(57)【要約】重力ならびに円錐形状収集空間の内部に沿って三重水素水を凍結させる三重水素水の凍結点を利用して、三重水素水を普通水から分離する装置。円錐形状収集空間の底部に引き渡される普通水および液体三重水素水は十分な三重水素水が円錐形状収集空間の内部まで凍結するまで繰り返し運転されるためポンプアップされて円錐形状収集空間の一番上まで戻される。水車が置かれて繰り返し運転によって水を運ぶポンプの動力に援用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐形状収集空間、４．４９℃までの前記収集空間の冷却手段および前記円錐形状収集空間下の容器が含まれる通常水から三重水素水を分離する装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
軽水（Ｈ２Ｏ）から、三重水素水（ＨＴＯ）および／または重水（Ｄ２Ｏ）を分離する装置と方法。トリチウムで汚染された水は原子力発電所の副産物として生ずると同時に生物および環境への三重水素水の有害な影響のため重要な問題である。ここに処方される分離方法では、軽水からの三重水素水の完全な分離よりもむしろ汚染された軽水の容積中の三重水素水の濃度を減少させるよう意図されている。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所は三重水素水の処分と貯蔵に定期的に向き合わなくてはならない。伝統的に三重水素水は、その半減期（１２０年）の１０倍の間ドラムに貯蔵されるか、あるいは、望むらくは、地域に住む人間を含み地方環境に生ずる大損害を最小で済ますだけの少量にして地方河川および環境にまき散らされるかのどちらかである。しかしながら、多くの人により三重水素水は少しの量でも生き物に有害であると同時に今日の社会ではガンの主因であると信じられている。従って、三重水素水処分の取って代わる方法が必要とされている。多くの他の発明によりこの主題材が取り扱われていると同時にこの問題の解決が試みられている。しかしながら、現在まで誰も効果的かつ経済的な方法の創出に成功していない。例えば、パターソン、ジェームズ  Ａ．によって１９９９年９月２１日付けで出された特許第5,954,968号「軽水からの水素の重同位元素分離の装置と方法」では、セルロース酢酸塩から形成される中空中心繊維の細長い部分を通って混合物（重水および軽水の混合）を通過させてＨＷの濾過がなされるようＬＷからのＨＷの分離が試みられている。この方法によりある程度まで成果混合物のＨＷレベルが減少するけれども、たいした程度までにはなく、かつ中空繊維はそれ以降もはや使用不可となると同時に、当初の混合物と同様に慎重な方法にて廃棄がなされなくてはならない。これにより当然ＨＷで汚染されていると同時に何らかの方法で貯蔵あるいは廃棄されなくてはならないより大量の物質が生じる。
【０００３】
メイヤー、トーマス  Ｊ．ナルラ、プ−ナム  Ｍ．等により２００１年２月２０日付けで出された特許第6,190,531号「三重水素および／または重水素により汚染された水からの三重水素および／または重水素の濃縮法と除去法」によると、金属オキソ化合物の存在中で、これによって基質のプロチオ形態が酸化され、これによって、水素ガスが生じるとともに、これによって水中の重同位元素が濃縮されてそこから連続した除去が可能となる一方で、ＨＴＯあるいはＨＤＯが有機基質に変換され、前記基質の電気分解が後に続くことによって問題の解決が試みられている。この方法は複雑で効率的ではなく、高価で、あまり効果的というわけでもない上にむしろ危険である。複雑性と費用は当然相互に繋がっている。放射性物質は圧がかかったガス状態に置かれ、万一の場合に風下の誰かの身の危険までの雰囲気にさらし得るので危険である。所要処理量が極めて大量の場合には、三重水素あるいは重水素の少量の分離にかなりの時間がかかるので効率があまり良くない。
【０００４】
パターソン、ジェームズ  Ａ．、グルーバ、マーチン  ジョセフ、ファーロング、ルイ  エドワードにより２０００年１１月２８日付けで出された特許第6,153,092号「水素の重同位元素の水からの分離装置」は、中核中空繊維が満たされるかあるいは多孔性交換樹脂から作られた小さな数珠玉で満たされているかあるいは包まれている点を除けば先行特許に類似している。これは先行特許と同じ欠点をすべて有している。
【０００５】
バードウェル、ジョセフ  Ｆ，ランドルフ、ジョン  Ｄ．、シン、Ｓ．ポールによって２００１年３月２０日付けで出された特許第6,203,483号「準等濃度溶液に関する溶剤抽出方法」は、ローターの内部と重相溶液出口間の差分圧発生手段と共に修正遠心力収縮器が利用される準等濃度液体の分離方法である。この分離方法では、これらが水溶性の状態である時、これらの濃度は全く同一であるように重水と軽水は分離されない。
