核素转换方法及核素转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种核素转换装置及核素转换方法，与加速器或反应堆等大规模的装置相比，能够以规模相对较小的装置进行核素转换，使核素转换量增大。本发明专利技术的核素转换装置具备：结构体(1)、从两侧夹入结构体(1)而配置的氘高浓度部(2)及氘低浓度部(3)，向氘高浓度部(2)供给包含重水的电解液(16)，将电解液(16)电解而产生氘，在结构体(1)的氘高浓度部(2)侧的表面附近形成氘浓度高的状态，同时，使氘低浓度部(3)形成氘浓度低于氘高浓度部(2)的状态，使氘从氘高浓度部(2)向氘低浓度部3透过结构体(1)，在结构体(1)中，使实施核素转换的物质在氘的作用下发生核素转换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】核素转换方法及核素转换装置
本专利技术涉及一种核素转换方法及核素转换装置，其涉及到放射性废物处理技术、由自然界中大量存在的元素生成稀有元素的技术、由核聚变反应产生能量的技术等。
技术介绍
专利文献1公开了一种核素转换装置及核素转换方法，与加速器或反应堆等大规模装置相比，其能够通过相对规模较小的装置进行核素转换。专利文献1公开的核素转换装置具备：结构体，其叠层有钯(Pd)或钯合金等储氢金属或储氢合金、及相比这些物质功函数相对较低的物质(氧化钙：CaO)；内部可保持气密性的吸留室；经由结构体可保持气密性地设置的释放室；对吸留室供给氘气的氘供给装置；以及使释放室形成真空状态的排气装置。在专利文献1公开的核素转换装置中，使用蒸镀等方法将要转换的核素(实施核素转换的物质)添加到结构体的一个表面，使氘(D2)气从添加了实施核素转换的物质的面透过，引发核反应，将实施核素转换的物质转换成另一核素。在上述结构的核素转换装置中，通过在使CaO等的纳米级薄膜与Pd等组合而成的结构体的表面添加实施核素转换的物质，可促进稳定的核反应的进行、转换量的增大。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4346838号说明书
技术实现思路
专利技术要解决的问题专利文献1中记载的核素转换装置的核素转换量为几～几十ng/cm2级，为了促进实用化，希望核素转换量的进一步增大。本专利技术鉴于上述情况而进行，其目的在于提供一种核素转换方法及核素转换装置，与加速器或反应堆等大规模的装置相比，其可通过相对规模较小的装置进行核素转换，在该核素转换装置及核素转换方法中，能够增大核素转换量。解决问题的方法为了解决上述课题，本专利技术的核素转换方法及核素转换装置采用如下方式。本专利技术第一方面提供一种核素转换方法，其包括如下工序：电解液供给工序，向由结构体形成能够密封的密闭空间的氘高浓度部供给包含重水的电解液，所述结构体包含钯或钯合金、或钯以外的储氢金属或钯合金以外的储氢合金；高浓度化工序，将所述供给的电解液电解而产生氘，在所述结构体的所述氘高浓度部侧的表面附近形成氘浓度高的状态；低浓度化工序，通过所述结构体形成能够密封的密闭空间，使隔着所述结构体设于所述氘高浓度部的相反侧的氘低浓度部形成氘浓度低于所述氘高浓度部的状态；气体排出工序，从所述氘高浓度部排出气体；以及核素转换工序，在所述氘从所述氘高浓度部向所述氘低浓度部透过所述结构体时，在所述结构体中，实施核素转换的物质在所述氘的作用下被核素转换。在高浓度化工序中，在氘高浓度部，将结构体作为电极之一使包含重水的电解液电解，产生氘，从而在结构体表面附近形成氘的浓度高的状态。通过设置高浓度化工序和低浓度化工序，能够夹持结构体在氘高浓度部和氘低浓度部之间产生氘的浓度梯度。由于氘的浓度梯度，在结构体的内部形成从氘高浓度部侧向氘低浓度部侧的氘的流束。通过电解产生的氘被结构体吸留，并透过到氘低浓度部侧。在氘透过结构体的过程中，在氘和实施核素转换的物质之间发生核素转换反应，实施核素转换的物质被核素转换。以往，使用气压对储氢金属(结构体)添加氢、氘。在使用气压的情况下，在范德华力(分子间作用力)作用下，氢物理吸附在结构体的表面，并进行原子解离(解离吸附、化学吸附)，通过侵入型固溶化、或生成氢化合物，使氢原子扩散至金属晶格内。另一方面，在使用电解对储氢金属(结构体)添加氘的情况下，由于电解引起的等效氢压(对电极内部的充氢压力。另外，对应于氢过电压、电解电压)与使用气压的情况相比大幅提高，因此，能够提高氘的填充密度。根据上述专利技术，通过提高结构体中的氘的填充密度，可增大实施核素转换的物质的核素转换反应量。通过在电解液供给工序中对氘高浓度部侧供给包含氘的电解液，可使氘高浓度部的氘浓度保持在希望的范围。因此，可使氘高浓度部侧长期保持氢分压高的状态。另外，由于未透过结构体的气体在气体排出工序中被排出到外部，因此，可使氘高浓度部内保持给定的压力范围。上述专利技术的一方面中，在所述电解液供给工序之前，还具有将所述实施核素转换的物质添加到所述结构体的添加工序。或者，上述专利技术的一方面中，在所述电解液中添加包含所述实施核素转换的物质的电解质，在所述电解液供给工序中，包含所述实施核素转换的物质的离子的所述电解液供给到所述氘高浓度部，所述实施核素转换的物质的离子添加到所述结构体中。