(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリチウムに接触する面に金属酸化物光触媒を塗布し、該接触面に紫外線を照射して、該接触面上へのトリチウム含有有機化合物の堆積を妨げ、もしくは該接触面に堆積したトリチウム含有有機化合物の分解を促進することを特徴とするトリチウム防染除染方法。
【請求項２】
前記酸化金属光触媒が、アナターゼ型酸化チタンであることを特徴とする請求項１記載のトリチウム防染除染方法。
【請求項３】
前記トリチウムに接触する面が、重水素−トリチウム核融合炉のトリチウム通路内壁、もしくはトリチウム汚染体を処理するグローブボックスの内壁であることを特徴とする請求項１または２記載のトリチウム防染除染方法。
【請求項４】
前記紫外線が太陽光に含まれるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のトリチウム防染除染方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トリチウムの防染方法および除染方法に関し、特に核融合関連およびトリチウム取扱施設におけるトリチウムの蓄積を抑え、またはトリチウムの除去を行うトリチウム防染除染方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
重水素−トリチウム核融合炉のプラズマ対向材料、特にダイバータなどには大量のトリチウムが水や炭化水素の形で堆積するが、安全性確保の観点からトリチウムインベントリを低減することが要求される。また、炉の補修・交換に伴い、かなりの量のトリチウムを含む材料が排出されるので、核融合炉の稼働率を向上させるためにも炉中においてのみならず、取り外した部材を処理するグローブボックスにおいて、トリチウム除染を効率よく行う方法が必要とされる。
【０００３】
核融合炉のプラズマ対向機器の交換修理作業は、真空容器内からホットセルと呼ばれる建家に移送して行うことになる。従って、修理交換作業前の機器内のトリチウム量をできるだけ少なく抑えることが重要である。また、核融合炉の稼働率を高めるためにも真空容器内におけるトリチウム除染処理の効率化が要求されている。
【０００４】
従来、トリチウムの除染に用いられる方法に、同位体希釈法、化学除染法、ベーキング法、紫外線照射法などがある。
同位体希釈法は、大量の水素もしくは水を流して放射性物質であるトリチウムを希釈して処理する方法であり、化学除染法は酸などの除染液で表層を洗浄する方法であるが、いずれも処理後のガスや液の二次廃棄物の発生量が大きくなることが問題である。
ベーキング法は、汚染した構造物を加熱してトリチウム化合物を気化し脱離させてパージする方法で、高温にする必要から適用できる材質に制限がありまた加熱のために大きなエネルギが必要になる問題がある。
【０００５】
さらに、紫外線照射法は、トリチウム化合物に紫外線を照射し化学結合エネルギより大きなエネルギを与えることによりＣ−Ｈ結合を切断して、水素ガスあるいは炭化水素ガスとして気化する方法である。
プラズマ・核融合学会誌、第７６巻第１０号（２０００年１０月）第１０２１−１０２８頁には、アセチレンガス雰囲気中でスパッタリングさせて炭素膜を形成することにより共堆積層を模擬した試料に０．２ｍＪの１７２ｎｍ紫外線を２０分間照射することにより、試料表面に付着していた水、一酸化炭素、二酸化炭素の他に、炭素膜から大量の水素と少量の炭化水素が放出されることが観察されたことが記載されている。
【０００６】
しかし、従来の紫外線照射法は、高い水準のエネルギを必要とし、また反応に必要な時間が長いという問題がある。
また、紫外線は表面から数原子層しか除染効果がないと考えられているところから、紫外線照射法においても大量の堆積がなされた後には十分な除染が困難になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、紫外線照射法を用いたトリチウムの除染方法、特に核融合関連およびトリチウム取扱施設におけるトリチウム除染方法において、より効率的にトリチウムの蓄積を抑え、またトリチウムの除去を行う方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のトリチウム防染除染方法は、トリチウムに接触する面に金属酸化物光触媒を塗布し、その接触面に紫外線を照射することにより、接触面上へのトリチウム含有有機化合物の堆積を妨げ、もしくは接触面に堆積したトリチウム化合物の分解を促進することを特徴とする。
接触面に塗布する光触媒は、特に、アナターゼ型酸化チタンを含む光触媒であることが好ましい。
【０００９】
光触媒は、紫外線が表面に照射されたときに発生するラジカル物質により、有機物の分解を促進するものである。多くの酸化物が光触媒として利用可能であるが、酸化チタンが機能性と安全性の面で優れており好適である。酸化チタンには、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型の３種類の結晶体と、アモルファス体とがあるが、特にアナターゼ型の酸化チタンが最も強い光触媒活性を有することが知られている。
