JPWO2016039064A1 - 放射性フッ素アニオンの濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１８Ｆ−イオンを補足し、遊離させる補足電極の表面のただれを防止でき、補足電極の繰り返しの使用を可能にした放射性フッ素アニオンの濃縮装置を提供する。【解決手段】 フローセルに補足電極と対向電極が設けられ、補足電極をプラス電位として両電極の間に形成された流路に供給される[１８Ｏ]−Ｈ２Ｏから１８Ｆ−イオンを補足し、その後、流路内に供給される液体を有機溶媒溶液である回収液に置換する。回収液が流路１６内に存在しているときに、電源部２から与えられる電圧を反転させ、補足電極をマイナス電位にして、補足電極１３に捕捉されていた１８Ｆ−イオンを回収液に含ませる。補足電極を等方性黒鉛で構成することで、電極表面のただれを防止でき、補足電極の繰り返し使用が可能になる。【選択図】図２

Description

本発明は、補足電極と対向電極との間に流路が形成されて、補足電極と対向電極との間に電圧を与え、その極性を変えることで、流路内に供給される有機溶媒溶液に放射性フッ素アニオンを濃縮させて含ませる放射性フッ素アニオンの濃縮装置に関する。

特許文献１に、放射性フッ素アニオンの濃縮装置に関する発明が記載されている。

前記濃縮装置は、補足電極の電極平面と対向電極の電極平面との間に挟まれた流路が形成されている。補足電極はグラッシーカーボンで形成され、対向電極として、石英基板の表面に白金が成膜されたものが使用されている。

放射性フッ素アニオンである^１８Ｆ⁻イオンを含む[^１８Ｏ]−Ｈ_２Ｏ（^１８Ｏ濃縮水）を前記流路に供給し、補足電極にプラスの電位を与え、対向電極にマイナスの電位を与えることで、補足電極に^１８Ｆ⁻イオンを捕捉される。その後、回収剤を含む有機溶媒溶液である回収液を流路内に供給し、補足電極と対向電極の電位を反転させて、^１８Ｆ⁻イオンを濃縮させて回収液内に回収する。

ＷＯ２００８／１１７３８８号公報

特許文献１に記載された放射性フッ素アニオンの濃縮装置は、^１８Ｆ⁻イオンの濃縮を行った後に、グラッシーカーボンで形成された補足電極が変質し電極表面にただれが発生する課題を有している。これは、補足電極に^１８Ｆ⁻イオンの補足と離脱のために１０ボルト程度の比較的高い電圧が印加されるため、^１８Ｏ濃縮水および回収液に接触している電極表面が電気分解し、ガスが発生するなどして、表面が劣化することに起因していると予測される。

そのため、グラッシーカーボンで形成された補足電極の寿命が短く、同じ補足電極を繰り返して使用することが困難になっている。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、補足電極を改善することで、電極の寿命を延ばして、繰り返しの使用を可能とした放射性フッ素アニオンの濃縮装置を提供することを目的としている。

本発明は、放射性フッ素アニオンを含む液体が通過する流路と、前記流路を挟んで対向する補足電極および対向電極と、前記補足電極と前記対向電極との間に電圧を与える電源部とが設けられた濃縮装置において、前記補足電極が、等方性黒鉛で形成されていることを特徴とするものである。

本発明の放射性フッ素アニオンの濃縮装置は、前記補足電極と前記対向電極が平面状の電極表面を有しており、前記補足電極の電極平面と前記対向電極の電極平面との間に前記流路が形成されているものとして構成できる。

本発明の放射性フッ素アニオンの濃縮装置では、前記補足電極のかさ密度が１．６（Ｍｇ／ｍ^３）以上で２．０（Ｍｇ／ｍ^３）以下であることが好ましい。

また、前記補足電極の硬さが５０（ＨＳＤ）以上で１００（ＨＳＤ）以下であることが好ましい。

さらに、前記補足電極の電気抵抗率が、８（μΩ・ｍ）以上で２０（μΩ・ｍ）以下であることが好ましい。

本発明の放射性フッ素アニオンの濃縮装置は、補足電極の寿命を長くでき、^１８Ｆ⁻イオンの濃縮工程を経ても、補足電極の電極表面が変質しにくくなり、補足電極を繰り返して使用することが可能になる。

（Ａ）は本発明の実施の形態の放射性フッ素アニオンの濃縮装置の平面図、（Ｂ）はその断面図、 （Ａ）は、実施例１の補足電極の表面を、^１８Ｆ⁻イオンの濃縮処理後に観察した光学顕微鏡写真、（Ｂ）は、実施例２の補足電極の表面を、^１８Ｆ⁻イオンの濃縮処理後に観察したの光学顕微鏡写真、（Ｃ）は、比較例の補足電極の表面を、^１８Ｆ⁻イオンの濃縮処理後に観察した光学顕微鏡写真、