通过设为上述结构，可使实施核素转换的物质以高浓度与结构体接触。在电解液中添加包含实施核素转换的物质的电解质的情况下，由于可将实施核素转换的物质连续地添加到结构体中，能够使核素转换工序长期持续。特别是，不在结构体中添加实施核素转换的物质，而在电解液中添加包含实施核素转换的物质的电解质的情况下，可省略将实施核素转换的物质添加到结构体中的工序，由于不需要用于该工序的处理装置，因而有利。上述专利技术的一方面中，优选具有浓度调整工序，调整向所述氘高浓度部供给之前的包含所述实施核素转换的物质的离子的所述电解液的温度、和向所述氘高浓度部供给的所述电解液的量，并调整所述氘高浓度部内的所述电解液中的所述实施核素转换的物质的离子的浓度。氘高浓度部内(特别是结构体附近)的电解液中所含的实施核素转换的物质的离子浓度越高，结构体表面的双电层越薄，双电层中的电场强度越增大。由于电场强度越高，加速实施核素转换的物质的离子的能量越是增加，因此，添加到结构体的实施核素转换的物质的添加量增大。另外，电场强度越高，越促进结构体(电极)中的重水的电解。其结果，能够使核素转换反应量增大。另一方面，重水的电解反应量比核素转换反应量多。因此，如反应继续，则包含实施核素转换的物质的电解质的浓度变高，析出电解质盐。如该电解质盐吸附在电极上，则阻碍上述反应，反应量会降低。包含实施核素转换的物质的电解质在电解液中的溶解量取决于电解液的温度。即，通过提高电解液的温度，可增加电解质的溶解量，提高电解液中的离子浓度。如控制供给的电场溶液中的离子浓度和供给量，则可调整氘高浓度部内的电解液中的离子浓度，从而能够控制核素转换反应量。另外，通过调整实施核素转换的物质的离子的浓度，能够防止电解质盐的析出。上述专利技术的一方面中，所述低浓度化工序可以具有排气步骤，使所述结构体的另一表面侧成为真空状态。上述专利技术的一方面中，所述低浓度化工序可以具有非活性环境形成步骤，对所述结构体的另一表面侧供给非活性气体，形成非活性环境。根据上述专利技术的一方面，在低浓度化工序中，通过排气步骤或非活性环境形成步骤，使氘低浓度部成为氘的压力相对较低的状态。在进行排气步骤的情况下，氘低浓度部成为真空状态。在进行非活性环境形成步骤的情况下，由于氘低浓度部由非活性气体充满，实际上氢分压成为0。由此，使氘低浓度部成为氢浓度相对于氘高浓度部相对较低的状态，从而能够在结构体内形成氘的浓度差。上述专利技术的一方面中，优选具有如下工序：冷却工序，对所供给的电解液进行冷却，使得供给到所述结构体的一个表面侧的电解液的温度为给定温度；加温工序，将所述结构体的另一表面侧加温至给定温度，从而在所述结构体的厚度方向上形成温度梯度。通过具有冷却工序及加温工序，可以在结构体的厚度方向上形成温度梯度，使得氘高浓度部侧的温度最低，并且向氘低浓度部侧温度升高。构成结构体的储氢金属或储氢合金、特别是钯表现出温度低时更容易吸留氢的趋势。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核素转换方法，其包括如下工序：电解液供给工序，向通过结构体形成能够密封的密闭空间的氘高浓度部供给包含重水的电解液，所述结构体包含钯或钯合金、或钯以外的储氢金属或钯合金以外的储氢合金；高浓度化工序，将所述供给的电解液电解而产生氘，在所述结构体的所述氘高浓度部侧的表面附近形成氘浓度高的状态；低浓度化工序，通过所述结构体形成能够密封的密闭空间，使隔着所述结构体设于所述氘高浓度部的相反侧的氘低浓度部形成氘浓度低于所述氘高浓度部的状态；气体排出工序，从所述氘高浓度部排出气体；以及核素转换工序，在所述氘从所述氘高浓度部向所述氘低浓度部透过所述结构体时，在所述结构体中，实施核素转换的物质在所述氘的作用下被核素转换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.31 JP 2012-018759;2012.09.13 JP 2012-201191.一种核素转换装置，其具备：结构体，包含钯或钯合金、或者钯以外的储氢金属或钯合金以外的储氢合金；氘高浓度部及氘低浓度部，其按照从两侧夹入所述结构体的方式配置，通过所述结构体形成能够密封的密闭空间；高浓度化装置，在所述结构体的所述氘高浓度部侧的表面附近形成氘浓度高的状态；以及低浓度化装置，使所述氘低浓度部形成所述氘浓度低于所述氘高浓度部的状态，其中，所述高浓度化装置具有：电压产生部、与所述结构体的氘高浓度部侧的面隔开间隔相对配置的正极、具有气体源的电解液供给部，通过利用来自所述气体源的气体的流动来挤出液体的方式，以所述氘高浓度部侧的表面附近的氘浓度高的状态对所述氘高浓度部供给包含重水的电解液、以及从所述氘高浓度部排出通过电解所述电解液而产生的气体的气体排出路径，所述核素转换装置以所述结构体为负极，通过所述电压产生部对所述结构体及所述正极之间赋予电压差，将所述电解液电解，产生所述氘，在所述氘从所述氘高浓度部向所述氘低浓度部透过所述结构体时，在所述结构体中，实施核素转换的物质在所述氘的作用下被核...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩村康弘，伊藤岳彦，牟田研二，鹤我薰典，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP