JPH01317104A - トリチウム回収装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、トリチウムを含んだ混合ガスからトリチウム
を回収するためのトリチウム回収装ｆに関する。

（従来の技術） 核融合炉においては、水素同位体を核融合反応させ、そ
の際放出されるエネルギーを利用して発電が行なわれる
が、目下この燃料として、重水累及びトリチウムの組合
せが有望視されている。トカマク型の核融合炉において
は、炉心に注入されたトリチウムはその数チのみが核燃
焼し炉心よりそのほとんどが無駄こと排出されるためト
リチウムの再利用がはかられている。−万、核融合炉の
炉心から排出されるガス中には水素同位体と異なる原子
（以下、異原子）が含まれ、その組成は現在のところヘ
リウム、炭素、窒素、酸素等が主成分Ｉこなっていると
考えられている。前述したトリチウム再利用のためｌこ
は上記異原子は燃料中から除去されなければならないが
、ヘリウム以外の上記異原子から構成される不純物中は
トリチウム化メタン、トリチウム化アンモニア等のトリ
チウムを含んだ不純物として存在している事が予想され
る。

従って、トリチウムの回収をはかるためＣとは、これら
不純物を処理し、トリチウムと異原子を分離することが
必要となる。また、核融合炉では他にもトリチウムを取
扱う様々なシステムがあり、これらシステムから排出さ
れるガスに混じって、トリチウムも同時に排出される事
が予想される。トリチウムの再利用およびトリチウムの
外部環境への放出を防止するため、これらのトリチウム
ζこ関しても回収をはかる必要がある。

ところで、トリチウムは水素同位体であるから混合ガス
からの軽水素回収に用いられる方法を、トリチウムの回
収に利用することができる。軽水素の回収法は種々ある
が、そのうちの一つとして金属に対する水素分子の吸蔵
性を利用した方法がある。これは、水素分子が金属表面
において分子から原子状水素に解離して金属内部に溶解
し、拡散する性質がありこの現象を利用したものである
。

この反応は、金属の温度、あるいは水素ガスの分圧を変
化させることによって過進的に起こる事が知られており
、特に、ウラン、チタニウム、ジルコニウム系合金等の
金属がこの目的で使用されている。

第２図に核融合炉に用いられるトリチウム回収装置の一
般的な概略の構成を示す。分子状トリチウム（ＨＴ、Ｄ
Ｔ、Ｔ２：Ｈ：軽水素、Ｄ＝重水素、Ｔニトリチウム）
を含んだ被処理ガスＧはヘリウム等をキャリヤーガスと
して配管２５からバルブ２７を介して反応容器内ζこ供
給される。本装置の反応容器２１内には、球状、ベレッ
ト状、あるいは粒状に形成され、容易ζこ水素を吸蔵す
る金属を充填した吸蔵１ｍ　２２が設置されており、図
示されていないヒーターｌこよって水素を吸蔵するに最
適な温度まで加熱され、混合ガス中の水素同位体はこの
状態において、混合ガス中から金属中に吸蔵されること
によって水素同位体の回収された他の安全な混合ガスは
配管２６から排出される。なお、２３２４はガス拡散板
である。しかして上記充＊層中の金属が所定量の水素同
位体を吸蔵し終えたら、前述のヒーターでさらに昇温す
るか、装置内を減圧することによって金属内に吸蔵した
水素同位体を放出させ、しかるべきシステムに水素同位
体を処理ガスにより移送することによって上記充填層２
２は再び水素同位体の吸蔵能力を回復させて新たな水素
同位体を回収することが出来る。

ところで、一般に金属は水素を繰返し、あるいは許容葉
以上を吸蔵すると微粉末化する欠点を有する。このため
、トリチウム回収装置内で金属の微粉末化が進行してし
まった場合を想定し、トリチウム回収装置には下流側に
金属微粉末が移動しないように数箇所にフィルターが設
ける必要がある。しかしながら、操作上上述の条件とな
ることが避けられない状況において、多量の金属微粉末
が処理ガスの出入り口に設けられるフィルター等に堆積
した場合、被処理ガスの流れに対する抵抗いわゆる圧力
損失を増大させ、上記回収装置への負荷が著しく大きく
なり、この装置全体を維持する事が困難になる恐れが生
じる。また、一般ｌこ微粉末化した金属は反応性が著し
く大きいため、処理ガス中に酸化剤が含まれる場合には
急激に反応し大量の熱を発生し、最悪の事態として爆発
に至る恐れがある。かかる場合、作業環境を放射性物質
でもあるトリチウムで汚染し、核融合炉自体の運転にま
で支障を来たす可能性も生ずる事になる。

