JPH05232293A

JPH05232293A - トリチウム処理装置

Info

Publication number: JPH05232293A
Application number: JP4037884A
Authority: JP
Inventors: Shigetada Kobayashi; 重忠小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1992-02-25
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【目的】炉心模擬実験レベルの炉に適応し、簡易で安全
なトリチウム処理装置を提供すること。【構成】水素同位体ガスを主成分とする燃料排気および
中性粒子加熱装置からの排気を処理するトリチウム処理
装置であって、上記水素同位体ガスの全量を酸化する酸
化促進手段３と、この酸化促進手段３にて処理されたガ
スを凝縮・液化する凝縮・液化手段１２と、この凝縮・
液化手段１２にて液化された水を回収して貯蔵する貯蔵
手段１６とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は核融合炉施設およびその
関連装置、あるいは核融合炉施設の関連実験装置におい
て、燃料または炉心プラズマ用のガスとされる水素同位
体ガスを主成分とする燃料排気および中性粒子加熱装置
からの排気を安全に処理するトリチウム処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】核融合炉は現在までに実用化されておら
ず、臨界プラズマ試験用の大型装置段階から次の実験炉
の段階に進む途上にある。そして、核融合炉の燃料にな
るプラズマ用のガスとして、現在最も実現性の高い組み
合わせは、重水素（Ｄ）と三重水素（Ｔ：トリチウム）
をほぼ５０％ずつ混合することである。

【０００３】上記トリチウムは放射性を有し、天然にほ
とんど存在しないことから、現状の臨界実験装置までは
重水素（Ｄ）あるいは通常の水素（Ｈ：軽水素）で実験
をしている。また、炉心に注入された燃料ガスはプラズ
マを発生した後、真空排気されそのまま大気に放出され
ている。

【０００４】しかし、プラズマ用のガスとしてトリチウ
ムを用いる場合、トリチウムが放射性を有することか
ら、プラズマ排気をそのまま大気に放出することができ
ない。そのため、将来の重水素（Ｄ）と三重水素（Ｔ）
を混合する実験炉では、燃料排気から不純物を取り除
き、重水素（Ｄ），三重水素（Ｔ）あるいは混入する水
素（Ｈ）を同位体分離し、水素（Ｈ）は大気放出し、重
水素（Ｄ）および三重水素（Ｔ）は再使用するために貯
蔵する方式が考慮されている。この場合の貯蔵法は再使
用を可能にするため、不純物などの混じり気はほとんど
ないことが必要である。

【０００５】また、この実験炉では水素同位体ガスの同
位体分離装置が重要な役割を果たし、同位体分離装置と
して有力な方式には超低温ヘリウムで冷却して液化水素
ガスの同位体を蒸留で分離する深冷蒸留方式、中心熱線
および外部冷却式の熱拡散により水素ガスを同位体分離
する熱拡散法がある。しかし、前者の深冷蒸留方式はあ
る程度の処理量をコンスタントに必要とし連続して供給
し続ける必要があり、また温度調整も簡単ではない。後
者の熱拡散法は処理量が少なくても多段のカスケードを
必要とし、大きなスペースが必要となる。

【０００６】したがって、これまでの実験装置や実験炉
の設計では、このようなトリチウムの除去装置を臨界装
置のように全く設置しないか、あるいは実験炉のように
本格的な同位体分離装置を設けるかのいずれかであっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、臨界実験装
置から実験炉に移行する過程の世代の装置では、主とし
て重水素を使用して実験するものの、このような実験で
は重水素（Ｄ）と重水素（Ｄ）とが僅かに反応をおこし
てトリチウムＴを発生する。その発生量はそのまま大気
に放出するには多少抵抗がある量であるが、本格的な処
理設備を設置するには量が少なすぎる。また、実験が断
続的に行われるので、連続的にある程度の処理量がある
わけではない。

【０００８】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、炉心模擬実験レベルの炉に適応し、簡易で安全
なトリチウム処理装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るトリチウム
処理装置は、上述した課題を解決するために、水素同位
体ガスを主成分とする燃料排気および中性粒子加熱装置
からの排気を処理するトリチウム処理装置であって、上
記水素同位体ガスの全量を酸化する酸化促進手段と、こ
の酸化促進手段にて処理された再生蒸気を凝縮・液化す
る凝縮・液化手段と、この凝縮・液化手段にて液化され
た水を回収して貯蔵する貯蔵手段とを備えたものであ
る。

