(57)【要約】【課題】構造体に充填される重水素の濃度を増大させる。【解決手段】電解質が重水に溶解される電解液が貯留される貯留空間７を形成する反応装置２と、その電解液を冷却することにより生成される冷却後電解液を貯留空間７に供給する冷却装置１７と、減圧空間８に充填される重水素の濃度を低減する重水素低濃度化装置と、電圧発生装置とを備えている。反応装置２は、構造体６と、その電解液に浸漬される陽極１１とを有している。構造体６は、貯留空間７と減圧空間８とを隔てている。その電圧発生装置は、構造体６に対して所定の電圧をその陽極に印加する。このような核種変換装置１は、電解液が貯留空間７を流れることにより、構造体６を高効率に冷却することができ、構造体６に充填される重水素の濃度を高濃度化することができる。このため、核種変換装置１は、高効率に核種変換することができる。【選択図】図１
2014211384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質が重水に溶解される電解液が貯留される貯留空間を形成する反応装置と、
前記電解液を冷却することにより生成される冷却後電解液を前記貯留空間に供給する冷却装置と、
減圧空間に充填される重水素の濃度を低減する重水素低濃度化装置と、
電圧発生装置とを備え、
前記反応装置は、
前記貯留空間と前記減圧空間とを隔てる構造体と、
前記電解液に浸漬される陽極とを有し、
前記電圧発生装置は、前記構造体に対して所定の電圧を前記陽極に印加する核種変換装置。
【請求項２】
前記構造体は、前記貯留空間を囲む管に形成される請求項１に記載される核種変換装置。
【請求項３】
前記構造体は、
第１構造体と、
前記第１構造体に対向する第２構造体とを含み、
前記陽極は、前記第１構造体と前記第２構造体との間に配置される請求項１に記載される核種変換装置。
【請求項４】
前記構造体は、
第３構造体と、
前記第３構造体に対向する第４構造体とをさらに含み、
前記陽極は、前記第３構造体と前記第４構造体との間に配置される請求項３に記載される核種変換装置。
【請求項５】
前記反応装置は、複数の反応器から形成され、
前記貯留空間は、前記複数の反応器に対応する複数の貯留空間から形成され、
前記複数の反応器の任意の反応器は、
前記複数の貯留空間のうちの前記任意の反応器に対応する一の貯留空間と前記減圧空間とを隔てる一の構造体と、
前記一の貯留空間に貯留される電解液に浸漬される一の陽極とを備え、
前記一の陽極は、前記一の構造体に対して所定の電圧が印加される請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載される核種変換装置。
【請求項６】
前記複数の反応器のうちの第１反応器は、前記冷却後電解液を電気分解することにより第１反応後電解液を生成し、
前記複数の反応器のうちの第２反応器は、前記第１反応後電解液を電気分解することにより第２反応後電解液を生成する請求項５に記載される核種変換装置。
【請求項７】
前記複数の反応器のうちの第３反応器は、前記冷却後電解液を電気分解することにより第３反応後電解液を生成する請求項６に記載される核種変換装置。
【請求項８】
前記電解液と異なる新規電解液を生成する電解液供給装置をさらに備え、
前記新規電解液は、前記冷却後電解液とともに前記貯留空間に供給される請求項５〜請求項７のうちのいずれか一項に記載される核種変換装置。
【請求項９】
前記電解液を撹拌する撹拌装置をさらに備える請求項１〜請求項８のうちのいずれか一項に記載される核種変換装置。
【請求項１０】
電解質が重水に溶解される電解液が貯留される貯留空間と減圧空間とを隔てる構造体と、
前記貯留空間に貯留される電解液に浸漬される陽極とを備える反応装置を用いて実行される核種変換方法であり、
前記構造体に対して所定の電圧を前記陽極に印加することにより前記電解液から反応後電解液を生成すること、
前記減圧空間に充填される重水素の濃度を低減すること、
前記反応後電解液を冷却することにより生成された冷却後電解液を前記貯留空間に供給することとを備える核種変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核種変換装置および核種変換方法に関し、特に、固体構造物に充填される重水素を利用する核種変換装置および核種変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速器や原子炉等の大規模な装置に比べて相対的に小規模な装置で核種変換することが可能である核種変換装置が知られている。その核種変換装置は、構造体と、重水素を含む電解溶液を吸蔵室に供給する重水素供給装置と、構造体を介して吸蔵室と隔てられた放出室を真空状態にする排気装置と、構造体を電極として電解溶液を電気分解する電気分解装置とを備えている。このような核種変換装置は、核種変換したい核種を蒸着等の手法を用いて構造体の一方の表面に添加し、その表面から重水素を透過させることにより、その核種を別核種に変換する（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３４６８３８号公報（段落［０００９］〜［００１４］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような核種変換装置は、高効率に核種変換することが望まれ、構造体に充填される重水素の濃度を増大させることが望まれている。
【０００５】
