(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内で発生するα・γ・β・Ｘ線をシンチレータにより可視光又は紫外光に変換し、この可視光又は紫外光と原子炉でのチェレンコフ光とから、炉水を水素と酸素とに分解する光触媒の機能を利用して、水素と酸素を同時に発生させ、水素・酸素分離装置で分離した後、乾燥、回収する水素・酸素製造方法。
【請求項２】
原子炉内で発生するα・γ・β・Ｘ線をシンチレータにより可視光又は紫外光に変換し、この可視光又は紫外光と原子炉でのチェレンコフ光とから、炉水を水素と酸素とに分解する光触媒の機能を利用して、水素と酸素を同時に発生させ、個別の回収系統を用いて乾燥、回収する水素・酸素製造方法。
【請求項３】
原子炉内で発生するα・γ・β・Ｘ線をシンチレータにより可視光又は紫外光に変換し、この可視光又は紫外光と原子炉でのチェレンコフ光とから、炉水を水素と酸素とに分解する光触媒の機能を利用して、炉水中に水素イオンを放出し、原子炉の照射誘起応力腐食割れを防止する方法。
【請求項４】
原子炉内で発生するα・γ・β・Ｘ線を可視光又は紫外光に変換するシンチレータと、この可視光又は紫外光と原子炉でのチェレンコフ光との作用により炉水を水素と酸素とに分解する光触媒と、水素と酸素を同時に回収する水素及び酸素回収装置と、を備える水素・酸素製造装置。
【請求項５】
原子炉内で発生するα・γ・β・Ｘ線を可視光又は紫外光に変換するシンチレータと、この可視光又は紫外光と原子炉でのチェレンコフ光との作用により炉水を水素と酸素とに分解する光触媒と、個別の水素回収装置と酸素回収装置と、を備える水素・酸素製造装置。
【請求項６】
原子炉内で発生するα・γ・β・Ｘ線を可視光又は紫外光に変換するシンチレータと、この可視光又は紫外光と原子炉でのチェレンコフ光との作用により炉水を水素と酸素とに分解する光触媒と、酸素を回収する酸素回収装置と、を備え、水素イオンを炉水中に放出することにより照射誘起応力腐食割れを防止する装置。
【請求項７】
原子炉内で発生するα・γ・β・Ｘ線を可視光又は紫外光に変換するシンチレータと、この可視光又は紫外光と原子炉でのチェレンコフ光との作用により炉水を水素と酸素に分解する光触媒と、原子炉に既設の脱気装置を利用又は改造した水素・酸素回収装置とを備える、水素・酸素製造装置。
【請求項８】
原子炉内で発生するα・γ・β・Ｘ線を可視光又は紫外光に変換するシンチレータと、この可視光又は紫外光と原子炉でのチェレンコフ光との作用により炉水を水素と酸素に分解する光触媒と、原子炉に既設の脱気装置を利用又は改造した酸素回収装置とを備え、水素イオンを炉水中に放出することにより照射誘起応力腐食割れを防止する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉等から発生する放射性物質を利用して水素・酸素を製造する方法及び装置に関するものである
【０００２】
【従来の技術】
一般に運転中の原子炉内では高い放射線が発生している。原子炉運転中に発生する放射線は核燃料の燃焼で副次的に発生するものであり、放射線自体の利用は為されていなかった。放射線及び光触媒を利用して水素を製造する手法については、放射線励起を利用する発明（特開平5-193902）やシンチレータと光触媒を利用する発明（特開平9-142804）があったが、前者は効率が低く、装置が複雑であるうえ原子炉を改造して付帯的な装置の設置が必要であり、加えて後者は使用済み核燃料を使用するために大規模な遮蔽設備を設ける必要があるとともに、水素発生も紫外光領域でしか実施出来なかった。さらに、両者とも水素製造のみしか取り扱えないものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明によれば、原子炉運転中に放出され、活用されていなかった放射線を有効利用し、これまでは高温条件や化学反応に頼っていた水素・酸素製造を、少ないエネルギーで製造が可能となる。また、本発明によれば、原子炉の健全性に大きな影響のある照射誘起応力腐食割れについて、原子炉を運転することで、照射誘起応力腐食割れ防止に効果的な炉水への水素イオン添加が自動的に実施され、水素添加のためのインフラ整備が不要になり原子炉自体の健全性を向上できる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、原子炉内で発生する各種放射線をシンチレータにより可視光線又は紫外線に変換する。この可視光線又は紫外線を光触媒に当てて水を分解し、水素と酸素を製造する。製造した水素・酸素はそれぞれ乾燥機を通して回収される。また、一方炉水中に水素イオンを添加すると照射誘起応力腐食割れの発生度合いが低下することから、放射線を用いてシンチレータ及び光触媒により水素イオンを発生させ、照射下での応力腐食割れを低減することが可能である。
【０００５】
本発明の製造装置は、原子炉内にシンチレータと光触媒を保有する容器を設け、発生した水素と酸素を回収する装置を備えたものであり、従来の原子炉施設を拡張するだけで建設が可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の作用機構について具体的に説明する。水素・酸素製造装置は、各種放射線を光に変化するシンチレータ、光により水から水素を生成する光触媒、及び発生した水素、酸素を乾燥・回収する装置から構成される。シンチレータは材質により潮解性を有するため、必要に応じてファイバー等に混入させて配置する。シンチレータと光触媒は一体化し、水分解機能を有する水分解ユニットを構成する。
