JPS62220856A - フロ−ク−ロメトリ検出器 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は被検液中に含まれるイオンの原子価と濃度の検
出に使用されるフロークーロメトリ検出器に係り、特に
核燃料再処理工程におけるウラニウムイオンおよびプル
トニウムイオンの原子価と１１度とを検出するために使
用される７０−クーロメトリ検出器に関するものである
。

（従来の技術） 核燃料再処理の主工程では、一般に溶媒抽出法により使
用済核燃料に含まれているウランｄ３よびプルトニウム
を核分裂生成物から分離し、さらにウランとプルトニウ
ムを分離精製して回収している。この主工程を連続的か
つ経済的に進行させるためには、温度、圧力、ｖＬ間等
の通常のプロセス制御間のほかに化学成分をもモニタし
、それらを適当な値に保持する必要がある。そして、こ
の化学成分のなかでも塩析剤として用いられる硝酸の濃
度とともに、最終目的製品であるウラニウムイオンおよ
びプルトニウムイオンの原子価ごとに濃度の監視は非常
に重要である。従って、多聞の使用済核燃料の再処理を
迅速に行なうためには、これらの濃度を連続的に、ある
いは短い繰り返し周期でモニタできることが必要となる
。ウラニウムイオンおよびプルトニウムイオンの原子価
ごとの濃度を測定できるものとしてフロークーロメトリ
検出器がある。このフロークーロメトリ検出器は被検液
中に含まれるイオン等の分析物質を迅速電解し、ファラ
デーの法則により絶対定量するものであり、この検出器
を複数組み合わせることにより被検液中に種々のイオン
が共存している状態においても特定の原子価のイオンの
濃疾が測定できる装置である。

第４図はかかるフロークーロメトリ検出器の従来例の断
面図を示している。アルミナ多孔質等からなり内部に被
検液流路が形成される筒状の電解隔膜１８の内部に作用
電極１９が軸方向に充填されている。この作用電極１９
は広い電位範囲に適用可能な材質、例えば炭素ｍ雑ある
いはグラジ−カーボン繊維などの束からなっている。作
用電極１９は作用電極部分を流れる分析物質の全てを電
解するものであり、このため被検液流路の断面に対して
８０％前後の充填率となるように電解隔膜１８に挿入さ
れる。前記電解隔膜１８の外側には液絡部が電＠隔１！
１１８に接近するようにした参照電極２０が配設される
と共に、電解隔膜１８の周囲に貴金属からなる対極２１
が配設されている。

前記対極２１内は被検液と同種の溶液あるいは塩化カリ
ウム溶液等の対極液２２で満たされている。

又、前記電解隔膜１８の両側には導入口２４および導出
口２５が接続されており、被検液は電解隔１Ｉｉｓ内の
作用電極１９０部分のみを通流れするようになっている
。この作用電極１９への電位の印加および電解電流の取
り出しは、作用電極１９に平衡となるようにＭ解隔膜１
８内に挿入されたグラジ−カーボン等からなる集電休２
３を介して行われる。又、前記電解隔膜１８の気孔率、
孔径あるいは厚みなどは電解隔膜を通じて作用電極側か
ら対穫液側へ漏洩する被検液の場が被検液量に比べて無
視できる範囲内におさまるように予め、設定されている
。

このような７０−ク−ロメトリ検出器の作用電極１９に
参照電極２０の電位を基準とした分析物質の電解電位を
ポテンショスタットで印加し、分析物質を含む被検液を
一定流量で流したときに作用電極１９および対極２１の
闇には次式に示す大きざの電解ｔｌｉ流が流れる。

