JP6623352B2 - トリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法 - Google Patents
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Description
本発明はトリチウム水で汚染された軽水（以下、「トリチウム水で汚染された軽水」を「汚染水」という）からのトリチウム水の分離方法に関する。
東京電力株式会社福島第一原子力発電所内に貯留されている汚染水は、ALPS処理と鉄化合物の共沈によって殆どの放射性核種が除去されているため、公共水域に放出する場合の濃度制限を超える濃度で残留している放射性核種はトリチウムだけであり、トリチウム水（HTO）として存在しているとされている。
汚染水中のトリチウム濃度は、０．６〜５×１０６Bq/Lであり、汚染水自体は４００ｍ3/日ずつ増加しているため、少なくとも汚染水のトリチウム濃度を環境中に放出可能な６×１０４Bq/L以下（海水中のトリチウム濃度は１〜３Bq/L）にでき、処理速度が４００ｍ３/日より速いトリチウム除去技術を開発することが求められている。
これは、トリチウム（T）の比放射能は、３．５９×１０１４Bq/gであるから、汚染水中のトリチウム水の濃度は、１．８６〜９．２９×１０−８g/Lと極めて希薄であり、このトリチウム水の約９９％以上を除去することが求められていることになる。
重水と軽水のガスハイドレート結晶化温度の差を利用して、重水を軽水と重水の混合物から分離するアイデアは公知である（特許文献１）。しかし、上述の通り、汚染水中のトリチウム水は極めて希薄であり、軽水を含まずトリチウム水を含むガスハイドレートを結晶化させようとしても、濃度が低すぎて前駆体は形成されると考えられるが、臨界核が形成される確率は小さく、実際には結晶化することはできない。
また、液相とガスハイドレート結晶の分離を、比重差を利用した浮遊あるいは沈降分離で行なうとしている提案は多々ある（非特許文献１〜２）が、ガスに何を使い、ハイドレート構造をどのタイプとするかということにもよるが、トリチウム水と軽水の分離の場合には、比重差がわずかであることから、重力のみでは十分な分離が行なえない。
遠心分離による方法も考えられるが、ガスハイドレート結晶の粒径が小さいことから、高速かつ長時間の分離操作が要求され実用的ではない。
このような状況から工業的に汚染水からトリチウム水を分離する方法は見当たらないのが現状である。
斎藤進 「ガスハイドレート法」日本海水学会誌 第２２巻 第１号（１９６８）１１４〜１２４頁
西本俊雄、橋本寿夫、岡林信夫、「ガスハイドレート法による海水、かん水の濃縮」第１７報 防試報告 第２２巻（１９６９） ７１−７８頁
本発明は工業的にトリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法を提供することを課題とするものである。
本発明は、トリチウム水で汚染された軽水に、重水を添加し、重水及び／又はトリチウム水のガスハイドレートの形成条件下であって、且つ大部分の軽水の液体状態を維持する条件下で、トリチウム水と重水とを結晶構造中に含むガスハイドレートを形成し、このガスハイドレートを軽水から除去することを特徴とする、トリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法である。
また、本発明は、トリチウム水で汚染された軽水に、重水を添加し、重水及び／又はトリチウム水のガスハイドレートの形成条件であって且つ大部分の軽水の液体状態を維持する条件下で、トリチウム水と重水とを結晶構造中に含むガスハイドレートを形成することにより、トリチウム水と重水とを軽水から除去する工程と、トリチウム水と重水とを含むガスハイドレート構造を壊して得られる、トリチウム水と重水を含む混合液を、トリチウム水を結晶構造とするガスハイドレート形成条件下であって且つ重水の液体条件を維持する条件下で、トリチウム水を結晶構造中に含むガスハイドレートを形成することにより、トリチウム水を重水から分離した後、トリチウム水のガスハイドレート構造を壊して、トリチウム水を収集する工程を、この順序で包含することを特徴とするトリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法である。
