[發(fā)明專(zhuān)利]核素轉(zhuǎn)換方法及核素轉(zhuǎn)換裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380007232.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104081467B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巖村康弘;伊藤岳彥;牟田研二;鶴我薰典
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 三菱重工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): G21G7/00
• 分類(lèi)號(hào): G21G7/00;G21B3/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 張濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種核素轉(zhuǎn)換方法及核素轉(zhuǎn)換裝置，其涉及到放射性廢物處理技術(shù)、由自然界中大量存在的元素生成稀有元素的技術(shù)、由核聚變反應(yīng)產(chǎn)生能量的技術(shù)等。

背景技術(shù)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)了一種核素轉(zhuǎn)換裝置及核素轉(zhuǎn)換方法，與加速器或反應(yīng)堆等大規(guī)模裝置相比，其能夠通過(guò)相對(duì)規(guī)模較小的裝置進(jìn)行核素轉(zhuǎn)換。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)的核素轉(zhuǎn)換裝置具備：結(jié)構(gòu)體，其疊層有鈀(Pd)或鈀合金等儲(chǔ)氫金屬或儲(chǔ)氫合金、及相比這些物質(zhì)功函數(shù)相對(duì)較低的物質(zhì)(氧化鈣：CaO)；內(nèi)部可保持氣密性的吸留室；經(jīng)由結(jié)構(gòu)體可保持氣密性地設(shè)置的釋放室；對(duì)吸留室供給氘氣的氘供給裝置；以及使釋放室形成真空狀態(tài)的排氣裝置。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)的核素轉(zhuǎn)換裝置中，使用蒸鍍等方法將要轉(zhuǎn)換的核素(實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì))添加到結(jié)構(gòu)體的一個(gè)表面，使氘(D₂)氣從添加了實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)的面透過(guò)，引發(fā)核反應(yīng)，將實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)轉(zhuǎn)換成另一核素。

在上述結(jié)構(gòu)的核素轉(zhuǎn)換裝置中，通過(guò)在使CaO等的納米級(jí)薄膜與Pd等組合而成的結(jié)構(gòu)體的表面添加實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)，可促進(jìn)穩(wěn)定的核反應(yīng)的進(jìn)行、轉(zhuǎn)換量的增大。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利第4346838號(hào)說(shuō)明書(shū)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問(wèn)題

專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的核素轉(zhuǎn)換裝置的核素轉(zhuǎn)換量為幾～幾十ng/cm²級(jí)，為了促進(jìn)實(shí)用化，希望核素轉(zhuǎn)換量的進(jìn)一步增大。

本發(fā)明鑒于上述情況而進(jìn)行，其目的在于提供一種核素轉(zhuǎn)換方法及核素轉(zhuǎn)換裝置，與加速器或反應(yīng)堆等大規(guī)模的裝置相比，其可通過(guò)相對(duì)規(guī)模較小的裝置進(jìn)行核素轉(zhuǎn)換，在該核素轉(zhuǎn)換裝置及核素轉(zhuǎn)換方法中，能夠增大核素轉(zhuǎn)換量。

解決問(wèn)題的方法

為了解決上述課題，本發(fā)明的核素轉(zhuǎn)換方法及核素轉(zhuǎn)換裝置采用如下方式。

本發(fā)明第一方面提供一種核素轉(zhuǎn)換方法，其包括如下工序：電解液供給工序，向由結(jié)構(gòu)體形成能夠密封的密閉空間的氘高濃度部供給包含重水的電解液，所述結(jié)構(gòu)體包含鈀或鈀合金、或鈀以外的儲(chǔ)氫金屬或鈀合金以外的儲(chǔ)氫合金；高濃度化工序，將所述供給的電解液電解而產(chǎn)生氘，在所述結(jié)構(gòu)體的所述氘高濃度部側(cè)的表面附近形成氘濃度高的狀態(tài)；低濃度化工序，通過(guò)所述結(jié)構(gòu)體形成能夠密封的密閉空間，使隔著所述結(jié)構(gòu)體設(shè)于所述氘高濃度部的相反側(cè)的氘低濃度部形成氘濃度低于所述氘高濃度部的狀態(tài)；氣體排出工序，從所述氘高濃度部排出氣體；以及核素轉(zhuǎn)換工序，在所述氘從所述氘高濃度部向所述氘低濃度部透過(guò)所述結(jié)構(gòu)體時(shí)，在所述結(jié)構(gòu)體中，實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)在所述氘的作用下被核素轉(zhuǎn)換。

在高濃度化工序中，在氘高濃度部，將結(jié)構(gòu)體作為電極之一使包含重水的電解液電解，產(chǎn)生氘，從而在結(jié)構(gòu)體表面附近形成氘的濃度高的狀態(tài)。

通過(guò)設(shè)置高濃度化工序和低濃度化工序，能夠夾持結(jié)構(gòu)體在氘高濃度部和氘低濃度部之間產(chǎn)生氘的濃度梯度。由于氘的濃度梯度，在結(jié)構(gòu)體的內(nèi)部形成從氘高濃度部側(cè)向氘低濃度部側(cè)的氘的流束。通過(guò)電解產(chǎn)生的氘被結(jié)構(gòu)體吸留，并透過(guò)到氘低濃度部側(cè)。在氘透過(guò)結(jié)構(gòu)體的過(guò)程中，在氘和實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)之間發(fā)生核素轉(zhuǎn)換反應(yīng)，實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)被核素轉(zhuǎn)換。

以往，使用氣壓對(duì)儲(chǔ)氫金屬(結(jié)構(gòu)體)添加氫、氘。在使用氣壓的情況下，在范德華力(分子間作用力)作用下，氫物理吸附在結(jié)構(gòu)體的表面，并進(jìn)行原子解離(解離吸附、化學(xué)吸附)，通過(guò)侵入型固溶化、或生成氫化合物，使氫原子擴(kuò)散至金屬晶格內(nèi)。另一方面，在使用電解對(duì)儲(chǔ)氫金屬(結(jié)構(gòu)體)添加氘的情況下，由于電解引起的等效氫壓(對(duì)電極內(nèi)部的充氫壓力。另外，對(duì)應(yīng)于氫過(guò)電壓、電解電壓)與使用氣壓的情況相比大幅提高，因此，能夠提高氘的填充密度。

根據(jù)上述發(fā)明，通過(guò)提高結(jié)構(gòu)體中的氘的填充密度，可增大實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)的核素轉(zhuǎn)換反應(yīng)量。

通過(guò)在電解液供給工序中對(duì)氘高濃度部側(cè)供給包含氘的電解液，可使氘高濃度部的氘濃度保持在希望的范圍。因此，可使氘高濃度部側(cè)長(zhǎng)期保持氫分壓高的狀態(tài)。另外，由于未透過(guò)結(jié)構(gòu)體的氣體在氣體排出工序中被排出到外部，因此，可使氘高濃度部?jī)?nèi)保持給定的壓力范圍。

上述發(fā)明的一方面中，在所述電解液供給工序之前，還具有將所述實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)添加到所述結(jié)構(gòu)體的添加工序。

或者，上述發(fā)明的一方面中，在所述電解液中添加包含所述實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)的電解質(zhì)，在所述電解質(zhì)濃度供給工序中，包含所述實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)的離子的所述電解液供給到所述氘高濃度部，所述實(shí)施核素轉(zhuǎn)換的物質(zhì)的離子添加到所述結(jié)構(gòu)體中。