本発明の課題は、構造体に充填される重水素の濃度を増大させる核種変換装置および核種変換方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、高効率に核種変換する核種変換装置および核種変換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による核種変換装置は、電解質が重水に溶解される電解液が貯留される貯留空間を形成する反応装置と、その電解液を冷却することにより生成される冷却後電解液をその貯留空間に供給する冷却装置と、減圧空間に充填される重水素の濃度を低減する重水素低濃度化装置と、電圧発生装置とを備えている。その反応装置は、構造体と、その電解液に浸漬される陽極とを有している。構造体は、その貯留空間と減圧空間とを隔てている。その電圧発生装置は、その構造体に対して所定の電圧をその陽極に印加する。
【０００７】
このような核種変換装置は、電解液が反応装置と冷却装置とを循環することにより、冷却された冷却後電解液を適切に構造体に接触させることができ、構造体を高効率に冷却することができる。このような核種変換装置は、構造体が冷却されることにより、構造体に充填される重水素の濃度を高濃度化することができる。さらに、このような核種変換装置は、構造体に充填される重水素が高濃度化されることにより、核種変換用物質に重水素を高効率に作用させることができ、核種変換用物質をより高効率に核種変換することができる。
【０００８】
その構造体は、その貯留空間を囲む管に形成されている。このような構造体は、その貯留空間を囲まないように形成される他の構造体に比較して、構造体のうちの電解液に接触する面のその貯留空間の単位体積当たりの面積をより大きくすることができる。このため、このような核種変換装置は、貯留空間を囲まないように形成される他の構造体を備える他の核種変換装置に比較して、構造体に充填される重水素をより高効率に高濃度化することができる。
【０００９】
その構造体は、第１構造体と、その第１構造体に対向する第２構造体とを含んでいる。その陽極は、その第１構造体とその第２構造体との間に配置されている。
【００１０】
このような構造体は、１つからなる他の構造体に比較して、構造体のうちの電解液に接触する面のその貯留空間の単位体積当たりの面積をより大きくすることができる。このため、このような核種変換装置は、１つからなる他の構造体を備える他の核種変換装置に比較して、構造体に充填される重水素をより高効率に高濃度化することができる。
【００１１】
その構造体は、第３構造体と、その第３構造体に対向する第４構造体とをさらに含んでいる。その陽極は、その第３構造体とその第４構造体との間に配置されている。
【００１２】
このような構造体は、２つからなる他の構造体に比較して、構造体のうちの電解液に接触する面のその貯留空間の単位体積当たりの面積をより大きくすることができる。このため、このような核種変換装置は、２つからなる他の構造体を備える他の核種変換装置に比較して、構造体に充填される重水素をより高効率に高濃度化することができる。
【００１３】
その反応装置は、複数の反応器から形成されている。このとき、その貯留空間は、その複数の反応器に対応する複数の貯留空間から形成されている。その複数の反応器の任意の反応器は、一の構造体と、その一の貯留空間に貯留される電解液に浸漬される一の陽極とを備えている。その一の構造体は、複数の貯留空間のうちのその任意の反応器に対応する一の貯留空間とその減圧空間とを隔てている。その一の陽極は、その一の構造体に対して所定の電圧が印加される。
【００１４】
このような核種変換装置は、複数の反応器を備えることにより、電解液をより高効率に電気分解することができる。このような核種変換装置は、電解液が高効率に電気分解されることにより、構造体を透過する重水素の量を増加させ、構造体が備える核種変換用物質に重水素を高効率に作用させることができ、その核種変換用物質を構成する核種をより多く核種変換することができる。このような核種変換装置は、複数の反応器に冷却後電解液をそれぞれ供給する複数の冷却装置を備える他の核種変換装置に比較して、装置規模がより小さく、より容易に作製されることができる。
【００１５】
その複数の反応器のうちの第１反応器は、その冷却後電解液を電気分解することにより第１反応後電解液を生成する。このとき、その複数の反応器のうちの第２反応器は、その第１反応後電解液を電気分解することにより第２反応後電解液を生成する。
【００１６】
このような核種変換装置は、第１反応器と第２反応器とが直列につなげられることにより、第１反応器で反応しなかった電解質に第２反応器で反応する機会を与え、電解液を高効率に反応させることができる。このような核種変換装置は、電解液を高効率に反応させることにより、構造体が備える核種変換用物質に重水素を高効率に作用させることができ、核種変換用物質をより高効率に核種変換することができる。
【００１７】
その複数の反応器のうちの第３反応器は、その冷却後電解液を電気分解することにより第３反応後電解液を生成する。このような核種変換装置は、第１反応器と第３反応器とが並列につなげられることにより、第１反応器と同程度に第３反応器でその冷却後電解液を反応させることができる。このような核種変換装置は、複数の反応器を並列と直列とに接続することにより、電解液を適切に反応させることができ、適切に核種変換することができる。
【００１８】
本発明による核種変換装置は、その電解液と異なる新規電解液を生成する電解液供給装置をさらに備えている。このとき、その新規電解液は、その冷却後電解液とともにその貯留空間に供給される。
【００１９】
このような核種変換装置は、複数の反応器に新規電解液をそれぞれ供給する複数の電解液供給装置を備える他の核種変換装置に比較して、電解液供給装置の点数が少なく、容易に作製されることができる。
【００２０】
本発明による核種変換装置は、その電解液を撹拌する撹拌装置をさらに備えている。このような核種変換装置は、その電解液が撹拌されることにより、冷却された冷却後電解液を適切に構造体に接触させることができ、構造体を高効率に冷却することができる。このような核種変換装置は、構造体が冷却されることにより、構造体に充填される重水素の濃度を高濃度化することができる。さらに、このような核種変換装置は、構造体に充填される重水素が高濃度化されることにより、構造体が備える核種変換用物質に重水素を高効率に作用させることができ、核種変換用物質をより高効率に核種変換することができる。
