(57)【要約】【課題】液体中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を高い分離効率で簡便に分離可能な同位体の分離装置および分離方法を提供する。【解決手段】同位体分離装置１０は、Ｈ２Ｏの水素または酸素の同位体を含む被処理液１が導入され、内部に液相領域２と気相領域３とが形成される分離容器１１と、分離容器内の被処理液に超音波を印加し、分離容器内部にミストを発生させる超音波印加部１２と、前記ミストが含まれる気体５を分離容器外へ導くガス移送部１４と、分離容器外へ導かれた気体中に含まれる蒸気成分の少なくとも一部を全体から分離して回収する分離回収部１５とを具備する。【選択図】  図１
2017056422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を含む液体が導入され、内部に液相部分と気相部分とが形成される分離容器と、
前記分離容器の内部の前記同位体を含む液体中に超音波場を形成するための超音波を印加し、前記分離容器の内部でミストを発生させる超音波印加部と、
前記気相部分に浮遊し、前記ミストを構成する蒸気成分を前記分離容器の内部から外部へ導くガス移送部と、
前記分離容器の外部へ導かれた前記蒸気成分の少なくとも一部を全体から分離して回収する分離回収部とを具備することを特徴とする同位体の分離装置。
【請求項２】
前記超音波印加部は、前記超音波の周波数が５００キロヘルツ以上１５メガヘルツ以下の範囲で調整可能に構成されることを特徴とする請求項１記載の同位体の分離装置。
【請求項３】
前記超音波印加部によって前記液体中に照射される前記超音波の照射方向は、少なくとも一部が、前記分離容器の内部に形成される液相部分と前記気相部分との界面の方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の同位体の分離装置。
【請求項４】
前記超音波印加部は、前記液体の上部に形成される、前記分離容器の内部の気相部分の圧力を検出した結果に基づいて、超音波出力を制御するように構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の同位体の分離装置。
【請求項５】
前記気相部分の温度を制御する温度制御部と、
前記気相部分の圧力を制御する圧力制御部と、をさらに具備することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の同位体の分離装置。
【請求項６】
前記圧力制御部は、前記分離容器の内部の気体領域の圧力が検出されて得られた結果に基づいて、前記分離容器の内部の気体領域の圧力を１キロパスカル以上１５０キロパスカル以下に制御するように構成されることを特徴とする請求項５記載の同位体の分離装置。
【請求項７】
前記分離容器の内部における前記液体の高さを検出し、検出した前記高さに基づいて、前記液体の高さが所望の範囲内に収まるように、前記分離容器の内部へ導入される前記液体の量を制御する導入量制御部をさらに具備することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の同位体の分離装置。
【請求項８】
前記分離回収部は、導入された前記蒸気成分を構成する物質の径に応じて分離する機能および前記蒸気成分を構成する物質の重量に応じて分離する機能の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の同位体の分離装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８に記載される同位体の分離装置を多段に接続し、前記分離回収部が導入された前記蒸気成分の少なくとも一部を分離回収することで得られる前記同位体をより多く含む液体および前記同位体をより多く含まない液体の何れか一方を、次段の同位体の分離装置へ移送し、他方を同段の前記分離容器内へ戻すように構成されることを特徴とする同位体の分離装置。
【請求項１０】
液体中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を含む液体が導入され、内部に液相部分と気相部分とが形成される分離容器と、前記分離容器の内部の前記同位体を含む液体中に超音波場を形成するための超音波を印加し、前記分離容器の内部でミストを発生させる超音波印加部と、前記気相部分に浮遊し、前記ミストを構成する蒸気成分を前記分離容器の内部から外部へ導くガス移送部と、前記分離容器の外部へ導かれた前記蒸気成分の少なくとも一部を全体から分離して回収する分離回収部とを具備する同位体分離装置を用いた前記同位体を分離する方法であり、
前記同位体を含む液体が導入される分離容器の内部の前記同位体を含む液体中に超音波場を形成するための超音波を印加し、前記分離容器の内部でミストを発生させるステップと、
前記分離容器の内部に形成される気相部分に浮遊し、前記ミストを構成する蒸気成分を、前記分離容器の内部から外部へ導くステップと、
前記分離容器の外部へ導かれた前記気体中に含まれる蒸気成分の少なくとも一部を全体から分離して回収するステップと、を備えることを特徴とする同位体の分離方法。
【請求項１１】