また、本発明は、トリチウム水で汚染された軽水に、重水を添加し、重水及び／又はトリチウム水のガスハイドレートの形成条件であって且つ大部分の軽水の液体状態を維持する条件下で、トリチウム水と重水とを結晶構造中に含むガスハイドレートを形成することにより、トリチウム水と重水とを軽水から除去する工程と、トリチウム水と重水とを含むガスハイドレート構造を壊して得られる、トリチウム水と重水を含む混合液を、トリチウム水を結晶構造とするガスハイドレート形成条件下であって且つ重水の液体条件を維持する条件下で、トリチウム水を結晶構造中に含むガスハイドレートを形成することにより、トリチウム水を重水から分離した後、トリチウム水のガスハイドレート構造を壊して、トリチウム水を収集する工程を、この順序で包含することを特徴とするトリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法である。
また、本発明は、前記トリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法において、トリチウム水と重水とを結晶構造中に含み、僅かな量の軽水がガスハイドレート内に取り込まれており、このガスハイドレートを壊して得られる、トリチウム水と重水と僅かな量の軽水を含む混合液を、再結晶化し、これを反復して、ガスハイドレート中に含まれていた軽水を除去若しくは軽減した上で、トリチウム水と重水を含む混合液を、トリチウム水のガスハイドレート形成条件下であって且つ重水の液体状態を維持する条件下で、トリチウム水をガスハイドレートとすることを行ってもよい。
本発明によれば、重水は繰り返し利用することができ、トリチウム水を工業的に汚染水から分離することができる。また、汚染水から分離されたトリチウムはロッキードマーチン社が進めている重水との核融合反応に利用することで、同量の化石燃料の約１０００万倍ものエネルギーを生み出す超小型反応炉に応用することができる。
＜１．トリチウム水の汚染水からの分離方法＞
本発明における汚染水からトリチウム水を分離する方法を、図１に示す。
本発明における汚染水からトリチウム水を分離する方法を、図１に示す。
まず、トリチウム水と軽水を含む混合液に重水を添加する。ここで、トリチウム水、軽水及び重水が混合される。
トリチウム水と軽水を含む混合液はいわゆる汚染水であり、トリチウム水と軽水以外のものが含まれていてもよい。重水はＤ２ＯまたはＤＯＨの少なくともいずれかである。
汚染水に添加する重水の量は、重水ガスハイドレートがトリチウム水ガスハイドレートと構造が近いことから、重水ガスハイドレートが種結晶として機能し、トリチウム水ガスハイドレートが重水ガスハイドレートと混在する形で結晶化することが可能な量とする。例えば、汚染水のトリチウム濃度の約１０４倍程度である。この場合には、汚染水のトリチウム濃度は前述した通り、１．８６〜９．２９×１０−８g/Lであるから、重水の添加量は汚染水の０．０１〜５０重量％程度である。
トリチウム水と軽水を含む混合液はいわゆる汚染水であり、トリチウム水と軽水以外のものが含まれていてもよい。重水はＤ２ＯまたはＤＯＨの少なくともいずれかである。
汚染水に添加する重水の量は、重水ガスハイドレートがトリチウム水ガスハイドレートと構造が近いことから、重水ガスハイドレートが種結晶として機能し、トリチウム水ガスハイドレートが重水ガスハイドレートと混在する形で結晶化することが可能な量とする。例えば、汚染水のトリチウム濃度の約１０４倍程度である。この場合には、汚染水のトリチウム濃度は前述した通り、１．８６〜９．２９×１０−８g/Lであるから、重水の添加量は汚染水の０．０１〜５０重量％程度である。
重水添加後、重水とトリチウム水の両方若しくはいずれかのガスハイドレート形成条件であって且つ軽水の液体状態を維持する条件下で、汚染水中のトリチウム水と重水のガスハイドレート化を行う。
