JPH06319957A - Separation and concentration of carbon-13 using laser - Google Patents

Separation and concentration of carbon-13 using laser

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JPH06319957A
JPH06319957A JP11046693A JP11046693A JPH06319957A JP H06319957 A JPH06319957 A JP H06319957A JP 11046693 A JP11046693 A JP 11046693A JP 11046693 A JP11046693 A JP 11046693A JP H06319957 A JPH06319957 A JP H06319957A
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JP
Japan
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carbon
gas
reaction
laser
product
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Application number
JP11046693A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Yamazaki
真 山崎
Takumi Kono
巧 河野
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Publication date
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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve concn. efficiency and laser irradiation cost and enhance productivity by a method wherein a primary combination product containing conc. carbon-13 and a secondary combination product are obtained by irradiation of infrared laser beam, reaction product gas is discharged from system, the primary product and the material gas remaining unreacted are removed and the secondary product is circulated into reaction system. CONSTITUTION:The mixed gas of CHClF2 and oxygen or oxygen-containing oxide is introduced into a reactor 3 as a material and this material gas is irradiated with infrared laser 1 to cause infrared multiple photon dissociation. The reaction product gas is continuously removed from the reactor 3, the reaction product gas contg. the reaction combination product with conc. carbon-13 is discharged from reaction system, a portion of the compound produced therefrom and a portion or all of the material gas remaining unreacted are removed and the remainder is circulated into the reaction system. By circulating a portion of the product gas to the material in this way, the selectivity of isotope is maintained, the productivity of carbon-13 isotope per laser beam pulse is improved and the amount of laser energy consumed is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザーを用いた炭素
13の分離、濃縮法に係わり、詳しくは赤外多光子解離
を利用した炭素13の分離、濃縮の際に赤外レーザー光
を有効に利用すると共に生産効率を向上させるための方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for separating and concentrating carbon 13 using a laser. More specifically, infrared laser light is effectively used for separating and concentrating carbon 13 using infrared multiphoton dissociation. And a method for improving production efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】天然に存在する炭素には質量数12と1
3の同位体が存在し、前者が98.9%であって、後者
は1.1%を占めている。これらの同位体の中で炭素1
3は酸素17等と共にNMR−MRIの標識化合物の原
料として、国内外の医学、生理学の研究者からの需要が
とみに高まっており、価格の低下と供給の安定化が強く
要求され始めている。
2. Description of the Prior Art Naturally occurring carbon has a mass number of 12 and 1.
There are 3 isotopes, the former is 98.9% and the latter is 1.1%. Carbon 1 among these isotopes
3 is a raw material for a labeled compound for NMR-MRI together with oxygen 17 and the like, and the demand from medical and physiological researchers in Japan and overseas is rapidly increasing, and price reduction and stable supply have been strongly demanded.

【0003】従来、実用化されている炭素13の分離、
濃縮法についてみてみると、低温蒸留法によるものであ
り、作業物質には一酸化炭素又はメタンが用いられる。
しかしながら、可燃性ガスである、冷媒である液体
窒素を大量に使用する、超精密蒸留塔であるため定常
状態到達時間が非常に長い、分離係数が殆ど1である
等のため、天然濃度から前出の標識化合物の実用に耐え
られる濃度までの濃縮に非常に多くの蒸留段数を要する
ため装置が大型化する等の欠点を有し、その製造コスト
も高いものとなっている。
Separation of carbon 13 which has been practically used in the past,
The concentration method is based on a low temperature distillation method, and carbon monoxide or methane is used as a working substance.
However, since it is a flammable gas, uses a large amount of liquid nitrogen as a refrigerant, has a very long time to reach a steady state because it is an ultra-precision distillation column, and has a separation coefficient of almost 1, etc. Since the number of distillation stages is required to condense the labeled compound to a concentration that can be practically used, it has drawbacks such as an increase in size of the apparatus, and its manufacturing cost is also high.

【0004】そこで、レーザーを用いて、安全かつ小型
装置で、安価に炭素13を分離、濃縮することができれ
ば、その意義は極めて大きく、そのために種々の提案が
されている(例えば、特開昭60−132,629号公
報や米国特許4,436,709)。
Therefore, if the carbon 13 can be separated and concentrated inexpensively with a safe and compact device using a laser, its significance is extremely significant, and various proposals have been made for that purpose (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho. 60-132,629 and U.S. Pat. No. 4,436,709).