【０００６】
ハナク、ジョセフ  Ｊ．によって１９９９年１月１２日付けで出された特許第5,858,199号「電気移動 およびコリオリ力による液体からのイオン物質の分離のエレクトロコリオリ向け装置及び方法」は、電気移動（イオン化物質の重量の電気分解的あるいは静電気的増量）の利用による 水のようなイオン化可能な化合物の液体からの分離方法であって、コリオリ効果が利用されて前記物質が分離される。この方法により物質の重量が増加して、これにより水からより容易に分離が可能となる自然反応が利用される点で本発明と多くの類似性がある。この方法は電気分解および静電気は混合物の化学構成にのみ影響すると同時に、原子核には影響しない点で軽水からの重水の分離には有効ではないのは当然である。従って、水溶液状態で電気に同じような反応で作用する重水と軽水の混合物には全く有効ではない。
【０００７】
ネルソン、ダビッド  Ａ．、ダンカン、ジェームズ  Ｂ．、ジャンセン、ジョージ  Ａ．によって１９９５年９月１９日付けで出された特許第5,451,322号「三重水素水分離の方法と装置」は、混合物が圧力下に置かれると同時に薄膜をベースにしたポリフォスファゼン塩基重合体の通過が強制されることにより、軽水から重水が分離される薄膜方法である。本方法は極めて高価で、極めて複雑な（従って、遅い）マイナス点をもつとともに、生ずる反応が発熱性であるのでその現状の危険のすべてについて高圧が生じ得る。
【０００８】
ハーマン、アービング  Ｐ．、マーリング、ジャック  Ｂ．によって出された１９８３年１０月２５日に出された特許第4,411,755号「トリチウムのレーザー援用同位元素分離法」は、ＸＹＴが製造されるＸＹＤとの交換反応で重軽水混合物が触媒的に反応し、前記発生混合物にレーザーを照射することによって分子がx + YTに分解され、次にYTが化学的に分離される。これは費用がかかり、遅く、かつ高圧な装置であると同時にこのようなものは高価な設備が必要とされ、危険かつ極めて複雑である。
【０００９】
「トリチウム同位元素分離法」のテーマは本テーマに関するジョージ  バサル博士の本においてさらに十分検討されていて、この本はここで参照されて組込まれる。該本では上述のすべての方法が検討されていると同時に、今日までの本テーマに関する全ての知見の概要であると考えられる。勿論、これは本テーマ特許が本テーマに関する次の更新の際に追加の章に値することが希望されると同時にそうなるものと信じられる。
【００１０】
このように、三重水素水が普通の水から効果的に分離される方法へのニーズがある。さらに、該方法はエネルギー効率が良いことも望まれる。
【特許文献１】米国特許第5,954,968号
【特許文献２】米国特許第6,190,531号
【特許文献３】米国特許第6,153,092号
【特許文献４】米国特許第6,203,483号
【特許文献５】米国特許第5,858,199号
【特許文献６】米国特許第5,451,322号
【特許文献７】米国特許第4,411,755号
【非特許文献１】ジョージ  バサル博士箸「トリチウム同位元素分離」
【発明の開示】
【００１１】
本発明は普通水および三重水素水あるいはその他のタイプの重水の融点を利用する。三重水素水あるいはその他のタイプの重水は凍結すると同時に普通水混合物内部での分離が可能となる。普通水は従って三重水素水あるいはその他のタイプの重水から除去される。当該方法は最も単純な方法であると同時に、三重水素水は軽水とは異なる温度、すなわち、軽水より４．４９℃だけ高い三重水素水の融点で凍結するという事実に依っている。本発明により４．４９℃に維持される逆円錐形収集空間が提案される。収集空間内に三重水素水と普通水の混合物が注がれる。三重水素水は、三重水素水は収集空間の内部に沿って凍結するのに対して、普通水が凍結するより前に凍結し、収集空間は普通水が凍結するほど冷やされていないので普通水だけが収集空間内に流れ落ちる。普通水および任意の非凍結三重水素水は従って収集空間から外部に移る。ポンプおよび／またはその他の手段を通じて、普通水および任意の非凍結三重水素水は収集空間の頂部まで移動して戻る。次に、非凍結三重水素水および普通水は、殆どあるいはすべての三重水素水が収集空間内部で凍結されるまで繰り返しのサイクルで前述されたように何度も収集空間を通過して流れる。収集空間は三重水素水の除去が望まれる場合には加熱可能であって、凍結三重水素水は簡単に溶解すると同時に、処分および／または貯蔵の収集空間の底に流れ出す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（定義）
【００１３】
