(57)【要約】【課題】赤外多光子解離生成物として質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を得る。【解決手段】低濃縮段では反応容器２内のエーテルにレーザー光を照射することによって赤外多光子解離生成物としてアルコールを得、当該アルコールを高濃縮段の反応容器８に封入して、その反応容器８内のアルコールにレーザー光を照射することによって赤外多光子解離生成物として質量数１８の酸素同位体が濃縮された水と未分解アルコールの混合物を得、その後に当該混合物をアルコールと水の分離装置を用いて質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を得る。【選択図】　図１
2004105889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段階のレーザー同位体分離工程を経て酸素同位体濃度を段階的に高める方法において、
前記複数段階の最終段階よりも前の段階での前記レーザー同位体分離工程で生成したアルコールを前記前の段階よりも後段のレーザー同位体分離工程の原料とした酸素同位体濃縮方法。
【請求項２】
エーテルにレーザー同位体分離工程を加えることによって赤外多光子解離を起こさせてアルコールを生成し、
前記アルコールにレーザー同位体分離工程を加えることによって赤外多光子解離を起こさせることを特徴とする酸素同位体分離方法。
【請求項３】
エーテルにレーザー同位体分離工程を加えることによって赤外多光子解離を起こさせてアルコールを生成し、
前記アルコールにレーザー同位体分離工程を加えることによって赤外多光子解離を起こさせて水を生成し、
前記水を前記アルコールから分離して得る水製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記エーテルとアルコールに水素元素を含む添加剤を混合する工程と、前記アルコールに対して赤外多光子解離を起こさせる解離用のレーザー光と、レーザー光の強度が前記解離用のレーザー光より弱くて波数が前記解離用のレーザー光の波数よりも質量数１８の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合がもっとも共鳴吸収により振動励起されやすい波数に接近させた励起用のレーザー光とを照射するアルコールに対するレーザー同位体分離工程とを有する水製造方法。
【請求項５】
エーテルを内蔵する反応容器と、
前記エーテルを赤外多光子解離させるレーザー光を前記反応容器内のエーテルに対して照射するレーザーと、
前記赤外多光子解離によって前記反応容器内に生成されたアルコールとエーテルとの混合物からアルコールを分離して回収する分離装置と、
前記アルコールを内蔵する他の反応容器と、
前記アルコールを赤外多光子解離させる他のレーザー光を前記他の反応容器内のアルコールに対して照射する他のレーザーと、
前記他のレーザー光による赤外多光子解離によって前記反応容器内に生成されたアルコールと水との混合物から水を分離して回収する他の分離装置と、
を備えた水製造施設。
【請求項６】
請求項５において、前記各反応容器には水素元素を含む添加剤を前記各反応容器に供給する流路を備え、且つ前記他のレーザーは、前記アルコールに対して赤外多光子解離を起こさせる解離用のレーザー光を照射する解離用のレーザーと、レーザー光の強度が前記解離用のレーザー光より弱くて波数が前記解離用のレーザー光の波数よりも質量数１８の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合がもっとも共鳴吸収により振動励起されやすい波数に接近させた励起用のレーザー光とを照射する励起用のレーザーとで構成されている水製造施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は赤外多光子解離を利用した複数のレーザー同位体分離工程により同位体濃度を順に高める酸素同位体分離方法及び、当該酸素同位体分離方法を用いて特定の酸素同位体が濃縮された水を製造する水製造方法並びに水製造施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外多光子解離を利用したレーザー同位体分離工程は、次のような工程である。即ち、圧力容器である原料容器に封入されていた原料は所定の圧力で反応容器に容れられる。次に炭酸ガスレーザー３を用いて特定の波数のレーザーパルス光を反応容器内のガス状の原料に照射する。