【0005】これまで知られているレーザーを用いた炭
素13の分離、濃縮方法では、CHXF2 (式中、Xは
F、Cl、Br又はIの何れかを示す)等のフルオロカ
ーボンを原料として用いるか、あるいはこれらのフルオ
ロカーボンガスにハロゲンガスを添加したものを原料と
して、これらに炭酸ガスレーザー光を照射し、光吸収特
性の同位体シフトを利用して、炭素13が含まれたフル
オロカーボンの赤外多光子解離を選択的に生起させるも
のである。標識化合物のプレカーサには、メタン、二酸
化炭素、一酸化炭素が主に使用されることから、分離さ
れた炭素13が濃縮されたフルオロカーボンは上記化合
物に転換することが必要となり、そのプロセスは複雑で
ある。
[0005] In the method of separating and concentrating carbon 13 using a laser which has been known so far, a fluorocarbon such as CHXF 2 (wherein X represents F, Cl, Br or I) is used as a raw material. Or a fluorocarbon gas to which halogen gas is added is used as a raw material, and these are irradiated with carbon dioxide laser light, and the isotope shift of the light absorption property is used to make infrared of the fluorocarbon containing carbon 13. It selectively causes multiphoton dissociation. Since methane, carbon dioxide, and carbon monoxide are mainly used for the precursor of the labeling compound, it is necessary to convert the separated carbon 13-enriched fluorocarbon into the above compound, and the process is complicated. is there.

【0006】一方、本発明者らは、CHClF2 と酸素
等の酸化剤を原料とし、炭素13が濃縮されたCF2
を得、それを加水分解することによって容易に標識化合
物のプレカーサである炭素13が濃縮された二酸化炭素
を回収する方法を開発した(特開平2−277,525
号公報)。 しかしながら、これらの反応においては、炭
素13が濃縮された主生成化合物の他に、C2 4 のよ
うな副生成化合物も同時に生成する。この副生成化合物
も炭素13が濃縮されたものであるので、炭素13の回
収率を高めるためにはこれも回収することが有利である
が、当然ながら主生成化合物のみを対象としたときより
も分離、転換プロセスは複雑になる。ここで主生成化合
物とは、反応系を出た生成物において炭素13含有量が
大勢を占める化合物のことである。
On the other hand, the present inventors have found that CHClF2And oxygen
CF containing carbon 13 as a raw material using an oxidizing agent such as2O
And easily labeled by hydrolyzing it.
Carbon dioxide enriched with carbon-13
Has been developed (JP-A-2-277,525).
Issue). However, in these reactions, charcoal
In addition to the main product compound in which element 13 is concentrated, C2FFourNo
Such a by-product compound is also produced at the same time. This by-product compound
Since carbon 13 is also concentrated, the carbon 13
It is also advantageous to recover this to increase the yield
However, of course, compared to when only the main product compound is targeted
Even the separation and conversion process becomes complicated. Here the main compound
The product means that the carbon 13 content in the product leaving the reaction system is
It is a compound that occupies the majority.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炭素
13が濃縮された副生成化合物を効率良く主生成化合物
に転換する方法を提供することにある。本発明の他の目
的は、レーザーを用いた炭素13の分離、濃縮法におい
て炭素13分離効率を向上させ、多量の炭素13生産を
可能にし、高価なレーザー光の有効利用を図り、炭素1
3の分離、濃縮を安価に行うことができる方法を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to provide a method for efficiently converting a by-product compound enriched with carbon 13 into a main product compound. Another object of the present invention is to improve the separation efficiency of carbon 13 in a method for separating and concentrating carbon 13 using a laser, enabling the production of a large amount of carbon 13, and effectively utilizing expensive laser light.
An object of the present invention is to provide a method capable of performing separation and concentration of 3 at low cost.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、赤外レー
ザー光を原料ガスに照射して赤外多光子解離を生起さ
せ、炭素13を分離濃縮する方法において、炭素13が
濃縮された主生成化合物を効率良く回収する方法につい
て鋭意研究を重ねた結果、原料から直接炭素13が濃縮
された主生成化合物が生成する過程に並行して、副生成
化合物が主生成化合物に同位体選択的にかつ効率良く転
換できる過程があることを見出し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems In the method of irradiating a raw material gas with an infrared laser beam to cause infrared multiphoton dissociation and separating and concentrating carbon 13, carbon 13 was concentrated. As a result of intensive studies on a method for efficiently recovering the main product compound, the by-product compound isotope-selectively selected as the main product compound in parallel with the process of producing the main product compound in which carbon 13 is directly concentrated from the raw material. The present invention has been completed by finding that there is a process that can be efficiently and efficiently converted.

