体において核種変換を施される物質が前記重水素により核種変換される核種変換工程と
を備える核種変換方法。
Deuterium and a substance to be subjected to nuclide conversion in a high concentration portion of deuterium located inside a tubular structure containing palladium or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than palladium alloy. An electrolytic solution supplying step of supplying an electrolytic solution containing, and circulating the electrolytic solution from one end portion of the deuterium high concentration portion toward the other end portion;
Electrolyzing the supplied electrolyte solution to generate deuterium, and increasing the concentration of deuterium near the surface of the structure on the deuterium-enriched portion side;
A low concentration step in which a deuterium low concentration portion located outside the structure and forming a sealable closed space is in a state where the concentration of deuterium is lower than the high concentration portion of deuterium;
A gas discharging step of discharging gas from the deuterium high concentration part;
When the deuterium permeates the structure from the deuterium high-concentration part toward the deuterium low-concentration part, the nuclide whose nuclide is converted into the nuclide by the deuterium in the structure A nuclide conversion method comprising a conversion step.
前記重水素高濃度部に供給される前の前記核種変換を施される物質のイオンを含む前記電解溶液の温度と、前記重水素高濃度部に供給される前記電解溶液の量と、前記重水素高濃度部に供給される重水の量とが調整されて、前記重水素高濃度部内の前記電解溶液中の前記核種変換を施される物質のイオンの濃度が調整される濃度調整工程を備える請求項1に記載の核種変換方法。   The temperature of the electrolytic solution containing ions of the substance subjected to the nuclide conversion before being supplied to the deuterium high concentration part, the amount of the electrolytic solution supplied to the deuterium high concentration part, and the heavy ion A concentration adjusting step in which the amount of heavy water supplied to the high hydrogen concentration portion is adjusted to adjust the concentration of ions of the substance subjected to the nuclide conversion in the electrolytic solution in the high deuterium concentration portion. The nuclide conversion method according to claim 1. 前記重水素高濃度部が前記電解溶液の流通方向で複数の領域に区分けされ、複数の前記領域の各々で前記核種変換を施される物質のイオンの濃度が調整される請求項2に記載の核種変換方法。   The deuterium high concentration part is divided into a plurality of regions in the flow direction of the electrolytic solution, and the concentration of ions of the substance subjected to the nuclide conversion is adjusted in each of the plurality of regions. Radionuclide conversion method. 複数の前記領域において、前記重水素高濃度部に前記重水が供給される請求項3に記載の核種変換方法。   The nuclide conversion method according to claim 3, wherein the heavy water is supplied to the deuterium high concentration portion in the plurality of regions. 前記構造体の前記重水素低濃度部側の表面を、前記構造体の重水素高濃度部側の温度よりも高くなるように加温し、前記構造体の厚さ方向に温度勾配を形成する請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の核種変換方法。   The surface on the deuterium low concentration portion side of the structure is heated to be higher than the temperature on the deuterium high concentration portion side of the structure to form a temperature gradient in the thickness direction of the structure. The nuclide conversion method according to any one of claims 1 to 4. 前記重水素高濃度部が複数の前記領域に区分けされる場合に、複数の前記領域の各々で、複数の前記領域に位置する前記構造体の前記重水素低濃度部側の表面が加温される請求項5に記載の核種変換方法。   When the deuterium high concentration portion is divided into a plurality of the regions, the surface of the structure located in the plurality of regions on the deuterium low concentration portion side is heated in each of the plurality of regions. The nuclide conversion method according to claim 5. パラジウムまたはパラジウム合金、あるいは、パラジウム以外の水素吸蔵金属またはパラジウム合金以外の水素吸蔵合金を含む管状の構造体と、
前記構造体の内側に位置する密封可能な閉空間であり、重水と核種変換を施される物質とを含む電解溶液が一方端部から他方端部に向かって流通可能な重水素高濃度部と、
前記構造体の外側に位置し、密封可能な閉空間である重水素低濃度部と、
電圧発生部、前記構造体の重水素高濃度部側の面と間隔をあけて配置される正極、前記重水素高濃度部に前記電解溶液を供給する電解溶液供給部、及び、前記重水素高濃度部からガスを排出するガス排出経路を備え、前記構造体の前記重水素高濃度部側の表面近傍で重水素の濃度が高い状態とする高濃度化手段と、
前記重水素低濃度部を、前記重水素高濃度部に対して前記重水素の濃度が低い状態とする低濃度化手段と、
を備え、
前記構造体を負極として、前記電圧発生部により前記構造体及び前記正極との間に電圧差を与えて前記電解溶液を電気分解して、前記重水素を発生させ、
前記重水素が前記重水素高濃度部から前記重水素低濃度部に向かって前記構造体を透過する際に、前記構造体において核種変換を施される物質が前記重水素により核種変換される核種変換装置。
A tubular structure containing palladium or a palladium alloy, or a hydrogen storage metal other than palladium or a hydrogen storage alloy other than palladium alloy;
A closed space that can be sealed inside the structure, and a high concentration portion of deuterium in which an electrolytic solution containing heavy water and a substance subjected to nuclide conversion can flow from one end to the other end; ,