【０００３】
原料である多原子分子の結合エネルギーは主に結合に関与する元素に依って定まるが、同位体が異なることによっても僅かに差がある。従って、特定の波数の光を以って特定の同位体が関与する結合を励起することができる。その際、振動のエネルギー準位のエネルギー間隔は基底状態から解離エネルギーまでの間で、高いエネルギー準位になるほど徐々に狭くなるため、共鳴吸収をさせることはできず、非共鳴の仮想準位を経て解離に至るという赤外多光子解離（赤外多光子分解ともいう。）が生じる。
【０００４】
このため、通常は原料の光の吸収は小さなものとなる。所定の回数，レーザーパルス光を照射したのち、反応容器内の分解生成物と未分解の原料とを分離装置に移し、例えば冷却装置を用いて低温蒸留法により分解生成物と未分解の原料とが分離される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、レーザー同位体分離工程を複数段組合せた酸素同位体分離方法は、次のようなプロセスで行われる。即ち、１段目のレーザー同位体分離工程では、原料としてジイソプロピルエーテルを用い、圧力数百Ｐａとなるように反応容器に容れ、波数９８０ｃｍ−１から９７０ｃｍ−１のレーザーパルス光を照射して、質量数１８の酸素同位体の濃度が２．７％　の２−プロパノールを生成する。その際、添加物としてイソブタンを混合させておくことにより、ジイソプロピルエーテルの赤外多光子解離生成物を主として２−プロパノールにできる。
【０００６】
次に、質量数１８の酸素同位体の濃度が２．７％　の２−プロパノールと未分解のジイソプロピルエーテルとイソブタンとからなる混合ガスから２−プロパノールを分離・回収して、化学反応により質量数１８の酸素同位体の濃度が２．７％　のジイソプロピルエーテルを製造し、それに更に２段目のレーザー同位体分離工程を加える。
【０００７】
その結果、質量数１８の酸素同位体の濃度が２８％の２−プロパノールを分離・回収して、化学反応により質量数１８の酸素同位体の濃度が２８％のジイソプロピルエーテルを製造し、それに更に３段目のレーザー同位体分離工程を加える。１段目及び２段目のレーザー同位体分離工程と同様に、添加剤としてイソブタンを混合させておいた場合には、質量数１８の酸素同位体の濃度が８４％の２−プロパノールが得られる。また、添加剤を混合しない場合には、ジイソプロピルエーテルの赤外多光子解離生成物として質量数１８の酸素同位体の濃度が９９％のアセトアルデヒドが得られる。
【０００８】
このように質量数１８の酸素同位体がジイソプロピルエーテル若しくはアセトアルデヒドに濃縮される（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−６１２６９号公報（第２−４頁，図１）
【非特許文献１】
「レーザー科学研究」Ｎｏ．１３（１９９１年）中の題目「ジイソプロピルエーテルの赤外多光子分解による酸素１８の濃縮」杉田恭子，真嶋哲朗，荒井重義による共著（第２２−２５頁）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
癌の診断法の一つに用いられる陽電子放出断層撮影に際して体内に陽電子放出核種である質量数１８のフッ素を注射する。その質量数１８のフッ素の原料として質量数１８の酸素同位体が利用される。
【００１１】
天然には質量数１８の酸素同位体の濃度は０．２０４％　しか存在しないが、質量数１８のフッ素を製造する際には質量数１８の酸素同位体の濃度が９０％程度にまで高められた水を用い、当該水にサイクロトロン等を用いて陽子を照射して、核変換により質量数１８のフッ素を生成する。
【００１２】
したがって、質量数１８の酸素同位体のこのような利用方法を考えれば、質量数１８の酸素同位体が濃縮された水として供給されることが望ましい。
【００１３】
しかし、従来技術では、質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を製造する点について配慮されていない。従来技術での赤外多光子解離で生成されたジイソプロピルエーテル若しくはアセトアルデヒドを原料として質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を製造するには、ジイソプロピルエーテル若しくはアセトアルデヒドから化学反応により水を製造する必要がある。
【００１４】