【００２１】
本発明による核種変換方法は、電解質が重水に溶解される電解液が貯留される貯留空間と減圧空間とを隔てる構造体と、その貯留空間に貯留される電解液に浸漬される陽極とを備える反応装置を用いて実行される。本発明による核種変換方法は、その構造体に対して所定の電圧をその陽極に印加することによりその電解液から反応後電解液を生成すること、その減圧空間に充填される重水素の濃度を低減すること、その反応後電解液を冷却することにより生成された冷却後電解液をその貯留空間に供給することとを備えている。
【００２２】
このような核種変換方法は、電解液が反応装置と冷却装置とを循環することにより、冷却された冷却後電解液を適切に構造体に接触させることができ、構造体を高効率に冷却することができる。このような核種変換方法は、構造体が冷却されることにより、構造体に充填される重水素の濃度を高濃度化することができる。さらに、このような核種変換装置は、構造体に充填される重水素が高濃度化されることにより、核種変換用物質に重水素を高効率に作用させることができ、核種変換用物質をより高効率に核種変換することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による核種変換装置および核種変換方法は、構造体に充填される重水素の濃度を高濃度化することができる。このため、本発明による核種変換装置および核種変換方法は、高効率に核種変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】核種変換装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】構造体の一部を示す断面図である。
【図３】核種変換装置の実施の他の形態を示す概略構成図である。
【図４】核種変換装置の実施のさらに他の形態を示す概略構成図である。
【図５】核種変換装置の実施のさらに他の形態を示す概略構成図である。
【図６】他の構造体を示す斜視図である。
【図７】さらに他の構造体を示す斜視図である。
【図８】さらに他の構造体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面を参照して、核種変換装置の実施の形態が以下に記載される。その核種変換装置１は、図１に示されているように、反応装置２と排気装置３とを備え、図示されていない電圧発生装置を備えている。反応装置２は、ケーシング５と構造体６とを備えている。ケーシング５は、貯留空間７と減圧空間８とを形成している。貯留空間７と減圧空間８とは、ケーシング５により外部雰囲気から密閉されている。構造体６は、板状に形成されている。構造体６は、貯留空間７と減圧空間８との間に配置され、ケーシング５に接合されている。減圧空間８は、構造体６により貯留空間７から隔てられている。
【００２６】
反応装置２は、さらに、陽極１１と超音波振動子１２とを備えている。陽極１１は、白金Ｐｔから形成され、棒状に形成されている。陽極１１は、貯留空間７に貯留される電解液に浸漬するように、貯留空間７に配置されている。超音波振動子１２は、図示されていない制御装置に制御されることにより、超音波を発信する。超音波振動子１２は、構造体６のうちの貯留空間７に面する表面の近傍に向けてその超音波が発振されるように、ケーシング５の外側に配置されている。
【００２７】
反応装置２は、さらに、逆止弁１４とヒータ１５とを備えている。逆止弁１４は、貯留空間７と外部雰囲気とを接続する流路に設けられている。逆止弁１４は、外部雰囲気の気圧が貯留空間７に貯留される気体の気圧より大きいときに、その流路を閉鎖する。逆止弁１４は、貯留空間７に貯留される気体の気圧が外部雰囲気の気圧より大きいときに、その流路を開放して、その気体を外部雰囲気に排気する。ヒータ１５は、制御装置に制御されることにより、構造体６のうちの減圧空間８の側の部分を加熱する。
【００２８】
排気装置３は、制御装置に制御されることにより、減圧空間８に充填されている気体を減圧空間８から排気し、減圧空間８を減圧する。
【００２９】
核種変換装置１は、さらに、冷却装置１７と電解液供給装置１８とを備えている。冷却装置１７は、反応後電解液抜出用配管２１と熱交換器２２とフィルタ２３とポンプ２４と冷却後電解液供給用配管２５とを備えている。反応後電解液抜出用配管２１は、反応装置２と熱交換器２２とを接続する流路を形成している。反応後電解液抜出用配管２１は、反応装置２の貯留空間７に貯留されている電解液を抜き出し、その抜き出された電解液を熱交換器２２に供給する。
【００３０】
熱交換器２２は、反応後電解液抜出用配管２１から供給された電解液を冷却する。フィルタ２３は、熱交換器２２により冷却された電解液をろ過し、その電解液から不純物を除去する。ポンプ２４は、制御装置に制御されることにより、フィルタ２３によりろ過された電解液を加圧する。冷却後電解液供給用配管２５は、ポンプ２４と反応装置２とを接続する流路を形成している。冷却後電解液供給用配管２５は、ポンプ２４により加圧された電解液を反応装置２の貯留空間７に供給する。
【００３１】
電解液供給装置１８は、不活性ガス供給用配管３１と除湿装置３２と乾燥不活性ガス供給用配管３３と重水タンク３４とを備えている。不活性ガス供給用配管３１は、図示されていないガス源と除湿装置３２とを接続する流路を形成している。不活性ガス供給用配管３１は、制御装置に制御されることにより、ガス源から供給される窒素ガスＮ２のうちの所定の流量の窒素ガスを除湿装置３２に供給する。除湿装置３２は、シリカゲルに例示される除湿機能付フィルタを備えている。除湿装置３２は、不活性ガス供給用配管３１から供給された窒素ガスから不純物を除去し、その窒素ガスを乾燥させる。