【００１０】

【作用】上記の構成を有する本発明においては、燃料排
気系統からの排出ガスおよび中性粒子加熱装置からの排
気の内、水素同位体ガスを全量酸化し、凝縮・液化して
貯蔵するので、実験炉の設計のような本格的な設備でな
く、貯蔵しても再利用はしないことから、純度は考慮せ
ずに簡易な装置で済む。また、燃料排気を直接大気へ放
出することがないから、一般環境の汚染もない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】図１は本発明に係るトリチウム処理装置の
一実施例を示し、本実施例では設備規模として排ガス量
が1.5 ｍ³／hrのオーダー程度で、この中に 1/10000程
度のトリチウムを含むものとしている。

【００１３】図１において、トリチウム処理装置は主系
統の最初の機器になる排気貯留タンク１を有し、この排
気貯留タンク１には炉心燃料プラズマが燃料真空排気系
あるいは中性粒子入射加熱装置（以下、ＮＢＩとい
う。）の排気系により排気されてここに導入される。ま
た、排気貯留タンク１はその後の安全のために不活性な
ガスを十分に希釈するとともに、排気を酸化させるため
の酸素ガスを水素同位体とほぼ等量混合させる。この調
整された混合ガスは加熱器２を経由して所定の温度に昇
温される。

【００１４】この昇温された混合ガスは酸化促進手段と
しての触媒塔３に導かれ、この触媒塔３は水素同位体や
炭化水素を触媒に通し、水蒸気と二酸化炭素に転換さ
せ、可燃物を除去する。この触媒塔３で処理されたガス
は高温であるので、次段の冷却器４で常温近くまで冷却
する。また、触媒塔３で酸化されて発生した水蒸気は分
子ふるい（モレキュラーシーブ：商品名）などの乾燥剤
を充填した脱湿塔５に通して吸着除去される。

【００１５】この湿分を除去された排ガスは放射性の成
分が除かれているので、分子ふるいなどの乾燥剤の微粉
などをメッシュ・フィルタ６で除去し、このメッシュ・
フィルタ６で除去できなかった微粒子を高性能フィルタ
７を通して除去する。この微粒子が除去された排気残ガ
スはブロワ８で排気筒に導く。このブロワ８の騒音対策
の必要があればサイレンサ９を設ける。

【００１６】一方、脱湿塔５には付属設備として脱湿塔
再生設備１０が設けられ、この脱湿塔再生設備１０は、
湿分を除去して飽和した脱湿塔５を加熱再生するもので
あって、再生ガスブロワ１１により所定の運転温度に熱
せられた不活性ガスを脱湿塔５に送風すると、この脱湿
塔５が吸着している湿分は蒸発し、この蒸発した再生ガ
スを凝縮・液化手段としての再生ガス冷却器１２で冷却
して液化する。この再生ガス冷却器１２と接続された再
生ガスメッシュ・フィルタ１３は同伴する水滴を除去
し、この水滴を除去した再生ガスは再生ガスブロワ１１
を経て再生ガス加熱器１４により加熱される。ここで、
再生ガスブロワ１３から発生する騒音は、再生ガスブロ
ワ・サイレンサ１５により除去される。

【００１７】また、再生ガス冷却器１２で液化した水
は、貯蔵手段であるトリチウム重水貯蔵タンク１６でド
レンとして回収して溜められ、この貯蔵タンク１６は蓋
１７により密閉され、貯蔵タンク１６内の圧力が所定圧
力以上になると、逃がしベントライン１８を通して排気
筒１９から逃がす。

【００１８】次に、本実施例の作用について説明する。

【００１９】炉心燃料プラズマが燃料真空排気系あるい
はＮＢＩの排気系によって排気された燃料排気およびＮ
ＢＩ排気は排出された後、排気貯留タンク１に溜める。
この排気貯留タンク１にはまず水素同位体を主体とした
排気が導入され、不活性なガスを十分に希釈するととも
に、酸素ガスを水素同位体とほぼ等量混合させる。但
し、この混合工程は排気貯留タンク１で行う方法の他に
タンクを出た後で合流させる方法も考えられる。排気貯
留タンク１の排気を触媒塔３に通して酸化などの反応を
おこさせるため、事前にガスの温度を触媒反応に適した
温度に調整する必要があり、この調整された混合ガスは
加熱器２を経由して所定の温度に昇温される。