ここで、重水とトリチウム水の両方もしくはいずれかのガスハイドレート形成条件は、ゲスト分子の種類により異なるばかりか、形成するガスハイドレートの結晶構造によっても異なる。例えば、重水のガスハイドレートの構造がＩ型とＩＩ型の場合、重水のハイドレート相と氷相と水相とゲスト分子の気相との４重点（Ｑ１）と、重水のハイドレート相と水相とゲスト分子のガス相と液相との４重点（Ｑ２）の間における温度と圧力の間に条件を設定する。
ここで、ガスハイドレートにおけるゲスト分子は、一般的に用いられるものでよく、特に限定されない。例えば、ＣＨ２Ｆ２（ＨＦＣ−３２）、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎ２、Ｏ２、Ｘｅ、Ｈ２Ｓ、ＣＨ４、ＣＯ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０、フロン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、アセトン等が挙げられる。
その中でも、ＣＨ２Ｆ２（Difluoromethane）はＨＦＣ−３２とも呼ばれるもので、詳細は実施例で後述するが、好ましい。また、プロパンも好ましい。
ここで、通常のガスハイドレート形成方法と著しく異なる点は、通常のガスハイドレート形成のように、Ｑ１より低い過冷却状態でガスハイドレートを形成させたのでは、重水のガスハイドレート形成条件が軽水のそれと類似するため、重水をガスハイドレートにする過程で軽水まで結晶化させてしまいかねないという点である。しかしながら、軽水のＱ１は大気圧下で０℃であるのに対し、重水は３．８２℃と４℃近い差があり、軽水を液体にしたまま、重水のガスハイドレート化を進めることは可能である。
ガスハイドレート化を始める前に目的ゲスト分子以外のガス分子の数を減少させるために、軽水にせよ、重水にせよ、これらの中に含まれているガス、例えば、空気、酸素、炭酸ガスを除くことが必要である。除去手段としては特に限定されないが、減圧ポンプが通常は用いられる。その後、ゲスト分子と軽水、重水を混合する。混合手段としては限定されないが、通常はガスバブリング法が用いられる。これらの処理をした上でガスハイドレート化を行う。この際、ゲスト分子としてＨＦＣ−３２は水に対する溶解度が高いので、ガスハイドレート形成速度を速めることができる。
但し、通常のガスハイドレートを形成するように、Ｑ１より低い過冷却状態からガスハイドレート化したのでは、軽水までガスハイドレート化してしまう。そこで、温度は軽水が固体にならず且つ重水とトリチウム水の両方またはいずれかが結晶化する温度領域で、圧力を加えていき、ある段階で重水とトリチウム水の両方またはいずれかがガスハイドレート化し始めた時点で、ガス圧が下るので、そのガスを補充しつつ、ガス圧を上げていく方法が取られる。この際、温度はガスハイドレート化の際に発熱するので、Ｑ１とＱ２の間を保つようにすることは言うまでもない。
このようにして得られたガスハイドレートは重水のガスハイドレート形成条件下で行われる場合を含むのであるが、トリチウム水も重水とともにガスハイドレート化されて固体となり、僅かな量の軽水がガスハイドレート結晶内に取り込まれるものの、大部分は液体のままでいる軽水とは簡単に濾過、遠心分離などの公知の固液分離手段により、分離できる。同様に、トリチウム水のガスハイドレート化が先に進む場合も、重水も同様にガスハイドレート化される。結晶化したガスハイドレート結晶構造には、前記汚染水の場合、結晶構造の重水に対して約０．０１重量％程度の結晶構造のトリチウム水が含まれている。ガスハイドレート結晶は大容量の軽水と分離される（この分離が、後述する実施例の表１で示す「１段目分離除去」である）が、該結晶に取り込まれた軽水は存在する。
次に、トリチウム水と重水を含むガスハイドレート結晶の構造を破壊する。破壊は、ガスハイドレート結晶の温度と圧力の少なくともいずれかを、その形成条件からその結合力を弱める方向に外せばよい。即ち、ガスハイドレート結晶を加熱融解するか、圧力を弱めるか、またはその両方を行う。このようにすることで、トリチウム水と重水と僅かな量の軽水とを、大容量の軽水と分離して液体として取り出すことができる。その結果、重水とトリチウム水を含む混合液であって、僅かな軽水を含んでいるものが得られる。
