JP6294776B2 - 磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法 - Google Patents
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Description
磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法に関する。
従来、磁場核融合の研究において、炉心プラズマの状態を観測するために、トレーサ材料を内蔵したペレットをプラズマの流れの中に打ち込むことが行われている。
このペレットは、トレーサ材料を含む球状の中心部と、その周囲を覆う外層とからなる。ペレットがプラズマの流れの中に打ち込まれると、ペレットはプラズマのエネルギーによって外層が剥がれながらプラズマの流れの中心に移動する。外層が剥がれて中心部が露出すると、トレーサ物質がプラズマのエネルギーによって発光するため、この発光を追跡することにより、プラズマの流れ等の情報を得ることができる。
こうしたペレットは、従来、樹脂等から構成された球体に穴を開けて、個別に計量したトレーサ材料を充填し、当該穴を埋め戻すことにより製造されている（例えば、非特許文献１参照）。
Shigeru SUDO et al., "Plasma Diagnostic with Tracer-Encupsulated Solid Pellet", Science and Nuclear Fusion Research, Japan, 2014, Volume 9, 1402039
しかしながら、上記製造方法は、ペレットの穴開けとトレーサ材料の充填を一つずつ行う必要があるため、量産化には向いていない。また、充填するトレーサ材料の量の均一性を制御しにくい。
そこで本発明は、量産化に適し、且つ、所定量のトレーサ材料を容易に封入することができる、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、有機溶媒を含む有機液を安定化液中に吐出して液滴を形成させる液滴形成工程と、液滴から有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程と、を有し、有機液は、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーと、第１の有機ポリマーとは異なる有機ポリマーである第２の有機ポリマーとを有機溶媒に溶解させた液であり、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーは、互いに相分離することができるものである、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法を提供する。
この製造方法において、有機液が安定化液中に吐出されると、安定化液中に有機液の液滴が形成される。そして、有機液中に溶解している第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーが相分離を起こし、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーが球体となり、第２の有機ポリマーがその球体の周囲を覆った構成となる（自己階層化）。その後、有機溶媒が除去されて、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットが完成する。この過程において、有機液の吐出量は制御しやすく、且つ、安定化液中においてトレーサ原子を含む第１の有機ポリマーが球体を形成しやすいため、本発明の製造方法によれば、第２の有機ポリマー中に所定量のトレーサ材料を容易に封入することができる。また、本発明の製造方法は、有機液を安定化液中に吐出し続けることにより液滴を連続して形成させることができるため、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの量産化に適している。
上記製造方法では、有機液は、互いに別々に調製された第１の有機液及び第２の有機液を有し、第１の有機液は、第１の有機ポリマーを含み、第２の有機液は、第２の有機ポリマーを含み、液滴形成工程では、第１のノズルと、第１のノズルの吐出口を囲繞する吐出口を有する第２のノズルとを備える複合ノズルを用いて、第１の有機液を第１のノズルから、第２の有機液を第２のノズルから同時に吐出するようにしてもよい。この場合、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーが、別々のノズルから吐出されるため、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーが安定化液中に吐出された際の混合が小さく抑えられ、その後の相分離が容易である。また、吐出された際に混合されなかった部分については、その後の混合が起こらず相分離状態が維持されやすい。
また、本発明は、有機液を安定化液中に吐出して液滴を形成させる液滴形成工程を有し、有機液は、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーに対応する第１の原料モノマーと、第１の原料モノマーの重合を開始する第１の重合開始剤と、第１の有機ポリマーとは異なる有機ポリマーである第２の有機ポリマーとを含む液であり、第１の原料モノマーが重合してなる第１の有機ポリマー、及び第２の有機ポリマーは、互いに相分離することができるものである、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法を提供する。
