(57)【要約】【課題】植物を利用して安全かつ安価にトリチウムの濃縮を行うトリチウム濃縮システム及びトリチウム濃縮方法。【解決手段】上流側に未処理水注入口、ポンプ、自動制御可能な水量バルブ及びベクレルメーターを設置し、下流側出口を通じて固・液分離機、自動制御可能な水量バルブ、バルブ、ベクレルメーター、処理水貯留槽を配した長方体の水生植物培養槽からなることを特徴とするトリチウム濃縮システム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側に未処理水注入口、ポンプ、自動制御可能な水量バルブ及びベクレルメーターを設置し、下流側出口を通じて固・液分離機、自動制御可能な水量バルブ、バルブ、ベクレルメーター、処理水貯留槽を配した長方体の水生植物培養槽からなることを特徴とするトリチウム濃縮システム。
【請求項２】
請求項１および２記載のシステムに、植物の老排物が捕捉可能な、固・液分離機を配したトリチウム濃縮システム。
【請求項３】
請求項１、２および３記載の濃縮システムが、直列及び／又は並列に配置して水同位体を濃縮するトリチウム濃縮システム。
【請求項４】
請求項１、２、３、および４記載のシステムであって、放射線を遮蔽可能なボードで囲ったトリチウム濃縮システム。
【請求項５】
請求項１、２、３、４、および５記載のシステムであって、分離固形分は凍結させるトリチウム濃縮システム。
【請求項６】
請求項１、２、３、４、５、６および７記載のシステムであって、本装置は昼夜光合成が可能な温室で実施することができるトリチウム濃縮システム。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，５及び６のいずれか１に記載のトリチウム濃縮を使用することを特徴とするトリチウム濃縮方法。
【請求項８】
水生植物が、ホテイアオイ［ホテイアオイ属、Eichhornia］である請求項７記載のトリチウム濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水同位体の濃縮システム、特に、トリチウムの濃縮システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、福島県では放射能汚染水の処理が難航している。汚染水に含まれる種々の放射性各種のうち特に、放射性水素（トリチウム、T）の有効な除去手段がなく、その分離技術が求められている（非特許文献１）。
【０００３】
汚染水処理のために導入された多核種除去装置は、６２種類の放射性元素除去が可能と言われている。しかしこの装置でもトリチウムは除去できず、処理済水中に残存する。このため汚染水は、処理後も投棄できず、タンクに貯留される。ところがタンクは一時保管のために急造されたものなので数と耐久性に限界がある。このことから、除染の最終段階としてトリチウム除去が急務となっている。
【０００４】
トリチウム除去技術の開発に向けて、近年、電気分解による濃縮方法が開発され、報告されているが（非特許文献２）、当該方法は分析科学の分野で適用が可能であるが、大容量の処理量、濃縮率等の面から未だ現実的とは言えない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＩＲＩＤによる「汚染水問題への対応についての技術提案募集」（http://irid.or.jp/cw/?lang=jaにて公開。）
【非特許文献２】「トリチウム濃縮のための多段型電解濃縮装置の試作」斎藤正明、今泉洋、柚木俊二、永川栄泰  東京都立産業技術研究センター研究報告書第７号  ３０−３３頁  2012年（http://www.iri-tokyo.jp/joho/kohoshi/houkoku/h24/documents/r2408.pdf  にて公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、植物を利用して安全かつ安価にトリチウムの濃縮を行うトリチウム濃縮システム及びトリチウム濃縮方法に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上流側に未処理水注入口、ポンプ、自動制御可能な水量バルブ及びベクレルメーターを設置し、下流側出口を通じて固・液分離機、自動制御可能な水量バルブ、バルブ、ベクレルメーター、処理水貯留槽を配した長方体の水生植物培養槽からなることを特徴とするトリチウム濃縮システムである。
【０００８】
上記トリチウム濃縮システムは、植物の老排物が捕捉可能な、固・液分離機を配したものであってもよい。
上記トリチウム濃縮システムは、当該濃縮システムが、直列及び／又は並列に配置して水同位体を濃縮するものであってもよい。
【０００９】
上記トリチウム濃縮システムは、放射線を遮蔽可能なボードで囲ったものであってもよい。
上記トリチウム濃縮システムは、分離固形分を凍結させるものであってもよい。
上記トリチウム濃縮システムは、昼夜光合成が可能な温室で実施するものであってもよい。
【００１０】
本発明は、上記トリチウム濃縮システムを使用することを特徴とするトリチウム濃縮方法でもある。