図１（Ａ）（Ｂ）に本発明の実施の形態の濃縮装置１が示されている。この濃縮装置１は、フローセル１０と電源部２およびフローセル１０内の流路へ液体を供給する吸液装置ならびに前記流路を通過した液体を回収する液回収装置とを有している（吸液装置と回収装置の図示は省略している）。

フローセル１０は、共に絶縁性のセラミックなどで形成された下部支持体１１と上部支持体１２とが対向して組み合わされている。下部支持体１１の上面に補足電極１３が設けられ、上部支持体１２の下面に対向電極１４が設けられている。補足電極１３と対向電極１４との間に流路形成部材１５が挟まれている。流路形成部材１５は、ポリジメチルシロキサンなどの絶縁性のゴム材料で形成されており、流路形成部材１５の中央部に上下に貫通する開口部１５ａが形成されている。この開口部１５ａ内に流路１６が形成されており、この流路１６は、補足電極１３の平面状の電極表面１３ａと、対向電極１４の平面状の電極表面１４ａとに挟まれた構造となっている。

上部支持体１２と対向電極１４には、流路１６の上流側の端部に通じる導入孔１７が開口し、同じく上部支持体１２と対向電極１４に、流路１６の下流側の端部に通じる排出孔８が開口している。前記吸液装置によって導入孔１７から流路１６内に液体が供給され、流路１６を通過した液体は排出孔１８から出て前記液回収装置に回収される。

補足電極１３と対向電極１４に電源部２から電圧が印加される。補足電極１３は、等方性黒鉛で形成されている。対向電極１４は、厚さが１ｍｍ程度の石英基板の表面に白金の導電層がスパッタにより形成されたものである。なお、対向電極１４の導電層は、白金の他に金、銀、銅などを使用することが可能である。

前記濃縮装置１を使用した放射性フッ素アニオンの濃縮工程について説明する。
放射性フッ素アニオンである^１８Ｆ⁻イオンを含む[^１８Ｏ]−Ｈ_２Ｏを導入孔１７から流路１６に導入し、電源部２によって補足電極１３をプラス電位に設定し、対向電極１４をマイナス電位に設定する。[^１８Ｏ]−Ｈ_２Ｏが流路１６内に供給されているときに、電極１３−電極１４間に電圧が与えられると、[^１８Ｏ]−Ｈ_２Ｏ内の^１８Ｆ⁻イオンが、プラス電位の補足電極１３の電極表面１３ａに捕捉される。

その後、吸液装置から流路１６内に供給される液体を、[^１８Ｏ]−Ｈ_２Ｏから回収剤を含む有機溶媒溶液である回収液に置換する。回収液としては、回収剤である4,7,13,16,21,24-ヘキサオキサ-1,10-ジアザビシクロ-[8,8,8]-ヘキサコサンを含むアセトニトリル溶液が使用される。回収液が流路１６内に存在しているときに、電源部２から与えられる電圧を反転させ、補足電極１３をマイナス電位にし、補足電極１３に捕捉されていた^１８Ｆ⁻イオンを電極から遊離されて回収液に含ませる。この反応時に、流路１６の内部温度が最適温度となるよう、フローセル１０が加熱される。

その後、濃縮された^１８Ｆ⁻イオンを含む回収液が、排出孔１８から液回収装置に回収される。その後、アセトニトリルなどの洗浄液で流路１６の内部が洗浄される。

実施の形態のフローセル１０では、補足電極１３として等方性黒鉛を使用したために、濃縮工程後の電極表面１３ａのただれや粗れが少なくなり、補足電極１３の寿命を長くして、同じ補足電極１３を繰り返して使用することが可能になる。

以下の実施例１、実施例２および比較例のそれぞれの補足電極を使用して、放射性フッ素アニオンの濃縮工程を実施した。

（実施例１、実施例２）
東洋炭素株式会社製の等方性黒鉛（型番ＩＧ−１５）で実施例１の補足電極を形成した。同じく東洋炭素株式会社製の等方性黒鉛（型番ＩＳＯ−６８）で実施例２の補足電極を形成した。

これら等方性黒鉛は、炭素微粒子の集合体であり、静水圧成形法により等方的な構造と特性を有するように形成されている。

（比較例）
比較例の補足電極を、グラッシーカーボンで形成した。
実施例１および実施例２の等方性黒鉛と、比較例のグラッシーカーボンの特性は以下の表１に示す通りである。

（濃縮工程）
実施例１、実施例２および比較例の各補足電極１３は、流路１６に露出している部分が長方形であり、流れ方向である長手方向の寸法が４ｍｍで、流れ方向と直交する幅方向の寸法が０．１ｍｍである。対向電極１４は、石英基板に白金膜がスパッタされたものを使用し、流路１６に現れる部分の大きさを補足電極１３と同じに設定した。