この製造方法は、上記製造方法における第１の有機ポリマーに対応するものが、原料モノマーの状態であり、当該モノマーに重合開始剤及び第２の有機ポリマーを溶解させて有機液が構成されている。この製造方法では、有機液が安定化液中に吐出されると、有機液中の第１の原料モノマーが重合を開始し、第１の有機ポリマーが合成される。そして、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーが相分離を起こし、目的の液滴が形成される。
この製造方法においては、有機液は、有機溶媒を含み、液滴から有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程を更に有するようにしてもよい。有機液が有機溶媒を含んでいると、第１の原料モノマーに対する第２の有機ポリマーの溶解性が悪い場合や、有機液の粘性を調整したい場合等に都合がよい。
この製造方法において、有機液は、互いに別々に調製された第１の有機液及び第２の有機液を有し、第１の有機液は、第１の原料モノマー及び第１の重合開始剤を含み、第２の有機液は、有機溶媒及び有機溶媒に溶解させた第２の有機ポリマーを含み、液滴形成工程では、第１のノズルと、第１のノズルの吐出口を囲繞する吐出口を有する第２のノズルとを備える複合ノズルを用いて、第１の有機液を第１のノズルから、第２の有機液を第２のノズルから同時に吐出するようにしてもよい。
また、本発明は、有機液を安定化液中に吐出して液滴を形成させる液滴形成工程を有し、有機液は、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーと、第１の有機ポリマーとは異なる有機ポリマーである第２の有機ポリマーに対応する第２の原料モノマーと、第２の原料モノマーの重合を開始する第２の重合開始剤とを含む液であり、第１の有機ポリマー、及び第２の原料モノマーが重合してなる第２の有機ポリマーは、互いに相分離することができるものである、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法を提供する。
この製造方法は、上記製造方法における第２の有機ポリマーに対応するものが、原料モノマーの状態であり、当該モノマーに重合開始剤及び第１の有機ポリマーを溶解させて有機液が構成されている。この製造方法では、有機液が安定化液中に吐出されると、有機液中の第２の原料モノマーが重合を開始し、第２の有機ポリマーが合成される。そして、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーが相分離を起こし、目的の液滴が形成される。
この製造方法においても、有機液は、有機溶媒を含み、液滴から有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程を更に有するようにしてもよい。
また、この製造方法においても、有機液は、互いに別々に調製された第１の有機液及び第２の有機液を有し、第１の有機液は、有機溶媒及び有機溶媒に溶解させた第１の有機ポリマーを含み、第２の有機液は、第２の原料モノマー及び第２の重合開始剤を含み、液滴形成工程では、第１のノズルと、第１のノズルの吐出口を囲繞する吐出口を有する第２のノズルとを備える複合ノズルを用いて、第１の有機液を第１のノズルから、第２の有機液を第２のノズルから同時に吐出するようにしてもよい。
また、本発明は、有機液を安定化液中に吐出して液滴を形成させる液滴形成工程を有し、有機液は、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーに対応する第１の原料モノマーと、第１の有機ポリマーとは異なる有機ポリマーである第２の有機ポリマーに対応する第２の原料モノマーと、第１の原料モノマーの重合を開始する第１の重合開始剤と、第２の原料モノマーの重合を開始する第２の重合開始剤とを含む液であり、第１の原料モノマーが重合してなる第１の有機ポリマー及び第２の原料モノマーが重合してなる第２の有機ポリマーは、互いに相分離することができるものである、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法を提供する。
この製造方法では、二種類の原料モノマーを安定化液中に吐出する。この製造方法では、有機液が安定化液中に吐出されると、有機液中の第１の原料モノマー及び第２の原料ポリマーがそれぞれ重合を開始し、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーが合成される。そして、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーが相分離を起こし、目的の液滴が形成される。
この製造方法においても、有機液は、有機溶媒を含み、液滴から有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程を更に有するようにしてもよい。
