JP2014070986A - Nuclide conversion method and nuclide conversion device - Google Patents
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Abstract
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。
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
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(D2)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
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/cm2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
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〕
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
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
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
In the
The
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
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
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
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
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
Based on the temperature of the deuterium low concentration portion side of the
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
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
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
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
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
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
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(N2)ボンベ、アルゴン(Ar)ボンベ、及びCE(Cold Evaporator)などとされる。
Dehumidifying
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
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
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(N2)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
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
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CsNO3、CsOH、NaNO3、Sr(NO3)2、Ba(NO3)2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
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
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
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
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
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
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
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
(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)_N2が供給される。第1電解溶液タンク20内の重水は、N2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
CE (Cold Evaporator) _N 2 is supplied from the gas source to the first
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
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
(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
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
(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(D2O)が電気分解されて、重水素ガス(D2)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
A deuterium concentration gradient is generated between the deuterium
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
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
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
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
(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
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
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
図3は、電解溶液(重水ベース)中の電解質塩(CsNO3)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CsNO3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
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、CsNO3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
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
(Density adjustment process)
The ion concentration in the electrolytic solution in the deuterium
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
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
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
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
(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(1×105Pa)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
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
In this embodiment, since the
〔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
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
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。
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
(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
First, in the
The electrolytic solution having a high ion concentration flows in the deuterium
(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
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
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
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
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
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
In this embodiment, you may adjust the temperature of the
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
3 Deuterium
Claims (11)
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.
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.
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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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