【0009】すなわち、本発明は、赤外レーザー光を反
応器中の原料ガスに照射して赤外多離を生起させて炭素
13を分離、濃縮する方法において、赤外レーザー光を
照射して炭素13が濃縮された主生成化合物と副生成化
合物の少なくとも2種類の化合物を生成させ、得られた
反応生成ガスを反応系外に取り出し、これから前記主生
成化合物の一部と未反応原料ガスの一部又は全部を取り
除くと共に、副生成化合物を含む残りのガスを反応系内
に還流することを特徴とするレーザーを用いた炭素13
の分離、濃縮方法である。
That is, the present invention is a method of irradiating a raw material gas in a reactor with infrared laser light to cause infrared separation, separating and concentrating carbon 13, and irradiating infrared laser light. At least two kinds of compounds, a main product compound and a by-product compound, in which carbon 13 is concentrated are generated, and the obtained reaction product gas is taken out of the reaction system. From this, a part of the main product compound and an unreacted raw material gas are extracted. Carbon 13 using a laser, characterized in that a part or all of it is removed and the remaining gas containing a by-product compound is refluxed into the reaction system.
Is a method of separation and concentration.

【0010】本発明において、原料ガスとしては、従来
公知の化合物を使用することができる。具体的にはCH
XF2 (式中、XはF、Cl、Br又はIの何れかを示
す)等のフルオロカーボンガスにハロゲンガス又は酸素
等の酸素含有酸化剤を添加したものを使用することがで
きるが、好ましくは原料ガスとしてCHClF2 と酸素
又は酸素含有酸化剤等との混合ガスを用いるのが良い。
In the present invention, conventionally known compounds can be used as the source gas. Specifically CH
A fluorocarbon gas such as XF 2 (wherein X represents any one of F, Cl, Br and I) to which a halogen gas or an oxygen-containing oxidizing agent such as oxygen is added can be used, but is preferably used. It is preferable to use a mixed gas of CHClF 2 and oxygen or an oxygen-containing oxidizing agent as the source gas.

【0011】この原料ガスに赤外レーザーを照射して赤
外多光子解離を生起させる反応は、例えば、集光された
レーザービームが入射される反応器において生じる。原
料ガスは連続的に反応器に装入され、反応し、反応生成
ガスは連続的に反応器から取り出される。この場合、系
外は反応器外を意味することになる。炭素13が濃縮さ
れた反応生成化合物を含む反応生成ガスは、これを反応
系外へ取り出し、これから生成した化合物の一部と未反
応原料ガスの一部又は全部を取り除き、残りは反応系内
に還流する。取り除いた成分の内、炭素13が濃縮され
た化合物の一部又は全部を目的物として回収する。
The reaction of irradiating the raw material gas with an infrared laser to cause infrared multiphoton dissociation occurs, for example, in a reactor into which a focused laser beam is incident. The raw material gas is continuously charged into the reactor and reacted, and the reaction product gas is continuously taken out from the reactor. In this case, the outside of the system means outside the reactor. The reaction product gas containing the reaction product compound in which carbon 13 is concentrated is taken out of the reaction system, a part of the compound formed from this and the unreacted raw material gas is partly or entirely removed, and the rest is left in the reaction system. Bring to reflux. Of the removed components, a part or all of the compound in which carbon 13 is concentrated is recovered as a target product.