また、この製造方法においても、有機液は、互いに別々に調製された第１の有機液及び第２の有機液を有し、第１の有機液は、第１の原料モノマー及び第１の重合開始剤を含み、第２の有機液は、第２の原料モノマー及び第２の重合開始剤を含み、液滴形成工程では、第１のノズルと、第１のノズルの吐出口を囲繞する吐出口を有する第２のノズルとを備える複合ノズルを用いて、第１の有機液を第１のノズルから、第２の有機液を第２のノズルから同時に吐出するようにしてもよい。
上記いずれの製造方法においても、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーは、金属原子又は半金属原子が結合した有機ポリマー、ハロゲン原子が結合した有機ポリマー、及び、トレーサ物質が分散した有機ポリマーからなるポリマー群に属するポリマーから選択されるポリマーであることが好ましい。トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーと第２の有機ポリマーとの自己階層化、相分離により、２層構造の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットあるいは燃料の重水素を内蔵するペレットを製造することができる。
そして、有機ポリマーは炭化水素系ポリマーであることが好ましい。
本発明によれば、量産化に適し、且つ、所定量のトレーサ材料を容易に封入することができる、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
＜磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット＞
本実施形態の製造方法により製造される磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットについて説明する。磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットは、炉心のプラズマの状態を計測するための中実の球体であり、有機合成された有機ポリマーからなるものである。図１に示されたとおり、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１は、中実の球体をなす内層２Ａと、内層２Ａの外表面を覆う外層２Ｂとの２層からなっている。全体の直径は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であることが好ましく、０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度であることがより好ましい。また、外層２Ｂの厚さは、３０μｍ〜２００μｍ程度であることが好ましい。
本実施形態の製造方法により製造される磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットについて説明する。磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットは、炉心のプラズマの状態を計測するための中実の球体であり、有機合成された有機ポリマーからなるものである。図１に示されたとおり、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１は、中実の球体をなす内層２Ａと、内層２Ａの外表面を覆う外層２Ｂとの２層からなっている。全体の直径は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であることが好ましく、０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度であることがより好ましい。また、外層２Ｂの厚さは、３０μｍ〜２００μｍ程度であることが好ましい。
内層２Ａは、第１の有機ポリマーから構成され、外層２Ｂは、第２の有機ポリマーから構成されている。
第１の有機ポリマーは、トレーサ原子を含む有機ポリマーであり、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１の製造過程における原料として、例えば、金属原子又は半金属原子が結合した有機ポリマー、ハロゲン原子が結合した有機ポリマー、及び、トレーサ物質が分散した有機ポリマーからなるポリマー群に属するポリマーから選択したものであることが好ましい。これらの有機ポリマーは窒素や酸素原子を含まない有機ポリマーであることが好ましい。
上記有機ポリマーの基本骨格部分としては、例えば、炭化水素系ポリマー、ビニル系ポリマー等が挙げられ、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネート、酸素原子を含まない炭化水素系樹脂が挙げられる。
「金属原子又は半金属原子が結合した有機ポリマー」とは、例えば、上記「有機ポリマー」として挙げたビニル系ポリマーに、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｖ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｐｂ等の金属原子又は半金属原子が結合したポリマーをいう。
