JPS6283026A - トリチウム分離装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、軽水（）ｉ２０）、皇水（Ｄ２０）等（以下
、単に「水Ｊと呼ぶ）に含有されたトリチウムを、少な
い電力で水素ガス中に＊ｋＪするよりにしたトリチウム
分離装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

近時、新たなエネルギー源として核融合技術を利用した
ものが注目されてきた。核融合による発電は、水素の同
位体など比較的軽い原子同士が衝突して、融合反応を起
こす際に発生する大きなエネルギーを動力諒とするもの
である。

現在、この燃料として、最も実現しやすいといわれてい
るのは■水素とトリチウムとの組合せである。

ところで、水素同位体は、融合炉を構成する構造材中に
溶解・拡散する性質を有しているため、融合炉の運転に
伴なって、上記構造材を冷却する冷却水中にトリチウム
の証が保々に増加することになる。この場合、トリチウ
ムは放射性物質であるため、融合炉のノインテナンスを
困難化させたシ、環境への影響が予想される。

そこで、現在、この冷却水からトリチウムを除去するム
々の方法が提案はれている。

水からトリチウムを除去する方法には、たとえば水蒸留
法、水素の深冷蒸留法などがあり、トリチウムを９９％
まで濃縮するＫは水素の深冷蒸留法が最も適していると
考えられている。

水素の深冷蒸留法によ勺トリチウムを除去するためには
、トリチウムを含んだ冷却水をトリチウム濃度む水素ガ
スに転換させる必要がある。

さらに、この時点で、水素ガス中のトリチウム濃度を可
能な限り高めて、水素ガスの必要処理蓋の低減を図シ、
トリチウム除去効率の向上化および深冷蒸留塔の小型化
を図れることが望ましい。そこで、この水・水系交換工
程でトリチウムを濃縮するようにしたトリチウム分離装
置が考えられている。

すなわち、このトリチウム分離装置は、第１図に示す如
く、主として触媒反応塔１と電解槽２とで構成されてい
る。トリチウム全除云すべき冷却水３は、上記触媒交換
反応塔１の一方の導入口から導入される。触媒交換反応
塔ｌの他方の導入口には、上記冷却水よシも、さらにト
リチウムリッチな高濃度トリチウム貧有水素ガス４が導
入されておシ、この水素ガス４は上記冷却水３と触媒交
換反応塔１内で向流接触する。

水素ガス４に含まれたトリチウム（ηは、触媒の働きに
よって、以下のように軽水素（搏または重水素（Ｑと交
換される。

Ｈ２０＋ＨＴ４ＨＴＯ＋Ｈ２・・・・・・・・・・・・
（１）Ｄ２０＋ＤＴ−＋ＤＴＯ＋Ｄ２　　　　　　　・
・・・・・・・・・・・（２）このため、触媒交換塔１
からは、よシトリチウム濃度の高まった冷却水（以下１
トリチウム水」と呼ぶ）５と、トリチウム濃度の低い水
素ガス６とが生成される。そして、上記トリチウム水５
は、さらに′ｉ！Ｌ解槽２に送出される。電解槽２内に
導入されたトリチウム水５は、電気分解によシ、前記高
濃度トリチクム含有水累ガス４と、酸素ガス７とに分解
される。そして、高濃度トリチウム含有水素ガス４は、
その一部が図示しない深冷蒸留塔へ送出される。また、
この高濃度トリチウム含有水素ガス４の残シは、前記触
媒交換反応塔ｌに送出され、前述した交換反応を利用し
て、トリチウム水５の含有トリチウムの高濃度化に供さ
れる。なお、前記水系ガス６および酸素ガス７は、たと
えば、図示しない貴結合器に送出され、水生成工程に供
せられることになる。

屯 ところで、このようなリチクム分離装置では供給された
水３の全てを電解槽２によって亀気分解し、これによっ
て得た高濃度トリチウム含有水素ガス４の一部を深冷蒸
留塔に供給し、また、その残シを前記触媒交換反応塔１
に供給して、前述した反応によシ、電気分解に供する水
３の含有トリチウム濃度を高めるようにしている。この
ため、たとえば１０ｍ３／ｄａｙの水を電気分解しよう
とすると、電極での電流密度が２０００　Ａ／ｍ２の場
合、実に１５００ｍ２　という犬面積の電極板を有する
電解槽が必要となる。また、この場合、電解電圧を２ｖ
とすると、２．５は、％解槽の容量および消費電力が極
めて大きくなってしまうという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであ
シ、その目的とするところは、電解槽の負担を軽減させ
て、電解槽の小型化、省電力化を図り、もって装置全体
の省電力化を図るようにしたトリチウム分離装置を提供
することにある。