そのため、質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を得るためには、化学反応によりジイソプロピルエーテル若しくはアセトアルデヒドから水を製造する必要があって、従来においてはレーザー光による酸素同位体分離で質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を生成することができなかった。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、レーザー光による酸素同位体分離によって質量数１８の酸素同位体が濃縮された水が得られるようにすることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数段階のレーザー同位体分離工程を経て酸素同位体濃度を段階的に高める際に、前記複数段階の最終段階よりも前の段階での前記レーザー同位体分離工程で生成したアルコールを前記前の段階よりも後段のレーザー同位体分離工程の原料として酸素同位体を濃縮する手段を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例では、低同位体濃度のレーザー同位体分離工程（前段階乃至は低濃縮段ともいう。）の原料としてエーテルを用い、高同位体濃度のレーザー同位体分離工程（後段階乃至は高濃縮段ともいう。）の原料として低同位体濃度のレーザー同位体分離工程で生成されたアルコールを用いた酸素同位体分離方法が採用されるという、複数段階レーザー１８Ｏ高濃縮法が採用されている。いずれの段階のレーザー同位体分離工程でも炭酸ガスレーザーから発振させたレーザーを原料に照射して、その原料に赤外多光子解離を起こさせている。
【００１８】
そして、好ましくは、前記エーテルと前記アルコールの組合せは、ジメチルエーテルとメチルアルコール，ジエチルエーテルとエチルアルコール，ジプロピルエーテルと１−プロパノール若しくはジイソプロピルエーテルと２−プロパノールのいずれか１つの組合せであることが望ましいことであることを提唱している。
【００１９】
本発明の実施例では、低同位体濃度のレーザー同位体分離工程と高同位体濃度のレーザー同位体分離工程との２段階のレーザー同位体分離工程が採用され、高同位体濃度のレーザー同位体分離工程が最終段階のレーザー同位体分離工程とされている。
【００２０】
更に、本発明の実施例では、その高同位体濃度のレーザー同位体分離工程で、レーザー光照射により質量数１８の酸素同位体が濃縮された水が生成され、その水は他の液体から分離・回収される方法が提供される。
【００２１】
更に、本発明の実施例では、次の技術的事項を開示している。即ち、低同位体濃度のレーザー同位体分離工程の次の操作で使用する分離装置はエーテルとアルコールの混合物からアルコールを分離・回収する分離装置であり、かつ高同位体濃度のレーザー同位体分離工程の次の操作で使用する分離装置は水とアルコールの混合物から水を分離・回収する分離装置である水製造施設が提供される。
【００２２】
好ましくは、その水とアルコールの混合物から水を分離・回収する分離装置は、孔の無い高分子膜若しくは微細孔を持つ無機膜の仕切りを設けた容器を有し、当該容器の一方の側に水とアルコールの混合溶液若しくは混合ガスを容れ、他の側を減圧することで水若しくはアルコールのいずれかを当該膜を介して蒸発若しくは移行させることができる。
【００２３】
若しくは、その水とアルコールの混合物から水を分離・回収する分離装置は、多孔質の活性炭やゼオライト等の吸着剤を封入した容器を有し、水とアルコールの混合溶液若しくは混合ガスを容器内部を透過させることで当該吸着剤に水若しくはアルコールのいずれかを吸着させてその水とアルコールの混合物から水を分離・回収する。
【００２４】
若しくは、その水とアルコールの混合物から水を分離・回収する分離装置は、水とアルコールの混合溶液に水には溶解せず、かつアルコールとは溶解する第３の化合物を加える混合容器を有するものであっても良い。
【００２５】
若しくは、水とアルコールの揮発度の差を利用した低温蒸留装置であっても良い。
【００２６】
本発明の実施例では、低濃縮段の赤外多光子解離生成物であるアルコールを高濃縮段の原料として利用しているので、その利用可能なことを次に説明する。
【００２７】