ハロゲン原子が結合した有機ポリマー」とは、例えば、上記「有機ポリマー」として挙げたポリマーに、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が結合したポリマーをいう。具体的には、ポリｐ−クロロスチレン、ポリ−２，５−ジクロロスチレンが挙げられる。
「トレーサ物質が分散した有機ポリマー」とは、例えば、上記「有機ポリマー」として挙げた樹脂に、トレーサ物質が分散したポリマーをいう。トレーサ物質としては、例えば重水素化有機ポリマーや、重水素化物又は金属原子を含む微粒子が挙げられる。トレーサ物質が有機ポリマー内に分散していることにより、有機ポリマーに化学的に結合させることが困難なトレーサ物質であっても、内層２Ａ内に当該トレーサ物質を導入することができる。
第２の有機ポリマーは、第１の有機ポリマーとは異なるポリマーであり、トレーサ原子を含まないポリマーが好ましい。第２の有機ポリマーとしては、例えば、上記第１のポリマーの基本骨格部分として例示したポリマーが挙げられる。特に、第１の有機ポリマーをベンゼン、トルエン等の有機溶媒に溶解させて密度制御することで、後述する相分離によって外層２Ｂを形成しやすくなることからも好ましい。
上記「有機ポリマー」とは、対応する原料モノマーから人工合成することが可能なポリマーをいう。有機ポリマーのなかでも、合成樹脂が好ましい。
上記いずれのポリマーを用いる場合も、主骨格を構成する「有機ポリマー」としては、炭化水素系ポリマーが好ましい。炭化水素系ポリマーとしては炭素原子及び水素原子のみからなる有機ポリマーがより好ましい。
有機ポリマー（上記金属原子又は半金属原子、ハロゲン原子を除く部分）の分子量は、１０，０００〜５００，０００であることが好ましく、１００，０００〜４００，０００であることがより好ましい。
＜製造装置＞
次に、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１を製造する製造装置について説明する。図２に示されたとおり、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット製造装置（以下、単に「製造装置」と呼ぶ。）１０は、液体を吐出する複合ノズル３と、複合ノズル３に各供給液を供給するラインＬ１及びＬ２、並びにポンプＰ１及びＰ２と、一端が複合ノズル３の吐出口３１に取り付けられたチューブ４と、チューブ４の一端側に安定化液を供給するラインＬ３及びポンプＰ３と、チューブ４の他端が案内された水槽５とを備えている。なお、ポンプＰ１〜Ｐ３の前段に存在する各液溜めは、図示を省略している。
次に、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１を製造する製造装置について説明する。図２に示されたとおり、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット製造装置（以下、単に「製造装置」と呼ぶ。）１０は、液体を吐出する複合ノズル３と、複合ノズル３に各供給液を供給するラインＬ１及びＬ２、並びにポンプＰ１及びＰ２と、一端が複合ノズル３の吐出口３１に取り付けられたチューブ４と、チューブ４の一端側に安定化液を供給するラインＬ３及びポンプＰ３と、チューブ４の他端が案内された水槽５とを備えている。なお、ポンプＰ１〜Ｐ３の前段に存在する各液溜めは、図示を省略している。
図３は、複合ノズル３及びチューブ４の一端側の部分拡大断面図である。複合ノズル３は、直線状に延びる略円筒状の第１のノズル６と、第１のノズル６の吐出口６１を囲繞する吐出口を有するとともに第１のノズル６の胴体部分を囲繞する胴体部分を有する略円筒状の第２のノズル７とを備えている。
第１のノズル６、及び第２のノズル７は、いずれも先細り形状をなし、その先端部である吐出口６１，７１は、この順に径が増大する同心円状に位置している。吐出口６１，７１の内径は、製造する磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１の大きさ、並びに、内層２Ａ及び外層２Ｂの層厚を考慮したものとなっている。それぞれ、５０μｍ〜２１００μｍ、７０μｍ〜２２００μｍであることが好ましい。
第１のノズル６、及び第２のノズル７における吐出口６１，７１の反対側には、それぞれ、供給液の受入口である供給口６２，７２が設けられている。供給口６２，７２にはそれぞれラインＬ１及びＬ２が接続され、ラインＬ１及びＬ２にはそれぞれの供給液（図示せず）を複合ノズル３に輸送するためのポンプＰ１及びＰ２が設けられている（図２参照）。
複合ノズル３の吐出口３１には、吐出口３１を覆うようにしてチューブ４の一端が取り付けられている。チューブ４の一端側には、チューブ４内に安定化液を流すための供給口４２が設けられている。この供給口４２にはラインＬ３が接続され、ラインＬ３には安定化液をチューブ４に輸送するためのポンプＰ３が設けられている（図２参照）。
チューブ４の他端は、水槽５の中に案内されている。水槽５は、水槽５に溜められる安定化液を撹拌するための撹拌羽根５１を有している。
＜製造方法＞
次に、製造装置１０を用いた磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１の製造方法について説明する。
次に、製造装置１０を用いた磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１の製造方法について説明する。
（製造手順）