本願出願人の所有する特許第２９１８１１２号の明細書には、アナターゼ型酸化チタン光触媒の効果が記載されている。
【００１０】
核融合炉のプラズマ対向機器やその他のトリチウム取扱装置などにおけるトリチウム汚染は、トリチウムが水素として含有された有機物が表面に付着・堆積することが原因である。
本発明は、トリチウム汚染の可能性のある構造材の表層に光触媒をコーティングしておき、太陽光あるいは紫外線ランプやレーザ光などの紫外線を照射することにより、表面に付着したトリチウム含有有機化合物を触媒作用を利用して効率的に分解し、表面に堆積することを防止する。
また、表面に堆積したトリチウム化合物に対しても、光触媒の働きで効率的に分解して、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、炭化水素ガス等の気体になって、構造体表面に遊離するので、スイープガスを流して回収することによって、トリチウム除染をすることができる。
【００１１】
なお、回収したスイープガスは放射能漏れを防ぐため適切な処理を行う必要があるが、その量は同位体希釈法などと比較すると極めて小さいので、処理装置の負荷は小さい。
また、従来の紫外線照射法と比較すると、除染時間が大幅に短くなる上、投入エネルギも節減することができる。
本発明の方法は、重水素−トリチウム核融合炉のトリチウム通路内壁もしくは核融合炉の構造体などトリチウム汚染体を処理するグローブボックスの内壁などに適用することにより、大きな効果を有する。
【００１２】
たとえば、核融合炉などに適用する場合に、設備の稼働中にも紫外線を照射しておくことにより表面に接触したトリチウム化合物を付着する前に効率よく分解するため汚染されにくくなり、トリチウム化合物の堆積を防止しトリチウムインベントリーを低くを抑えることができる。
また、間歇的に所定時間紫外線照射をすることにより、付着した有機系とリチウムを分解して除染することができる。
さらに、部品の補修・交換などのため設備を休止したときにも光触媒を塗布した面に紫外線を照射することにより容易に除染することができる。
【００１３】
また、トリチウム汚染物の処理装置においても、トリチウムに接触する可能性のあるグローブボックスなどの部材表面に光触媒を塗布しておいて、常にあるいは必要なときに太陽光や紫外線ランプの紫外線を照射すれば、トリチウム化合物が堆積することを防止しあるいは付着したトリチウム化合物を除去することができる。
なお、本発明の方法は、光触媒を表面に塗布して紫外線を照射するだけで、高温処理など過酷な条件を必要としないので、鋼材に限らず、ガラス、樹脂など、各種材料に適用することができる。しかも、対象とする材料が変わっても手順は同じため、操業が容易で処理コストも低減することができる。
また、本発明の方法は、核融合関連施設以外でも、使用済核燃料再処理施設および機器、重水炉機器など、トリチウムの防染・除染が必要となる施設・機器に広く適用可能な方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトリチウム除染方法について実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を説明する斜視図、図２は光触媒作用を説明する図面、図３は光触媒の効果を説明するグラフである。
【００１５】
本発明方法はトリチウム汚染を受ける可能性がある構造材などに適用できると共に、トリチウム汚染物体を処理するグローブボックス１に適用することができる。
図１に示すように、グローブボックス１を透明のアクリル樹脂板２で形成する。グロ−ブボックス１には、手を挿入できる開口３とその先にゴムなど樹脂でできた機密性の高い手袋が設けられていて、内部の対象物を手で扱っても雰囲気がボックス外に漏洩しないようになっている。
【００１６】
アクリル樹脂板２の内面にはスラリー化した酸化チタン光触媒を塗布して１００℃程度の温度で処理し光触媒層５を形成してある。酸化チタン光触媒としてアナターゼ型酸化チタンを使用すると、光触媒効果が大きくまたスラリー化が容易なので好ましい。
光触媒層の透明度は高いため、グローブボックス内の対象物を目視しながら手で扱うことができる。なお、表面にスプレーして自然乾燥して形成した光触媒層でも光触媒効果は十分持続する。
【００１７】
グローブボックスの外には、紫外線ランプ６が設けられていて、紫外線がアクリル樹脂板２と光触媒層５を貫いてグローブボックス内の処理対象物とボックスの内壁を照射する。なお、紫外線ランプ６に代えて、太陽光７を導入してもよい。太陽光には有機物の分解反応に寄与する紫外線その他の光成分が大量に含まれるからである。
なお、図示していないが、グローブボックス１には、スイープガスを導入するノズルと、トリチウムが混入したガスに含まれるトリチウムを処理するトリチウム処理装置に送出するための配管が設けられている。
【００１８】