【0012】系外で回収する炭素13が濃縮された主生
成化合物の量は、反応系から取り出した時点で存在する
量の一部にとどめることが重要であり、好ましくは5%
以上70%以下、より好ましくは15%以上60%以
下、更に好ましくは25%以上50以下である。残りの
主生成化合物は還流する。一方、炭素13が濃縮された
副生成化合物の量は、可及的に多量を残し、反応系に還
流するが、好ましくは20%以上、より好ましくは40
%以上を残し、還流する。未反応原料ガスは炭素13が
減損しているため、可及的に多量を取り除くが、好まし
くは10%以上、より好ましくは20%以上、更に好ま
しくは30%以上を取り除くことがよい。反応系外で取
り除かれなかった成分は還流され、新鮮な原料ガスと共
に反応系内に装入される。
It is important to limit the amount of the main product compound enriched with carbon 13 to be recovered outside the system to a part of the amount existing at the time of taking out from the reaction system, preferably 5%.
Or more and 70% or less, more preferably 15% or more and 60% or less, and further preferably 25% or more and 50 or less. The remaining main product compound is refluxed. On the other hand, the amount of the by-product compound in which carbon 13 is concentrated is left as large as possible and refluxed to the reaction system, but preferably 20% or more, more preferably 40%.
Reflux, leaving more than%. Since carbon 13 is depleted in the unreacted raw material gas, as much as possible is removed, but preferably 10% or more, more preferably 20% or more, still more preferably 30% or more. The components not removed outside the reaction system are refluxed and charged into the reaction system together with the fresh raw material gas.

【0013】[0013]

【作用】従来法を用いた場合と本発明方法を用いた場合
の作用について、原料ガスとしてCHClF2 と酸素用
い、反応生成ガスを還流した場合と還流しない場合を例
に説明する。
The effects of using the conventional method and the method of the present invention will be described with reference to the case where CHClF 2 and oxygen are used as the source gas and the reaction product gas is refluxed or not.

【0014】原料のCHClF2 ガスに炭酸ガスレーザ
ー等の非常に強い赤外パルス光を照射すると赤外多光子
吸収により解離を起こし、解離物としてCF2 とHCl
が生じる。しかしこの解離を同位体選択的に誘起するに
は、レーザー光のフルエンス(単位照射面積当たりのレ
ーザー光の強度)とレーザー光波長と原料ガスの圧力等
とを適度に設定して照射することが必要がある。例え
ば、フルエンスが強すぎると、殆ど全ての原料ガスが解
離し、炭素13の濃縮が起こらない。また、フルエンス
が弱すぎると、原料ガスそのものの解離が起こらない。
レーザーの波長を1,045cm-1付近に、そのフルエ
ンスを5J/cm2程度に設定すると、解離物CF2
に炭素13が濃縮され、解離物CF2 と酸素との反応及
び、CF2同志の2量化反応が同時に起こり、炭素13
が30%以上に濃縮されたCF2 O及びC2 4 が最終
生成物として得られる。そして、前者が主生成化合物、
後者が副生成化合物となる。
When the CHClF 2 gas as a raw material is irradiated with a very strong infrared pulsed light such as a carbon dioxide gas laser, it causes dissociation due to infrared multiphoton absorption, and CF 2 and HCl as dissociated products.
Occurs. However, in order to induce this dissociation in an isotope-selective manner, it is necessary to appropriately set the fluence of the laser light (the intensity of the laser light per unit irradiation area), the laser light wavelength, the pressure of the raw material gas, etc. There is a need. For example, if the fluence is too strong, almost all the raw material gas is dissociated, and carbon 13 is not concentrated. If the fluence is too weak, the raw material gas itself will not be dissociated.
The wavelength of the laser in the vicinity of 1,045cm -1, if you set the fluence of about 5 J / cm 2, the carbon 13 is concentrated in the dissociation product CF 2, reaction of a dissociation product CF 2 and oxygen and, CF 2 comrades The dimerization reaction of
CF 2 O and C 2 F 4 enriched above 30% are obtained as final products. And the former is the main product,
The latter is a by-product compound.