炭酸ガスレーザーで発振可能な光の波数は９１０から１０９０ｃｍ−１である。即ち、レーザーとして炭酸ガスレーザーを利用する場合には、この波数範囲に赤外吸収を持つことが必要である。メチルアルコール，エチルアルコール，１−プロパノール及び２−プロパノールの赤外吸収スペクトルにおける吸収ピークは図２の添字１６を付した縦線の波数に存在する。各々のアルコールは、この波数の光を吸収することでアルコール中の質量数１６の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合が振動励起される。
【００２８】
本発明の実施例では、アルコール中の質量数１８の酸素同位体と質量数１２の炭素の結合を振動励起させる必要があるので、酸素同位体の質量差による吸収ピークの波数差を評価し、アルコール中の質量数１８の酸素同位体と質量数１２の炭素の結合を振動励起可能な光の波数を求めた。
【００２９】
即ち、酸素同位体の質量の違いによる吸収ピークの波数の違いを数式で表せば式１となる。
【００３０】
【数１】
2004105889.tif 000003
【００３１】
記号νとν′はそれぞれ質量数１６の酸素と質量数１２の炭素の結合の吸収ピークの波数と質量数１８の酸素と質量数１２の炭素の結合の吸収ピークの波数である。また、記号ｍＡ　，ｍＡ′及びｍＢはそれぞれ質量数１６の酸素、質量数１８の酸素及び質量数１２の炭素の原子質量である。
【００３２】
式１より、νとν′の差を求めれば、
【００３３】
【数２】
2004105889.tif 000004
【００３４】
となる。図２で示された各種アルコールの質量数１６の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合を振動励起する光の波数は９５０から１０５０ｃｍ−１なので、平均的には波数νは１０００ｃｍ−１である。これを式２へ代入すれば波数差Δνは２４ｃｍ−１となる。
【００３５】
従って、図２で示された各種アルコールの質量数１８の酸素同位体と質量数
１２の炭素同位体の結合を振動励起する光の波数は、質量数１６の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合を振動励起する光の波数より約２４ｃｍ−１低い波数であると評価できる。これら評価した結果を図２の添字１８を付した縦線で示しており、何れも炭酸ガスレーザーで発振可能な光の波数であることがわかる。
【００３６】
実際には、赤外多光子解離では、振動のエネルギー準位のエネルギー間隔は基底状態から解離エネルギーまでの間で、高いエネルギー準位になるほど徐々に狭くなるため、共鳴吸収をさせることはできず、非共鳴の仮想準位を経て解離に至る。そのため、質量数１８の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合の吸収ピークの波数より更に低い波数の光を用いる。
【００３７】
即ち、メチルアルコールに対しては波数１００５ｃｍ−１以下、エチルアルコールには波数１０２３ｃｍ−１以下、１−プロパノールには波数９４６ｃｍ−１以下及び２−プロパノールには波数９３１ｃｍ−１以下のレーザー光を用いる。
【００３８】
酸素と炭素の結合解離エネルギーをアルコールとエーテルとで比較すると、例えば、２−プロパノールとジイソプロピルエーテルとでは３８６ｋＪ／モルと
３１３ｋＪ／モルである。
【００３９】
即ち、従来技術では、アルコールよりエーテルの方が結合解離エネルギーは低いので解離し易いこと、更に解離し易いことから照射するレーザー光強度を弱くできるので本来解離したくない質量数１６の酸素同位体と炭素の結合を励起及び解離するのを抑制できることから、エーテル、特にジイソプロピルエーテルが原料として適している。そこで、アルコールを原料とするレーザー同位体分離工程においては、振動エネルギーが低い状態の励起準位まで励起する励起用レーザー光と当該励起準位から更に振動エネルギーが高い状態の励起準位まで励起して原料を赤外多光子解離させる解離用レーザー光を照射するのが良い。
【００４０】
その際、励起用レーザー光の波数は、質量数１８の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合が共鳴吸収により最も振動励起されやすい波数になるべく近づけることで共鳴吸収の状態に近づけるようにする。
【００４１】
一般に、質量数１８の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合が励起される割合は、共鳴吸収と非共鳴吸収の違いの方がレーザー光の強度の強弱による違いよりも影響が大きい。このため、励起用レーザー光の強度を弱く、即ち解離用レーザー光の強度の１／１０程度にすれば、励起用レーザー光の波数が質量数