【００３２】
乾燥不活性ガス供給用配管３３は、除湿装置３２と重水タンク３４とを接続する流路を形成している。乾燥不活性ガス供給用配管３３は、制御装置に制御されることにより、除湿装置３２により乾燥された窒素ガスのうちの所定の流量の窒素ガスを重水タンク３４に供給する。重水タンク３４は、貯留空間を形成し、その貯留空間に重水Ｄ２Ｏを貯留している。重水タンク３４は、乾燥不活性ガス供給用配管３３から窒素ガスが供給されることにより、その貯留空間が加圧される。
【００３３】
電解液供給装置１８は、さらに、不活性ガス供給用配管３５と除湿装置３６と乾燥不活性ガス供給用配管３７と重水供給用配管３８と電解質溶液タンク３９と電解液供給用配管４０とを備えている。不活性ガス供給用配管３５は、ガス源と除湿装置３６とを接続する流路を形成している。不活性ガス供給用配管３５は、制御装置に制御されることにより、ガス源から供給される窒素ガスのうちの所定の流量の窒素ガスを除湿装置３６に供給する。
【００３４】
除湿装置３６は、シリカゲルに例示される除湿機能付フィルタを備えている。除湿装置３６は、不活性ガス供給用配管３５から供給された窒素ガスから不純物を除去し、その窒素ガスを乾燥させる。乾燥不活性ガス供給用配管３７は、除湿装置３６と電解質溶液タンク３９とを接続する流路を形成している。乾燥不活性ガス供給用配管３７は、制御装置に制御されることにより、除湿装置３６により乾燥された窒素ガスのうちの所定の流量の窒素ガスを電解質溶液タンク３９に供給する。
【００３５】
重水供給用配管３８は、重水タンク３４と電解質溶液タンク３９とを接続する流路を形成している。重水供給用配管３８は、制御装置に制御されることにより、重水タンク３４に貯留された重水のうちの所定の流量の重水を電解質溶液タンク３９に供給する。
【００３６】
電解質溶液タンク３９は、貯留空間を形成し、その貯留空間に電解液を貯留している。電解質溶液タンク３９は、乾燥不活性ガス供給用配管３７から窒素ガスが供給されることにより、その貯留空間が加圧される。電解質溶液タンク３９は、電解質塩４１とヒータ４２とを備えている。電解質塩４１は、電解質から形成され、電解質溶液タンク３９の貯留空間に配置されている。その電解質としては、硝酸セシウムＣｓＮｏ３、水酸化セシウムＣｓＯＨ、硝酸ナトリウムＮａＮＯ３、硝酸ストロンチウムＳｒ（ＮＯ３）２、硝酸バリウムＢａ（ＮＯ３）２に例示される。電解質塩４１は、電解質溶液タンク３９の貯留空間に貯留される電解液に常時に接触することにより、その電解液に所定の濃度の電解質を溶解させる。ヒータ４２は、電解質溶液タンク３９の貯留空間に貯留される電解液が所定の温度になるように、制御装置に制御されることにより、その電解液を加熱する。
【００３７】
電解液供給用配管４０は、電解質溶液タンク３９と反応装置２とを接続する流路を形成している。電解液供給用配管４０は、制御装置に制御されることにより、電解質溶液タンク３９に貯留される電解液のうちの所定の流量の電解液を反応装置２の貯留空間７に供給する。
【００３８】
電解液供給装置１８は、さらに、不活性ガス供給用配管４３と除湿装置４４と乾燥不活性ガス供給用配管４５と重水タンク４６と重水供給用配管４７とを備えている。不活性ガス供給用配管４３は、ガス源と除湿装置４４とを接続する流路を形成している。不活性ガス供給用配管４３は、制御装置に制御されることにより、ガス源から供給される窒素ガスのうちの所定の流量の窒素ガスを除湿装置４４に供給する。除湿装置４４は、シリカゲルに例示される除湿機能付フィルタを備えている。除湿装置４４は、不活性ガス供給用配管４３から供給された窒素ガスから不純物を除去し、その窒素ガスを乾燥させる。
【００３９】
乾燥不活性ガス供給用配管４５は、除湿装置４４と重水タンク４６とを接続する流路を形成している。乾燥不活性ガス供給用配管４５は、制御装置に制御されることにより、除湿装置４４により乾燥された窒素ガスのうちの所定の流量の窒素ガスを重水タンク４６に供給する。重水タンク４６は、貯留空間を形成し、その貯留空間に重水Ｄ２Ｏを貯留している。重水タンク４６は、乾燥不活性ガス供給用配管４５から窒素ガスが供給されることにより、その貯留空間が加圧される。重水供給用配管４７は、重水タンク４６と反応装置２とを接続する流路を形成している。重水供給用配管４７は、制御装置に制御されることにより、重水タンク４６に貯留される重水のうちの所定の流量の重水を反応装置２の貯留空間７に供給する。
【００４０】
図２は、構造体６を示している。構造体６は、Ｐｄ基板５１と積層膜５２とを備えている。Ｐｄ基板５１は、パラジウムＰｄから形成され、板状に形成されている。積層膜５２は、Ｐｄ基板５１の一方の面に被覆されている膜に形成されている。積層膜５２は、複数のＰｄ層５３と複数のＣａＯ層５４とが積層されることにより形成されている。複数のＰｄ層５３は、それぞれ、パラジウムＰｄから形成され、厚さが概ね２０ｎｍである膜に形成されている。複数のＣａＯ層５４は、それぞれ、酸化カルシウムＣａＯから形成され、厚さが概ね２ｎｍである膜に形成されている。複数のＣａＯ層５４のうちの任意のＣａＯ層は、複数のＰｄ層５３のうちの１つのＰｄ層と複数のＰｄ層５３のうちの他のＰｄ層とに挟まれ、または、複数のＰｄ層５３のうちの１つのＰｄ層とＰｄ基板５１とに挟まれている。
【００４１】
構造体６は、板状に形成されたＰｄ基板がエッチング処理された後に、アルゴンイオンビームスパッタ法によって、そのＰｄ基板上にＰｄ層とＣａＯ層とが交互に製膜されることにより作製される。なお、構造体６は、積層膜５２が形成される表面に、真空蒸着やスパッタ法などに例示される製膜処理によって核種変換用物質が添加されることもできる。核種変換用物質としては、セシウムＣｓ、炭素Ｃ、ストロンチウムＳｒ、ナトリウムＮａなどが例示される。
