JP2019093312A - Isotope separation device, isotope separation system and isotope separation method - Google Patents

Isotope separation device, isotope separation system and isotope separation method Download PDF

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JP2019093312A JP2017221777A JP2017221777A JP2019093312A JP 2019093312 A JP2019093312 A JP 2019093312A JP 2017221777 A JP2017221777 A JP 2017221777A JP 2017221777 A JP2017221777 A JP 2017221777A JP 2019093312 A JP2019093312 A JP 2019093312A
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直樹 田嶋
Naoki Tajima
直樹 田嶋
紘子 澤田
Hiroko Sawada
紘子 澤田
関 秀司
Hideji Seki
秀司 関
新一 牧野
Shinichi Makino
新一 牧野
恒雄 大村
Tsuneo Omura
恒雄 大村
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  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)

Abstract

To provide a compact isotope separation device having high isotope separation efficiency, an isotope separation system and an isotope separation method.SOLUTION: An isotope separation device includes: a container 1 storing a liquid 1a containing isotopes; a mist generator 7 misting the liquid; a mist transfer pipe 4 disposed at the upper part of the container; a partition member 5a partitioning the mist transfer pipe into a plurality of regions and having a plurality of holes in which the mist can pass through; a gas 2a transferring mist 3a-3d; and a mist recovery container 9 connected to the upper part of the mist transfer pipe.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、液体中から同位体を分離するための同位体分離装置、同位体分離システム及び同位体分離方法に関する。   Embodiments of the present invention relate to an isotope separation apparatus, an isotope separation system and an isotope separation method for separating isotopes from liquid.

原子力発電所で事故が発生した場合、事故直後の主たる除染対象核種はセシウム(Cs)であるが、近年、滞留水中のトリチウム水の処理の必要性が高まりつつある。従来のトリチウム水の処理方法は希釈であったが、近年、滞留水中に含まれるトリチウム水を分離除去することが要望されつつある。   When an accident occurs at a nuclear power plant, the main decontamination target nuclides immediately after the accident are cesium (Cs), but in recent years, the need for treatment of tritium water in stagnant water is increasing. The conventional method for treating tritium water has been dilution, but in recent years, it has been desired to separate and remove tritium water contained in stagnant water.

トリチウム水を分離濃縮して回収、除去することは、これまでも原子力産業における核反応の制御や核燃料サイクルの信頼性の向上技術として重要であり、また、生物、化学、医療等の分野における特定元素に対するラベル技術としても重要である。   Separation, concentration, recovery, and removal of tritiated water is important as a technology for improving nuclear reaction control and nuclear fuel cycle reliability in the nuclear industry, and it has also been identified in the fields of biological, chemical, medical, etc. It is also important as a label technology for elements.

通常の同位体分離方法では、拡散法、遠心分離法等の質量数の差異に基づく分離法が一般的であるが、重水やトリチウム水等の同位体分離手段としては、精密蒸留法、同位体交換法、電気分解法等が挙げられる。   In general isotope separation methods, separation methods based on mass number differences such as diffusion methods and centrifugation methods are generally used, but as means for isotope separation such as heavy water and tritiated water, precision distillation methods, isotopes A replacement method, an electrolysis method, etc. are mentioned.

精密蒸留法では、水(HO)、重水(DO)、トリチウム水(TO)の間で沸点に差異があることから、蒸留塔を使用して分離するものである。ただし、トリチウム水でも水との沸点の差異は3℃程度のため、蒸留塔の高さにもよるが1段あたりの分離効率は高くなく、処理のためには多くの段数が必要である。 In the precision distillation method, since there is a difference in boiling point between water (H 2 O), heavy water (D 2 O) and tritiated water (T 2 O), separation is performed using a distillation column. However, the difference in boiling point between tritium water and water is about 3 ° C., so the separation efficiency per stage is not high although depending on the height of the distillation column, and a large number of stages are required for treatment.

同位体交換法では、HS溶剤に対し重水またはトリチウム水を接触させると、重水素(D)、トリチウム(T)はHSのHと交換してHS側に移るので、これを回収して濃縮することによりD、Tを回収できる。この方法は、D、Tの分離回収によく用いられているが、HSの毒性、腐食性、反応の操作の煩雑性等の問題がある。 The isotope exchange method, is brought into contact with H 2 S solvent to heavy water or tritiated water, deuterium (D), since tritium (T) moves to the H 2 S side was replaced with H of H 2 S, which D and T can be recovered by recovering and concentrating. This method is often used for separation and recovery of D and T, but has problems such as H 2 S toxicity, corrosiveness, and complicated operation of the reaction.

