JPH01194932A

JPH01194932A - 水素同位体分離方法

Info

Publication number: JPH01194932A
Application number: JP1697488A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nishi; 高志西; Tetsuya Matsui; 哲也松井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1989-08-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は原子燃料再処理、重水炉、核融合等のエネルギ
分野に係り、特に、水素同位体の分離に好適な方法に関
する。

〔従来の技術〕

従来のレーザを用いた水素同位体分離方法は、特開昭５
５−８６５２４号公報に記載のように、水素同位体（ト
リチウム、重水素）をホルムアルデヒド等の「作業物質
」に同位体交換し、この作業物質にレーザを照射して前
期解離により生成する回収すべき水素同位体を含んだ気
体を分離するレーザ分子法であった。この方法はレーザ
による光解雛を利用したもので、分離係数が高いという
利点をもつが、反面、レーザ反応装置の他に、同位体交
換塔、吸着分離塔等の周辺装置が８粟であり、分離プロ
セスは複雑で装置容積も大きくなるという問題点があっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、分離すべき水素同位体を含む分子を原
子化し、レーザを用いて選択的にイオン化し電場により
回収することにより、上記従来技術の作業物質を不要と
し、同位体分離工程を単純化し、さらに、分離係数を高
めることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、水素同位体分離を次の三段階で構成される
レーザ原子法で行なうことにより達成される。

第一段階は、分離すべき水素同位体を含む分子、例えば
、水素分子（Ｈ２，ＨＴＩ　Ｔ２）、水分子（ＨＴＯ）
等を原子化する過程である。

第二段階は、これらの原子団にレーザを照射して分離す
る水素同位体のみを選択励起し、さらに、別のレーザを
照射することにより１分離する水素同位体のみをイオン
化励起する過程である。

そして、第三段階は、イオン化された水素同位体を電場
により、分離する過程である。

第一段階は、分離すべき水素同位体を含む水素分子、あ
るいは、水分子等にこれらの原子間の結合エネルギ以上
のエネルギを外部から与えることにより達成される。具
体的には高周波による加熱、あるいは、紫外域（水素分
子の場合２７５ｎｍ以下）の波長のレーザ光照射又は、
可視域、赤外域の集光されたレーザ光照射により行なう
。

次に、第二段階は、第２図に示した原理図で説明する。

第二段階は、選択励起レベル（）Ｉ２Ｐ）２の同位体シ
フトを利用して、分離したい水素同位体の選択励起レベ
ル２と基底レベル（ｉｓ）ｌのエネルギ差に相当する、
又は、それより短い波長をもっレーザ光を照射すること
により、分離したい水素同位体原子のみを選択的に励起
できる。レーザ光の波長は、真空紫外〜紫外域であり、
使用できるレーザは、水素レーザ（重水素レーザ、トリ
チウムレーザを含む）、または、パルス色素レーザの周
波数混合による真空紫外域波長可変レーザ、あるいは、
加速器を用いて加速された電子を周期磁場で振動させる
ことにより生じるシンクロトロン放射光の増幅作用を利
用した自由電子レーザが好適である。

選択励起レベル２にある励起同位体原子は、さらに、イ
オン化レベル４と励起レベルのエネルギ差に相当する、
あるいは、それ以上のエネルギに相当する波長のレーザ
光を照射することによりイオン化される。この過程は、
イオン化レベル４と選択励起レベル２の準位間を数段階
に分割し、その準位間のエネルギ差に相当する波長をも
っレーザ光を複数重ね合わせて照射することによっても
可能である。このイオン化のためのレーザは、−段階で
イオン化するためには、近紫外〜紫外域のレーザ光、例
えば、エキシマレーザが好適であり、二段階でイオン化
するには、波長可変色素レーザや銅蒸気レーザ、ＹＡＧ
レーザが好適である。

第三段階は、イオン化された同位体を分離容器内に設け
られた電極に回収する過程であり、イオン化された水素
同位体を陰極板上へ分離回収することができる。この際
、陰極板を水素を吸蔵する性質を持つ全屈で作ることに
より、回収固定化が容易になり、分離効率が増す。電極
板に吸蔵された水素同位体は、分離工程終了後に、加熱
サイクルにより、電極板から解放できる。３は中間励起
レベル。