【００４２】
核種変換方法の実施の形態は、核種変換装置１により実行され、電解溶液供給工程と核種変換工程と電解液冷却工程とを備えている。
【００４３】
電解溶液供給工程では、電解液供給装置１８が、まず、電解質が重水に溶解した電解液を生成し、その生成された電解液を反応装置２の貯留空間７に供給する。すなわち、不活性ガス供給用配管３１は、ガス源から所定の流量の窒素ガスを除湿装置３２に供給する。除湿装置３２は、その窒素ガスから不純物を除去し、その窒素ガスを乾燥させる。重水タンク３４は、その窒素ガスが供給されることにより、重水を貯留している貯留空間が加圧される。重水供給用配管３８は、重水タンク３４に貯留された重水から所定の流量の重水を電解質溶液タンク３９に供給する。
【００４４】
電解質塩４１は、電解質溶液タンク３９に供給される重水に電解質を溶解させることにより、電解質溶液タンク３９の貯留空間で所定の濃度の電解液を生成する。ヒータ４２は、その電解液を所定の温度に加熱する。
【００４５】
不活性ガス供給用配管３５は、所定の流量の窒素ガスを除湿装置３６に供給する。除湿装置３６は、その窒素ガスから不純物を除去し、その窒素ガスを乾燥させる。電解質溶液タンク３９は、その窒素ガスが供給されることにより、その貯留空間が加圧される。電解液供給用配管４０は、電解質溶液タンク３９から所定の流量の電解液を反応装置２の貯留空間７に供給する。
【００４６】
不活性ガス供給用配管４３は、所定の流量の窒素ガスを除湿装置４４に供給する。除湿装置４４は、その窒素ガスから不純物を除去し、その窒素ガスを乾燥させる。重水タンク４６は、その窒素ガスが供給されることにより、重水が貯留される貯留空間が加圧される。重水供給用配管４７は、重水タンク４６に貯留される重水から所定の流量の重水を反応装置２の貯留空間７に供給する。
【００４７】
核種変換工程は、反応装置２の貯留空間７に電解液が貯留されているときに実行される。電圧発生装置は、構造体６に対して所定の電圧（２Ｖ以上）を陽極１１に印加する。貯留空間７に貯留されている電解液は、構造体６に所定の電圧が印加されることにより、電気分解される。構造体６のうちの積層膜５２が形成される表面では、電解液が電気分解されることにより、電解液に含有される物質の核種が構造体６の積層膜５２に捕集され、重水素ガスＤ２が発生する。
【００４８】
ヒータ１５は、構造体６が所定の温度になるように、構造体６のうちの減圧空間８の側の部分を加熱する。
【００４９】
排気装置３は、減圧空間８に充填されている気体を減圧空間８から排気し、減圧空間８の気圧が０．１Ｐａ未満になるように、減圧空間８を減圧する。減圧空間８は、減圧されることにより、重水素Ｄの濃度が低減する。構造体６は、減圧空間８に重水素が充填される濃度が低減することにより、構造体６の厚さ方向に重水素の濃度勾配が生じ、重水素を貯留空間７から減圧空間８に透過する。構造体６は、このような核種変換工程が実行されることにより、積層膜５２の近傍が発熱する。
【００５０】
構造体６の積層膜５２に捕集された核種変換用物質を構成する核種は、重水素が構造体６を透過することにより、核種変換される。たとえば、セシウム１３３Ｃｓは、プラセオジム１４１Ｐｒに核種変換される。炭素１２Ｃは、マグネシウム２４Ｍｇに核種変換され、ケイ素２８Ｓｉに核種変換され、硫黄３２Ｓに核種変換される。ストロンチウム８８Ｓｒは、モリブデン９６Ｍｏに核種変換される。ナトリウム２３Ｎａは、ナトリウム２７Ｎａに核種変換され、マグネシウム２７Ｍｇに核種変換され、２７Ａｌに核種変換される。１３８Ｂａは、１５０Ｓｍに核種変換される。
【００５１】
電解液冷却工程は、核種変換工程と並行して実行される。電解液冷却工程では、冷却装置１７が電解液を冷却する。すなわち、反応後電解液抜出用配管２１は、反応装置２の貯留空間７に貯留されている電解液を抜き出す。熱交換器２２は、反応装置２の貯留空間７から抜き出された電解液が所定の温度になるように、その電解液を冷却する。フィルタ２３は、熱交換器２２により冷却された電解液をろ過し、その電解液から不純物を除去する。ポンプ２４は、フィルタ２３によりろ過された電解液を加圧し、冷却後電解液供給用配管２５を介してその加圧された電解液を反応装置２の貯留空間７に供給する。
【００５２】
このような電解液冷却工程によれば、冷却装置１７により冷却された電解液は、反応装置２の貯留空間７を流れ、構造体６の積層膜５２の表面に適切に接触する。構造体６は、冷却された電解液が構造体６の積層膜５２の表面に接触することにより、適切に冷却される。特許第４３４６８３８号公報には、電解液に浸漬された冷却管を備え、その冷却管を冷却することにより電解液を冷却する核種変換装置が開示されている。このような比較例の核種変換装置は、その冷却管の近傍の電解液を冷却することができるものの、その電解液に接触する構造体を冷却する効率が比較的悪い。このような電解液冷却工程によれば、核種変換装置１は、特許第４３４６８３８号公報に開示される比較例の核種変換装置に比較して、構造体６をより高効率に冷却することができる。
【００５３】
構造体６は、文献「安松ら、富山大学水素同位体機能研究センター研究報告１７、ｐ．９１、１９９７」に記載されているように、温度が低いほど、構造体６に重水が充填される密度を大きくすることができる。このような核種変換方法によれば、核種変換装置１は、構造体６を高効率に冷却することにより、構造体６に重水素を高効率に透過させることができ、構造体６の所定の領域に重水素が充填される濃度を増加させることができる。構造体６は、構造体６に重水が充填される密度が大きいほど、より高効率に核種変換することができる。核種変換装置１は、構造体６の所定の領域に重水素が充填される濃度を高効率に増加させることにより、構造体６の積層膜５２の側の表面に捕集される核種を高効率に核種変換することができる。