ガスハイドレート中に僅かに含まれる軽水は、そのままにしておいても構わないが、好ましくは減らす方法がとられる。そのような方法としては、再結晶化法が好ましい方法である。この方法は、トリチウム水と重水の両方を結晶構造とするガスハイドレートを壊して得られる、トリチウム水と重水を含む混合液を再結晶化するというプロセスを繰り返し、その過程で、ある程度の大きさとなったガスハイドレートは壊すことなく止め置いて、其れよりも大きさの小さいガスハイドレートを壊しては再結晶化することで、結晶化しにくい軽水が液体状態に留まり、結晶化しやすいトリチウム水と重水がガスハイドレート化することを利用するものである。再結晶化の際のガスハイドレート形成条件はＱ１とＱ２の間のガスハイドレート形成条件より過冷却状態であってもよい。詳細については後述する。
このようにして得られたトリチウム水と重水を含む混合液をトリチウム水のガスハイドレート形成条件下であって且つ重水の液体条件を維持する条件下でガスハイドレート化する。このガスハイドレート化法の基本的考え方は、先のガスハイドレート化法と同じである。但し、大気圧下で重水のQ1は３．８２℃であるのに対し、トリチウム水のQ1は４．４９℃であり、その差は僅かであるが、温度制御が適切になされる限り、重水を液体にしたまま、トリチウム水のガスハイドレート化を進めることは可能である。これによってトリチウム水が重水とも分離され得る（この分離が、後述する実施例の表１で示す「２段目トリチウム水濃縮操作」である）。重水は繰り返し、使用することが可能である。
＜２．トリチウム水の汚染水からの分離装置＞
本発明方法の重水とトリチウム水、または、トリチウム水のガスハイドレート結晶化を行なう装置としては、公知の装置が用いられるが、例えば、結晶化を行う反応槽の外部に、反応槽上部と反応槽底部とをつなぐ循環パイプを有し、このパイプの中間部には底部から上部方向に圧送するポンプを有する装置が用いられる。このパイプ内の温度は結晶化温度より高ければよいが、通常は反応槽の温度よりも僅かに高い温度に設定される。反応槽内で成長したガスハイドレート結晶は、フィルタ径より大きくなるとトラップされるが、フィルタ孔径より小さい結晶は、パイプ中を循環する際に融解した後に反応槽に戻り、再結晶化する。この機構により反応槽中のガスハイドレート結晶は成長を続ける。一定の大きさまで結晶が成長した後、液相の循環が妨げられ、ポンプの差圧が上昇する。この段階で反応槽中の液相を除去することにより、ハイドレート結晶と液相を分離することができる。
本発明方法の重水とトリチウム水、または、トリチウム水のガスハイドレート結晶化を行なう装置としては、公知の装置が用いられるが、例えば、結晶化を行う反応槽の外部に、反応槽上部と反応槽底部とをつなぐ循環パイプを有し、このパイプの中間部には底部から上部方向に圧送するポンプを有する装置が用いられる。このパイプ内の温度は結晶化温度より高ければよいが、通常は反応槽の温度よりも僅かに高い温度に設定される。反応槽内で成長したガスハイドレート結晶は、フィルタ径より大きくなるとトラップされるが、フィルタ孔径より小さい結晶は、パイプ中を循環する際に融解した後に反応槽に戻り、再結晶化する。この機構により反応槽中のガスハイドレート結晶は成長を続ける。一定の大きさまで結晶が成長した後、液相の循環が妨げられ、ポンプの差圧が上昇する。この段階で反応槽中の液相を除去することにより、ハイドレート結晶と液相を分離することができる。
本発明に用いられる分離装置の一例を図２に示す。
処理すべき汚染水が入っている汚染水タンク１１の他に、重水タンク１２、軽水タンク１３が備えられる。汚染水タンク１１、重水タンク１２のいずれに対しては、図示していないが減圧ポンプにより、溶け込んでいるガスを取り除けるようになっている。重水タンク１２には、汚染水に添加するための重水が入っているが、本発明の分離方法で回収した重水をためることもできる。なお、軽水タンク１３には、本発明の分離方法でトリチウム水と分離回収した軽水をためるタンクである。
循環ポンプ２１は、前記汚染水や重水を反応槽３１に循環させるポンプであり、ガスボンベ２２には、ガスハイドレートを形成する物質、例えば、プロパンガスが充填されている。
反応槽３１は、後で詳述するが、重水とトリチウム水のガスハイドレートを生成したり、トリチウム水のガスハイドレートを生成する装置である。
恒温水槽４１は、汚染水タンク１１から循環ポンプ２１により送り込まれた汚染水を入れ、重水タンク１２から循環ポンプ２１により送り込まれた重水を入れ、計装装置５１からの制御により、ガスハイドレート形成条件の温度にするための装置である。
計装装置５１は流量計５２、温度計５３、ガスボンベ２２からの圧力を調整してガスハイドレート形成条件の圧力にする圧力調整装置５４などが含まれている。
反応槽３１は、恒温水槽４１からガスハイドレート形成条件の温度にされた汚染水と重水を循環ポンプ２１により受け入れ、ガスボンベ２２からのガスを計装装置５１によりガスハイドレート形成条件の圧力にした後、受け入れる。反応槽３１内で汚染水と重水をバブリングさせ、ガスハイドレートを形成させる。
図示していないが、反応槽３１と循環ポンプ２１をつなぐ循環パイプにはフィルタが内蔵されており、前述した通り、反応槽３１内で成長したガスハイドレート結晶は、フィルタ径より大きくなるとトラップされるが、フィルタ孔径より小さい結晶は、パイプ中を循環する際に融解した後に反応槽３１に戻り、再結晶化する。この機構により反応槽３１中のガスハイドレート結晶は液相の循環が妨げられるまで成長すると、ポンプの差圧が上昇する。この段階で反応槽中の液相を除去することにより、ハイドレート結晶と液相を分離する。
（実施例１）
試験用の試料水として、超純水に市販のトリチウム水を含有する試薬をトリチウム濃度が５×１０５Ｂｑ／Ｌになるように混合し、試料水とした。試料水を反応槽に入れ、ここに同量の重水を添加した。重水を添加した試料水を真空ポンプで減圧脱気させた。これらの操作は１９．０℃で行った。なお、装置は上述の装置を用いた。
試験用の試料水として、超純水に市販のトリチウム水を含有する試薬をトリチウム濃度が５×１０５Ｂｑ／Ｌになるように混合し、試料水とした。試料水を反応槽に入れ、ここに同量の重水を添加した。重水を添加した試料水を真空ポンプで減圧脱気させた。これらの操作は１９．０℃で行った。なお、装置は上述の装置を用いた。
反応槽の温度を１９．０℃に保持したまま、ＨＦＣ−３２ガスを一定速度で反応槽に導入した。ＨＦＣ−３２ガスは飽和するまで水に溶解し、飽和に達すると圧力の上昇速度は大きくなった。圧力が増大しガスハイドレートの生成条件に至り、ガスハイドレート結晶が析出した。このとき、ガスがガスハイドレート化することに伴い、急激に圧力が低下するので、これを補償するだけのＨＦＣ−３２ガスを随時導入した。この温度圧力条件で、ハイドレート結晶化する水は、軽水、重水及びトリチウム水であるが、外部循環部の温度を軽水のＱ２温度である２０．０℃よりも十分に高く設定することにより、外部循環部を通る低結晶化度のハイドレートを再融解させた。
また反応槽内の温度を１９．０℃から徐々に上昇させた。昇温は、軽水はハイドレートが安定相ではないが、重水とトリチウム水はハイドレートが安定相である温度２２．５℃まで行った。
この条件下で反応を継続させ、外部循環部の流量が低くなった時点で、反応槽内の液相を排出した。排出した液相は減圧下で加熱し、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、上述の処理後の軽水であり、この中に含まれるトリチウム水の濃度を測定した。測定は液体シンチレーション法で行った。結果を表１の「１段目分離除去後」に示した。
この条件下で反応を継続させ、外部循環部の流量が低くなった時点で、反応槽内の液相を排出した。排出した液相は減圧下で加熱し、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、上述の処理後の軽水であり、この中に含まれるトリチウム水の濃度を測定した。測定は液体シンチレーション法で行った。結果を表１の「１段目分離除去後」に示した。
反応槽内に残置したハイドレート結晶は、減圧下で加熱して溶融させるのと同時に、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、濃縮後の重水・トリチウム水混合物である。前述の減圧下での加圧溶融の代わりに、反応槽内に残置したハイドレート結晶を減圧し液化し、重水とトリチウム水の分離操作用の試料水とし、別の反応槽に入れた。