重水―この場合、普通水の１個の水素原子が三重水素水（ＨＴＯ）あるいは重水素水（Ｄ２Ｏ）の場合のトリチウムのようなより重たい同位元素によって置換される。これは宇宙放射線が大気圏上部の窒素と反応するときに自然界に少量発生する。これらの放射線は窒素（１４Ｎ）あるいは重水素（２Ｈ）と相互反応するとともにトリチウムおよび炭素（１２Ｃ）を形成する。これらの相互反応は大気圏上部で起こるので、トリチウムが降雨時に地球に降り注ぐ。冷却液として用いられる水の内環が原子炉あるいは加速器で中性子と衝突させられる場合の原子力発電所ではこれが大量に生ずる。
【００１４】
軽水―普通の水  Ｈ２Ｏ
【００１５】
トリチウムは放射性元素である。トリチウム原子（３Ｈ）はその原子核に２個の超過中性子を有するので不安定である。これらの中性子によりトリチウムに余分な量のエネルギーが与えられる。このため、原子は原子核変形あるいは放射能崩壊を被る。この場合、原子は２本の放射線、すなわち、電子に似たベータ粒子（Β "）および反ニュートリノ（中性粒子）を発する。
【００１６】
重水素２Ｈは水素の安定した同位元素である。重水素の原子核（デュートロンと呼ばれる）は１個の陽子と１個の中性子をもつのに対して普通の水素原子核は陽子１個だけをもつ。重水素はまた重水素とも呼ばれる。
【００１７】
同位元素―同位元素は原子核が同一の原子番号Ｚでも異なる原子重量Ａをもつ化学元素の原子である。
【００１８】
本発明には４．４９℃の温度に維持される収集空間（１０）がある。好ましい実施例では、収集空間（１０）が４．４９℃の一定温度に維持されるために従来の冷凍装置が使用される。収集空間（１０）の内部は、収集空間（１０）の壁（２０）に収集空間（１０）の頂部の開放端部（３０）に注がれる任意のもの向けの固着表面が設けられるように、図１の断面図に示されるような中空である。収集空間（１０）の底部端部（４０）もまた開放されている。
【００１９】
三重水素水と普通水との混合物が開放された頂部端部（３０）に置かれるとともに、三重水素水は４．４９℃で凍結するので、重力が収集空間（１０）を通過して三重水素水を下に引くにつれて壁（２０）に固着する。普通水は、しかしながら、０℃で凍結するので、壁（２０）に固着しない。このように、本発明では三重水素水対普通水の凍結点が利用されることによって三重水素水の普通水からの分離のための効果的な方法が提供される。任意の残る液体三重水素水および普通水は次に収集空間（１０）から底部端部（４０）を通じて容器（５０）に落下する。
【００２０】
収集空間（１０）を通過する三重水素水と普通水の1回の通過では希望する量の三重水素水の普通水からの除去に十分ではない恐れがあり、任意の残りの液体三重水素水および普通水は従来に経路（６０）を経て一番上の収集空間（１０）までポンプで汲み上げて戻すことができる。従来のポンプ（７０）により残りの液体三重水素水および普通水が従来経路（６０）を経て収集空間（１０）の一番上までポンプで戻され得る手段が提供される。
【００２１】
電力が大切に使われるよう、本発明には順番に従来型ポンプ（７０）に動力が供給される発電機（９０）に動力を供給する水車（８０）がある。普通水および液体三重水素水は底部端部（４０）から落下し、普通水および液体三重水素水により水車（８０）が動かされる。どの装置も動力のロス無しには運転不可能であるが、水車（８０）は従来型ポンプ（７０）によって必要とされる動力の総量に対し少なくとも勘定に入れられる。水車（８０）、発電機（９０）、およびポンプ（７０）だけに限定されない本発明で利用されるすべての装置は、従来式の電気接続を経由して接続される。
【００２２】
一旦、凍結三重水素水の蓄積が壁（２０）に起きるとすぐ、経路（６０）は収集空間（１０）から離れると同時に別の器に向けられる。このように、普通水および任意の残りの液体三重水素水は別の器に貯蔵可能である。次に収集空間（１０）は加熱されて、凍結三重水素水が簡単に溶解して壁（２０）を離れると同時に容器（５０）に落下するとともに、容器（５０）中の三重水素水が処分可能となる。
【００２３】
本発明は説明された実施例に限定はされないが、これには以降の請求項の範囲内のすべての実施例が存在する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に採用される装置を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１０収集空間
２０壁
３０頂部端部
４０底部端部
５０容器
６０従来径路
７０従来型ポンプ
８０水車
９０発電機
【図１】
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【国際調査報告】
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