電解法でも分離可能であるが、設備費、消費電力の大きいことが欠点となっている。
なお、原子力発電所からの汚染水ではなく、核融合炉等で採用されているトリチウム分離手段ではCECE法(Combined Electrolysis Catalytic Exchange) とよばれる触媒による同位体交換法がもっとも有力である。
Although separation is possible by the electrolytic method, the equipment cost and the large power consumption are disadvantageous.
Among the tritium separation methods used in fusion reactors, etc. instead of the polluted water from nuclear power plants, the most popular method is the isotope exchange method using a catalyst called CECE (Combined Electrolysis Catalytic Exchange).

しかし、この手法はアルカリ水電解又は固体高分子電解質による電気分解を行い、トリチウムの濃縮と水素化を行う必要があるが、原理的に装置の高さが高くなることが避けられない。このCECEシステムを建屋内に納めるために、複数の階層を貫いて配置する必要があるため、建屋の大型化やトリチウム閉じ込め空間数の増加を招き、コスト増の要因となっている。このCECEシステムを小型化するために、CECEシステムの前段で、処理量を低減させるシステム開発が必須な状況である。
また、重水やトリチウム水等を含む水を微小な液滴にミスト化し、密度の大小によって重水やトリチウム水を分離する手段も提案されている。
However, this method needs to perform electrolysis with alkaline water electrolysis or solid polymer electrolyte, and perform concentration and hydrogenation of tritium, but in principle, the height of the device can not be avoided. In order to store this CECE system in a building interior, it is necessary to be arranged through multiple layers, which causes the size of the building to be increased and the number of tritium confinement spaces to increase, which causes an increase in cost. In order to miniaturize this CECE system, it is essential to develop a system that reduces the amount of processing before the CECE system.
There is also proposed a means for forming water containing heavy water, tritiated water or the like into a fine droplet and separating heavy water or tritiated water depending on the density.

特公昭61−28603号公報Japanese Patent Publication No. 61-28603 特開2017−56422号公報JP, 2017-56422, A

上述したように、重水やトリチウム水の分離手法として従来用いられてきた精密蒸留法、同位体交換法、電気分解法、CECE法等の分離システムは、複雑なプロセスが必要で、処理コストも高く、かつ、装置が大型化するという課題があった。   As mentioned above, separation systems such as precision distillation, isotope exchange, electrolysis and CECE, which have been conventionally used as separation methods for heavy water and tritiated water, require complicated processes and high processing costs. And, there was a problem that the device became large.

また、従来のミスト化による分離システムは、省エネ性や小型化の点で利点を有するが、分離率を高めるために分離装置を多段化する必要があり、全体として装置が大型化するという課題があった。   Although the conventional separation system by mist formation has advantages in terms of energy saving performance and miniaturization, in order to increase the separation rate, it is necessary to multistage the separation device, and the problem that the device as a whole becomes large there were.

本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたもので、コンパクトで分離効率が高い同位体分離装置、同位体分離システム及び同位体分離方法を提供することを目的とする。   The embodiment of the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a compact isotope separation apparatus, isotope separation system, and isotope separation method with high separation efficiency.

上記課題を解決するために、本実施形態に係る同位体分離装置は、同位体を含む液体が収容される容器と、前記液体をミスト化するミスト化装置と、前記容器の上部に設けられたミスト移送管と、前記ミスト移送管を複数の領域に区画する仕切部材と、前記ミストを移送するガスと、前記ミスト移送管の上部に接続されたミスト回収容器と、を備えた同位体分離装置であって、前記仕切部材はミストが通過可能な多数の孔を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned subject, the isotope separation device concerning this embodiment is provided in the upper part of the container in which the liquid containing an isotope is stored, the misting device which atomizes the liquid, and the container. An isotope separator comprising a mist transfer pipe, a partition member for dividing the mist transfer pipe into a plurality of regions, a gas for transferring the mist, and a mist recovery container connected to an upper portion of the mist transfer pipe The partition member may have a plurality of holes through which mist can pass.

また、本実施形態に係る同位体分離システムは、本発明の実施形態に係る同位体分離装置を並列及び/又は直列に複数配置したことを特徴とする。
また、本実施形態に係る同位体分離方法は、本発明の実施形態に係る同位体分離装置を用いて同位体分離を行うことを特徴とする。
Moreover, the isotope separation system according to the present embodiment is characterized in that a plurality of isotope separation devices according to the embodiment of the present invention are arranged in parallel and / or in series.
Moreover, the isotope separation method according to the present embodiment is characterized in that isotope separation is performed using the isotope separation device according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施形態によれば、同位体の分離効率が高いコンパクトな同位体分離装置、同位体分離システム及び同位体分離方法を提供することができる。   According to an embodiment of the present invention, a compact isotope separation device, isotope separation system and isotope separation method with high isotope separation efficiency can be provided.

