(57)【要約】【課題】簡単な構造で低温で核反応を起こさせてヘリウム３ガスを採集する。【解決手段】ＮａＯＨ又はＫＯＨを収納した反応剤受け１１をＳＵＳ３０４材からなるケーシング１０内に収納し、このケーシング１０をガスバーナで４００℃以上、特に６００〜７００℃に加熱して反応剤の溶融塩表面から微粒子を飛散せしめ、この微粒子に水供給装置３から供給される水蒸気を衝突させてステンレス成分雰囲気内で核反応を起こさせしめ、生じた水素ガスとヘリウム３ガスと不純物ガスとを分離装置４によって分離してヘリウム３ガスを採集する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属水酸化物からなる反応剤を収納した反応セルと、この反応セルを４００℃以上に加熱して前記反応剤を溶融塩としてその表面から微細粒子を反応セル内の反応空間に飛散せしめる加熱装置と、
前記反応空間に水蒸気を供給するために水又は水蒸気を反応セル内に送るための水供給装置と、反応空間内で発生する水素とヘリウム３とを分離する分離装置とからなるヘリウム３の製造装置。
【請求項２】
前記アルカリ金属水酸化物は、カセイソーダ (ＮａＯＨ)又は水酸化カリウム(ＫＯＨ)からなり、これら反応剤にモリブデン（Ｍｏ）を５重量％〜３０重量％加えてなる請求項１記載のヘリウム３の製造装置。
【請求項３】
前記反応セルはＣｒ１８％−Ｎｉ８％−残ＦｅからなるＳＵＳ３０４で形成され、前記反応剤は受け箱に収納され、この受け箱は着脱自在に反応セル内に配置されている請求項１又は２記載のヘリウム３の製造装置。
【請求項４】
前記反応セルは長手方向に伸び、その長手方向両端部には、空間を閉塞する閉塞体が設けられ、これら両閉塞体の間に前記受け箱が設置され、前記両閉塞体に対向した反応セル位置に水管及び水素とヘリウム３とを排出する水素ヘリウム管が設けられる請求項１乃至３のいずれかに記載のヘリウム３の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温で水素とともにヘリウム３のガスが製造できるヘリウム３の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本件出願人は、ステンレス鋼からなる反応セル内にＮａＯＨ、ＫＯＨ等のアルカリ水酸化物を収納し、それを溶融点以上に加熱して微細粒子を反応空間内に飛散せしめ、この反応空間に水蒸気を送って微細粒子と反応させ、このようにステンレス鋼の雰囲気内で核反応が生じることを特許文献１で開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／６６４７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、ヘリウム３の発生については開示されているが、いかにしたらその発生量を増大できるか、また、水素とヘリウム３をどのように分離するかについては何ら開示されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明はアルカリ金属水酸化物からなる反応剤を収納した反応セルと、この反応セルを４００℃以上に加熱して前記反応剤を溶融塩としてその表面から微細粒子を反応セル内の反応空間に飛散せしめる加熱装置と、前記反応空間に水蒸気を供給するために水又は水蒸気を反応セル内に送るための水供給装置と、反応空間内で発生する水素とヘリウム３とを分離する分離装置とからなる。
【０００６】
また、前記アルカリ金属水酸化物は、カセイソーダ (ＮａＯＨ)又は水酸化カリウム(ＫＯＨ)からなり、これら反応剤にモリブデン（Ｍｏ）を５重量％〜３０重量％加えることが好ましい。
【０００７】
更にまた、前記反応セルはＣｒ１８％−Ｎｉ８％−残ＦｅからなるＳＵＳ３０４で形成され、前記反応剤は受け箱に収納され、この受け箱は着脱自在に反応セル内に配置されていることが好ましい。
【０００８】