図２に示すように、構造材１１の表面に形成された光触媒層１２にトリチウムＨ３を含む有機体Ｈ３−（ＣａＨｂＯｃ）が接触した状態で紫外線が入射すると、酸化反応が活性化して有機体が、Ｈ３−ＣｄＨｅや、Ｈ３−Ｈ、Ｈ３−ＯＨ、ＣＯ２などに分解するので、光触媒層１２の表面に堆積しない（ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは適宜の整数）。したがって、紫外線を照射した状態で設備の運転を行うと、設備内部のトリチウムインベントリーは著しく減少する。
【００１９】
なお、紫外線を照射しないと、トリチウムは有機物化合物として構造材１１の上に付着し徐々に堆積する。
しかし、構造材１１に光触媒層１２を形成しておけば、トリチウム化合物が大量に堆積する前に紫外線を照射するようにして、それまでに堆積したトリチウム化合物の分解を促進して除去し、トリチウムインベントリーを減少させることができる。紫外線は表面の数原子層しか除染効果がないとされるが、間歇的に紫外線照射することにより、表面層以上に堆積することを防止して効果的にトリチウム除染を行うことができる。
【００２０】
また、光触媒層１２を表面に形成した構造体１１にトリチウム化合物が堆積したものも、グローブボックスに収納し紫外線ＵＶを照射して処理することができる。紫外線を照射すると、堆積物の表面層から分解してＨ３−ＣｄＨｅや、Ｈ３−Ｈ、Ｈ３−ＯＨなどが分離し表面に浮遊する。これら気体成分はスイープガスでトリチウム処理装置に回収する。堆積物は表面から徐々に分解が進み、適当な時間処理するとトリチウム除染が終了する。
なお、グローブボックス内壁にも光触媒層が形成されているので、堆積物の処理に伴い発生するトリチウム成分が内壁表面に堆積することを妨げ、効果的にトリチウム防染が行われる。
【００２１】
紫外線による有機物分解反応に対する光触媒の効果を確認するため、アセトアルデヒドを使った比較試験を行った。
図３は、光触媒を使用して紫外線でアセトアルデヒドを分解したときの実験結果を示す。横軸は時間経過を表し、縦軸は容器内のガス中のアセトアルデヒド濃度と炭酸ガス濃度を表す。
容量２リッターのガラス容器を２個準備し、一方の容器は、光触媒としてアナターゼ型酸化チタンを用い、酸化チタン粉末をスラリー化したもの（川崎重工業株式会社製フォリウム（商標名））を容器内面に塗布後乾燥させて光触媒層とした。
【００２２】
２個のガラス容器それぞれに、アセトアルデヒドを５５０ｐｐｍだけ封入し、低圧水銀灯の紫外線を０．３ｍＷ／ｃｍ２の強度で照射し、容器内のアセトアルデヒド濃度と分解生成物である炭酸ガスの濃度の変化を測定した。
図から、光触媒層を持たないガラス容器の方は、紫外線照射を開始してもアセトアルデヒドＡＡが徐々に減少し炭酸ガスＣＯ２はわずかずつ増加し続けることから分解反応はゆっくりと進行することが分かる。
これに対して、光触媒をコーティングしたガラス容器の方は、紫外線を照射すると直ちにアセトアルデヒド濃度が激減し、１０分後にはほぼゼロになり、炭酸ガスも急激に増加することが分かる。
なお、アセトアルデヒド濃度が紫外線照射前に既に差があるのは、アセトアルデヒドが光触媒に吸着されるためと考えられる。
図３に示す試験結果から、アセトアルデヒドの分解反応は、光触媒の効果が著しいことが確認された。
【００２３】
このように紫外線による光化学反応を促進する光触媒を対象とする構造体表面や容器内壁に塗布しておくことにより、トリチウム化合物の分解は著しく高速化し反応効率が向上すると共に、防染・除染のために必要となるエネルギも大幅に減少する。
なお、アナターゼ型酸化チタン結晶粒子は特に高度な触媒作用を有するが、他のルチル型、ブルッカイト型結晶体や、アモルファス体も光触媒作用を有することが知られている。またチタン以外の金属の酸化物にも光触媒作用を有するものがある。
また、光触媒コーティング処理には高温に加熱する必要がないので、グローブボックスや構造体は広く各種の材料を用いることが可能となり、装置の目的に対応して最適のものを選ぶことができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の紫外線照射法を用いたトリチウムの防染除染方法により、トリチウム汚染の可能性のある装置、特に核融合関連およびトリチウム取扱施設におけるトリチウム汚染をより効率的に抑制してトリチウムの蓄積を抑え、またトリチウムの除去を行うことができる。
また、使用済核燃料再処理施設・機器、重水炉機器などにも同様に適用してトリチウムの防染・除染ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のトリチウム除染方法を適用したグローブボックスを表す斜視図である。
【図２】本発明における光触媒の作用を説明する図面である。
【図３】光触媒の効果を説明するグラフである。
【符号の説明】
１  グロ−ブボックス
２  透明アクリル樹脂板
３  開口
４  手袋
５  内壁の光触媒層
６  紫外線ランプ
７  太陽光
１１  構造材
１２  光触媒層
【図１】
0003614401.tif 000002
【図２】
0003614401.tif 000003
【図３】
0003614401.tif 000004