まず、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーを溶解させた有機液を準備する。第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーの選択に際しては、これらが混合された際に、又は、これらが有機溶媒に溶解して混合された際に、互いに相分離する有機ポリマー同士となるように選択する。選択後、第１の有機ポリマーを有機溶媒に溶解させた第１の有機液８を調製するとともに、第２の有機ポリマーを有機溶媒に溶解させた第２の有機液９を調製する。
まず、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーを溶解させた有機液を準備する。第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーの選択に際しては、これらが混合された際に、又は、これらが有機溶媒に溶解して混合された際に、互いに相分離する有機ポリマー同士となるように選択する。選択後、第１の有機ポリマーを有機溶媒に溶解させた第１の有機液８を調製するとともに、第２の有機ポリマーを有機溶媒に溶解させた第２の有機液９を調製する。
ここで、有機溶媒としては、第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーを溶解することができるものを用いる。第１の有機ポリマーを溶解させる有機溶媒と第２の有機ポリマーを溶解させる有機溶媒は、互いに同一のものを使用してもよく、異なるものを使用してもよい。有機溶媒としては、例えば、芳香族炭化水素が好ましく、なかでも、水中における揮発性が良好な観点から、フルオロベンゼンが好ましい。また第１の有機ポリマー溶液と第２の有機ポリマー溶液にベンゼン、トルエン等を加えの密度制御を行なうことで各層の厚さの均一性が向上する。
第１の有機液９Ａ及び第２の有機液９Ｂの濃度は、溶解性や溶液の粘性にもよるが、１重量／体積％〜３０重量／体積％とすることが好ましい。
ポンプＰ１からラインＬ１を通じて第１の有機液８が第１のノズル６に供給されるように、且つポンプＰ２からラインＬ２を通じて第２の有機液９が第２のノズル７に供給されるように、各液溜め（図示せず）に各液をそれぞれセットする。また、ポンプＰ３を駆動して、ラインＬ３を通じてチューブ４の一端側から定速で安定化液１３を流し、チューブ４の内部を安定化液１３で満たす。チューブ４の他端から排出される安定化液１３は、撹拌羽根５１を駆動した水槽５で受ける。
チューブ４に流す安定化液１３は、複合ノズル３から吐出された液滴を安定化させるための液体であり、液滴を構成する有機液との相溶性の低い水系溶媒が好ましく、特に水が好ましい。ここで安定化とは、液滴の真球性、及び、相分離した各層の球対称性が確保されることをいう。安定化液１３には、安定化剤が添加されていてもよい。安定化剤としては、有機酸、分子量１００万のポリアクリル酸が挙げられ、これを水に溶解させた濃度０．０２５〜０．０７５重量％、特に０．０５重量％のポリアクリル酸水溶液を安定化液１３として用いることができる。また、安定化液１３の温度は、安定化液１３の対流を抑制する観点から、２０℃〜５０℃が好ましく、２０℃〜２５℃がより好ましい。
複合ノズル３を、吐出口３１が鉛直方向下向きになるように設置する。ポンプＰ１及びＰ２を駆動し、ラインＬ１及びＬ２を通じて各液を各ノズルから同時に吐出する。すなわち、第１の有機液８を第１のノズル６の吐出口６１から、第２の有機液９を第２のノズル７の吐出口７１から、それぞれチューブ４内を流れる安定化液１３中に吐出する。吐出する流量としては、０．５ｍＬ／ｈ〜２００ｍＬ／ｈが好ましい。このとき、製造する磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１の目的のサイズ、各層の厚さ、及び、有機ポリマーの濃度によって流量を適宜設定する。
吐出された各液は、重力及びチューブ４内の安定化液１３の流れによって下方に延びたジェット１１を形成し、やがてジェット１１の先端がちぎれて液滴１２を形成する（液滴形成工程）。この液滴１２Ａは、第１のノズル６から吐出された第１の有機液８が、第２の有機液９により覆われたものとなっている（いわゆる「Ｏ１／Ｏ２／Ｗ型のエマルション」）。
ここで、液滴１２Ａのうち、第１の有機液８及び第２の有機液９の部分は、一部が互いに混合し、他の一部は混合していない状態となっている。第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーは、有機溶媒に溶解した状態において互いに相分離するポリマー同士となるように選択したものであるため、第１の有機液８及び第２の有機液９の一部が互いに混合された部分は、第１の有機ポリマーが内側へ、第２の有機ポリマーが外側へ移動するようにして、次第に相分離してくる（自己階層化；図３の液滴１２）。また、吐出された際に混合されなかった部分については、その後の混合が起こらず相分離状態が維持されやすい。
なお、各ノズルから吐出する流量、有機ポリマーの濃度を上記範囲内で調整することにより、液滴１２の大きさや各層の幅（厚さ）を適宜調整することができる。
相分離した後の液滴１２は安定化液１３の流れに乗ってチューブ４内を移動し、やがてチューブ４の他端から排出されて水槽５に蓄えられる。水槽５内では、撹拌羽根５１による撹拌によって液滴１２が水槽５内を回遊しながら、第１の有機液８及び第２の有機液９からなる層から有機溶媒が安定化液１３中に浸みだして除去される（有機溶媒除去工程）。有機溶媒が除去されると同時に、第１のポリマー及び第２のポリマーが硬化（固化）して、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１の内層２Ａ及び外層２Ｂとなる部分が構成される。
有機溶媒が除去された後、水槽５から球体を取出す。ここで、チューブ４に流す安定化液１３として水以外を用いた場合や、安定化液１３に安定化剤を添加していた場合は、球体を純水で洗うことが好ましい。
以上の手順によって、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１を製造することができる。
上記の製造方法では、安定化液１３中においてトレーサ原子を含む第１の有機ポリマーが球体となり、第２の有機ポリマーがその球体の周囲を覆った構成となる。そして、第１及び第２のノズル６，７からの有機液８，９の吐出量は制御しやすい。従って、製造方法によれば、第２の有機ポリマー中に所定量のトレーサ材料を容易に封入することができる。
また、この製造方法は、第１及び第２のノズル６，７から有機液８，９を吐出し続けることにより液滴１２Ａ，１２を連続して形成させることができるため、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１の量産化に適している。
（他の有機液を用いた態様）
上記有機液に代替するものとして、以下の有機液を用いてもよい。すなわち、有機液として準備する第１の有機液８及び第２の有機液９は、少なくとも一方を、対応するモノマー及び重合開始剤として準備してもよい。例えば、第１の有機ポリマーに代えて、これに対応する第１の原料モノマー及び第１の原料モノマーの重合を開始させる第１の重合開始剤を用いることができる。この場合、第１の原料モノマーは液体であることが好ましく、第１の原料モノマーが、重合開始剤を溶解させる溶媒を兼ねることができる。モノマーに対する重合開始剤の溶解性が悪い場合や有機液の粘性を低下させたい場合には、有機溶媒を用いることが好ましい。
上記有機液に代替するものとして、以下の有機液を用いてもよい。すなわち、有機液として準備する第１の有機液８及び第２の有機液９は、少なくとも一方を、対応するモノマー及び重合開始剤として準備してもよい。例えば、第１の有機ポリマーに代えて、これに対応する第１の原料モノマー及び第１の原料モノマーの重合を開始させる第１の重合開始剤を用いることができる。この場合、第１の原料モノマーは液体であることが好ましく、第１の原料モノマーが、重合開始剤を溶解させる溶媒を兼ねることができる。モノマーに対する重合開始剤の溶解性が悪い場合や有機液の粘性を低下させたい場合には、有機溶媒を用いることが好ましい。
また、第１の有機ポリマーに代えて、これに対応する第１の原料モノマー及び第１の重合開始剤を用いるとともに、第２の有機ポリマーに代えて、これに対応する第２の原料モノマー及び第２の重合開始剤を用いてもよい。この場合でも、各原料モノマーは液体であることが好ましく、各原料モノマーが各重合開始剤を溶解させる溶媒を兼ねることができる。また、この場合でも有機溶媒を適宜使用してもよい。
重合開始剤としては、光や熱によって反応する公知のものを用いることができ、例えば、ラジカル重合開始剤、アニオン重合開始剤、カチオン重合開始剤が挙げられる。
原料モノマー及び重合開始剤を有機液として用いる場合は、複合ノズル３の吐出口３１付近からチューブ４の前半部分までのいずれかの地点において、ジェット１１又は液滴１２に対して光又は熱を加えて原料モノマーの重合を開始させる（重合開始工程）。第１の有機液及び第２の有機液が安定化液１３中に吐出された後、相分離状態が維持された液滴が形成されて、液滴がチューブ４内を移動する。液滴に光又は熱が加えられると、原料モノマーの重合が開始され、有機ポリマーとなって硬化する。第１の有機液及び第２の有機液のいずれにも有機溶媒を使用しなかった場合は、上記有機溶媒除去工程は不要である。
（製造例）
上記手順によって製造する一例を示すと、以下のとおりである。
上記手順によって製造する一例を示すと、以下のとおりである。
第１のノズルの吐出口の内径…１５０μｍ
第２のノズルの吐出口の内径…３２０μｍ
チューブの内径…２．２ｍｍ
第２のノズルの吐出口の内径…３２０μｍ
チューブの内径…２．２ｍｍ
・第１のノズルから吐出する第１の有機液…ポリｐ−クロロスチレンのフルオロベンゼン溶液（濃度１８％）
・第２のノズルから吐出する第２の有機液…ポリスチレンのフルオロベンゼン溶液（濃度１８％）
・チューブに流す安定化液…ポリアクリル酸の水溶液（濃度０．０５％）
・第２のノズルから吐出する第２の有機液…ポリスチレンのフルオロベンゼン溶液（濃度１８％）
・チューブに流す安定化液…ポリアクリル酸の水溶液（濃度０．０５％）
・第１のノズルから吐出する流量…３ｍＬ／ｈ
・第２のノズルから吐出する流量…４．５ｍＬ／ｈ
・チューブに流す安定化液の流量…１２ｍＬ／ｍｉｎ
・チューブに流す安定化液の温度…室温℃
・第２のノズルから吐出する流量…４．５ｍＬ／ｈ
・チューブに流す安定化液の流量…１２ｍＬ／ｍｉｎ
・チューブに流す安定化液の温度…室温℃