１−ｎ−Ｆ−Ｃ−ｆ 開式において、１は電解Ｔｉ流（Ａ＞、ｎは分析物質の
電解に関与する電子数、Ｆはファラデ一定数（Ｃ／ｎｏ
ｔ　）　、Ｃは分析物質の濃度（ｍｏｌ　／４１　）、
ｆは被検液流５１　（Ｊ　／ｓｅｃ　）である。ここで
ｎとＦは既知の値であるから、作用電極１９および対極
２１の間を流れるＮ解電流を測定することで分析物質の
濃度を検出することができる。従って、このフロークー
ロメトリ検出器を使用することで核燃料再処理工程にお
いて塩析剤として使用され２＋４＋ ている硝酸溶液中に含有されるＵＯ、Ｕ　　等のウラニ
ウムイオンおよびＰｕ　　、Ｐｕ３＋等のブ４÷ ルトニウムイオンの定量が１０’ｍｏｌ　／Ｍ程度の濃
度域まで行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来のフロークーロメトリ検出器では作用電極
１９側から対極液２２側への被検液の漏洩量を微量にす
るために、電解隔ＷＡ１８の孔径、気孔率を小さくある
いはその厚さを大きくする必要があり、これにより作用
電極１９、対極２１間の電気抵抗が非常に大きくなって
いる。このため、作用電極１９と対極２１との間に流す
ことができる電解電流を小さいものにする必要がある。

以上のことから、従来のフロークーロメトリ検出器では
、高濃度のウラニウムイオンあるいはプルトニウムイオ
ンの濃度の迅速な測定を必要とする核燃料再処理工程に
適用するのが難しい、問題点を有している。

そこで、本発明の目的は上記従来技術が有する問題点を
解消し、被検液中の高濃度で含有される分析物質を迅速
に測定でき、これにより核燃料再処理工程におけるウラ
ニウムイオンおよびプルトニウムイオンの原子価と濃度
とを検出するのに最適なフロークーロメトリ検出器を提
供することにある。

〔発明の格成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明による７０−クーロメトリ検出器は、被検液が流
れる収納体に電解隔膜と集電体とを配設し、この収納体
の被検液流路内に充填された作用電極と前記集電体との
接触部分に流量絞り管を設けて作用電極と集電体との接
触部分における被検液の圧力損失を減じ、作用電極と集
電体との電気的接続を増大させたことを特徴としている
。

（作　用） 本発明によれば、作用電極と集電体との接触部分に流量
絞り管を設けたから、作用電極と集電体との接触部分に
おける被検液の圧力損失を小さくでき、また作用電極側
と対極液側の圧力差を小さくして作用電極と対極との間
に大きな電解電流を使用でき、高濃度の分析物質の濃度
測定が迅速に可能となる。

（実施例） 一般に、作用電極側から対極液側の被検液の漏洩量を微
量にする方法としては、電解隔膜の孔径。

気孔率を小さくあるいは１ツさを大きくし電解隔膜の漏
洩抵抗を大きくする方法と、作用電極の充填率を小さく
して作用電極側の被検液に加わる圧力を減少させて作用
電極側と対極液側との圧力差を小さくする方法とが知ら
れている。本発明者らが作用電極の充填率を変えて種々
実験を行なったところ、作用電極と集電体との電気的接
続が確実に行なわれている状態においては流路断面に対
する作用電極の充填率が６０〜８０％の範囲でも分析物
質が全て電解されることを見出した。これにより従来作
用電極の充填率を８０％前後にする必要があったのは作
用電極と集電体の電気的接続を確実に行うためと推定さ
れた。作用電極と集電体との電気的接続を確実にさえす
れば、作用電極の充填率を小さくできるため、作用電極
部の圧力損失を小さくできる。この結果、従来のように
作用電極を８０％前後の充填率で充填した場合に比べて
被検液に加わる圧力が小さくなるため作用電極側と対極
液側の圧力差が小さくなる。これより、電解隔膜の孔径
、気孔率を大きく、あるいは厚さを薄くでき、作用電極
、対極間の電気抵抗を小さくできる。この結果、作用電
極、対極間に流せる電解電流を大きくでき、高濃度の分
析物質の濃度測定が被検液流量を小さくすることなく可
能となる。

本発明は上記知見に塁いてなされたものであり、以下、
図示する実施例により、さらに具体的に説明する。

第１図は本発明によるフロークーロメトリ検出器の一実
施例の断面図、第２図はそのＩ−ＩＦ線断面図である。

第１図において、角ｒＵＪ字形に屈曲され内部に被検液
流路３が形成された収納体４に、アルミナ多孔質体等か
らなる円筒状の電解隔膜１と、電解隔膜１の上端面に接
着された黒鉛等の集電体２とが備えられている。前記収
納体４はアルミナからなり、その被検液流路３内には作
用電極１１が充填されている。この作用電極１１は例え
ば、無撚の炭素１１ｍの束からなっている。又、この作
用電極１１は電解隔膜１と集電体２とを合わせた長さと
同一となるように被検液流路３内に充填されている。前
記電解隔膜１の外側には電解隔膜１を覆う筒状の対極６
が設けられると共に、電解隔膜１に液格部５ａが接近す
るように参照電極５が配設されている。ここで、対極６
は白金からなり、参照電極５は全体がアルミナからなっ
ている。