上記トリチウム濃縮方法においては、水生植物が、ホテイアオイ［ホテイアオイ属、Eichhornia］であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって、安全かつ安価にトリチウムの濃縮を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のトリチウム濃縮システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
植物根は、軽水（H2O）と重水（D2O）とで吸収特性が異なることが報告されている。（「近赤外分光イメージングによる植物内水移動可視化システムの開発」（化学研究費助成事業データベース；http://kaken.nii.ac.jp/d/p/23580355.en.html）。当文献で、植物根による軽水および重水吸収速度は，軽水の場合は速く，重水の場合は遅いことが明らかにされている。
【００１４】
また、トリチウムから成る水（HTO、T2O）の大気から葉への取り込みについても、通常の水に比べHTO、T2Oの方が、３割程度取り込み活性が低下する（プラズマ・核融合学会誌第７３巻第１２号「小特集――核融合炉内外におけるトリチウムの挙動――６．自然界中トリチウム挙動」）。当報告で調査された植物は、小松菜、キャベツ、ミニトマト、イチジク、ブドウ、イネ、キンカン、ダイズである。
【００１５】
また、イネを用いた実験で、植物根による重水吸収率は、通常の水より１〜２割程度低いことが報告されている（土肥要旨集第２８集（１９８２）５−３９「イネ幼植物の養分吸収にたいする重水の影響（II）―DHOの動きについて」）。
【００１６】
これらのことから、重水より質量数の大きいトリチウムを有する水（HTO、T2O）の場合、植物による吸収速度は、さらに遅いと考えられる。そこで本発明では、トリチウムを濃縮する手段として、植物をHTO、T2Oを含む水（汚染水）で水耕栽培する。これによって、植物に主に軽水が吸収され、葉面より蒸散される。この過程で、HTO、T2Oは水中に残存し、濃縮される。
【００１７】
１９８２年、芝部らはイネ幼植物の重水吸収過程を調査した（土肥要旨集第２８集（１９８２）５−３９「イネ幼植物の養分吸収にたいする重水の影響（II）―DHOの動きについて」）。当該文献における実験方法は、イネ幼植物（Oryza sativa、cultiver Nihonbare）のDHOの吸収・移行量を、植物試料から真空蒸留法により“水”を回収し、DHOを含む水をH2気流中で疎水性白金触媒で接触還元し、生成したDHガスをGC検出器のTCDにより測定するものである。この結果、DHO吸収を試料水のD2O濃度と吸収液のDHO濃度との比で表すと、この比は1.00にはならず、0.78〜0.90の値となったが、吸収液のD2O濃度が増加するにつれて減少する傾向にあった。
【００１８】
この報告は、イネは、通常の水に比べて重水を取り込みにくいことを明らかにしている。
また、一政らは、茨城大学キャンパス内で核融合研、原研、法医研と共同で、重水素水を用いてトリチウム水の環境動態を外挿する目的の放出実験を実施した（プラズマ・核融合学会誌第７３巻第１２号「小特集――核融合炉内外におけるトリチウムの挙動――６．自然界中トリチウム挙動」）。方法は、超音波加湿器で発生させた重水素水蒸気を除湿した空を用いてビニールハウス内に導入し、持ち込んだポット植えの各種植物に48時間にわたし暴露した。この結果、葉中重水素濃度／大気中重水素濃度の比は、イネ、キンカン、イチジクの葉ではそれぞれ0.76、0.77、0.72、ダイズ、ミニトマト、ブドウ、松の葉では0.69、0.66、0.63、0.66、湛水したイネの葉では少し低く０．６２であった。
【００１９】
この報告は、大気から植物葉への水の取り込みについて、重水は通常の水より取り込まれにくいことを、種々の植物を用いて明らかにしている。
【００２０】
このような機能によってトリチウムが濃縮され、これによって、現在多量に存在するトリチウム含有廃水の量を削減することができ、これらの保管場所の確保、廃液の漏出の問題などの改善に寄与することができる。
【００２１】
本発明のトリチウム濃縮システムは、当該長方形の水性植物培養槽において、植物の培養を行う。これによって、上述したような植物のトリチウム吸収速度の差を利用し、植物によって吸収されたＨ２Ｏが消費されて減少されるのに対して、トリチウムが残存することで濃縮されるものである。
【００２２】
本発明のトリチウム濃縮システムは、このようなトリチウムの濃縮を効率よく行うため、連続的に水を流水させながら行うための装置である。このような装置の模式図を図１に示した。すなわち、本発明のトリチウム濃縮システムにおいて、水性植物培養槽中の水は上流側から下流側へと流れており、このような流水を生じさせるために、上流側に未処理水注入口、ポンプ、自動制御可能な水量バルブを設け、下流側出口の下流に固・液分離機、自動制御可能な水量バルブ、バルブを設け、更に、下流に処理水貯留槽を配したものである。これらのポンプ、自動制御可能な水量バルブ、固・液分離機等は特に限定されるものではなく、公知の任意のものを使用することができる。
【００２３】