〔発明の概要」 本発明は、低温度と高温度とで使用される２反応塔へ順
に通流式せるとともに１水素ガスを高温度触媒交換反応
塔から低温度触媒交換反応塔へ順に通流させるようにし
ている。そして、低温度触媒交換反応塔から前温度触媒
交換反応塔へ導入されるトリチウム水の一部？分流し、
この分流烙れたトリチウム水ｋ　’ｒ’ｉ１．気分解し
て高分解トリチウム含有水素ガスを得るようにしている
。

すなわち、一般に、触媒交換反応塔における交換反応の
平衡定数は低温である程大きいので。

本発明における低温度触媒交換反応塔では水素ガスから
水へ）　ＩＪチウムが移行し、高温度触媒交換反応塔で
は水から水素ガスへトリチウムが移行する。本発明は、
この作用を利用したものである。

〔発明の効果〕

力１くして、本発明によれば、高温・低温の両触媒交換
反応塔によって、水に含有するトリチウム分離を効果的
に扁めつつ、トリチウム濃度の高い水を必賛蓋だけ電気
分解して高濃度の水素ガス金生成し、これを深冷蒸留塔
に供給することが可能となる。つ甘り、水素ガスを媒体
として、低温度触媒交換反応塔から高温度触媒交換反応
塔へ供給さｉｌろ水の含有トリチウム含有水、１：群槽
の作用とは独立に尚めることかでき、その高濃度トリチ
ウム含有水全必要なｔ、ｉだけ１Ｊ−気分解して高濃度
水素ガス金生成し、これ全深冷蒸留塔に供給することが
ムエ能となる。このため本発明における亀解西は、その
容量、電力量ともに極めて僅かなもので足り、結局、装
置全体の必妾亀力量の低減化を図ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例に基づき説明する。

第２因において、１１は、たとえは２０℃程度の温度で
稼動される低温度触媒交換反応塔である。また、１２は
、たとえｌ−１’８０℃程度の、翁温度状態で稼動され
る高温度触媒反応塔である。

これら両反応塔１１．１２は、水の通流系統Ｊ３と、水
素ガスの循環系統１４とを介し７て１目列的に設けられ
ている。これら反応％ｉノ、ノ２は導入されたトリチウ
ム含有水とトリチウム含有水素ガスとをそれぞれ向流接
触埒せて、水素または重水素と、トリチウムとの９：換
反応を行わせるものである。すなわち、触媒交換反応塔
１１．１２におけるトリチウムの交換反応の平衡定数は
一般に温度に依存１７、たとオ、ば軽水素−トリチウム
系の平衡定数１ｉ８０℃で約４．４．２０℃で６．７５
となる。したがって、低温度触媒反応塔１１では水素ガ
スから水側にトリチウムが移動し、高温度触媒反応塔１
２では水側から水素ガス側にトリチウムが移動すること
になる。

また、低温度触媒交換反応塔１１から高温度触媒交換反
応塔１２に至る水の通流系統ノ３には分岐系統１５を介
して、電解槽１６が接続されている。

このように構成されたトリチウム分離装置において、ト
リチウムを除去すべき水２ｏは、低温度触媒交換反応塔
１１の一方の導入口から導入される。反応塔１１の他方
の導入口には、上記水２０よりも、さらにトリチクムリ
ッチ々高洟度トリチクム含有水素ガス２ノが導入されて
いる。低温度状態での交換反応の場合、トリチウムは水
素ガスから水に移動するので、上記反応塔ＩＩから排出
される水２２は極めてトリチウム両度が筒いものとなり
、また、同水素力゛ス２３はトリチウム濃度が低いもの
となる。高濃度トリチウム含有水２２の一部は電解槽１
６に送出され、残プは高温度触媒交換反応塔１２の一方
の導入口へ送出される。高温度触媒交換反応塔１２の他
方の導入口には低温度触媒交換Ｎ応塔１ノから排出され
た前記低濃度トリチウム含有水素ガス２３が供給されて
いる。測温１度状態での交換灰化、の場合、トリチウム
は水から水素ガスに移動するので、高温度触媒交換反応
塔１２から排出される水２４は極めてトリチウム濃度が
低く、また、水素ガス２Ｉは極めてトリチウム濃度が昼
いものとなる。そして、この水素ガス２１は前記低温度
触媒交換反応塔１１に送出され、前述した低温度におけ
る交換反応に使用される。これらの触媒交換反応塔１１
．１２により水素ガスを媒体として水の含有トリチウム
の濃度が筒められることになる。