反応槽の温度を１９．０℃に保持したまま、ＨＦＣ−３２ガスを一定速度で反応槽に導入した。ＨＦＣ−３２ガスは飽和するまで水に溶解するが、飽和に達すると圧力の上昇速度は大きくなった。圧力が増大しガスハイドレートの生成条件に至るとガスハイドレート結晶が析出する。このとき、ガスがガスハイドレート化することにより、急激に圧力が低下するので、これを補償するだけのＨＦＣ−３２ガスを随時導入した。
外部循環部の温度を重水のＱ２温度である約２３℃よりも十分に高く設定することにより、外部循環部を通る低結晶化度のハイドレートを再融解させた。また、反応槽内の温度を１９．０℃から徐々に上昇させた。昇温は、重水はハイドレートが安定相ではないが、トリチウム水はハイドレートが安定相である温度２４℃まで行った。
この条件下で反応を継続させ、外部循環部の流量が低くなった時点で、反応槽内の液相を排出した。排出した液相は減圧下で加熱し、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、上述の処理後の重水である。
反応槽内に残置したハイドレート結晶は減圧下で加熱して溶融させるのと同時に、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、濃縮後の重水・トリチウム水混合物であり、トリチウム水の濃度を測定した。結果を表１の「２段目トリチウム水濃縮操作後」に示した。
（実施例２）
試験用の試料水として、超純水に市販のトリチウム水を含有する試薬をトリチウム濃度が５×１０５Ｂｑ／Ｌとなるように混合し試料水とした。試料水を反応槽に入れ、ここに同量の重水を添加した。重水を添加した試料水を真空ポンプで減圧脱気させた。これらの操作は１９．０℃で行った。
試験用の試料水として、超純水に市販のトリチウム水を含有する試薬をトリチウム濃度が５×１０５Ｂｑ／Ｌとなるように混合し試料水とした。試料水を反応槽に入れ、ここに同量の重水を添加した。重水を添加した試料水を真空ポンプで減圧脱気させた。これらの操作は１９．０℃で行った。
反応槽の温度を２２．５℃に保持したまま、ＨＦＣ−３２ガスを一定速度で反応槽に導入した。ＨＦＣ−３２ガスは飽和するまで水に溶解するが、飽和に達すると圧力の上昇速度は大きくなった。圧力が増大しガスハイドレートの生成条件に至るとガスハイドレート結晶が析出した。このとき、ガスがガスハイドレート化することにより、急激に圧力が低下するので、これを補償するだけのＨＦＣ−３２ガスを随時導入した。この温度圧力条件で、ハイドレート結晶化する水は、重水およびトリチウム水であるが、外部循環部の温度を重水のＱ２温度である約２３℃よりもわずかに高く設定することにより、外部循環部を通る低結晶化度のハイドレートを再融解させた。
また、反応槽内の温度を２２．５℃から徐々に上昇させ、重水とトリチウム水はハイドレートが安定相として存在可能であるのに対し、熱力学的準安定相として結晶化した軽水ハイドレートが融解する温度２３．５℃まで昇温させた。この条件下で反応を継続させ、外部循環部の流量が低くなった時点で、反応槽内の液相を排出した。排出した液相は減圧下で加熱し、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、上述の処理後の軽水であり、この中に含まれるトリチウム水の濃度を測定した。結果を表１の「１段目分離除去後」に示す。
反応槽内に残置したハイドレート結晶は減圧下で加熱して溶融させるのと同時に、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、濃縮後の重水・トリチウム水混合物である。前述の減圧下での加熱溶融の代わりに、反応槽内に残置したハイドレート結晶は減圧し液化し、重水とトリチウム水の分離操作用の試料水とし、別の反応槽に入れた。