【００５４】
このような核種変換方法により核種を核種変換する効率を確認する実験と対照実験とが実施されている。その実験と対照実験とでは、電解質塩４１が含有する電解質が硝酸セシウムＣｓＮＯ３である。反応装置２の貯留空間７に供給される電解液は、硝酸セシウムＣｓＮＯ３の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌであり、液量が１００ｍＬである。
【００５５】
その実験では、冷却装置１７の設定温度は、２５℃であり、冷却装置１７の冷却能力は、１４０Ｗであり、冷却装置１７は、２５℃の電解液を１００ｍＬ／ｍｉｎ．の流量で反応装置２の貯留空間７に供給する。その実験では、核種変換装置１は、電解液を反応装置２と冷却装置１７とに循環させながら電解液を１５０時間電気分解させている。さらに、構造体６は、電解液が１５０時間電気分解された後に、核種変換装置１から取り出され、構造体６の積層膜５２の側の表面でセシウム１３３Ｃｓからプラセオジム１４１Ｐｒが生成された生成量をＩＣＰ−ＭＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定されている。
【００５６】
その対照実験では、核種変換装置１は、冷却装置１７を動作させないで、電解液を１５０時間電気分解させている。さらに、構造体６は、電解液が１５０時間電気分解された後に、核種変換装置１から取り出され、構造体６の積層膜５２の側の表面でセシウム１３３Ｃｓからプラセオジム１４１Ｐｒが生成された生成量をＩＣＰ−ＭＳにより測定されている。
【００５７】
このような実験と対照実験との実験結果は、冷却装置１７により電解液を冷却したときに構造体６にプラセオジム１４１Ｐｒが生成された生成量が７．５μｇであることを示し、冷却装置１７を動作させないときに構造体６にプラセオジム１４１Ｐｒが生成された生成量が３．５μｇであることを示している。その実験結果は、冷却装置１７を動作させないときに比較して、冷却装置１７により電解液を冷却したときに、核種変換装置１が電解液中のセシウム１３３Ｃｓをより高効率に核種変換することができることを示している。その実験結果は、さらに、冷却装置１７を動作させないときに比較して、冷却装置１７により電解液を冷却したときに、核種変換装置１が構造体６をより高効率に冷却することができることを示している。
【００５８】
なお、電解液供給装置１８で利用される窒素ガスは、他の不活性ガスに置換されることができる。その不活性ガスとしては、アルゴンＡｒが例示される。このような不活性ガスが適用された核種変換装置も、既述の実施の形態における核種変換装置１と同様にして、構造体６を適切に冷却することができ、構造体６に充填される重水素の濃度を高濃度化することができ、高効率に核種変換することができる。
【００５９】
なお、構造体６は、Ｐｄ基板５１と複数のＰｄ層５３とがパラジウムＰｄと異なる他の材料から形成される他の構造物に置換されることができる。その材料は、水素を吸蔵することができる材料であり、たとえば、パラジウム合金、パラジウム以外の水素吸蔵合金、パラジウム合金以外の水素吸蔵合金が例示される。このような構造物を備える核種変換装置も、既述の実施の形態における核種変換装置１と同様にして、高効率に核種変換することができる。
【００６０】
なお、超音波振動子１２は、電解液により不具合が生じないように表面が十分に処理されているときに、貯留空間７に配置されることもできる。超音波振動子１２は、さらに超音波と異なる他の手段により電解液を撹拌する撹拌装置に置換されることもできる。その撹拌装置としては、マグネチックスターラが例示される。このような撹拌装置を備える核種変換装置も、既述の実施の形態における核種変換装置１と同様にして、構造体６に充填される重水素の濃度を高濃度化することができ、高効率に核種変換することができる。
【００６１】
図３は、核種変換装置の実施の他の形態を示している。その核種変換装置６０は、既述の実施の形態における核種変換装置１の反応装置２が複数の反応装置６１−１〜６１−ｎ（ｎ＝２，３，４，…）に置換されている。複数の反応装置６１−１〜６１−ｎの任意の反応装置６１−ｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）は、既述の反応装置２と同様にして形成されている。すなわち、反応装置６１−ｉは、ケーシング５と構造体６と陽極１１と超音波振動子１２と逆止弁１４とヒータ１５とを備えている。反応装置６１−ｉは、既述の反応装置２と同様に動作する。
【００６２】
このとき、電解液供給装置１８の電解液供給用配管４０は、電解質溶液タンク３９に貯留される電解液のうちの所定の流量の電解液を冷却装置１７の冷却後電解液供給用配管２５に供給する。電解液供給装置１８の重水供給用配管４７は、重水タンク４６に貯留される重水のうちの所定の流量の重水を冷却装置１７の冷却後電解液供給用配管２５に供給する。冷却装置１７の冷却後電解液供給用配管２５は、ポンプ２４により加圧された電解液と電解液供給装置１８の電解液供給用配管４０から供給された電解液と電解液供給装置１８の重水供給用配管４７から供給された重水とを混合し、その混合した電解液を複数の反応装置６１−１〜６１−ｎのうちの反応装置６１−１の貯留空間７に供給する。
【００６３】
反応装置６１−ｉは、複数の反応装置６１−１〜６１−ｎのうちの反応装置６１−（ｉ＋１）に電解液を供給可能に、反応装置６１−（ｉ＋１）に接続されている。反応装置６１−ｉは、既述の反応装置２と同様にして、他の装置から供給される電解液を電気分解する。反応装置６１−ｉは、さらに、その電気分解された電解液を反応装置６１−（ｉ＋１）に供給する。
【００６４】
このような核種変換装置６０は、既述の実施の形態における核種変換装置１と同様にして、複数の反応装置６１−１〜６１−ｎがそれぞれ備える複数の構造体６を高効率に冷却することができ、構造体６に充填される重水素の濃度を高濃度化することができ、高効率に核種変換することができる。核種変換装置６０は、複数の反応装置６１−１〜６１−ｎを備えることにより、既述の実施の形態における核種変換装置１に比較して、より大量の電解液を電気分解することができ、より大量の核種を核種変換することができる。
【００６５】
核種変換装置６０は、さらに、複数の反応装置６１−１〜６１−ｎに対して１つの冷却装置１７を備えることにより、冷却された電解液を複数の反応装置６１−１〜６１−ｎにそれぞれ供給する複数の冷却装置を備える他の核種変換装置に比較して、部品点数がより少なく、より容易に作製されることができる。核種変換装置６０は、さらに、複数の反応装置６１−１〜６１−ｎに対して１つの電解液供給装置１８を備えることにより、電解液を複数の反応装置６１−１〜６１−ｎにそれぞれ供給する複数の電解液供給装置を備える他の核種変換装置に比較して、部品点数がより少なく、より容易に作製されることができる。
【００６６】
図４は、核種変換装置の実施のさらに他の形態を示している。その核種変換装置７０は、既述の実施の形態における核種変換装置６０の複数の反応装置６１−１〜６１−ｎが他の複数の反応装置７１−１〜７１−ｍ（ｍ＝２，３，４，…）に置換されている。複数の反応装置７１−１〜７１−ｍの任意の反応装置７１−ｊ（ｊ＝１，２，３，…，ｍ）は、既述の反応装置２と同様にして形成されている。すなわち、反応装置７１−ｊは、ケーシング５と構造体６と陽極１１と超音波振動子１２と逆止弁１４とヒータ１５とを備えている。反応装置７１−ｊは、既述の反応装置２と同様に動作する。
【００６７】
このとき、冷却装置１７の反応後電解液抜出用配管２１は、複数の反応装置７１−１〜７１−ｍの貯留空間７から電解液をそれぞれ抜き出し、その抜き出された電解液を熱交換器２２に供給する。冷却装置１７の冷却後電解液供給用配管２５は、ポンプ２４により加圧された電解液と電解液供給装置１８の電解液供給用配管４０から供給された電解液と電解液供給装置１８の重水供給用配管４７から供給された重水とを混合し、その混合した電解液を複数の反応装置７１−１〜７１−ｍの貯留空間７にそれぞれ供給する。
【００６８】
核種変換装置７０は、既述の実施の形態における核種変換装置６０と同様にして、複数の反応装置７１−１〜７１−ｍがそれぞれ備える複数の構造体６を高効率に冷却することができ、構造体６に充填される重水素の濃度を高濃度化することができる。核種変換装置７０は、既述の実施の形態における核種変換装置６０と同様にして、大量の電解液を電気分解することができ、大量の核種を核種変換することができる。核種変換装置７０は、さらに、既述の実施の形態における核種変換装置６０と同様にして、より容易に作製されることができる。
【００６９】
核種変換装置７０は、複数の反応装置７１−１〜７１−ｍが並列に接続されていることにより、同程度の濃度の電解液が複数の反応装置７１−１〜７１−ｍに供給され、同程度に冷却された電解液が複数の反応装置７１−１〜７１−ｍに供給される。このため、核種変換装置７０は、既述の実施の形態における核種変換装置６０に比較して、複数の反応装置７１−１〜７１−ｍの構造体６に充填される重水素の濃度をより一様に高濃度化することができる。その結果、核種変換装置７０は、既述の実施の形態における核種変換装置６０に比較して、複数の反応装置７１−１〜７１−ｍがより適切に核種変換することができる。
【００７０】
対して既述の核種変換装置６０は、複数の反応装置６１−１〜６１−ｎが直列に接続されていることにより、核種変換装置７０に比較して、電解液をより高効率に電気分解することができる。
【００７１】
図５は、核種変換装置の実施のさらに他の形態を示している。その核種変換装置８０は、既述の実施の形態における核種変換装置６０の複数の反応装置６１−１〜６１−ｎが他の複数の反応装置８１−（１，１）〜８１−（Ｘ，Ｙ）（Ｘ＝２，３，４，…；Ｙ＝２，３，４，…）に置換されている。複数の反応装置８１−（１，１）〜８１−（Ｘ，Ｙ）の任意の反応装置８１−（ｘ，ｙ）（ｘ＝１，２，３，…，Ｘ；ｙ＝１，２，３，…，Ｙ）は、既述の反応装置２と同様にして形成されている。すなわち、反応装置８１−（ｘ，ｙ）は、ケーシング５と構造体６と陽極１１と超音波振動子１２と逆止弁１４とヒータ１５とを備えている。
【００７２】
このとき、冷却装置１７の冷却後電解液供給用配管２５は、ポンプ２４により加圧された電解液と電解液供給装置１８の電解液供給用配管４０から供給された電解液と電解液供給装置１８の重水供給用配管４７から供給された重水とを混合し、その混合した電解液を複数の反応装置８１−（１，１）〜８１−（１，Ｙ）の貯留空間７にそれぞれ供給する。冷却装置１７の反応後電解液抜出用配管２１は、複数の反応装置８１−（Ｘ，１）〜８１−（Ｘ，Ｙ）の貯留空間７から電解液をそれぞれ抜き出し、その抜き出された電解液を熱交換器２２に供給する。
【００７３】
反応装置８１−（ｘ，ｙ）は、複数の反応装置８１−（１，１）〜８１−（Ｘ，Ｙ）のうちの反応装置８１−（ｘ＋１，ｙ）に電解液を供給可能に、反応装置８１−（ｘ＋１，ｙ）に接続されている。反応装置８１−（ｘ，ｙ）は、既述の反応装置２と同様にして、他の装置から供給される電解液を電気分解する。反応装置８１−（ｘ，ｙ）は、さらに、その電気分解された電解液を反応装置８１−（ｘ＋１，ｙ）に供給する。
【００７４】
核種変換装置８０は、既述の実施の形態における核種変換装置６０と同様にして、複数の反応装置８１−（１，１）〜８１−（Ｘ，Ｙ）がそれぞれ備える複数の構造体６を高効率に冷却することができ、構造体６に充填される重水素の濃度を高濃度化することができる。核種変換装置８０は、既述の実施の形態における核種変換装置６０と同様にして、大量の電解液を電気分解することができ、大量の核種を核種変換することができる。核種変換装置８０は、さらに、既述の実施の形態における核種変換装置６０と同様にして、より容易に作製されることができる。