第1の実施形態に係る同位体分離装置の構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram of the isotope separator which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る同位体分離装置を用いた実証試験例。6 is a demonstration test example using the isotope separation device according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る同位体分離装置の構成図。The block diagram of the isotope separator which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る同位体分離装置の構成図。The block diagram of the isotope separator which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る同位体分離装置の構成図。The block diagram of the isotope separator which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る同位体分離システムの構成図。The block diagram of the isotope separation system which concerns on 5th Embodiment.

以下、本発明に係る同位体分離装置、同位体分離システム及び同位体分離方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
第1の実施形態に係る同位体分離装置及び同位体分離方法を、図1及び図2を用いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the isotope separation apparatus, the isotope separation system, and the isotope separation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
The isotope separation apparatus and the isotope separation method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

(概要)
まず、本実施形態に係る同位体分離装置及び同位体分離方法の概要について、図1を用いて説明する。
(Overview)
First, an overview of the isotope separation apparatus and the isotope separation method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

重水(DO)やトリチウム水(HTO、DTO、TO等)を含む液体がミスト化すると、重水やトリチウム水を多く含むミストは、主に軽水(HO)が含まれるミストよりも密度が大きくなる。ミスト化による分離システムはこの密度差により、重水やトリチウム水を分離する。 When a liquid containing heavy water (D 2 O) or tritiated water (HTO, DTO, T 2 O, etc.) is misted, the mist containing much heavy water or tritiated water is more than the mist containing mainly light water (H 2 O) The density also increases. The separation system by mist formation separates heavy water and tritiated water by this density difference.

さらに、本発明者等は、分離装置内に充填物や構造物(仕切部材)を配置し、積極的にミストの凝集と液滴化を引き起こすことで、同位体の分離効率が向上することを知見し、本発明に至ったものである。   Furthermore, the present inventors place packings or structures (partitioning members) in the separating apparatus, and actively cause aggregation and dropletization of the mist to improve the separation efficiency of isotopes. The present invention has been found out.

図1は本発明の実施形態に係る同位体分離装置20の構成図で、主に重水及び/又はトリチウム水等の同位体が含まれる水を主体とする液体1aが収容される容器1と、容器1内の液体1aをミスト化するためのミスト化装置7と、ミストを移送するためのガス2aを供給する配管2と、容器1の上部に設けられるミスト移送管4と、ミスト移送管4内に設置された少なくとも1以上の仕切部材5aと、ミスト移送管4の上部に配管により接続されたミスト回収容器9と、から構成される。   FIG. 1 is a block diagram of an isotope separation apparatus 20 according to an embodiment of the present invention, which includes a container 1 containing a liquid 1a mainly containing water including isotopes such as heavy water and / or tritium water. A mist forming device 7 for forming a liquid 1 a in the container 1, a pipe 2 for supplying a gas 2 a for transferring the mist, a mist transfer pipe 4 provided on the upper part of the container 1, and a mist transfer pipe 4 It consists of at least one or more partition members 5a installed inside and a mist recovery container 9 connected to the upper part of the mist transfer pipe 4 by piping.

仕切部材5aはミスト移送管4を高さ方向に複数の領域(図1の例では、領域I〜領域III )が形成されるように少なくとも1つ設けられ、多数の小さな孔を有する粒子状の集合体(粒状集合体)や、パンチングメタル、ハニカム状メタル、格子状メタル等の構造体、又は焼結体等が用いられる。図1の例では仕切部材5aとして粒状集合体を用いる例を示している。   At least one partition member 5a is provided so that a plurality of regions (in the example of FIG. 1, region I to region III) are formed in the height direction of the mist transfer pipe 4, and in the form of particles having a large number of small holes. An aggregate (granular aggregate), a structure such as a punching metal, a honeycomb metal, a lattice metal, or a sintered body is used. In the example of FIG. 1, the example which uses a granular aggregate as the partition member 5a is shown.

また、ミスト化装置7は、ガスや液体の噴霧、衝突による加圧作用によってミスト化する手段、高周波や音波による加振作用によってミスト化する手段、液体1aを回転、加熱、又は攪拌することによってミスト化する手段等が用いられるが、図1の例では、ガスの噴霧又は衝突によってミスト化する例を示している。なお、ガス噴霧装置は独自に設けてもよいが、移送用のガスを噴霧手段として併用してもよく、図1の例では移送用のガス2aをミスト化手段として併用した例を示している。   In addition, the mist formation device 7 is a means for forming mist by spraying of gas or liquid, a pressurizing action due to collision, a means for forming mist by oscillating action by high frequency wave or sound wave, rotation, heating or stirring of the liquid 1a. Although a means for forming a mist or the like is used, the example of FIG. 1 shows an example of forming a mist by spraying or collision of a gas. Although the gas spray device may be provided independently, a transfer gas may be used in combination as the spray means, and the example of FIG. 1 shows an example in which the transfer gas 2a is used in combination as the mist formation means. .