【0015】通常、レーザー発進器で得られるレーザー
光は、そのままではフルエンスが低いので、レンズで集
光して上記のフルエンスまで高めてから照射することが
必要である。 CHClF2 + nhυ → CF2 + HCl (1) CF2 + O2 → CF2 O + O (2) CF2 + CF2 → C2 4 (3) CF2 O + H2 O → CO2 + 2HF (4)
Usually, the laser beam obtained by the laser starter has a low fluence as it is, and therefore it is necessary to focus the light with a lens to increase the fluence and then irradiate it. CHClF 2 + nhυ → CF 2 + HCl (1) CF 2 + O 2 → CF 2 O + O (2) CF 2 + CF 2 → C 2 F 4 (3) CF 2 O + H 2 O → CO 2 + 2HF (4)

【0016】反応(1)はCHClF2 が炭酸ガスレー
ザーの赤外多光子を吸収して解離する過程を示す。前述
の如き照射条件では、炭素13を含むCHClF2 分子
が選択的に解離し、炭素13濃度の高いCF2 が生成す
る。このCF2 は反応(2)によって酸化してCF2
となるか、反応(3)によって2量化してC2 4 とな
って炭素13が濃縮されることになる。また、炭素13
が濃縮されたCF2 Oの生成量を増加させるには非常に
多くの赤外パルスを反応系に照射する必要がある。
Reaction (1) shows a process in which CHClF 2 absorbs and dissociates infrared multiphotons of a carbon dioxide laser. Under the irradiation conditions as described above, CHClF 2 molecules containing carbon 13 are selectively dissociated to generate CF 2 having a high carbon 13 concentration. This CF 2 is oxidized by the reaction (2) to give CF 2 O.
Alternatively, the reaction (3) dimerizes into C 2 F 4 and carbon 13 is concentrated. Also, carbon 13
It is necessary to irradiate the reaction system with a large number of infrared pulses in order to increase the production amount of CF 2 O that is concentrated in the reaction system.

【0017】このCF2 Oは、反応(4)の加水分解に
よって、標識化合物のプレカーサであるCO2 に容易に
転換することができるが、一方炭素13が濃縮されたC
2 4 を回収し、標識化合物のプレカーサであるC
2 、CO、CH4 に転換するには、原料からの分
離、酸化又は還元といった工程が更に必要になる。
This CF2O is used for hydrolysis of reaction (4)
Therefore, CO, which is a precursor of the labeling compound,2Easy to
It can be converted, while the carbon 13 is enriched in C
2F FourC, which is a precursor of the labeled compound,
O2, CO, CHFourTo convert to
Further steps such as separation, oxidation or reduction are required.

【0018】次に、本発明の生成化合物の一部を原料ガ
ス中に一部還流した場合について説明する。反応(1)
から(3)までを詳細に調べた結果、本発明者等はレー
ザー光照射回数を更に増加させていくと、更にC2 4
は酸化されCF2 Oに転換することを見出した。 C2 4 + O2 → 2CF2 O (5)
Next, a case where a part of the produced compound of the present invention is partially refluxed in the raw material gas will be described. Reaction (1)
As a result of detailed examination of (1) to (3), the present inventors further increased C 2 F 4 when the number of laser light irradiations was further increased.
Was oxidized and converted to CF 2 O. C 2 F 4 + O 2 → 2CF 2 O (5)

【0019】しかも、反応(5)は同位体選択的に進
み、この反応は13CF2 O濃度がある範囲に到達する
と、当該反応が飛躍的に進むことも見出した。その結果
を、図1の13CF2 Oの存在量におけるレーザーパルス
当たりの13CF2 O生成量として示した。図1の横軸は
13CF2 O生成量最大を100として 13CF2 O生成量
を表したものであり、縦軸はレーザーパルス当たりの13
CF2O生成量最大を100としてレーザーパルス当た
りの13CF2 O生成量を表したものである。 CF2 O + mhυ → CF2 * (6) CF2 * + C2 4 → C2 4 * (7) C2 4 * + O2 → 2CF2 O (8)
Moreover, the reaction (5) proceeds isotope-selectively.
This reaction is13CF2O concentration reaches a certain range
It was also found that the reaction dramatically progresses. as a result
In Figure 113CF2Laser pulse in the abundance of O
Per hit13CF2It was shown as the amount of O produced. The horizontal axis of Figure 1 is
13CF2Maximum O production is 100 13CF2O production
The vertical axis represents the laser pulse13
CF2Laser pulse was applied with the maximum amount of O generation being 100.
Rino13CF2It shows the amount of O produced. CF2O + mhυ → CF2O* (6) CF2O* + C2FFour → C2FFour * (7) C2FFour * + O2 → 2CF2O (8)