【０００７】
原子炉で本発明の装置を用いる場合の水素・酸素製造ユニットの構成を図１に示す。水素・酸素発生の動力源として原子炉内の放射線を利用し、そこから放出される各種放射線を利用してシンチレータにより紫外光または可視光は発生させる。また、原子炉内のチェレンコフ光を含めた紫外光又は可視光を用いて光触媒より、水素・酸素を製造する。製造した水素・酸素は乾燥器を通して回収装置により回収される。
【０００８】
本発明の装置で原子炉で発生する放射線を利用して水分解を行い、水素と酸素を分離して製造する水素、酸素製造ユニットは図２に示す。また、本装置は原子炉で発生する放射線及びチェレンコフ光を利用できる水素、酸素製造ユニットは図３に示すような構成にする。なお、水分解ユニットは原子炉内に既設の燃料集合体の保持機構を流用可能なように燃料集合体と同寸法で製作する。
【０００９】
即ち、図１（ａ）に示されるとおり、原子炉の圧力容器の炉水中に配置された燃料集合体の燃料棒間に、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び／又は（ｅ）に示される粒状、管状及び／又は棒状のシンチレータを使用した水分解装置が挿入される。この水分解装置は、水分離装置容器、その容器内に設けられた光触媒及び／又は容器外壁に設けられた光触媒、その光触媒の表面に付着された助触媒、並びにその容器の底を覆って設けられたメッシュ部材から構成されている。
【００１０】
図１（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、光触媒が水分離装置容器内のみに設けられた場合には、水分解装置の底のメッシュ部材を通過してシンチレータ内に侵入した炉水は、原子炉内で放射線がシンチレータに照射されて生じた可視光又は紫外光により、光触媒及び助触媒の存在下で、酸素及び水素に分解される。得られた酸素及び水素は、水素、酸素分離装置で分離後に回収される。
【００１１】
又、図１（ｄ）及び（ｅ）に示されるように、光触媒が水分離装置容器の内外に設けられた場合には、水分解装置の底のメッシュ部材を通過してシンチレータ内に侵入した炉水は、原子炉内で放射線がシンチレータに照射されて生じた可視光又は紫外光により、光触媒及び助触媒の存在下で、酸素及び水素に分解される。得られた酸素及び水素は、水素、酸素分離装置で分離後に回収される。更に、炉水は、水分離装置容器の外壁に設けられた光触媒の存在下で、チェレンコフ光により分解されて水素が発生し、その水素は炉水中に混入されて原子炉の腐食防止に利用される。
【００１２】
又、図２（ａ）に示されるとおり、原子炉の圧力容器の炉水中に配置された燃料集合体の燃料棒間に、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び／又は（ｅ）に示される粒状、管状及び／又は棒状のシンチレータを使用した水分解装置が挿入される。この水分解装置は、水分離装置容器、その容器内及び／又は容器外に設けられた光触媒、その光触媒の表面に付着された助触媒、並びにその容器の底を覆って設けられたメッシュ部材から構成されている。
【００１３】
図２（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、シンチレータが水分離装置容器内のみに設けられた場合には、水分解装置の底のメッシュ部材を通過してシンチレータ内に侵入した炉水は、原子炉内で放射線がシンチレータに照射されて生じた可視光又は紫外光により、容器内に設けられた光触媒及び助触媒の存在下で、酸素及び水素に分解される。得られた酸素及び水素は、水分離装置容器内が光触媒及び助触媒部材で分割されているので、助触媒側から水素が、光触媒側から酸素がそれぞれ分離されて回収される。
【００１４】
又、図２（ｄ）及び（ｅ）に示されるように、光触媒が水分離装置容器の内外に設けられた場合には、水分解装置の底のメッシュ部材を通過してシンチレータ内に侵入した炉水は、原子炉内で放射線がシンチレータに照射されて生じた可視光又は紫外光により、光触媒及び助触媒の存在下で、酸素及び水素に分解される。得られた酸素及び水素は、水分離装置容器内が光触媒及び助触媒部材で分割されているので、助触媒側から水素が、光触媒側から酸素がそれぞれ分離されて回収される。更に、炉水は、水分離装置容器の外壁に設けられた光触媒の存在下で、チェレンコフ光により分解されて水素が発生し、その水素が炉水中に混入されて原子炉の腐食防止に利用される。
【００１５】
即ち、図３（ａ）に示されるとおり、原子炉の圧力容器の炉水中に配置された燃料集合体の燃料棒間に、図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び／又は（ｅ）に示される粒状、管状及び／又は棒状のシンチレータを使用した水分解装置が挿入される。この水分解装置は、水分離装置容器、その容器内及び／又は容器外に設けられた光触媒、その光触媒の表面に付着された助触媒、並びにその容器の底を覆って設けられたメッシュ部材から構成されている。