１６の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合の吸収ピークの波数に近づいたことによる質量数１６の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合の励起を抑制しながら、質量数１８の酸素同位体と質量数１２の炭素同位体の結合の励起される割合を増すことができる。
【００４２】
このように、複数の波数のレーザー光を照射することで、目的の同位体の分離効率を向上させる。
【００４３】
次に、赤外多光子解離により、エーテルからアルコールが生成されること及びアルコールから水が生成されることを図３を用いて説明する。低濃縮段の枠内にはジメチルエーテルの反応、高濃縮段の枠内にはメチルアルコールの反応が示されている。
【００４４】
図３の低濃縮段の枠内で示すように、赤外多光子解離前（解離前ともいう。）のジメチルエーテルの酸素と炭素の結合がレーザー光の照射によって励起されて赤外多光子解離すると、赤外多光子解離後（解離後ともいう。）にＯＣＨ３　ラジカルが生成される。
【００４５】
そのラジカルは化学的に活性な状態であり、他の分子と反応容器内で衝突すると、衝突後にそのラジカルが衝突相手から水素原子を奪ってメチルアルコールとなる。
【００４６】
一方、メチルアルコールの酸素と炭素の結合がレーザー光の照射によって励起されて赤外多光子解離すると、その解離後にＯＨラジカルが生成される。その
ＯＨラジカルが他の分子と反応容器内で衝突して水素原子を奪い水となる。
【００４７】
同様に、図４にはジエチルエーテルとエチルアルコール、図５にはジプロピルエーテルと１−プロパノール及び図６にはジイソプロピルエーテルと２−プロパノールの反応を示している。なお、イソブタンのようなガスを原料とともに反応容器に容れておけば、ラジカルに水素原子を供給する添加剤として利用できる。
【００４８】
次に、前述のようにしてアルコールの赤外多光子解離により質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を、未分解のアルコールから分離する各方法を以下に説明する。
【００４９】
第１の方法として、孔の無い高分子膜若しくは微細孔を有する無機膜の仕切りがある容器の一つの側に水とアルコールの混合溶液若しくは混合ガスを容れ、他の側を減圧することで水若しくはアルコールのいずれかを当該膜を介して蒸発若しくは移行させる。
【００５０】
例えば、シリコンゴムやハイシリカゼオライト等の疎水性の膜を用いた場合には、水とアルコールの混合溶液若しくは混合ガスからアルコールを蒸発若しくは移行させて除去でき、溶液若しくはガスとして水が残る。
【００５１】
また、ボリビニルアルコール膜等の親水性の膜を用いた場合には、水とアルコールの混合溶液若しくは混合ガスから水を蒸発若しくは移行させることができ、この除去した蒸気を冷却することで水が得られる。
【００５２】
また第２の方法としては、水とアルコールの混合溶液若しくは混合ガスを多孔質の活性炭やゼオライト等の吸着剤と接触させ、当該吸着剤に水若しくはアルコールのいずれかを吸着させることにより水とアルコールとを分離する。例えば、水とアルコールの混合溶液若しくは混合ガスを疎水性のハイシリカゼオライトを詰めたカラムを通すことにより、アルコールはゼオライトに吸着し、カラムを透過した溶液若しくはガスから水が得られる。
【００５３】
更にまた、第３の方法としては、水とアルコールの混合溶液に、水には溶解せず、かつアルコールとは溶解する第３の化合物、例えばエーテルを加えて撹拌する。溶液は水とアルコールを含んだエーテルとに分離するので水を分離できる。
【００５４】
更にまた、第４の方法としては、水とアルコールとではアルコールの方が揮発性が高いことを利用した低温蒸留法が考えられる。即ち、水とアルコールの混合ガスを冷却して液化すると、液体中の水濃度はガス中の水濃度より高くなる。この操作を何度も繰返すことで、液体中の水濃度を高め、最終的には水を分離できる。
【００５５】
上述の第１の方法から第４の方法のいずれかを利用して質量数１８の酸素同位体が濃縮された水とアルコールとの混合溶液から質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を分離・回収できる。
【００５６】