【0020】この反応のメカニズムは現在明確ではない
が、生成した炭素13が濃縮されたCF2 Oは照射され
たレーザー波長1045cm-1に吸収を有しているた
め、これが赤外光子を吸収し〔反応(6)〕、そのエネ
ルギーをC2 4 に移譲することによってC2 4 が再
度励起し反応可能な状態に至り〔反応(7)〕CF2
に転換するものと考えられる〔反応(8)〕。
Although the mechanism of this reaction is not clear at present, since the produced carbon 13-enriched CF 2 O has absorption at the irradiated laser wavelength of 1045 cm -1, it absorbs infrared photons. [Reaction (6)] By transferring the energy to C 2 F 4 , C 2 F 4 is excited again to reach a state in which reaction is possible [Reaction (7)] CF 2 O
Is considered to be converted into [reaction (8)].

【0021】この反応(5)を顕著に行えるCF2 O濃
度に到達するには、従来法では、照射する赤外パルス光
を非常に多く反応系に照射することが必要となる。CF
2 Oの転換率が高くできても、当該CF2 O濃度に到達
するために要するレーザー照射コストを鑑みると、効率
的ではない。しかし、原料に反応生成化合物であるCF
2 O及びC2 4 を一部還流することによって反応
(5)が効率良く進む13CF2 O濃度を、より少ないレ
ーザー照射回数で再現することができる。これによって
同じ赤外パルス光の照射数で、還流をしない時よりも、
生成する炭素13が濃縮されたCF2 O生成量を多くす
ることができる。
In order to reach the CF 2 O concentration at which the reaction (5) can be performed remarkably, it is necessary in the conventional method to irradiate the reaction system with a large amount of infrared pulsed light. CF
Even if the conversion rate of 2 O can be increased, it is not efficient in view of the laser irradiation cost required to reach the CF 2 O concentration. However, CF, which is a reaction product compound, is used as a raw material.
By partially refluxing 2 O and C 2 F 4 , the 13 CF 2 O concentration in which the reaction (5) proceeds efficiently can be reproduced with a smaller number of laser irradiation times. As a result, with the same number of irradiation of infrared pulsed light,
It is possible to increase the amount of CF 2 O produced by concentrating the produced carbon 13.

【0022】以上述べたように、この方法では、レーザ
ー光が有効に利用され、炭素13分離、濃縮反応を極め
て効率良く行うことができ、生産性を向上させ、生産コ
ストの削減が可能となる。
As described above, in this method, the laser light is effectively used, the carbon 13 separation and concentration reaction can be carried out extremely efficiently, the productivity is improved, and the production cost can be reduced. .

【0023】[0023]

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples.

【0024】実施例1 図2に、本発明のレーザー法同位体分離に用いたレーザ
ー照射、炭素13分離装置が示されている。この図2に
おいて、レーザー発振器1は回折格子を組み込んだTE
A型パルス炭酸ガスレーザーであり、出力されたレーザ
ービームはレンズ2(焦点距離2m、BaF2 製)で集
光され、原料ガス及び還流ガスの存在する反応器3(長
さ2.7m、パイレックスガラス製)に入射される。こ
こで、炭酸ガスレーザーの発振ラインは9P(22)
(1,045cm-1)に設定され、レーザー出力は2.
2J/パルス(10pps)であり、焦点部でのフルエ
ンスは7J/cm2 に設定した。
Example 1 FIG. 2 shows a laser irradiation / carbon 13 separation apparatus used for laser isotope separation of the present invention. In FIG. 2, the laser oscillator 1 is a TE that incorporates a diffraction grating.
It is an A type pulsed carbon dioxide laser, and the output laser beam is focused by a lens 2 (focal length 2 m, made of BaF 2 ), and a reactor 3 (length 2.7 m, Pyrex) where source gas and reflux gas exist. (Made of glass). Here, the oscillation line of the carbon dioxide laser is 9P (22)
(1,045 cm -1 ) and the laser output is 2.
It was 2 J / pulse (10 pps), and the fluence at the focal portion was set to 7 J / cm 2 .