更にまた、前記反応セルは長手方向に伸び、その長手方向両端部には、空間を閉塞する閉塞体が設けられ、これら両閉塞体の間に前記受け箱が設置され、前記両閉塞体に対向した反応セル位置に水管及び水素とヘリウム３とを排出する水素ヘリウム管が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
アルカリ金属酸化物からなる反応剤と、４００℃以上の熱と、反応剤を収納する反応剤と、水供給装置と、分離装置によれば、低温で簡単な構造で核反応を発生せしめて、ヘリウム３を得ることができる。特に反応剤にモリブデン（Ｍｏ）を５重量％以上加えると、核反応も活発となり、ヘリウム３の発生量が増大する。
【００１０】
更に、反応剤を受ける受け箱を設ければ、反応剤の取り扱いが楽になるとともに、受け箱の両側に閉塞体を設け、受け箱に対応する部分のみを加熱すれば溶接部分の温度が極端に高くならないので、反応セルの寿命が延びる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のヘリウム３の製造装置の概略構成図である。
【図２】前記製造装置に使われる反応セルの斜視図である。
【図３】反応セルの横断面図である。
【図４】質量２のイオン電流と質量３と４のイオン電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１において、本発明のヘリウム３の製造Ｍは、反応剤を収納し水素とともにヘリウム３を発生させる反応セル１と、この反応セル１を４００℃以上に加熱して反応剤表面から微細粒子を反応空間内に飛散せしめるための加熱装置２と、前記反応セル１に水又は水蒸気を供給するための水供給装置３と、前記反応セル１で発生した水素とヘリウム３と他の不純物ガスからヘリウム３を分離するための分離装置４とから構成されている。
【００１４】
前記反応セル１は、図２、３に示すように、矩形のケーシング１０を有し、このケーシング１０の長手方向中央部分には、反応剤Ｒが収納される上面開放の矩形の反応剤受け１１が収納され、この反応剤受け１１内には、横方向に細長く伸びるフィン１２、１２…１２が所定間隔で伸びている。
【００１５】
前記ケーシング１０の長手方向の一端部の上面には、水又は水蒸気を供給するための水管１３が、他端部の上面には、発生した水素及びヘリウム３を排出するための水素ヘリウム管１４がそれぞれ垂設されている。前記ケーシング１０内の一端部には、水管１３に対応して、水受け板１５が斜めに伸び、その下端が前記反応剤受け１１の側面に溶着されている。この水受け板１５に水又は水蒸気が衝突して発生した水蒸気（水は水受け板１５に当たって水蒸気となる）が、反応剤受け１１の直上の反応空間Ｒ・Ｓに供給される。
【００１６】
前記反応剤Ｒとしては、カセイソーダ（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）が使用され、これら反応剤は、３００℃以上に加熱されると溶融して溶融塩となる。特に、反応剤Ｒは４００℃以上に加熱されると、その表面からナノオーダーの微細粒子Ｐが反応空間内に飛散し、この微細粒子Ｐが水蒸気と衝突すると、水が分解すると同時に核反応が生じて水素とヘリウム３が発生する。
【００１７】
前記ケーシング１０、反応剤受け１１、フィン１２、水受け板１５、更にはケーシング１０内の水素ヘリウム管１４に対応する部分に設けられ、発生した水素、ヘリウム３の滞溜空間を小さくするための閉塞筒１６は、ステンレス鋼特に、１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ−残ＦｅであるＳＵＳ３０４で構成されるのが最適である。なお、ステンレス鋼としては、Ｎｉを含むオーステナイト組織のものが好ましい。
【００１８】
また、前記ケーシング１０の反応剤受け１１に対応する下方には、ガスバーナ１７が設けられ、このガスバーナ１７は、ケーシング１０の中央部分のみを加熱するように配置され、溶接部分が多く存在する両端部分１０ａ、１０ａを直接加熱しないようになっている。すなわち、前記両端部１０ａ、１０ａには、ケーシング１０の端面辺ｅ、ｅ…ｅ及び水管１３、ヘリウム管１４の根部がそれぞれ溶着され、これら溶接部分を直接加熱することなく、ケーシング１０の寿命を延ばすようにしている。
【００１９】
前記加熱装置２は、ガスバーナ１７に限定されることなく、電気式の面状ヒータで、ケーシング１０の中央部分の周面を加熱するようにしてもよい。
【００２０】
前記水受け板１５が設けられている空間に閉塞筒が設けられていないのは、この空間は水蒸気で満たされるので、この空間内には発生した水素とヘリウム３が滞溜しないためである。
【００２１】
前記水供給装置３は、水又は水蒸気を反応セル１に供給するためのもので、水タンクＴを有し、この水タンク内の水（純水が好ましい）を直接チュービングポンプ（図示なし）で所定量反応セル１内に供給して、水受け板１５に当てて水蒸気としてもいいし、水蒸気発生装置２０により一旦加熱して水蒸気とし、この水蒸気を反応セル１内に供給するようにしてもよい。
【００２２】
発生したヘリウム３と水素と他のガスとを分離するための前記分離装置４は、図１に示す如く、発生ガスの大部分を占める水素ガスを分離するための水素分離膜２１を備え、この水素分離膜２１は、例えば特開２０１２−６６１９９号に開示されているＶ−Ｗ−Ｍｏ膜で、この合金の表面にＰｄ又はＰｄ−Ａｇ合金からなる表面触媒層を付着せしめたものであり、この膜は水素ガス（Ｈ２）のみを透過させ、これにより他のガスと分離でき、ここで透過した水素ガスは水素タンク２２に貯溜され適宜使用される。水素が取り除かれたガス成分としては、質量分析器によれば、窒素ガス（Ｎ２ガス）、炭化水素ガス（Ｃ２Ｈ５（質量１７）、Ｃ２Ｈ３（質量２７）が検出されており、炭化水素ガスは燃焼装置２３によって燃料させてＣＯ2とＨ２Ｏを生成させることにより除去でき、窒素ガスは液化装置２４によって液化することにより除去される。残ったガスはヘリウム３である。このヘリウム３ガスは、核融合ガスとして利用できるばかりでなく核兵器の検出に利用される。
【００２３】
なお、水素とともにヘリウム３のガスを発生させるためには、反応剤Ｒの加熱温度は４００℃以上、特に６００〜７００℃が好ましく、反応剤にモリブデン（Ｍｏ）の板を５〜３０重量％（反応剤に対する重量％）加えると、よりヘリウム３の発生が活発となる。モリブデン（Ｍｏ）の代わりに、若しくは、これとともにニッケル（Ｎｉ)を反応剤に対して５〜１０重量％加えると核反応が生じ易くなる。
【００２４】
また、発生したガスを質量分析器で分析すると下記のような表１の結果となった。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
なお、数値は、重量％である。質量１７と２７のガスは炭化水素と思われるが、正確には分析できていない。
【００２７】
また、質量分析器で質量３として表示される元素としては、トリチウム（３T）と単に水素原子が３ケ集合しもの（３Ｈ）及びヘリウム３（３Ｈｅ)が考えられるが、質量２の水素分子（Ｈ２）のイオン電流と、一般的な質量３の（３Ｔ，３Ｈ）のイオン電流とヘリウム４のイオン電流との関係は、図４に示すように、直線Ａ（質量３のイオン電流）と直線Ｂ（質量４のイオン電流）のように表示されることは公知であり、これらの関係直線とは別に採集された質量３のガスは線Ｃ、質量４のガス（表１のその他に属してごく僅かであり）は線Ｄのように表示され、線Ｃはヘリウム３の存在を示唆しており、反応中に中性子及びγ線もバックグランドよりも多く検出されることから、採集される質量３のガスはヘリウム３と思われる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
ヘリウム３が安価に採集できることから核物質の検出器、核融合反応の有効な材料として利用され得る。
【符号の説明】
【００２９】
１…反応セル
２…加熱装置
３…水供給装置
４…分離装置
１０…ケーシング
１１…反応剤受け
１６…閉塞筒
１７…ガスバーナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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