前記電解隔膜１、集電体２および対極６はアルミナから
なる容器１０内に収納され、容器１０内に対極液７が充
填されてこれらが対極液７に浸漬される。この場合、容
器１０にはオーバーフロ一孔９が形成されて対極液の液
面８が電解隔膜１の上部に位置するようになっている。

又、前記集電体２の外面には金線からなる作用電極リー
ド線１３が導電性の無機接着剤を介して接着されており
、さらに集電体２の外面と作用電極リード線１３は絶縁
性の無機接着剤でコーティングされて対極液７と接触し
ないようになっている。

このようなフロークーロメトリ検出器において、前記作
用電極１１と集電体２との接触部分には流…絞り管１２
が設けられている。すなわち、′ａ量絞り管１２は、第
２図に示すように、被検液流路３に充填された作用電極
１１の上方から被検液流路内に挿入され、その下端部が
電解隔１１１と集電体２との境界面に一致され、その上
端部が集電体２の上端部と一致するように設けられるも
のである。この流出絞り管１２は円筒状のアルミナから
なり、中央に軸方向の流路１５が形成されている。

このように、流出絞り管１２が集電体２と作用電極１１
との接触部分に設けられることで、集電体２と作用電極
１１との電気的接続が確実となると共に、導入口１４か
ら導出０１６の間の流路３内を通流する被検液の量をあ
る程度、制限するため集電体２と作用電極１１との接触
部分における圧力損失を低減させることができる。なお
符号１７は対極リード線である。

次に以上の実施例を具体的な数値で構成した場合の測定
例を説明する。

前記電解隔膜１を平均孔直径０．５８μｍ気孔率４２％
のアルミナ焼結体で形成し、その寸法を内径５Ｈ，外径
１４ｍｍ、長さ４０１１Ｉｌｌとし、又、前記集電体２
をこの電解隔膜１と同一の内・外径の長さ１０１ｍの１
ｎ体から形成した。前記作用電極１１として平均直径８
．６μｍの無撚炭素Ｉｌ＃ｆ１束を使用し、電解隔膜１
部分の被検液流路断面に対する充填率が６０％になるよ
うに長さ５０１１１１１の前記繊維を２９．０００本充
填した、又、前記流量絞り管１２は外径３ｍ１ｍ、内径
２ｍｍ、長さ１０ｍｍのアルミナ管で成形し、この外径
は流量絞り管１２部分の作用電極１１の充填率が８０％
になるように設定したものである。被検液は収納体４の
上部の被検液導入口１４から流入され、被検液流路３を
通過後、作用電極１１の下部に導かれ、電Ｍ隔膜１内の
作用電極１１を通流後、集電体２内に配置された流量絞
り管１２の中央部に形成された流路１５を通り、被検液
導出０１６より流出する。

このように構成されたフロークーロメトリ検出器を用い
て、検出効率（電解電流の実測値と理論値の比）を２規
定の硝酸溶液からなる被検液の流量と分析物質のめ度を
パラメータとして測定した。