【0025】原料ガスのCHClF2 は27cc/mi
nで原料供給器4(炭素13が減損していないCHCl
2 を供給する装置)で導入し、還流ガスと合わせて1
12cc/min(この時このガスは反応器の実質反応
域を滞留中にレーザーパルスの照射を250回受けるこ
とになる。)として反応器に全圧100torrになる
ように導入する。また、酸素を反応器入口濃度が33%
を維持できるように適宜酸素供給器5で供給する。反応
器3より引き抜かれた反応生成ガスの35%を、水酸化
バリウム溶液の入ったアルカリ吸収器6に導き、ここで
CF2 Oを炭酸バリウムとして回収する。尚、この炭酸
バリウム中の炭素13は、炭酸バリウムを塩酸で処理す
ることによって化学量論的にCO2 として回収すること
が容易にできる。
CHClF 2 of the source gas is 27 cc / mi
n is the raw material supply unit 4 (CHCl in which carbon 13 is not impaired)
It is introduced with a device that supplies F 2 ) and combined with the reflux gas to obtain 1
12 cc / min (at this time, this gas is irradiated with a laser pulse 250 times while staying in the substantial reaction zone of the reactor) and introduced into the reactor at a total pressure of 100 torr. Also, the concentration of oxygen at the reactor inlet is 33%
Is appropriately supplied by the oxygen supplier 5. 35% of the reaction product gas extracted from the reactor 3 is led to the alkali absorber 6 containing the barium hydroxide solution, where CF 2 O is recovered as barium carbonate. The carbon 13 in the barium carbonate can be easily stoichiometrically recovered as CO 2 by treating the barium carbonate with hydrochloric acid.

【0026】そして、アルカリ吸収器6を出た反応生成
ガスは、原料ガスのCHClF2 、酸素及び副生成化合
物のC2 4 を含むので、冷凍機7に導入し、ここで水
分及び原料ガスのCHClF2 のみを低温凝縮により回
収させる。冷凍機7より出た反応生成ガスは、酸素及び
2 4 を含み、これは反応器3より引き出されたガス
の65%と再度混合される。この混合されたガスは、還
流ガスとして原料供給装置4から供給された新しい原料
ガスと混合されて反応器3に導入される。炭素13が減
損していない原料CHClF2 を加える理由は反応系に
不足した炭素13を反応系に供給するためのものであ
る。
The reaction product gas leaving the alkali absorber 6 contains CHClF 2 which is a source gas, oxygen and C 2 F 4 which is a by-product compound, and therefore is introduced into the refrigerator 7, where water and the source gas are supplied. CHClF 2 is recovered by cold condensation. The reaction product gas exiting the refrigerator 7 contains oxygen and C 2 F 4 , which is remixed with 65% of the gas withdrawn from the reactor 3. This mixed gas is mixed as a reflux gas with a new raw material gas supplied from the raw material supply device 4 and introduced into the reactor 3. The reason for adding the raw material CHClF 2 in which carbon 13 is not depleted is to supply carbon 13 deficient in the reaction system to the reaction system.

【0027】この結果、アルカリ吸収器には炭素13同
位体比30%、炭素13が含まれた二酸化炭素2.25
×10-8mol/pulseの生産効率に見合った炭酸
バリウムが回収された。
As a result, in the alkali absorber, carbon dioxide 2.25 containing carbon 13 isotope ratio of 30% and carbon 13 was 2.25.
Barium carbonate corresponding to the production efficiency of × 10 -8 mol / pulse was recovered.

【0028】比較例1 比較のために、還流を行なわず、原料ガスCHClF2
67%、酸素33%、全圧100torr、流量112
cc/min、レーザー照射条件は、上記実施例1と同
じ条件で行った時、アルカリ吸収器には炭素13同位体
比22%、炭素13が含まれた二酸化炭素9.0×10
-10 mol/pulseの生産効率に見合った炭酸バリ
ウムが回収された。
Comparative Example 1 For comparison, the raw material gas CHClF 2 was used without reflux.
67%, oxygen 33%, total pressure 100 torr, flow rate 112
When cc / min and laser irradiation conditions were the same as in Example 1 above, carbon dioxide 9.0 × 10 carbon dioxide containing carbon 13 isotope ratio 22% and carbon 13 in the alkali absorber.
Barium carbonate commensurate with the production efficiency of -10 mol / pulse was recovered.