次に、一層具体的、本発明の各実施例を各図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明する。図１は質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を製造する水製造施設全体の構成を示している。その水製造施設では赤外多光子解離を利用した高低２つの濃縮段のレーザー同位体分離工程を有する。
【００５７】
低濃縮段のレーザー同位体分離工程の原料であるジイソプロピルエーテルを圧力容器である原料容器１に封入する。同様に、添加剤であるイソブタン若しくはイソプロピレンを添加剤容器２９に封入する。
【００５８】
バルブ３０を操作し、排気ポンプ２５を用いて予め反応容器２と分離装置５の容器内を原料容器１や添加剤容器２９よりも減圧しておき、バルブを操作して圧力が１００Ｐａから６００Ｐａとなるようにジイソプロピルエーテルのガスを反応容器２に導入する。更に、バルブ３０を操作してガス状の添加剤を原料より多く反応容器２に導入する。これらの導入作用は、バルブ３０の操作と導入元と導入先との間の差圧を利用して行う。
【００５９】
バルブを操作して反応容器２を閉じた状態で、炭酸ガスレーザー３を用いて波数９７０〜９８０ｃｍ−１のレーザーパルス光４を反応容器２内の原料に照射する。このことで質量数１８の酸素同位体が濃縮された２−プロパノールと未分解ジイソプロピルエーテルとの混合ガスを得る。反応容器２や後述の反応容器８はいずれも、炭酸ガスレーザー３からのレーザーパルス光の反応容器への入射する部位がレーザーパルス光を容器内部に透過させる材料によって構成されている。
【００６０】
バルブ３０を操作して当該混合ガスは分離装置５に移し、冷却装置６を用いて低温蒸留法により質量数１８の酸素同位体が濃縮された２−プロパノールと未分解ジイソプロピルエーテルとに分離する。
【００６１】
バルブ３０を操作し、排気ポンプ２６を用いて予め反応容器８と高濃縮段の原料容器７内を減圧させる。原料容器７内の圧力は分離装置５内の圧力より低くしておいて、バルブ３０を操作することによって、質量数１８の酸素同位体が濃縮された２−プロパノールは、分離装置５から圧力容器である高濃縮段の原料容器７に導入されて封入され、高濃縮段原料供給の排気ポンプ２６を用いて圧力が
１００Ｐａから６００Ｐａとなるように２−プロパノールのガスを高濃縮段の反応容器８に容れる。
【００６２】
更に、バルブ３０を操作してガス状の添加剤を原料より多く高濃縮段の反応容器８に添加剤容器２９′に導入する。高濃縮段の反応容器８をバルブ３０の操作で閉じた状態で、励起用炭酸ガスレーザー９を用いて２−プロパノールの赤外光吸収波数９３１ｃｍ−１とほぼ等しい波数の励起用のレーザーパルス光１０を反応容器８内の２−プロパノールとの添加剤の混合ガスに照射する。
【００６３】
励起用のレーザーパルス光１０はミラー１１及び偏光ミラー１２により引き廻される。一方、解離用炭酸ガスレーザー１３を用いて２−プロパノールの赤外光吸収波数９３１ｃｍ−１より低い波数９１０ｃｍ−１から９３０ｃｍ−１の解離用のレーザーパルス光１４を２−プロパノールとの添加剤の混合ガスに照射する。
【００６４】
その結果、質量数１８の酸素同位体が低濃縮段より更に濃縮された水と未分解２−プロパノールとの混合ガスが得られるので、アルコールと水の分離装置を用いて両者を分離する。まず、高濃縮段ガス排出の排気ポンプ２７により圧力容器である混合溶液槽１５を予め反応容器８よりも減圧しておく。バルブ３０を操作して反応容器８内の混合ガスを混合溶液槽１５に導入する。
【００６５】
その混合ガスは混合溶液槽１５内で一旦冷却して２−プロパノールと水の混合溶液にする。その混合溶液は図示していないポンプで混合溶液槽１５内から吸い出されて、バルブ３０の操作でポリビニルアルコール膜１７で仕切られた分離容器１６の片側に流される。このとき、冷却しないで混合ガスのまま分離容器１６へ流しても良い。
【００６６】
分離容器１６のもう一方の側に接続された回収容器１８内は予め水回収用の排気ポンプ２８を用いて分離容器１６内の圧力よりも減圧しておく。ポリビニルアルコール膜１７は親水性の透過膜であるため、バルブ３０を操作して分離容器
１６のもう一方の側と回収容器１８内を連通すると、分離容器１６の他の側には水が蒸発して水蒸気が蓄えられ、その水蒸気を分離容器１６に装着した冷却器
１９で冷やして回収容器１８内で水とする。
【００６７】