これを防止するためζこは、反応容器に取出し口を設は
金属微粉末を排除すれば良いのであるが、前述の様に金
属微粉末は反応性が極めて太きいため、その作業には安
全対策上多大の注意および設備を要する。さらに、金属
微粉末はトリチウムを吸蔵しているため、環境への微量
の飛散も許され上述したように従来のトリチウム回収の
構成にあっては、金属の微粉末化に伴う圧力損失の増加
あるいは金属微粉末の急激な反応、爆発といった問題が
発生し易い。

そこで、本発明はこの様な事情ｔこ鑑みて成されたもの
で、以上の問題の原因である金属微粉末を装置内から安
全に排除するトリチウム回収装置を提供することを目的
としている。

本発明のトリチウム回収装置ｌこおいては、金属微粉末
排除用ガスとして液化ガスを装置内に供給、排出する機
構を具備することを特徴とする。

（作用） 本発明ｌこよれば、装置内に液化ガスを供給し、液化ガ
スに同伴させ微粉末化した余滴な装置内から外部ｌこ排
出させる事により、装置内に微粉末化した金属の蓄積を
防止する事ができるので上記圧力損失の増大する原因を
完全に排除することが可能となる。

（実施例） 第１図は本発明トリチウム回収装置の一実施例を説明す
るもので、反応容器１の底部（こは分子状トリチウムを
含んだ被処理ガス、すなわちヘリウム等をキャリアガス
Ｇ１として供給するための第１の配管５がパルプ７を介
して取り付けられている。この第１の配管５の反応容器
１内の先端付近（こは、上記被処理ガスを拡散するだめ
の拡散板３が付設されている。

上記反応容器１の内部中央部分には、上記被処理ガス中
に含まれる水素同位体を容易に吸蔵する粒子状金属を十
分に充填した吸蔵ｒｖ！２が、そしてこれに対向して反
応容器１の外（ＩＩＩにはヒータ１４が夫々配設されて
いる。

また、上記反応容器１の上方には水素同位体をほぼ完全
ｌこ除去されたキャリアガスＧ２を排出するための第２
の配管６がパルプ８を介して付設されである。

次ｌこ、本発明トリチウム回収装置の特徴である液化ガ
スを導入するための液化ガス導入管９がコック１１を介
して上記反応容器１の側壁であって、上記吸蔵層２の下
方位置ζこ噴射出来るようｌこ取り付けられ、かつ吸蔵
層２の下側に液化ガスガイド板１３が固定されている。

また、上記反応容器１の底面には液化ガスを排出するた
めの排気管１０がコック１２を介して付設してトリチウ
ム回収装置１ｏｏを構成して成る。

次にトリチウムの回収方法について説明する。

先ず反応容器１の側壁に設けであるヒータ１４に高周波
電流を印加して吸蔵層２の粒子状金属を所定の温度（水
素同位体を容易に吸Ｈする温度）ｌこ保持する。この状
態を保ってパルプ７を開け、分子状トリチウムを含んだ
被処理ガスすなわちヘリウムをキャリアガスＧｌを供給
する。このガスＧ１は、拡散板３によって拡散されて能
率よく反応容器内全体ｌこ広がり吸蔵層２内を通過する
。この通過の際ζこ水素同位体は粒子状金属の吸着作用
ζこよって吸蔵されてそのほとんど全部が回収される。