【0029】比較例2 更に比較のために、還流を行なわず原料ガスCHClF
2 67%、酸素33%、全圧100torr、流量12
cc/min(ガスが反応器の実質反応域を滞留中にレ
ーザーパルスの照射を2,250回受ける)で行った
時、アルカリ吸収器には炭素13同位体比30%、炭素
13が含まれた炭酸ガスが6.6×10-9mol/pu
lseの生産効率に見合った炭酸バリウムが回収され
た。
Comparative Example 2 For further comparison, the raw material gas CHClF was used without reflux.
2 67%, oxygen 33%, total pressure 100 torr, flow 12
When carried out at cc / min (gas is irradiated with laser pulse for 2,250 times while staying in the substantial reaction zone of the reactor), the alkali absorber contains carbon 13 isotope ratio 30% and carbon 13 Carbon dioxide gas is 6.6 × 10 -9 mol / pu
Barium carbonate was recovered in proportion to the production efficiency of lse.

【0030】従って、生成ガスの一部を原料へ還流する
ことにより、同位体選択性を維持し、レーザー光パルス
当たりの炭素13同位体生産効率が向上、消費レーザー
エネルギーを削減できたことが分かる。
Therefore, it can be seen that by refluxing a part of the produced gas to the raw material, the isotope selectivity was maintained, the carbon 13 isotope production efficiency per laser light pulse was improved, and the consumed laser energy was reduced. .

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、レーザーを用いた炭素
13の分離、濃縮において、その濃縮効率、及びレーザ
ー照射コストが大幅に改善され、生産性が著しく向上
し、低コストで同位体を分離、濃縮することが可能であ
る。
According to the present invention, in the separation and concentration of carbon 13 using a laser, the concentration efficiency and the laser irradiation cost are greatly improved, the productivity is remarkably improved, and the isotope is produced at a low cost. It is possible to separate and concentrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は、13CF2 Oの存在量におけるレーザ
ーパルス当たりの13CF2 O生成量を示すグラフ図であ
る。
[1] Figure 1 is a graph showing the 13 CF 2 O generated per laser pulse in the presence of 13 CF 2 O.

【図2】 図2は、炭素13分離装置を示す説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a carbon 13 separator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…レーザー発振器、2…レンズ、3…反応器、4…原
料供給器、5…酸素供給器、6…アルカリ吸収器、7…
冷凍機。
1 ... Laser oscillator, 2 ... Lens, 3 ... Reactor, 4 ... Raw material supply device, 5 ... Oxygen supply device, 6 ... Alkaline absorber, 7 ...
refrigerator.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 赤外レーザー光を反応器中の原料ガスに
照射して赤外多光子解離を生起させて炭素13を分離、
濃縮する方法において、赤外レーザー光を照射して炭素
13が濃縮された主生成化合物と副生成化合物の少なく
とも2種類の化合物を生成させ、得られた反応生成ガス
を反応系外に取り出し、これから前記主生成化合物の一
部と未反応原料ガスの一部又は全部を取り除くと共に、
副生成化合物を含む残りのガスを反応系内に還流するこ
とを特徴とするレーザーを用いた炭素13の分離、濃縮
方法。
1. A source gas in a reactor is irradiated with infrared laser light to cause infrared multiphoton dissociation to separate carbon 13.
In the method of concentrating, at least two kinds of compounds, that is, a main product compound and a by-product compound in which carbon 13 is concentrated are generated by irradiating infrared laser light, and the obtained reaction product gas is taken out of the reaction system. While removing a part or all of the unreacted raw material gas and a part of the main product compound,
A method for separating and concentrating carbon 13 using a laser, characterized in that the remaining gas containing a by-product compound is refluxed into the reaction system.
【請求項2】 原料ガスが、CHClF2 及び酸素又は
酸素含有酸化剤の混合ガスである請求項1記載のレーザ
ーを用いた炭素13の分離、濃縮方法。
2. The method for separating and concentrating carbon 13 using a laser according to claim 1, wherein the source gas is a mixed gas of CHClF 2 and oxygen or an oxygen-containing oxidizing agent.
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