A deuterium low-concentration portion which is located outside the structure and is a closed space that can be sealed;
A voltage generator, a positive electrode disposed at a distance from a surface on the deuterium high concentration portion side of the structure, an electrolytic solution supply unit for supplying the electrolytic solution to the deuterium high concentration portion, and the deuterium high A high concentration means comprising a gas discharge path for discharging gas from the concentration portion, and a state in which the concentration of deuterium is high in the vicinity of the surface on the deuterium high concentration portion side of the structure;
A concentration reducing means for setting the deuterium low concentration portion to a state in which the concentration of the deuterium is lower than the deuterium high concentration portion;
With
Using the structure as a negative electrode, the voltage generator applies a voltage difference between the structure and the positive electrode to electrolyze the electrolytic solution to generate the deuterium,
When the deuterium permeates the structure from the deuterium high-concentration part toward the deuterium low-concentration part, the nuclide whose nuclide is converted into the nuclide by the deuterium in the structure Conversion device.
前記重水素高濃度部内の前記電解溶液に含まれる前記核種変換を施される物質の濃度を制御する濃度制御部を更に備え、
前記濃度制御部が、
前記電解溶液供給部において、前記重水に前記核種変換を施される物質を含む電解質塩を添加する電解質塩供給手段と、
前記電解溶液の温度を調整する電界溶液温度調整部と、
前記電解溶液供給部と前記重水素高濃度部との間に設けられ、前記電解溶液供給部から前記重水素高濃度部への前記電解溶液の供給量を調整する電解溶液供給量調整部と、
前記重水素高濃度部に重水を供給する重水供給部と、
を備える請求項7に記載の核種変換装置。
A concentration control unit for controlling the concentration of the substance subjected to the nuclide conversion contained in the electrolytic solution in the deuterium high concentration unit;
The concentration controller
In the electrolytic solution supply unit, an electrolyte salt supply means for adding an electrolyte salt containing a substance that is subjected to the nuclide conversion to the heavy water;
An electric field solution temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the electrolytic solution;
An electrolytic solution supply amount adjustment unit that is provided between the electrolytic solution supply unit and the deuterium high concentration unit and adjusts the supply amount of the electrolytic solution from the electrolytic solution supply unit to the deuterium high concentration unit;
A heavy water supply section for supplying heavy water to the deuterium high concentration section;
The nuclide conversion device according to claim 7 provided.
前記重水素高濃度部が前記電解溶液の流通方向で複数の領域に区分けされ、
複数の前記重水供給部を有し、
複数の前記領域において、前記重水素高濃度部に複数の前記重水素供給部がそれぞれ接続される請求項8に記載の核種変換装置。
The deuterium high concentration part is divided into a plurality of regions in the flow direction of the electrolytic solution,
A plurality of the heavy water supply units;
The nuclide conversion device according to claim 8, wherein the plurality of deuterium supply units are connected to the deuterium high concentration unit in each of the plurality of regions.
前記構造体の前記重水素低濃度部側を、前記構造体の前記重水素高濃度部側よりも高い温度に加温する加温部を備える請求項7乃至請求項9のいずれかに記載の核種変換装置。   10. The heating device according to claim 7, further comprising a heating unit that heats the deuterium low concentration portion side of the structure to a temperature higher than that of the deuterium high concentration portion side of the structure. Nuclide conversion device. 前記重水素高濃度部が複数の前記領域を有する場合に、複数の前記領域に対応する位置に、複数の前記加温部が設置される請求項10に記載の核種変換装置。   The nuclide conversion device according to claim 10, wherein when the deuterium high concentration part has a plurality of the regions, the plurality of heating units are installed at positions corresponding to the plurality of regions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110462751A (en) * 2017-04-03 2019-11-15 三菱重工业株式会社 The evaluation method of tectosome for nucleic conversion reaction, evaluating apparatus, have its tectosome manufacturing device and nucleic converting system

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CN110462751A (en) * 2017-04-03 2019-11-15 三菱重工业株式会社 The evaluation method of tectosome for nucleic conversion reaction, evaluating apparatus, have its tectosome manufacturing device and nucleic converting system

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