前記ミストを構成する蒸気成分を前記分離容器の内部から外部へ導くステップよりも前に、前記気相部分の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記気相部分の温度を制御する制御ステップ、前記気相部分の圧力が所定の圧力範囲内に収まるように前記気相部分の圧力を制御する制御ステップ、および前記分離容器の内部における前記液体の高さが所定の高さ範囲内に収まるように、前記分離容器の内部へ導入される前記液体の量を制御する制御ステップのうち、少なくとも何れかの制御ステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の同位体の分離方法。
【請求項１２】
前記蒸気成分の少なくとも一部を分離回収するステップは、前記蒸気成分を構成する物質の径に応じて分離するステップおよび前記蒸気成分を構成する物質の質量に応じて分離するステップの少なくとも一方のステップを有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の同位体の分離方法。
【請求項１３】
前記分離装置は多段に接続されており、
前記分離容器の外部へ導かれた前記気体中に含まれる蒸気成分の少なくとも一部を分離回収するステップで得られる前記同位体をより多く含む液および前記同位体をより多く含まない液の何れか一方を、次段の前記分離装置へ移送し、他方を同段の前記分離容器内へ戻すステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載の同位体の分離方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同位体の分離装置および分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トリチウム水を分離濃縮、回収、除去することは、これまでも原子力産業における、核反応の制御、核燃料サイクルの信頼性の向上、生物、化学、医療等の分野における特定元素に対するラベル技術として重要である。通常の同位体分離では、質量、拡散法、遠心分離法等の質量数の差異に基づく分離法が一般的であるが、重水やトリチウム水の同位体分離では、例えば、同位体交換法、および電気分解法等の通常の同位体分離とは異なる分離方法が採用されている。
【０００３】
ここで、同位体交換法は、例えば、硫化水素（Ｈ２Ｓ）溶剤等の触媒に被処理水となる重水またはトリチウム水を接触させることにより、触媒中の軽水素（Ｈ）と被処理水中の重水素（Ｄ）またはトリチウム（Ｔ）とを交換し（被処理水中のＤまたはＴが、触媒側へ移り）、これを回収して濃縮することによりＤやＴを回収するものである。電気分解法は、１段の分離係数が高く、精密蒸留法や同位体交換法と比べて高い分離効率を有することが知られている。
【０００４】
また、同位体交換法を応用した技術の一例として、トリチウムが放射性物質であることに鑑み、安全面に配慮してトリチウムイベントリーが少なくなるように図った回収技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５３４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した重水やトリチウム水の同位体分離技術は、何れも課題が存在する。同位体交換法では、高い分離効率を有するものの、触媒となる硫化水素（Ｈ２Ｓ）溶剤等には毒性や腐食性があり、取り扱いおよび反応の操作の煩雑さなどがある点に課題がある。また、電気分解法では、精密蒸留法や同位体交換法と比べて最も高い分離効率を有するものの、設備費が高く、消費電力が大きい点に課題がある。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、液体中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を高い分離効率で簡便に分離可能な同位体の分離装置および分離方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係る同位体の分離装置は、上述した課題を解決するため、液体中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を含む液体が導入され、内部に液相部分と気相部分とが形成される分離容器と、前記分離容器の内部の前記同位体を含む液体中に超音波場を形成するための超音波を印加し、前記分離容器の内部でミストを発生させる超音波印加部と、前記気相部分に浮遊し、前記ミストを構成する蒸気成分を前記分離容器の内部から外部へ導くガス移送部と、前記分離容器の外部へ導かれた前記蒸気成分の少なくとも一部を全体から分離して回収する分離回収部とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明の実施形態に係る同位体の分離方法は、上述した課題を解決するため、液体中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を含む液体が導入され、内部に液相部分と気相部分とが形成される分離容器と、前記分離容器の内部の前記同位体を含む液体中に超音波場を形成するための超音波を印加し、前記分離容器の内部でミストを発生させる超音波印加部と、前記気相部分に浮遊し、前記ミストを構成する蒸気成分を前記分離容器の内部から外部へ導くガス移送部と、前記分離容器の外部へ導かれた前記蒸気成分の少なくとも一部を全体から分離して回収する分離回収部とを具備する同位体分離装置を用いた前記同位体を分離する方法であり、前記同位体を含む液体が導入される分離容器の内部の前記同位体を含む液体中に超音波場を形成するための超音波を印加し、前記分離容器の内部でミストを発生させるステップと、前記気相部分に浮遊し、前記ミストを構成する蒸気成分を、前記分離容器の内部から外部へ導くステップと、前記分離