^１８Ｆ⁻イオンを含む[^１８Ｏ]−Ｈ_２Ｏが補足電極１３の電極表面１３ａに接触している時間は１７０秒であり、そのときに補足電極１３に与えた電圧は＋１０Ｖであった。次に、アセトニトリル溶液である回収液が電極表面１３ａに接触している時間は６０秒であり、そのときに補足電極１３に与えた電圧は−３Ｖであった。また補足電極１３から^１８Ｆ⁻イオンを離脱させている間の流路１６の温度を８０℃に管理した。

実施例１と実施例２および比較例の補足電極１３を使用した濃縮工程の結果を以下の表２に示す。

さらに、実施例１の洗浄後の電極表面１３ａの光学顕微鏡写真を図２（Ａ）に示し、実施例２の洗浄後の電極表面１３ａの光学顕微鏡写真を図２（Ｂ）に示す。また、比較例の洗浄後の電極表面１３ａの光学顕微鏡写真を図２（Ｃ）に示す。

表２では、プラス電位の補足電極１３によって、[^１８Ｏ]−Ｈ_２Ｏから^１８Ｆ⁻イオンを補足する比率を捕集率（(捕集した^１８Ｆの放射能)/(使用した^１８Ｆの放射能)）で示し、補足電極１３をマイナス電位にしたときに、補足電極１３から遊離して回収液に至る^１８Ｆ⁻イオンの比率を回収率（(回収した^１８Ｆの放射能)/(捕集した^１８Ｆの放射能)）で示している。また、実質的な回収率を、捕集率×回収率（実質的な^１８Ｆの放射能）で示している。表２から、実施例１、実施例２および比較例は、いずれも^１８Ｆ⁻イオンの実質的な回収率が同等であることが解る。

そして、図２によれば、（Ａ）の実施例１と（Ｂ）の実施例２は、補足電極１３の電極表面１３ａにただれや粗れがほとんど生じていないのに対し、（Ｃ）の比較例では、電極表面１３ａにただれが生じているのを確認できる。

なお、表２に示すように、対向電極１４側では、実施例１において、流路１６の両側部において、白金の膜が少し剥離しているのを確認した。

表２および図２から、実施例１と実施例２のように補足電極１３が等方性黒鉛で形成されていると、放射性フッ素アニオンの濃縮工程の後で電極表面１３ａがほとんど改質されておらず、補足電極１３の寿命を長くでき、フローセル１０において同じ補足電極１３を繰り返して使用することが可能になる。

等方性黒鉛が補足電極１３として優れている理由は、炭素微粒子で構成される組織が等方的であり、かさ密度が比較例に比べて密であり、硬さが適度であり、さらに電気抵抗率が比較的低いためであると予測される。すなわち、電圧が与えられて溶液に接したときに、電極表面が電気分解を生じにくい構造となっているためと予測できる。

表１から、補足電極１３として使用する等方性黒鉛は、かさ密度が１．６（Ｍｇ／ｍ^３）以上で２．０（Ｍｇ／ｍ^３）以下であることが好ましい。なお、Ｍｇは１０００Ｋｇである。硬さは５０（ＨＳＤ）以上で１００（ＨＳＤ）以下であることが好ましく、電気抵抗率は、８（μΩ・ｍ）以上で２０（μΩ・ｍ）以下であることが好ましい。

１ 濃縮装置
２ 電源部
１０ フローセル
１１ 下部支持体
１２ 上部支持体
１３ 補足電極
１３ａ 電極表面
１４ 対向電極
１４ａ 電極表面
１６ 流路
１７ 導入孔
１８ 排出孔

Claims (5)

1. 放射性フッ素アニオンを含む液体が通過する流路と、前記流路を挟んで対向する補足電極および対向電極と、前記補足電極と前記対向電極との間に電圧を与える電源部とが設けられた濃縮装置において、
   前記補足電極が、等方性黒鉛で形成されていることを特徴とする放射性フッ素アニオンの濃縮装置。
2. 前記補足電極と前記対向電極は平面状の電極表面を有しており、前記補足電極の電極平面と前記対向電極の電極平面との間に前記流路が形成されている請求項１記載の放射性フッ素アニオンの濃縮装置。
3. 前記補足電極は、かさ密度が１．６（Ｍｇ／ｍ^３）以上で２．０（Ｍｇ／ｍ^３）以下である請求項１または２記載の放射性フッ素アニオンの濃縮装置。
4. 前記補足電極は、硬さが５０（ＨＳＤ）以上で１００（ＨＳＤ）以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の放射性フッ素アニオンの濃縮装置。
5. 前記補足電極は、電気抵抗率が、８（μΩ・ｍ）以上で２０（μΩ・ｍ）以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の放射性フッ素アニオンの濃縮装置。