【００７５】
核種変換装置８０は、複数の反応装置８１−（１，１）〜８１−（Ｘ，Ｙ）が並列にまたは直列に接続されていることにより、同程度の濃度の電解液が複数の反応装置８１−（ｘ，１）〜８１−（ｘ，Ｙ）にそれぞれ供給され、同程度に冷却された電解液が複数の反応装置８１−（ｘ，１）〜８１−（ｘ，Ｙ）に供給される。このため、核種変換装置８０は、複数の反応装置８１−（ｘ，１）〜８１−（ｘ，Ｙ）の構造体６に充填される重水素の濃度をより一様に高濃度化することができる。その結果、核種変換装置８０は、複数の反応装置８１−（ｘ，１）〜８１−（ｘ，Ｙ）がより適切に核種変換することができる。核種変換装置８０は、さらに、複数の反応装置８１−（１，ｙ）〜８１−（Ｘ，ｙ）が直列に接続されていることにより、核種変換装置７０に比較して、電解液をより高効率に電気分解することができる。
【００７６】
なお、構造体６は、一枚の板と異なる形状に形成される他の構造体に置換されることができる。その構造体９１は、図６に示されるように、第１構造体９２−１と第２構造体９２−２とから形成されている。第１構造体９２−１と第２構造体９２−２とは、それぞれ、既述の実施の形態における構造体６と同様に形成されている。第１構造体９２−１は、積層膜が形成されている面が第２構造体９２−２に対向するように配置されている。第２構造体９２−２は、積層膜が形成されている面が第１構造体９２−１に対向するように配置されている。陽極１１は、第１構造体９２−１と第２構造体９２−２との間に配置されている。
【００７７】
図７は、さらに他の構造体を示している。その構造体９３は、第１構造体９４−１と第２構造体９４−２と第３構造体９４−３と第４構造体９４−４とから形成されている。第１構造体９４−１と第２構造体９４−２と第３構造体９４−３と第４構造体９４−４とは、それぞれ、既述の実施の形態における構造体６と同様に形成されている。第１構造体９４−１は、積層膜が形成されている面が第２構造体９４−２に対向するように配置されている。第２構造体９４−２は、積層膜が形成されている面が第１構造体９４−１に対向するように配置されている。陽極１１は、第１構造体９４−１と第２構造体９４−２との間に配置されている。第３構造体９４−３は、積層膜が形成されている面が第４構造体９４−４に対向するように配置されている。第４構造体９４−４は、積層膜が形成されている面が第３構造体９４−３に対向するように配置されている。陽極１１は、第３構造体９４−３と第４構造体９４−４との間に配置されている。
【００７８】
図８は、さらに他の構造体を示している。その構造体９５は、管状に形成されている。構造体９５は、既述の実施の形態における構造体６と同様にして、Ｐｄ基板と積層膜とを備えている。そのＰｄ基板は、管状に形成されている。その積層膜は、そのＰｄ基板から形成される管の内側の面に被覆されている。このとき、陽極１１は、構造体９５から形成される管の内側に配置されている。
【００７９】
このような構造体９１、９３、９５を備える核種変換装置も、既述の実施の形態における核種変換装置と同様にして、構造体９１、９３、９５を高効率に冷却することができ、構造体９１、９３、９５に充填される重水素の濃度を高濃度化することができ、高効率に核種変換することができる。このような構造体９１、９３、９５を備える核種変換装置は、さらに、既述の実施の形態における構造体６を備える核種変換装置に比較して、構造体のうちの電解液に接触する面の面積を大きくすることができ、電解液をより高効率に電気分解することができ、より高効率に核種変換することができる。
【００８０】
なお、陽極１１は、棒状と異なる形状に形成される他の陽極に置換されることもできる。その形状としては、板状、スパイラル状（コイル状）が例示される。このような陽極を備える核種変換装置も、既述の実施の形態における核種変換装置と同様にして、構造体に充填される重水素の濃度を高濃度化することができ、高効率に核種変換することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  ：核種変換装置
２  ：反応装置
３  ：排気装置
６  ：構造体
７  ：貯留空間
８  ：減圧空間
１１：陽極
１２：超音波振動子
１５：ヒータ
１７：冷却装置
１８：電解液供給装置
２１：反応後電解液抜出用配管
２２：熱交換器
２３：フィルタ
２４：ポンプ
２５：冷却後電解液供給用配管
３１：不活性ガス供給用配管
３２：除湿装置
３３：乾燥不活性ガス供給用配管
３４：重水タンク
３５：不活性ガス供給用配管
３６：除湿装置
３７：乾燥不活性ガス供給用配管
３８：重水供給用配管
３９：電解質溶液タンク
４０：電解液供給用配管
４１：電解質塩
４２：ヒータ
４３：不活性ガス供給用配管
４４：除湿装置
４５：乾燥不活性ガス供給用配管
４６：重水タンク
４７：重水供給用配管
５１：Ｐｄ基板
５２：積層膜
５３：複数のＰｄ層
５４：複数のＣａＯ層
６０：核種変換装置
６１−１〜６１−ｎ：複数の反応装置
７０：核種変換装置
７１−１〜７１−ｍ：複数の反応装置
８０：核種変換装置
８１−（１，１）〜８１−（Ｘ，Ｙ）：複数の反応装置
９１：構造体
９２−１：第１構造体
９２−２：第２構造体
９３：構造体
９４−１：第１構造体
９４−２：第２構造体
９４−３：第３構造体
９４−４：第４構造体
９５：構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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