ここで、分析物質としては第二鉄イオン（Ｆ　ｅ　”イ
オン）を使用した。又、対極液は被検液と同一の２規定
の硝酸溶液を使用した。結果を第３図の３十 実線Ａに示１゜Ｆｅ　イオンの濃度が１０−３〜１０”
ｍｏｌ　／４１では被検液の流量の増加とともに検出効
率が少しずつ小さくなっているが、２−／１０において
も９９％程度であった。Ｆｅ３＋イオンのＩＩｒｔｌが
０．３Ｍの場合は流量が１．５ｍ／１ｎ付近ｔ’Ｔ’１
．ｔ１０’　〜１０−１＋ｍｏｌ　／４１　（ＤｊｌＡ
合ト同様であるが、１．５＋＋ｄ！、／＋ｉｎ以上では
検出効率が急激に増加して１００％を超えている。この
ことは、硝酸溶液がＦｅ３＋イオンの電解電流によって
分解されたことによると推定される。従って、本実施例
でのＦｅ３＋イオンの測定上限の濃度が流量が１．５Ｍ
１／ｗｉｎにおいて０．３＋ｏｌ　／４１　テあり、こ
の濃度をウランに換算した場合においては、０、１５１
ｎｏｌ　／４１　　（約４０ｓ／Ｎ）プルトニウムでは
０．３ｍｏｌ　／Ｊ！　　（約７２ｇ／ρ）となる。一
方、従来装置を使用して作用電極の充填率が８０％にな
るように直径８．６μｍの炭素繊維を３９０．０００本
充填して同様に測定した検出効率を第３図に破線Ｂで示
す。この場合、被検液流出が１ｍｌ！／１ｌｌｉｎにお
いて検出効率は８６％程度である。これは作用電極部分
の圧力損失が大きいため、作用電極側から対極液側への
被検液の河洩槍が多いことによると考えられる。従って
、従来装置で検出効率を９９％程度にするためには電Ｍ
、隔膜の厚さを相当厚くするか、あるいは孔径、気孔率
を小さくする必要があり、測定できるイオン温度が非常
に小さい場合にしか適用できない。これに対して本実施
例では高濃度のイオンが含まれていてもその測定を行な
うことができる。

このように本実施例によれば、被検液の流出を格別、少
なくすることなく高濃度の分析物質の濃度測定が可能で
あるから、核燃料の再処理主工程においてウラニウムイ
オンおよびプルトニウムイオンの原子価別の濃度測定に
使用できるものである。

なお、本発明は種々変更が可能である。電解隔膜および
集電体を円筒形以外の他の形状にしてもよく、流ル絞り
管も同様である。又、電解隔膜の孔径、気孔率の数値、
厚さ、あるいは作用電極の充填率も変更できる。さらに
は、フロークーロメトリ検出器を複数直列に接続して、
各検出器で特定イオンの測定も行なってもよい。

〔発明の効果〕

以上のとおり本発明によれば、被検液の流路に配設され
た作用電極と集電体との接触部分に流量絞り管を設けて
、作用電極と集電体との接触部分における被検液の圧力
損失を小さくすると共に、作用電極の集電体との電気的
接続を確保したから、被検液に作用する圧力が小さくな
り、作用電極側と対極液側の圧力差が小さくなる。これ
より、電解隔膜の孔径、気孔率を大きくあるいは厚さを
Ｍくでき、作用電極・対極間の電気抵抗を小さくできる
。従って、作用電極と対極との間に大きな電解電流を使
用できるから、被検液の流量を少なくすることなく、高
濃度の分析物質の濃度測定か迅速に可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るフロークーロメトリ検出器の一実
施例の縦断面図、第２図は第１図における■−■線断面
図、第３図は検出効率−被検液流量の特性図、第４図は
従来のフロークーロメトリ検出器の縦断面図である。 １・・・電解１！ｉ！嗅、２・・・集電体、３・・・被
検液流路、４・・・収納体、５・・・参照電極、６・・
・対極、７・・・対極液、１０・・・容器、１１・・・
作用電極、１２・・・流量絞り管。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 蔓　ｌ　図 蔓２　図 ネ交虜に東流量　　　（備）ｌ摺ｉガ）狭山効率−１Ｌ
検歳流量贋性 午　３　図 蔓４　圓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検液の流路が形成され、この被検液流路に電解隔
   膜と集電体とが位置するように形成された収納体と；こ
   の収納体の流路内に充填された作用電極と；前記電解隔
   膜の外側に設けられた対極と；前記電解隔膜の外側に液
   絡部が位置するように配設された参照電極と；これらを
   浸漬する対極液が内部に充填された容器と；前記集電体
   と作用電極との接触部分に位置するように前記被検液流
   路内に配設された流量絞り管とを備えていることを特徴
   とするフロークーロメトリ検出器。 ２、前記電解隔膜と集電体とが前記収納体の軸方向に連
   設されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載のフロークーロメトリ検出器。