回収されて水素同位体の除去されたキャリアガスは反応
容器１の上方（面）に付設された第２配管６から０２と
してパルプ８を開くことによって排出される。

このようにして水素同位体は粒子状金属に吸着され吸蔵
され吸着能力が低下していくが、所定の時間経過後に２
個のパルプ７及び８を閉めて上記キャリアガスＧｌ、Ｇ
２の流れを停止する。停止状態を維持して上記ヒータｌ
こ大電流を流して粒子状金属を過熱すると吸蔵されてい
た水素同位体はここから離脱する。離脱した水素同位体
は排気管１０のコック１２を開放して所定のトリチウム
容器（こ回収される。

ところで上記粒子状金属から成る吸蔵層２は吸着と離脱
を繰返し行っていく内にその一部が反応容器低面に金属
微粉末として蓄積されて被処理ガスの流出め妨げとなり
反応容器１あるいは配管５等に不所望な圧力損失を増大
させる。

この時予め低温維持されである水素同位体ｔこ対して不
活性なガスから成る液化ガス（アルゴン−１８５，７℃
、クリプトン−１５２３℃、キセノン−１０７，１℃）
Ｇ３を液化ガス導入管９のコック１１を開放して上記反
応容器のガスガイド板１３に沿って噴射せしめ内周面を
液化ガスで充填することによって上記有害な金属微粉末
をこの液化ガスと共に排気管１０を介して放出させる。

このようにすると、上記金属微粉末は極低温に維持され
て安定した状態で反応容器１から所定の容器に収容され
る。したがって反応容器１は不所望な圧力損失の増大は
除去されて元の状態に戻ることになり常時金属微粉末の
極めて少ないトリチウム回収装置を維持することが可能
である。

なお、上述の実施例では反応容器を一基のみ設けである
が、連続して被処理ガスからトリチウムを回収し、トリ
チウムガスを得る場合には反応容器を２基あるいはそれ
以上を並列に設置し、順次吸蔵、再生および金属微粉末
の排除を行うことによって可能となる。

更に反応容器１や配管５の内部ｌこ圧力センサを設置し
て圧力を感知させ、これと連動して液化ガスコック１１
、排出コック１２を自動的ｔこ開閉することも可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明トリチウム回収装置は上記の様に構成したもので
あって、次のような効果を有する。

１）反応容器１の内部に不所望な金属微粉末が堆積する
が、これ等は液化ガスによって反応容器１外へ排出する
ことが容易に出来るので装置に対する圧力損失を増大せ
しめる要因を排除出来る特徴がある。従ってトリチウム
回収を安全かつ効率良〈実施することが可能となった。

２）金属微粉末はこれに対して不活性な液化ガスｔこ同
伴されて搬送されるので安定した状態を保持して排出し
、所定の容器に収納することが出来るので極めて安全で
ある。

３）金属微粉末を同伴して搬送する不活性な液化ガスは
一１００℃以下の極低温に維持されていて気化はなく、
従って金属微粉末も気化する心配は全くなく極めて安全
性が高い。

４）反応容器等は圧力損失を増大せしめる要因を排除し
たことｔこよって、金属微粉末と被処理ガス中の酸化物
Ｃ被処理ガス中に含まれる）との間で反応することがな
くなった。

すなわち、微粉末中に吸蔵されたトリチウムも金属外に
放出される量はほとんど０であるため（上記の様な低温
において、トリチウムを吸蔵した金属と平衡状態ｌこあ
るトリチウムガス分圧は極めて低く、さらｌこトリチウ
ム原子が金属内部を拡散で＃勤する速度も極めて遅いた
め。）、安全にトリチウムを吸蔵した金属微粉末を取扱
うことができる。また、希ガスの液化ガスと金属との間
では何等の化学反応も生じないため、それらの分離は特
別な処理を必要とすることなく、昇温するのみで簡単に
行え、トリチウムを吸蔵しているであろう金７４Ｉｃ対
する処理も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明トリチウム回収装置の断面図、第２図は
従来のトリチウム回収装置の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素の金属に対する吸蔵性を利用したトリチウム回収装
   置において、反応容器内に存在する水素吸蔵金属の微粉
   末を、該金属および水素同位体に対して不活性な液化ガ
   スを用いて上記反応容器外に排出する機構を設けたこと
   を特徴とするトリチウム回収装置。