また、ガス2aは、窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、炭酸ガス又は水蒸気のうち、少なくとも1種類以上のガスを含んでいる。
さらに、上述したミスト化手段は、1種類でもよいが、複数種類組み合わせて用いてもよい。
In addition, the gas 2a contains at least one gas of nitrogen, oxygen, argon, helium, neon, carbon dioxide gas, or water vapor.
Furthermore, although the mist formation means mentioned above may be one type, you may use it in combination of multiple types.

このように構成された同位体分離装置20の作用について説明する。
まず、容器1内には同位体濃度がA(ベクレル/ml)の液体が収容されているものとする。
The operation of the isotope separator 20 configured as described above will be described.
First, it is assumed that a liquid having an isotope concentration of A (becquerel / ml) is contained in the container 1.

配管2から噴霧されたガス2aの加圧作用によって容器1内の液体1aがミスト化されると、ミスト3aはミスト移送管4の領域Iに流れ込む。
その際、液体1aがミスト3aになると表面積が大きくなるため揮発しやすくなり、その蒸発潜熱により仕切部材5aの表面温度が低下し、ミスト3aの一部が凝集しやすくなる。
When the liquid 1 a in the container 1 is misted by the pressurizing action of the gas 2 a sprayed from the pipe 2, the mist 3 a flows into the region I of the mist transfer pipe 4.
At that time, when the liquid 1a becomes mist 3a, the surface area becomes large and it is easily volatilized, the surface temperature of the partition member 5a is lowered due to the evaporation latent heat, and a part of the mist 3a is easily aggregated.

また、ミスト移送管4の内部を容器1の雰囲気温度よりも低温に制御してもよく、その場合、仕切部材5aを構成する粒状集合体の粒子径よりも小さいミストは進行方向に移送される一方、凝集等により粒子径が大きくなった液滴6は下方に滴下する。   In addition, the inside of the mist transfer pipe 4 may be controlled to a temperature lower than the ambient temperature of the container 1. In that case, mist smaller than the particle diameter of the particulate aggregate constituting the partition member 5a is transferred in the traveling direction On the other hand, the droplet 6 whose particle diameter is increased due to aggregation or the like drops downward.

このように、仕切部材5aに付着したミスト3aは他のミスト3aと凝集し液滴化し、その液滴6の重力が仕切部材5aの付着力よりも大きくなると容器1に向かって落下する。
さらに、仕切部材5の少なくとも一部を疎水性の物質で構成するか、又は疎水性の物質で被覆することで、液滴化を促進するようにしてもよい。
As described above, the mist 3a attached to the partition member 5a condenses with the other mist 3a to form droplets, and drops toward the container 1 when the gravity of the droplets 6 becomes larger than the adhesion of the partition member 5a.
Further, at least a part of the partition member 5 may be made of a hydrophobic substance or covered with a hydrophobic substance to promote the droplet formation.

図1に示す例では、ミスト移送管4は粒状集合体からなる2つの仕切部材5aが配置され、3つの領域I〜III に区画されているが、各領域でミストの凝集による液滴化と比重の小さなミストの移送を行うことにより、各領域で同位体濃度が小さいミストが生成され、次領域に移送される。これを複数の領域で繰り返すことで、最終的に同位体濃度がより少ないミストが得られ、ミスト回収容器9に回収される。
このようにして、同位体を含む液体1aから、同位体濃度が大きい液体と小さい液体に分離することが可能となる。
In the example shown in FIG. 1, the mist transfer pipe 4 is provided with two partition members 5a consisting of granular aggregates and is divided into three regions I to III. By carrying out the transfer of the mist having a small specific gravity, a mist having a small isotope concentration in each region is generated and transferred to the next region. By repeating this in a plurality of regions, a mist having a lower isotope concentration is finally obtained, and is collected in the mist collection container 9.
In this way, it is possible to separate the liquid containing isotope 1a into a liquid with high isotope concentration and a liquid with small isotope concentration.

ここで、1つの領域における分離度F(T)を式(1)で表す。
F = 容器1内の液体の同位体濃度/ミスト中の同位体濃度 ・・・ (1)
Here, the degree of separation F (T) in one region is expressed by equation (1).
F = isotope concentration of liquid in container 1 / isotope concentration in mist ... (1)

容器1内の液体の同位体濃度がA(ベクレル/ml)とすると、領域I〜III において、ミストの同位体濃度(Bq/ml)は、それぞれ次式(2)〜(4)で表される。
領域I ; A × (1−F(T)) ・・・ (2)
領域II ; A × (1−F(T)) ・・・ (3)
領域III ; A × (1−F(T)) ・・・ (4)
Assuming that the isotope concentration of the liquid in the container 1 is A (becquerel / ml), the isotope concentration (Bq / ml) of the mist is represented by the following formulas (2) to (4) in the regions I to III, respectively. Ru.
Region I; A × (1-F (T)) ... (2)
Region II; A × (1-F (T)) 2 (3)
Region III; A × (1−F (T)) 3 (4)

分離度F(T)は温度Tの関数であり、温度が室温程度であれば、分離度F(T)は約5〜10%であり、分離工程を多段(複数領域)とすることで、全体の分離度を高くすることができる。
なお、仕切部材5aの設置位置、設置間隔は適宜変更可能である。
The degree of separation F (T) is a function of the temperature T, and when the temperature is around room temperature, the degree of separation F (T) is about 5 to 10%, and by making the separation process into multiple stages (multiple regions), The overall degree of separation can be increased.
In addition, the installation position of the partition member 5a and an installation space | interval can be changed suitably.

(実施例1)
本実施例1において、図1に示す容器1内には原子力施設から排出された主に水(HO)からなる液体1aが収容されている。この液体1aには水素の同位体である高濃度のトリチウムが含まれているが、場合によってはNaやClといったイオン成分を含む場合がある。
また、トリチウムの存在形態としては、HTO、DTO、TOが挙げられるが、主にHTOの形態として存在する。さらに、酸素の同位体も含まれる場合がある。
Example 1
In the first embodiment, the container 1 shown in FIG. 1 contains a liquid 1a mainly composed of water (H 2 O) discharged from a nuclear facility. The liquid 1a contains a high concentration of tritium which is an isotope of hydrogen, but in some cases it may contain an ionic component such as Na + or Cl .
In addition, as the existence form of tritium, HTO, DTO, T 2 O may be mentioned, but it exists mainly in the form of HTO. In addition, isotopes of oxygen may also be included.

本実施例1では、図1に示す同位体分離装置20を用いて水素又は酸素の同位体を分離する。
まず、配管2からガス2aを容器1内の液体1aの気液界面に噴霧衝突させ、容器1内の上部空間にミスト3aを発生させる。
In the first embodiment, isotopes of hydrogen or oxygen are separated using the isotope separation device 20 shown in FIG.
First, the gas 2 a from the piping 2 is caused to collide with the gas-liquid interface of the liquid 1 a in the container 1 by spraying, and the mist 3 a is generated in the upper space in the container 1.

ガス2aは、窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、炭酸ガス、水蒸気を少なくとも1種類以上を含み、約50kPa以上に保たれている。
容器1内で発生したミスト3aはミスト移送管4の領域Iに入り、ガス2aとともに領域I内を上昇する。そして、領域I内のミスト3aはミスト移送管4の内面や仕切部材5aに接触することで、ミスト3a同士が合体凝集し、密度が増加し液滴化する。液滴6は容器1に向かって落下し、再度ガス2aによってミスト化される。
The gas 2a contains at least one or more of nitrogen, oxygen, argon, helium, neon, carbon dioxide gas and water vapor, and is maintained at about 50 kPa or more.
The mist 3a generated in the container 1 enters the area I of the mist transfer pipe 4 and ascends in the area I together with the gas 2a. When the mist 3a in the region I contacts the inner surface of the mist transfer pipe 4 and the partition member 5a, the mists 3a are coalesced together, the density is increased, and the liquid droplets are formed. The droplets 6 fall toward the container 1 and are again atomized by the gas 2a.

また、ミスト3aは表面積が増加することで蒸発が促進されるが、仕切部材5aの近傍で蒸発すると蒸発潜熱により仕切部材5aの表面温度が低下し、凝集による液滴化が起きやすくなるとともに、ガス2aの湿度が低下する。そして、ガス2a中の湿度と周囲環境の湿度の差が大きいほど蒸発速度が高まるため、仕切部材5aの表面部分での蒸発が生じやすくなり、液滴化が促進される。
このように、領域Iではミスト3aの液滴化を積極的に行う一方、径の小さなミスト3bが仕切部材5aを通って領域IIに入る。
The evaporation of the mist 3a is promoted by the increase of the surface area, but when it evaporates in the vicinity of the partition member 5a, the surface temperature of the partition member 5a decreases due to the latent heat of evaporation, and dropletization due to aggregation tends to occur. The humidity of the gas 2a is reduced. Then, the evaporation rate increases as the difference between the humidity in the gas 2a and the humidity of the surrounding environment increases, so that evaporation easily occurs on the surface portion of the partition member 5a, and dropletization is promoted.
As described above, in the region I, the mist 3a is actively formed into droplets, while the mist 3b having a small diameter passes through the partition member 5a and enters the region II.

そして、領域IIでも領域Iと同様な現象が繰り返される。すなわち、領域IIでは、湿度が領域Iよりも低くなり、径の小さなミスト3bが領域IIと領域III との間の仕切部材5a等による凝集によって液滴化が促進され、その結果、より径の小さなミスト3cが仕切部材5aをとおして領域III へ移る。   Then, the same phenomenon as in the region I is repeated in the region II. That is, in the region II, the humidity is lower than that in the region I, and the mist 3b having a small diameter promotes dropletization by aggregation by the partition member 5a or the like between the region II and the region III. The small mist 3c moves to the region III through the partition member 5a.

また、低湿度の領域III では、蒸発やミスト移送管4の内面との接触等により液滴化が促進され、最終的により径の小さなミスト3dがミスト回収容器9に回収され、凝集等により液化される。   Further, in the low humidity region III, dropletization is promoted by evaporation or contact with the inner surface of the mist transfer pipe 4, etc., and the mist 3d having a smaller diameter is finally recovered in the mist recovery container 9 and liquefied by aggregation etc. Be done.

なお、図1の例では、領域I〜領域III における相対的な湿度を、それぞれ高湿度、中湿度、低湿度と表現している。
上述したように、本実施例1では、領域I〜領域III で同位体分離を順次実施する結果、領域III における同位体濃度は式(4)に示すように、A×(1−F(T))となる。
In the example of FIG. 1, the relative humidity in the region I to the region III is expressed as high humidity, medium humidity, and low humidity, respectively.
As described above, in Example 1, as a result of sequentially performing isotope separation in the regions I to III, the isotope concentration in the region III is A × (1−F (T )) 3 ).

この同位体分離装置を用いて、80Bq/mlのトリチウム水(HTO)を含む純水(HO)を用いて実証試験を行ったところ、図2に示すように、約3時間の間、分離度F(T)が約10%に維持されることがわかった。 A demonstration test was conducted using pure water (H 2 O) containing 80 Bq / ml tritiated water (HTO) using this isotope separator, and as shown in FIG. It was found that the degree of separation F (T) was maintained at about 10%.

なお、本実施例1では、領域I〜領域III からなる3段のミスト移送管4を用いているが、これに限定されず、段数を増やすことによりさらに分離効率を高めることが可能である。   In the first embodiment, the three-stage mist transfer pipe 4 including the region I to the region III is used. However, the present invention is not limited to this, and the separation efficiency can be further enhanced by increasing the number of stages.

(効果)
以上説明したように、本第1の実施形態によれば、仕切部材5aで仕切られた多段のミスト移送管4を用いることで、同位体の分離効率が高いコンパクトな同位体分離装置及び同位体分離方法を提供することができる。
(effect)
As described above, according to the first embodiment, by using the multistage mist transfer pipe 4 partitioned by the partition member 5a, a compact isotope separator and isotope having high isotope separation efficiency are provided. A separation method can be provided.

[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る同位体分離装置を、図3を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
Second Embodiment
An isotope separator according to a second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the said embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本第2の実施形態では、図3に示すように、領域Iと領域IIとの間は粒状集合体からなる仕切部材5aで区画され、領域IIと領域III との間は複数の細孔を有する構造体からなる仕切部材5bで区画される。また、仕切部材5a、5bは温度制御装置10に接続され、所望の温度に冷却可能な構成となっている。   In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the region I and the region II are partitioned by the partition member 5a made of a granular aggregate, and the region II and the region III are a plurality of pores. It is divided by the partition member 5b which consists of a structure which it has. The partition members 5a and 5b are connected to the temperature control device 10, and can be cooled to a desired temperature.

仕切部材5bを構成する構造体は、パンチングメタル、ハニカム状メタル、格子状メタル、焼結体等から構成され、ミストが通過可能な孔が多数形成されている。
温度制御装置10は仕切部材5a、5bをミスト移送管4の内部温度よりも低温に冷却し、仕切部材5a、5b近傍におけるミストの凝集とガス2aの除湿を促進する。
The structure constituting the partition member 5b is made of a punching metal, a honeycomb metal, a lattice metal, a sintered body or the like, and a large number of holes through which mist can pass are formed.
The temperature control device 10 cools the partition members 5a and 5b to a temperature lower than the internal temperature of the mist transfer pipe 4, and promotes mist condensation and dehumidification of the gas 2a in the vicinity of the partition members 5a and 5b.

これにより、仕切部材5a、5bに付着しているミストの蒸発が促進され、最終的にミストの回収効率を向上させることができる。
なお、仕切部材5a、5bを構成する粒状集合体やパンチングメタル等の構造体は、少なくともその一部を疎水性の材料で構成するか、又は疎水性の物質で被覆することで、ミストの液滴化やミストの蒸発を促進するようにしてもよい。
Thereby, the evaporation of the mist adhering to the partition members 5a and 5b is promoted, and the mist collection efficiency can be finally improved.
Incidentally, the structure of the granular aggregate, the punching metal and the like constituting the partition members 5a and 5b is at least a part of a hydrophobic material or is covered with a hydrophobic material to form a mist liquid It may be possible to promote the formation of droplets or the evaporation of mist.

以上説明したように、本第2の実施形態によれば、種類の異なる仕切部材を用い、温度制御装置に接続することで、同位体の分離効率や装置のコンパクト化を向上させることができる。   As described above, according to the second embodiment, by using different types of partition members and connecting them to the temperature control device, it is possible to improve isotope separation efficiency and compactness of the device.

[第3の実施形態]
第3の実施形態に係る同位体分離装置を、図4を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本第3の実施形態では、図4に示すように、ミスト移送管4を容器1に対し傾斜して配置した構成としている。
Third Embodiment
An isotope separator according to a third embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the said embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
In the third embodiment, as shown in FIG. 4, the mist transfer pipe 4 is arranged to be inclined with respect to the container 1.

仕切部材5a近傍のミスト3a〜3cは傾斜した仕切部材5aを横移動するため、ミスト3a〜3cの移動距離が垂直なミスト移送管4よりも長くなる。これにより、ミスト3a〜3cが仕切部材5a近傍に滞在する時間が長くなるため、ミストの液滴化やミストの蒸発をさらに促進することができる。   The mists 3a to 3c in the vicinity of the partition member 5a move laterally on the inclined partition member 5a, so the moving distance of the mists 3a to 3c is longer than that of the mist transfer pipe 4 in the vertical direction. As a result, since the time for the mists 3a to 3c to stay in the vicinity of the partition member 5a becomes long, it is possible to further promote the droplet formation of the mist and the evaporation of the mist.

また、凝集等によって形成された液滴6の一部は、ミスト移送管4の内面に沿って容器1へ滴下するため、容器1への直接滴下を低減させることができる。これにより、容器1内におけるミスト化を安定的に行うことが可能となる。
なお、ミスト移送管4の傾斜角度は適宜変更可能である。
In addition, since a part of the droplets 6 formed by the aggregation etc. drips onto the container 1 along the inner surface of the mist transfer pipe 4, the direct dripping to the container 1 can be reduced. Thereby, it becomes possible to perform mist formation in container 1 stably.
In addition, the inclination angle of the mist transfer pipe 4 can be changed suitably.

以上説明したように、本第3の実施形態によれば、ミスト移送管4を傾斜させることで同位体の分離効率をさらに向上させることができる。   As described above, according to the third embodiment, it is possible to further improve the separation efficiency of isotopes by inclining the mist transfer pipe 4.

[第4の実施形態]
第4の実施形態に係る同位体分離装置を、図5を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
Fourth Embodiment
An isotope separator according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the said embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本第4の実施形態では、図5に示すように、ミスト回収容器9に温度制御装置11を接続し、ミスト回収容器9に冷媒を供給することで、領域III から回収されたミスト3dの液化を促進させる構成としている。   In the fourth embodiment, as shown in FIG. 5, the temperature control device 11 is connected to the mist recovery container 9, and the refrigerant is supplied to the mist recovery container 9, thereby liquefying the mist 3d recovered from the region III. To promote.

これにより低濃度同位体の回収速度及び回収効率が向上するほか、ガス2aの湿度が低下する。このガス2aを配管13を通して容器1へ戻し、容器1におけるミスト発生用のガスや移送用のガスに再利用することで、処理効率の向上と省資源化を図ることができる。   As a result, the recovery rate and recovery efficiency of low concentration isotopes are improved, and the humidity of the gas 2a is reduced. By returning the gas 2 a to the container 1 through the pipe 13 and reusing the gas for mist generation and the gas for transfer in the container 1, it is possible to improve processing efficiency and save resources.

[第5の実施形態]
第5の実施形態に係る同位体分離システムを、図6を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本第5の実施形態では、図6に示すように、複数の同位体分離装置21〜24を並列及び/又は直列に配列したシステム構成としている。
Fifth Embodiment
The isotope separation system according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the said embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 6, a system configuration in which a plurality of isotope separators 21 to 24 are arranged in parallel and / or in series is used.