【００２０】その後、上記混合ガスを触媒塔３に導入
し、この触媒塔３では水蒸気と二酸化炭素に転換させて
可燃物を除去する。次いで、この触媒塔３で処理された
ガスは高温であるので、冷却器４で常温近くまで冷却す
る。また、触媒塔３で発生した水蒸気はその他のより沸
点の低い成分と分離させるため、凝縮分離する。そのた
め、脱湿塔５に通し、触媒塔３で酸化されて発生した水
蒸気を吸着除去する。この脱湿塔５は待機系統を備えて
おき、飽和したときは待機系統に切り替え、再生運転を
行う。脱湿塔５は待機系統を含め２〜３系統とするのが
望ましい。

【００２１】湿分を除去された排ガスはメッシュ・フィ
ルタ６により微粉を除去し、このメッシュ・フィルタ６
で除去できなかった微粒子は高性能フィルタ７を通して
除去され、ブロワ８を通して排気筒に排気残ガスを導
く。

【００２２】一方、湿分を除去して飽和した脱湿塔５は
脱湿塔再生設備１０で加熱再生される。この脱湿塔再生
設備１０は所定の運転温度に熱せられた不活性ガスを脱
湿塔５に再生ガスブロワ１１で送風し加熱再生する。こ
の時、脱湿塔５が吸着している湿分は蒸発し、この蒸発
した再生ガスは再生ガス冷却器１２で冷却され、ドレン
としてトリチウム重水貯蔵タンク１６に回収されて溜め
られる。

【００２３】また、再生ガスメッシュ・フィルタ１３は
同伴する水滴を除去し、この水滴を除去した再生ガスは
再生ガスブロワ１１を経て、再生ガス加熱器１４で加熱
する。したがって、トリチウム重水貯蔵タンク１６には
排気の重水素、トリチウムが全量酸化されて水の形態で
貯蔵される。

【００２４】このように、本実施例によれば、トリチウ
ム重水貯蔵タンク１６の大きさは１ｍ³程度でよく、全
体にコンパクトである。したがって、熱拡散塔方式を有
するシステムのような広いスペースは不要であるととも
に、実験が断続的に行われるので、深冷蒸留方式の欠点
も除かれる。

【００２５】なお、上記実施例において、排気貯留タン
ク１、加熱器２、触媒塔３、メッシュ・フィルタ６、高
性能フィルタ７、およびブロワ８は主系統にそれぞれ補
機を備えているが、脱湿塔５のように待機系統を複数設
け、且つそれぞれに補機を備えるようにしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るトリ
チウム処理装置によれば、燃料排気系統からの排出ガス
および中性粒子加熱装置からの排気の内、水素同位体ガ
スを全量酸化し、凝縮・液化して貯蔵するので、重水素
プラズマ反応によってプラズマ容器内で発生するトリチ
ウムを除去し、一般環境への放出量を公衆安全上影響の
ないように低減させることができる。また、排ガスから
除去したトリチウムを漏洩しないように安全に管理する
ことができるとともに、可燃性である排ガスを安全に処
理可能である。そして、燃料排気を直接大気へ放出する
ことがないから、一般環境の汚染も防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトリチウム処理装置の一実施例を
示す系統図。

【図２】トリチウム処理装置に設けられた脱湿塔再生設
備を示す系統図。

【符号の説明】

１排気貯留タンク２加熱器３触媒塔（酸化促進手段）４冷却器５脱湿塔１０脱湿塔再生設備１１再生ガスブロワ１２再生ガス冷却器（凝縮・液化手段）１３再生ガスメッシュ・フィルタ１４再生ガス加熱器１５再生ガスブロワ・サイレンサ１６トリチウム重水貯蔵タンク（貯蔵手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素同位体ガスを主成分とする燃料排気
および中性粒子加熱装置からの排気を処理するトリチウ
ム処理装置であって、上記水素同位体ガスの全量を酸化
促進する酸化促進手段と、この酸化促進手段にて処理さ
れた再生蒸気を凝縮・液化する凝縮・液化手段と、この
凝縮・液化手段にて液化された水を回収して貯蔵する貯
蔵手段とを備えたことを特徴とするトリチウム処理装
置。