反応槽の温度を２２．５℃に保持したまま、ＨＦＣ−３２ガスを一定速度で反応槽に導入した。ＨＦＣ−３２ガスは飽和するまで水に溶解するが、飽和に達すると圧力の上昇速度は大きくなった。圧力が増大しガスハイドレートの生成条件に至るとガスハイドレート結晶が析出する。このとき、ガスがガスハイドレート化することにより、急激に圧力が低下するので、これを補償するだけのＨＦＣ−３２ガスを随時導入した。
外部循環部の温度を重水のＱ２温度である約２３℃よりもわずかに高く設定することにより、外部循環部を通る低結晶化度のハイドレートを再融解させた。また反応槽内の温度を１９．０℃から徐々に上昇させ、重水はハイドレートが安定相ではないが、トリチウム水はハイドレートが安定相である温度２４℃まで昇温させた。この条件下で反応を継続させ、外部循環部の流量が所定値より低くなった時点で、反応槽内の液相を排出した。排出した液相は減圧下で加熱し、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、上述の処理後の重水である。
反応槽内に残置したハイドレート結晶は減圧下で加熱して溶融させるのと同時に、脱ガスさせた。脱ガス後の液体試料は、濃縮後の重水・トリチウム水混合物であり、トリチウム水の濃度を測定した。結果を表１の「２段目トリチウム水濃縮操作後」に示した。
１１ 汚染水タンク
１２ 重水タンク
１３ 軽水タンク
２１ 循環ポンプ
２２ ガスボンベ
３１ 反応槽
４１ 恒温水槽
５１ 計装装置
５２ 流量計
５３ 温度計
５４ 圧力調整装置
１２ 重水タンク
１３ 軽水タンク
２１ 循環ポンプ
２２ ガスボンベ
３１ 反応槽
４１ 恒温水槽
５１ 計装装置
５２ 流量計
５３ 温度計
５４ 圧力調整装置
Claims (3)
- トリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法であり、
該汚染された軽水中にトリチウム濃度が０．５〜５×１０６Ｂｑ／Ｌであり、
該トリチウム水で汚染された軽水に、重水を添加し、この重水の添加量は重水添加後のトリチウム水で汚染された軽水中に重水０．０１〜５０重量％であり、
重水添加後、重水及び／又はトリチウム水のガスハイドレートの形成条件下であって且つ大部分の軽水の液体状態を維持する条件下で、トリチウム水と重水とを結晶構造中に含むガスハイドレートを形成し、
該ガスハイドレートを軽水から除去することを特徴とする、
トリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法。 - （Ａ）トリチウム水と軽水を含む混合液に、重水を添加し、重水及び／又はトリチウム水のガスハイドレートの形成条件下であって且つ大部分の軽水の液体状態を維持する条件下で、トリチウム水と重水とを結晶構造中に含むガスハイドレートを形成し、該ガスハイドレートを軽水から除去すること、
（Ｂ）前記軽水より除去して得られたトリチウム水と重水とを結晶構造中に含むガスハイドレートを壊すことにより、トリチウム水と重水を含む混合液を得た後、トリチウム水のガスハイドレート形成条件下であって且つ重水の液体状態を維持する条件下で、該混合液中に、トリチウム水を結晶構造中に含むガスハイドレートを形成し、該ガスハイドレートを該混合液から分離除去した後、該分離除去したトリチウム水を結晶構造中に含むガスハイドレートを壊し、トリチウム水を収集すること、
をこの順序で包含することを特徴とする、トリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法。 - 前記トリチウム水と重水とを結晶構造中に含むガスハイドレート内に、僅かな量の軽水が取り込まれており、該ガスハイドレートを壊す融解工程と、トリチウム水と重水と僅かな量の軽水を含む混合液を再結晶化する再結晶化工程とを繰り返して、ガスハイドレート中に含まれていた軽水を除去若しくは軽減した上で、トリチウム水と重水と僅かな量の軽水を含む混合液を、トリチウム水のガスハイドレート形成条件下であって且つ重水の液体状態を維持する条件下で、トリチウム水を結晶構造中に含むガスハイドレートを形成することを特徴とする、請求項２に記載のトリチウム水で汚染された軽水からのトリチウム水の分離方法。
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