図6に示すシステム例では、第1〜第4の実施形態で説明した同位体分離装置21、22を並列に配置して並列処理を行い、その後、直列に配置された同位体分離装置23、24により直列処理を行う構成としている。これにより、並列処理では処理速度の向上を図ることができるとともに、直列処理では分離効率を向上させることができる。
なお、図6に示すシステムは1例にすぎず、並列処理及び/又は直列処理を適宜組み合わせて、複数の同位体分離装置を用いた種々のシステムを構成することができる。
In the system example shown in FIG. 6, the isotope separators 21 and 22 described in the first to fourth embodiments are arranged in parallel to perform parallel processing, and thereafter, the isotope separators 23 arranged in series, 24 is configured to perform serial processing. As a result, processing speed can be improved in parallel processing, and separation efficiency can be improved in serial processing.
The system shown in FIG. 6 is only an example, and various systems using a plurality of isotope separation devices can be configured by appropriately combining parallel processing and / or serial processing.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、上記実施形態ではトリチウムを例に説明したが、重水素や酸素の同位体にも適用可能であり、かつ、水素及び酸素以外の同位体にも適用可能である。   While certain embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. For example, although tritium has been described as an example in the above embodiment, the present invention is also applicable to isotopes of deuterium and oxygen, and is also applicable to isotopes other than hydrogen and oxygen.

これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…容器、1a…液体、2…配管、2a…ガス、3a〜3d…ミスト、4…ミスト移送管、5a、5b…仕切部材、6…液滴、7…ミスト化装置、9…ミスト回収容器、10、11…温度制御装置、13…配管、20〜24…同位体分離装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container, 1a ... Liquid, 2 ... Plumbing, 2a ... Gas, 3a-3d ... Mist, 4 ... Mist transfer pipe, 5a, 5b ... Partition member, 6 ... Droplet, 7 ... Mistization apparatus, 9 ... Mist collection Container, 10, 11 ... temperature control device, 13 ... piping, 20-24 ... isotope separation device

Claims (10)

同位体を含む液体が収容される容器と、前記液体をミスト化するミスト化装置と、前記容器の上部に設けられたミスト移送管と、前記ミスト移送管を複数の領域に区画する仕切部材と、前記ミストを移送するガスと、前記ミスト移送管の上部に接続されたミスト回収容器と、を備えた同位体分離装置であって、
前記仕切部材はミストが通過可能な多数の孔を有することを特徴とする同位体分離装置。
A container containing a liquid containing an isotope, a mist forming apparatus for forming the liquid into a mist, a mist transfer pipe provided on an upper portion of the container, and a partition member dividing the mist transfer pipe into a plurality of regions An isotope separation apparatus comprising: a gas for transferring the mist; and a mist recovery container connected to an upper portion of the mist transfer pipe,
The isotope separation device according to claim 1, wherein the partition member has a large number of holes through which mist can pass.
前記仕切部材は粒状集合体、焼結体、パンチングメタル、ハニカム状メタル又は格子状メタルであることを特徴とする請求項1記載の同位体分離装置。   The isotope separating apparatus according to claim 1, wherein the partition member is a granular aggregate, a sintered body, a punching metal, a honeycomb metal or a lattice metal. 前記仕切部材の少なくとも一部が疎水性の物質であるか、又は疎水性の物質で被覆されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の同位体分離装置。   The isotope separation apparatus according to claim 1 or 2, wherein at least a part of the partition member is a hydrophobic substance or is covered with a hydrophobic substance. 前記ミスト化装置は、ガス噴霧装置、液体噴霧装置、高周波加振装置、回転装置、音波振動装置、減圧装置又は加熱装置、あるいはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の同位体分離装置。   The mist forming device is a gas spraying device, a liquid spraying device, a high frequency vibrating device, a rotating device, a sonic vibration device, a pressure reducing device or a heating device, or a combination thereof. The isotope separator according to any one of the above. 前記ガス噴霧装置から噴霧されるガスは、窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、炭酸ガス又は水蒸気のうち、少なくとも1種類以上含むことを特徴とする請求項4に記載の同位体分離装置。   5. The isotope separation apparatus according to claim 4, wherein the gas sprayed from the gas spray device includes at least one or more of nitrogen, oxygen, argon, helium, neon, carbon dioxide gas, and water vapor. 前記ミスト移送管は前記容器に対して傾斜していることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の同位体分離装置。   The isotope separation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the mist transfer pipe is inclined with respect to the container. 前記ミスト回収装置及び/又は前記仕切部材に温度制御装置が接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の同位体分離装置。   The temperature control apparatus is connected to the said mist collection | recovery apparatus and / or the said partition member, The isotope separation apparatus in any one of the Claims 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. 前記ミスト回収容器と前記容器を配管により接続し、前記ガス回収容器に回収されたガスを再利用することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の同位体分離装置。   The isotope separation apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the mist recovery container and the container are connected by piping, and the gas recovered in the gas recovery container is reused. 前記請求項1乃至8に記載の同位体分離装置を並列及び/又は直列に複数配置したことを特徴とする同位体分離システム。   9. An isotope separation system comprising a plurality of the isotope separators according to any one of claims 1 to 8 arranged in parallel and / or in series. 前記請求項1乃至8に記載の同位体分離装置を用いて同位体分離を行うことを特徴とする同位体分離方法。   An isotope separation method comprising performing isotope separation using the isotope separation device according to any one of claims 1 to 8.
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