更に、濃縮の進行を確認するために、上流側と下流側とにベクレルメーターを設置し、それぞれの値を確認しつつ、濃縮を行うものである。濃縮が充分に行われていないようであれば、水流を下げるなど、各種の培養条件を変更することで、最適な濃縮条件を探索することができる。
【００２４】
この水耕栽培は流水で行い、連続的に濃縮できるようにする。この時、濃縮に適した流速に調整できるように、流路には上流側と下流側とに自動制御可能なバルブを配する。また、処理量、濃縮率等は、植物量および容器の規模によっても調整できる。これにより本発明は、トリチウム汚染水の安価かつ大流量の処理を可能にする。
【００２５】
流水の速度は、植物生育密度、気候条件（気温、風力、日照等）、水槽の規模等に応じて適宜調整する。早すぎる場合は、濃縮が充分に図れず、遅すぎる場合には、処理量が低減してしまうおそれがある。
【００２６】
本発明は上述したトリチウム濃縮システムを使用したトリチウム濃縮方法でもある。当該方法において、植物は、浮遊性の水生植物を使用することが好ましい。植物が浮遊していると、通常の水耕栽培で用いるような支持体を必要としない。更に、ある程度生育したことで、かえってトリチウムの濃縮効率が低下するようになった場合は、水生植物を除去することも容易である。このような植物としてはホテイアオイが特に好ましい。ホテイアオイは、生育が早く、繁殖力も強いため、本発明の目的に特に適している。
【００２７】
水と植物体の動きについては、通常の水耕栽培では栄養を含む水を循環させ、植物を支持体に固定するが、本発明では処理中、水も植物も層流で移動する。ただし植物体より水の流れの方を速いものとすることが好ましい。
【００２８】
また、植物の生育を良好なものとするため、被処理水には最低限の栄養分を添加してもよい。このような栄養分としては特に限定されず、公知の任意のものを使用することができる。
【００２９】
上流で、新鮮なホテイアオイの幼植物体（生育が活発な時期）を投入する。ホテイアオイは水槽に群生させる。ホテイアオイの根圏を流れる汚染水は、下流に行くにつれてトリチウム含量が多くなる。このためホテイアオイの被爆の程度は下流の方が大きく、このことから被爆による枯死も下流に行く程起こり易くなる。枯死した植物体は、水槽下流から排出し、減少した分は、幼植物体を上流から追加する。このようにして、水槽内ホテイアオイは群生した状態で徐々に下流に移動する。取り出された枯死体は固・液分離装置に通され、処理水と分離される。
濃縮が足りない場合は、水槽下流から上流に汚染水を戻し、循環させる。
【００３０】
また、処理後の水は、そのトリチウム濃度に応じて、更に再度、上述した処理をおこなってもよい。これによって、更にトリチウム濃度を高くすることができる。
【００３１】
部品については、バルブ、流動槽、ベクレルメーターは市場から入手できる。固・液分離装置については特許第３１１３６２６号を利用できる。
上記システムは、システムを放射線を遮蔽可能なボードで囲ってもよい。これによって、使用中に作業者等が被ばくすることを防ぐことができる点で好ましい。
システムを放射線を遮蔽可能なボードで囲う場合、「放射線遮蔽材」（特願2011-266257）、「放射線遮蔽性積層体」（特願2011-259695）を使用してもよい。
【００３２】
上述した本発明のトリチウム濃縮システムは、上述したユニットの複数を並列及び／又は直列で組み合わせて複数使用するものであってもよい。これによって、使用する廃液中のトリチウム濃度に応じて、処理時間や処理水量等を柔軟に変更することができる点で好ましい。
【００３３】
本発明のトリチウム濃縮システムは、植物の老排物が捕捉可能であることが好ましい。これによって、最終的に得られた廃液中にその他の成分が入り込むことを防ぐことができる。捕捉手段は特に限定されず、固・液分離装置（特許第３１１３６２６号）等を使用することができる。
【００３４】
また、植物の老排物が捕捉可能な場合には、捕捉された分離固形分は凍結させるものであってもよい。すなわち、植物の育成に伴って、植物本体とは別に切断された根や、枯葉その他の固形分が発生する場合がある。このように発生した固形分は、凍結させることによって、植物体の腐敗、放射性物質の発熱等を防止するという利点がある。
【００３５】
また、本発明のトリチウム濃縮システムは、昼夜光合成が可能な温室で実施することが好ましい。このような温室で行うと、葉面からの水の蒸散を促進する。
という理由で好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、原発事故で発生する放射能汚染水（例えば、福島原子力発電所タンク内の汚染水）の除染において好適に使用することができる。特に、トリチウムを含む汚染水、または多核種除去装置処理後のトリチウム残存水の除染に使用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
1．処理貯留タンク
2．送流ポンプ
3．流量バルブ
4．ベクレルメーター（モニター）
5．バイオ処理槽
6．固・液分離装置
7．流量バルブ
8．ベクレルメーター（モニター）
9．処理水受けタンク
10．分離固形分（凍結）
【図１】
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