なお、ポリビニルアルコール膜１７は疎水性のシリコンゴムやハイシリカゼオライト等の膜としても良い。この場合には、混合溶液から２−プロパノールが膜を介して蒸発するので、膜を通過せずに分離容器１６を通った溶液が水となる。
【００６８】
以上説明した内容を物質変化についてまとめると図１０に示した酸素同位体プロセスとなる。即ち、本実施例の水製造施設によれば、赤外多光子解離生成物として水が得られるので、水を得るための化学反応操作を不要とできる。図１０でＤＰＥはジイソプロピルエーテルを、ＩＢは添加剤であるイソブタンを表している。
【００６９】
本発明の第２の実施例を図７により説明する。本実施例が第１の実施例と異なる点は原料のみであるため、物質変化についてまとめた酸素同位体プロセスのみを示している。即ち、低濃縮段ではジメチルエーテルに約１０５０ｃｍ−１のレーザー光を照射してメチルアルコールを生成する。図７でＩＢは添加剤であるイソブタンを表している。
【００７０】
そして高濃縮段ではメチルアルコールに約１０００ｃｍ−１の励起用レーザー光と９８０〜１０００ｃｍ−１の解離用レーザー光と照射して水を生成する。即ち、本実施例の水製造施設によれば、赤外多光子解離生成物として水が得られるので、水を得るための化学反応操作を不要とできる。
【００７１】
本発明の第３の実施例を図８により説明する。本実施例が第１の実施例と異なる点は原料のみであるため、物質変化についてまとめた酸素同位体プロセスのみを示している。即ち、低濃縮段ではジエチルエーテルに約１０７０ｃｍ−１のレーザー光を照射してエチルアルコールを生成する。
【００７２】
そして高濃縮段ではエチルアルコールに約１０２０ｃｍ−１の励起用レーザー光と１０００〜１０２０ｃｍ−１の解離用レーザー光と照射して水を生成する。即ち、本実施例の水製造施設によれば、赤外多光子解離生成物として水が得られるので、水を得るための化学反応操作を不要とできる。図８でＩＢは添加剤であるイソブタンを表している。
【００７３】
本発明の第４の実施例を図９により説明する。本実施例が第１の実施例と異なる点は原料のみであるため、物質変化についてまとめた酸素同位体プロセスのみを示している。即ち、低濃縮段ではジプロピルエーテルに約９９０ｃｍ−１のレーザー光を照射して１−プロパノールを生成する。
【００７４】
そして高濃縮段では１−プロパノールに約９４０ｃｍ−１の励起用レーザー光と
９２０〜９４０ｃｍ−１の解離用レーザー光と照射して水を生成する。即ち、本実施例の水製造施設によれば、赤外多光子解離生成物として水が得られるので、水を得るための化学反応操作を不要とできる。図９でＩＢは添加剤であるイソブタンを表している。
【００７５】
本発明の第５の実施例を図１１により説明する。本実施例が第１の実施例と異なる点は、アルコールと水の分離装置であるため、図１１にはアルコールと水の分離装置のみを示している。第１実施例と同様に反応容器８内の２−プロパノールと水の混合ガスは混合溶液槽１５内に導入されて一旦冷却されて混合溶液とされる。その混合溶液は、バルブ３０の操作でアルコール吸着剤であるハイシリカゼオライトの粒子２１が封入されたカラム２０を透過させられる。
【００７６】
このとき、混合溶液としないで２−プロパノールと水の混合ガスのままカラム２０を透過させても良い。カラム２０を透過する間に、２−プロパノールはハイシリカゼオライトの粒子２１に吸着されてカラム２０からは水が回収容器１８内に排出されるので、回収容器１８にその水を蓄える。この回収を確実に行うために、回収容器１８内の圧力は排気ポンプ２８によってカラム２０内の圧力かそれ以下に減圧させておく。
【００７７】
以上説明したように、本実施例の赤外多光子解離を利用した複数のレーザー同位体分離工程を有する質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を製造する水製造施設によれば、赤外多光子解離生成物として水が得られるので、水を得るための化学反応操作を不要とできる。
【００７８】
本発明の第６の実施例を図１２により説明する。本実施例が第１の実施例と異なる点は、アルコールと水の分離装置であるため、図１２にはアルコールと水の分離装置のみを示している。第１実施例と同様に反応容器８内の２−プロパノールと水の混合ガスは混合溶液槽１５内に導入されて一旦冷却されて混合溶液とされる。
【００７９】
排気ポンプ２８によって混合溶液槽１５よりも混合槽２２内の圧力を低くし、バルブ３０の操作して、混合溶液槽１５内の混合溶液を混合槽２２内に導入する。
【００８０】