以上の過程により、水素同位体の分離が、従来の方法と
比べ比較的単純な工程で可能となり、しかも、高い分離
係数が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。本実
施例は、廃水中のトリチウムの分離、例えば、再処理廃
液からのトリチウム分離に好適な例である。廃液は、廃
液供給系５から、噴霧器７を介して分離容器１６内にス
プレーされる。ここで高周波加熱装置８により、トリチ
ウム水を含む廃液の微粉は瞬時に加熱され、原子状態に
なる。

この原子団に三種類の波長を合成したレーザビーム１０
を照射する。このレーザビーム１ｏは、まず、＋−リチ
ウム原子の選択励起用波長可変真空紫外レーザ１１から
の波長１２０±１０ｎｍのレーザビーム、イオン化励起
用の可視光レーザ１４は、好ましくは、銅蒸気レーザか
らの波長５１０ｎｍのレーザビーム、そして、可視光レ
ーザ１４でボンピングされた色素レーザ１３からの波長
６５０ｎｍ付近のレーザビームをハーフミラ−１５、ミ
ラー１７、そして紫外光透過、可視光反射型のダイクロ
ツクミラー１２により重ね合せたものである。レーザビ
ーム１０は分離容器の壁面に設けられた窓より容器内の
原子団に照射され、ｌ・リチウム原子のみを選択的にイ
オン化励起する。イオン化されたトリチウムは、陰極９
にクーロン力で回収される。陰極９は、水素吸蔵合金製
にすれば、トリチウムを吸蔵固定化し、分離効率を高め
る。

分前後は排気系６より、トリチウムを分離した廃液蒸気
が排出される。電極に固定されたトリチウムは、加熱す
ることによりリリースされるため、分前後の処理が容易
になる。

本実施例は、ＨＴ、Ｔ２を含む気体からのトリチウム分
離にも適用可能であり、例えば、Ｄ−Ｔ燃料を用いる核
融合炉の真空排気系からのトリチウムの分離、濃縮に適
用できる。本例は重水素の分離にも適用でき、この場合
、波長可変真空紫外レーザの波長を重水素の選択励起レ
ベルにあわせることにより実施できる。

本実施例で用いる波長可変真空紫外レーザ１１は可視〜
紫外域のパルス色素レーザと非線形媒質（例えば希ガス
、金属蒸気等）の組み合わせで構成される。−例として
、非線形媒質として水銀蒸気を用いた場合、波長３１２
．８　　ｎｍの二光子励起で水銀は７’　Ｓｏの励起状
態になり、さらに追動起用波長可変色素レーザの波長を
４２０〜６７０ｎｍの範囲で掃引すると、１１４ｎｍ〜
１２７ｎｍの範囲の波長可変な真空紫外レーザ光が得ら
れる。

これはトリチウムの選択励起用として好適である。

波長３１２，８　　ｎｍのレーザ光はＹＡＧレーザとロ
ーダミン系色素、そして、非線形光学結晶（例えばＫＯ
Ｐ）の組み合わせが最適であり、追動起用レーザはＹＡ
Ｇレーザとローダミン系色素の組み合せで得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来法に比べてプロセスが単純になる
ため、装置容積が１０％以下になり、また、分離係数は
一桁以上向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である廃水からの１−リチウ
ム分離装置の構成図、第２図は本発明の原理を示す水素
のエネルギ準位の図である。１　・基底レベル、２・選択励起レベル、３・・・中間
励起レベル、４・・イオン化レベル、８・・・高周波加
熱装置、９・・・電極板、１０・・・レーザビーム、１
１・・・波長可変真空紫外レーザ、１２・・ダイクロツ
クミラー、１５・・ハーフミラ−０第１図

Claims

【特許請求の範囲】１、トリチウム、又は、重水素を含む水素分子、あるい
は、水分子に結合解離エネルギ以上のエネルギを与えて
原子化した後、分離する水素同位体の選択励起レベルに
相当する波長のレーザビームを照射して分離する水素同
位体原子のみを選択的に励起し、さらに、前記励起レベ
ルとイオン化レベルの差に相当するか、あるいは、それ
以上のエネルギをもつ前記レーザビームを照射して分離
する前記水素同位体原子をイオン化し、その後、電極板
に回収することを特徴とする水素同位体分離方法。２、特許請求の範囲第１項において、前記原子化を高周波加熱により行なうことを特徴とする
水素同位体分離方法。３、特許請求の範囲第１項において、前記原子化をレーザビームを照射することにより行なう
ことを特徴とする水素同位体分離方法。４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項におい
て、前記電極板に水素を吸蔵する性質をもつ金属を使用する
ことを特徴とする水素同位体分離方法。