【００１６】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、シンチレータが水分離装置容器内のみに設けられた場合には、水分解装置の底のメッシュ部材を通過してシンチレータ内に侵入した炉水は、原子炉内で放射線がシンチレータに照射されて生じた可視光又は紫外光により、容器内に設けられた光触媒及び助触媒の存在下で、酸素及び水素に分解される。得られた酸素及び水素は、水分離装置容器内が光触媒及び助触媒部材で分割されているので、助触媒側から得られた水素が炉水中に混入され、光触媒側から得られた酸素が炉外に分離されて回収される。
【００１７】
又、図３（ｄ）及び（ｅ）に示されるように、助触媒が水分離装置容器の内外に設けられた場合には、水分解装置の底のメッシュ部材を通過してシンチレータ内に侵入した炉水は、原子炉内で放射線がシンチレータに照射されて生じた可視光又は紫外光により、光触媒及び助触媒の存在下で酸素及び水素に分解される。得られた酸素及び水素は、水分離装置容器内が光触媒及び助触媒部材で分割されているので、助触媒側から得られた水素が炉水中に混入され、光触媒側から得られた酸素が炉外に分離されて回収される。更に、炉水は、水分離装置容器の外壁に設けられた光触媒の存在下でチェレンコフ光により分解されて水素が発生さし、得られた水素が炉水中に混入されて原子炉の腐食防止に利用される。
【００１８】
又、図４（ａ）に示されるとおり、原子炉の圧力容器の炉水中に配置された燃料集合体の燃料棒間に、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び／又は（ｅ）に示される粒状、管状及び／又は棒状のシンチレータを使用した水分解装置が挿入される。この水分解装置は、水分離装置容器、その容器内に設けられた光触媒及び／又は容器外壁に設けられた光触媒、その光触媒の表面に付着された助触媒、並びにその容器の底を覆って設けられたメッシュ部材から構成されている。
【００１９】
図４（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、光触媒が水分離装置容器内のみに設けられた場合には、水分解装置の底のメッシュ部材を通過してシンチレータ内に侵入した炉水は、原子炉内で放射線がシンチレータに照射されて生じた可視光又は紫外光により、光触媒及び助触媒の存在下で、酸素及び水素に分解される。得られた酸素及び水素は、炉水中に放出されて炉壁の放射誘起応力腐食割れ防止に使用された後、原子炉施設に既設された脱気装置を利用又は改造して回収される。
【００２０】
又、図４（ｄ）及び（ｅ）に示されるように、光触媒が水分離装置容器の内外に設けられた場合には、水分解装置の底のメッシュ部材を通過してシンチレータ内に侵入した炉水は、原子炉内で放射線がシンチレータに照射されて生じた可視光又は紫外光により、光触媒及び助触媒の存在下で、酸素及び水素に分解される。得られた酸素及び水素は、炉水中に放出されて炉壁の放射誘起応力腐食割れ防止に使用された後、原子炉施設に既設された脱気装置を利用又は改造して回収される。更に、炉水は、水分離装置容器の外壁に設けられた光触媒の存在下で、チェレンコフ光により分解されて水素が発生し、その水素は炉水中に混入されて原子炉の腐食防止に利用される。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
50MW熱出力規模の原子炉で発生するγ線を用いて本方法により水素・酸素の製造を実施した。シンチレータとしてBaF2、光触媒としてPt- KSr2Nb3O10を使用した。その結果、１時間当たり約400リットルの水素と約200リットルの酸素を回収することができた。
【００２２】
（実施例２）
50MW熱出力規模の原子炉で発生するγ線を用いて本方法により水素・酸素の製造を実施した。シンチレータとしてNaI(Tl)、光触媒としてPt- KSr2Nb3O10を使用した。その結果、１時間当たり約1340リットルの水素と約670リットルの酸素を回収することができた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、原子炉運転中に放出され、活用されていなかった放射線を有効利用し、これまでは高温条件や化学反応に頼っていた水素・酸素製造について、少ないエネルギーで製造が可能となる。また、照射誘起応力腐食割れ防止に効果的な水素イオンの添加が自動的に実施されるようになり、照射誘起応力腐食割れ防止のための水素添加装置をインフラ整備することなく原子炉自体の健全性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原子炉内で使用する水素・酸素製造ユニット（同時回収型）を示す図である。
【図２】  本発明の原子炉内で使用する水素・酸素製造ユニット（個別回収型）を示す図である。
【図３】  本発明の原子炉内で使用する水素・酸素製造ユニット（照射誘起応力腐食割れ防止型）を示す図である。
【図４】  本発明の原子炉内で使用する水分解装置と原子炉施設内に既設の脱気装置を利用又は改造して水素・酸素を回収する装置を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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