一方、電解槽１６は、前記高濃度トリチウム含有水２２
を必要量たけ電気分解して高濃度トリチウム官有水素ガ
ス２５と、酸素ガス２６とに分解している。しかして、
高濃度トリチウム含有水素ガス２５は図示しない深冷蒸
留塔に供給される。なお、上記酸素ガス２６は、排出も
しくは、図示しない水成牛用の再結合器に送出される。

このよｆ）Ｋ本実施例によれば、低温度触媒交換反応塔
１ノでは、水側にトリチウムが濃縮され、高温度触媒交
換反応塔１２では、水素ガスク１ｊにトリチウムが濃縮
される。そして、これらの触媒交換反応塔１１．１２間
で水素ガスを媒体としてトリチウム含有水の筒濃度化が
行われるととＫなる。このため、電解槽１６は、深冷蒸
留塔に供給する高濃度トリチウム含有水素ガス２５の生
成に必要な量の水だけ電気分解すればよいことになる。

しかも、電気分解する水は、両反応塔１１．１２間を流
れる最もトリチウム濃度の商い水であるため、−気分解
する量は非常に少量で足ることになる。具体的な数字を
先の例に基づいて示せば、次のようになる。つまシ、１
０ｍ５／ｄａｙの水を処理する場合、低温度触媒交換反
応塔１ノに導入される水のトリチウム含有水（Ｃ，Ｆ、
）を１００、トリチウム分離装置のトリテクム除去率（
Ｒ，Ｆ’、）を０．３１とすると、寛解槽での処理量は
０．０３１　ｍ’　／　ｄａｙとな尻電群槽の容量およ
び電力ともに、従来例の約１／３００で済むことになる
。しかも、この場合、を群槽の容量が小さいために、電
解槽内に蓄積されるトリチウムの量が減少し、亀解格の
メインテナンスも極めて容易となる。

また、本実施例では、水素ガスの循壌糸杭１３から水素
ガスが引き抜かれることがなく、水素ガスをトリチワム
高に炭化の媒体として用いているため、わされざ前記水
′ｔ−篭気分解して、トリチウム濃度化に利用する水＝
Ｗスを生成する必要がない。

なお、不発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で植種変形して実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトリチウム分離装置の概略構成を示すブ
ロック図、第２図は本発明の一実施例に係るトリチウム
分離装置の概略構成を示すブロック図である。 １・・・触媒交換反応塔、２・・・電解槽、１ノ・・・
低温に触媒交換反応塔、１２・・・高温度触媒交換反応
塔、ノロ・・・電解槽。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦し−＼−７ 會

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トリチウム含有水と高濃度トリチウム含有水素ガスとを
   導入して向流接触させて上記トリチウム含有水素ガス中
   のトリチウムを上記トリチウム含有水に移動させ、高濃
   度トリチウム含有水と低濃度トリチウム含有水素ガスと
   を生成する低温度触媒交換反応塔と、この低温度触媒交
   換反応塔で得られた上記高濃度トリチウム含有水と低濃
   度トリチウム含有水素ガスとをそれぞれ導入して向流接
   触させ、低濃度トリチウム含有水と前記低温度触媒交換
   反応塔に供給する前記高濃度トリチウム含有水素ガスと
   を生成する高温度触媒交換反応塔と、前記低温度触媒交
   換反応塔から出力される前記高濃度トリチウム含有水の
   一部を電気分解して、新たな高濃度トリチウム含有水素
   ガスを生成する電解槽とを具備したことを特徴とするト
   リチウム分離装置。