この製造条件で上記製造手順に従って実際に製造したところ、内層４２０μｍ、外層６１４μｍの磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットが得られた。
＜他の製造装置を用いた製造方法＞
上記製造方法では、複合ノズル３が二重管構造を有する製造装置１０を用いた場合を示したが、複合ノズルが単管構造を有する製造装置を用いてもよい。すなわち、第２のノズル７を備えない製造装置を用いてもよい。以下、これについて説明する。
上記製造方法では、複合ノズル３が二重管構造を有する製造装置１０を用いた場合を示したが、複合ノズルが単管構造を有する製造装置を用いてもよい。すなわち、第２のノズル７を備えない製造装置を用いてもよい。以下、これについて説明する。
図４に示されたとおり、単管構造を有するノズル６が二重管構造を有する複合ノズル３と異なる点は、第２のノズル７を備えておらず、有機液８Ａが一つの供給口６２から供給され、一つの吐出口６１から吐出される点である。
また、ノズル６から吐出する有機液８Ａについても、第１の有機液と第２の有機液とに分かれておらず、一種類の液体としてノズル６に供給される。有機液８Ａは、有機溶媒に第１の有機ポリマー及び第２の有機ポリマーを溶解させて調製する。有機ポリマーの選択については、上記実施形態と同様である。
有機液８Ａをノズル６から吐出すると、これらが重力及びチューブ４内の安定化液１３の流れによって下方に延びたジェット１１Ａを形成し、やがてジェット１１Ａの先端がちぎれて液滴１２Ｂ（いわゆる「Ｏ／Ｗ型のエマルション」）を形成する（液滴形成工程）。
ここで、液滴１２Ｂは、チューブ４内を移動しながら次第に相分離を起こし、層の区別がなかった状態から、２層に分離した状態（符号１２で示した状態）に変化する（自己階層化）。その後の有機溶媒除去工程については、上記実施形態と同様に行う。
この製造装置及び製造方法によれば、簡略化されたノズル６を用いて磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１を製造することができる。
なお、この実施形態においても、有機液８Ａ中の第１の有機ポリマーに代えて、これに対応する第１の原料モノマー及び第１の重合開始剤を用いることができ、第２の有機ポリマーに代えて、これに対応する第２の原料モノマー及び第２の重合開始剤を用いることができる。有機溶媒の使用／不使用についても適宜選択することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではいずれも、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１が内層２Ａと外層２Ｂの２層からなる例を示したが、本発明によれば、３層以上からなる磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット１を製造することもできる。
また、上記実施形態で用いた水槽５に代えて、図５に示されたとおり、細口の入口を有し、且つ本体部が円筒状である水槽５Ａを用いることもできる。この場合、撹拌羽根を用いる代わりに、円筒の軸線が略水平となるように水槽５Ａを傾けて、水平方向を軸線として水槽５Ａを回転（図中の矢印参照。）させることにより、内部の液滴１２を撹拌することができる（有機溶媒除去工程）。
１…磁場核融合用トレーサ内蔵ペレット、３…複合ノズル、６…第１のノズル、７…第２のノズル、８…第１の有機液、８Ａ…有機液、９…第２の有機液、１２，１２Ａ，１２Ｂ…液滴、１３…安定化液、３１，６１，７１…吐出口。
Claims (13)
- 有機溶媒を含む有機液を安定化液中に吐出して液滴を形成させる液滴形成工程と、
前記液滴から前記有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程と、を有し、
前記有機液は、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーと、前記第１の有機ポリマーとは異なる有機ポリマーである第２の有機ポリマーとを前記有機溶媒に溶解させた液であり、
前記第１の有機ポリマー及び前記第２の有機ポリマーは、互いに相分離することができるものである、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 前記有機液は、互いに別々に調製された第１の有機液及び第２の有機液を有し、
前記第１の有機液は、前記第１の有機ポリマーを含み、
前記第２の有機液は、前記第２の有機ポリマーを含み、
前記液滴形成工程では、第１のノズルと、前記第１のノズルの吐出口を囲繞する吐出口を有する第２のノズルとを備える複合ノズルを用いて、前記第１の有機液を前記第１のノズルから、前記第２の有機液を前記第２のノズルから同時に吐出する、請求項１記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 有機液を安定化液中に吐出して液滴を形成させる液滴形成工程を有し、
前記有機液は、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーに対応する第１の原料モノマーと、前記第１の原料モノマーの重合を開始する第１の重合開始剤と、前記第１の有機ポリマーとは異なる有機ポリマーである第２の有機ポリマーとを含む液であり、