このように、２−プロパノールと水の混合溶液は混合槽２２に移され、混合槽２２内にはジイソプロピルエーテル等のエーテルがバルブ３０の操作で加えられる。このようにすると、混合槽２２内でエーテル層２３と水層２４とに分離し、２−プロパノールはエーテル層２３に含まれ、水が２−プロパノールから分離して水層２４として混合槽２２内下方に溜まる。その水をバルブ３０の操作で製品として混合槽２２内から取り出す。
【００８１】
以上説明したように、本実施例の赤外多光子解離を利用した複数のレーザー同位体分離工程を有する質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を製造する水製造施設によれば、赤外多光子解離生成物として水が得られるので、水を得るための化学反応操作を不要とできる。
【００８２】
本発明の第７の実施例を図１３により説明する。本実施例が第１の実施例と異なる点は、アルコールと水の分離装置であるため、図５にはアルコールと水の分離装置のみを示している。第１実施例と同様に反応容器８内の２−プロパノールと水の混合ガスは混合溶液槽１５内に導入されて一旦冷却されて混合溶液とされる。
【００８３】
排気ポンプ２８によって混合溶液槽１５よりも回収容器１８内の圧力を低くし、バルブ３０の操作して、混合溶液槽１５内の混合溶液を回収容器１８内に導入する。
【００８４】
このように２−プロパノールと水の混合溶液は回収容器１８に移され、回収容器１８に装着された冷却器１９により冷やされる。２−プロパノールと水の混合溶液が冷却器１９により冷やされることによって、２−プロパノールと水の揮発度には差があるため、液層に水が分離される。２−プロパノールと水を完全に分離するために、好ましくは、２−プロパノールと水の混合溶液の冷却を繰り返し実施して水を得る。
【００８５】
以上説明したように、本実施例の赤外多光子解離を利用した複数のレーザー同位体分離工程を有する質量数１８の酸素同位体が濃縮された水を製造する水製造施設によれば、赤外多光子解離生成物として水が得られるので、水を得るための化学反応操作を不要とできる。
【００８６】
なお、本実施例ではレーザー同位体分離工程を２つ含んでいるが、これに限定されるものではなく、更に多数のレーザー同位体分離工程を含む水製造施設としても良いことは言うまでもない。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、赤外多光子解離生成物として水が得られるので、赤外多光子解離を利用して水を得る際に化学反応操作を不要とできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における水製造施設の全体構成を表す図である。
【図２】アルコールの赤外吸収スペクトルを表す図である。
【図３】ジメチルエーテルの赤外多光子解離反応を表す図である。
【図４】ジエチルエーテルの赤外多光子解離反応を表す図である。
【図５】ジプロピルエーテルの赤外多光子解離反応を表す図である。
【図６】ジイソプロピルエーテルの赤外多光子解離反応を表す図である。
【図７】本発明の第１の実施例における酸素同位体分離方法を表す図である。
【図８】本発明の第２の実施例における酸素同位体分離方法を表す図である。
【図９】本発明の第３の実施例における酸素同位体分離方法を表す図である。
【図１０】本発明の第４の実施例における酸素同位体分離方法を表す図である。
【図１１】本発明の第５の実施例におけるアルコールと水の分離装置を表す図である。
【図１２】本発明の第６の実施例におけるアルコールと水の分離装置を表す図である。
【図１３】本発明の第７の実施例におけるアルコールと水の分離装置を表す図である。
【符号の説明】
１…原料容器、２…反応容器、３，９，１３…炭酸ガスレーザー、４…レーザーパルス光、５…分離装置、６…冷却装置、７…高濃縮段の原料容器、８…高濃縮段の反応容器、１０，１４…レーザーパルス光、１１…ミラー、１２…偏光ミラー、１５…混合溶液槽、１６…分離容器、１７…ポリビニルアルコール膜、
１８…回収容器、１９…冷却器、２０…カラム、２１…ハイシリカゼオライト、２２…混合槽、２３…エーテル層、２４…水層、２５，２６，２７，２８…排気ポンプ、２９，２９′…添加剤容器。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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