前記第１の原料モノマーが重合してなる前記第１の有機ポリマー、及び前記第２の有機ポリマーは、互いに相分離することができるものである、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 前記有機液は、有機溶媒を含み、
前記液滴から前記有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程を更に有する、請求項３記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 前記有機液は、互いに別々に調製された第１の有機液及び第２の有機液を有し、
前記第１の有機液は、前記第１の原料モノマー及び前記第１の重合開始剤を含み、
前記第２の有機液は、有機溶媒及び前記有機溶媒に溶解させた前記第２の有機ポリマーを含み、
前記液滴形成工程では、第１のノズルと、前記第１のノズルの吐出口を囲繞する吐出口を有する第２のノズルとを備える複合ノズルを用いて、前記第１の有機液を前記第１のノズルから、前記第２の有機液を前記第２のノズルから同時に吐出する、請求項４記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 有機液を安定化液中に吐出して液滴を形成させる液滴形成工程を有し、
前記有機液は、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーと、前記第１の有機ポリマーとは異なる有機ポリマーである第２の有機ポリマーに対応する第２の原料モノマーと、前記第２の原料モノマーの重合を開始する第２の重合開始剤とを含む液であり、
前記第１の有機ポリマー、及び前記第２の原料モノマーが重合してなる前記第２の有機ポリマーは、互いに相分離することができるものである、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 前記有機液は、有機溶媒を含み、
前記液滴から前記有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程を更に有する、請求項６記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 前記有機液は、互いに別々に調製された第１の有機液及び第２の有機液を有し、
前記第１の有機液は、有機溶媒及び前記有機溶媒に溶解させた前記第１の有機ポリマーを含み、
前記第２の有機液は、前記第２の原料モノマー及び前記第２の重合開始剤を含み、
前記液滴形成工程では、第１のノズルと、前記第１のノズルの吐出口を囲繞する吐出口を有する第２のノズルとを備える複合ノズルを用いて、前記第１の有機液を前記第１のノズルから、前記第２の有機液を前記第２のノズルから同時に吐出する、請求項７記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 有機液を安定化液中に吐出して液滴を形成させる液滴形成工程を有し、
前記有機液は、トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーに対応する第１の原料モノマーと、前記第１の有機ポリマーとは異なる有機ポリマーである第２の有機ポリマーに対応する第２の原料モノマーと、前記第１の原料モノマーの重合を開始する第１の重合開始剤と、前記第２の原料モノマーの重合を開始する第２の重合開始剤とを含む液であり、
前記第１の原料モノマーが重合してなる前記第１の有機ポリマー及び前記第２の原料モノマーが重合してなる前記第２の有機ポリマーは、互いに相分離することができるものである、磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 前記有機液は、有機溶媒を含み、
前記液滴から前記有機溶媒を除去する有機溶媒除去工程を更に有する、請求項９記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 前記有機液は、互いに別々に調製された第１の有機液及び第２の有機液を有し、
前記第１の有機液は、前記第１の原料モノマー及び前記第１の重合開始剤を含み、
前記第２の有機液は、前記第２の原料モノマー及び前記第２の重合開始剤を含み、
前記液滴形成工程では、第１のノズルと、前記第１のノズルの吐出口を囲繞する吐出口を有する第２のノズルとを備える複合ノズルを用いて、前記第１の有機液を前記第１のノズルから、前記第２の有機液を前記第２のノズルから同時に吐出する、請求項１０記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。 - 前記トレーサ原子を含む第１の有機ポリマーは、金属原子又は半金属原子が結合した有機ポリマー、ハロゲン原子が結合した有機ポリマー、及び、トレーサ物質が分散した有機ポリマーからなるポリマー群に属するポリマーから選択されるポリマーである、請求項１〜１１のいずれか一項記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。
- 前記有機ポリマーは、炭化水素系ポリマーである、請求項１〜１２のいずれか一項記載の磁場核融合用トレーサ内蔵ペレットの製造方法。
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