容器の外部へ導かれた前記気体中に含まれる蒸気成分の少なくとも一部を全体から分離して回収するステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液体中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を高い分離効率で簡便に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る同位体の分離装置の構成例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る同位体の分離装置および分離方法について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係る同位体の分離装置の一例である同位体分離装置１０の構成を示した概略図である。
【００１４】
同位体分離装置１０は、水素または酸素の同位体を含む液体（以下、「被処理液」とする）１をミスト化し、ミスト化した被処理液１の中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を分離する装置であり、ｎ（ｎは自然数）段の同位体分離手段を具備して構成される。水素または酸素の同位体を含む被処理液１は、例えば、トリチウムを含む液体等であり、トリチウムの存在形態としては、ＨＴＯ、ＤＴＯ、およびＴ２Ｏがあるが、主にＨＴＯの形態として存在する。
【００１５】
図１に例示される同位体分離装置１０は、分離容器１１と、超音波印加部１２と、制御手段１３と、ガス移送部１４と、分離回収部１５とを備える同位体分離手段３０（３０−１，…，３０−ｎ）を具備して構成される。なお、同位体分離手段３０が１段（ｎ＝１）の場合、同位体分離手段３０−１は、１個の同位体分離装置として機能する。すなわち、１段の同位体分離手段３０−１が、１個の同位体分離装置１０となる。
【００１６】
図１に例示される同位体分離装置１０は、例えば、ｎ個の同位体分離手段３０−１，…，３０−ｎを具備しており、これらｎ個の同位体分離手段３０−１，…，３０−ｎが直列に多段化されて接続される。
【００１７】
なお、同位体分離装置１０における第１段〜第ｎ段までの各段の同位体分離手段３０−１，…，３０−ｎは、それぞれ、実質的に同じ構成であるため、段数を区別する必要がない場合には、単に同位体分離手段３０と称して説明する。
【００１８】
同位体分離装置１０（同位体分離手段３０）において、分離容器１１は、水素または酸素の同位体を分離する被処理液１を蓄える容器である。被処理液１が導入される分離容器１１の内部には、被処理液１が貯留される液相部分としての液相領域２と、液相領域２の上方（被処理液１の上部に形成される空間）であって気体が充満した気相部分としての気相領域３とが形成される。
【００１９】
分離容器１１内で下方に形成される液相部分２には、被処理液１を分離容器１１内に導入する流路として、導入ライン２１と戻りライン２２が設けられている。また、分離容器１１内で液相領域２の上方に形成される気相領域３には、分離容器１１の内部と外部とで気体５を通気させる流路（気体移送ライン）２３が設けられている。
【００２０】
超音波印加部１２は、超音波となる周波数帯（人間の可聴域よりも高い周波数であり、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯）の超音波を発生する機能を有し、発生した超音波をミスト化させたい被処理液１へ照射する。被処理液１をミスト化するのに有効な条件を満たす超音波を被処理液１へ照射すると、界面６で被処理液１の一部がミスト化して、気相領域３に被処理液１に由来するミストが発生する。
【００２１】
超音波印加部１２は、例えば、発振周波数を有する電気信号（デジタルパルス）を生成する発振器と、発振器で生成された電気信号を機械的な振動周波数および振幅に変換して超音波を発生させる振動子とを備える。発振器は、少なくとも電気信号の発振周波数を調整する調整機能を有しており、当該電気信号の発振周波数を調整することで、振動子で生じる超音波の周波数を調整することができる。
【００２２】
同位体分離装置１０（同位体分離手段３０）では、超音波印加部１２で生成され、被処理液１へ加えられる超音波の周波数が５００キロヘルツ[ｋＨｚ]以上１５メガヘルツ[ＭＨｚ]以下が被処理液１をミスト化するのに有効であるという発明者の知見に基づき、超音波印加部１２は、少なくとも発生させる超音波の周波数を５００ｋＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲内で調整可能に構成される。
【００２３】
超音波印加部１２の振動子は、例えば分離容器１１内の底部等の分離容器１１内における被処理液１の液面、すなわち、液相領域２と気相領域３との界面６の方向へ発生した超音波を照射可能な位置に配設される。
【００２４】
図１に例示される同位体分離装置１０では、超音波印加部１２の振動子は、分離容器１１内の底部に防水処理（シーリング処理）を施して埋め込まれており、振動面が被処理液１に接触している。超音波印加部１２（振動面）の超音波振動により、被処理液１に照射された超音波は、その少なくとも一部が液相領域２と気相領域３との界面６の方向へ照射される。
【００２５】
制御手段１３は、少なくとも、超音波印加部１２で生じる超音波の周波数を制御する機能を有する超音波制御部を備える。すなわち、制御手段１３は、少なくとも、超音波制御手段として機能する。
【００２６】
図１に示される同位体分離装置１０では、制御手段１３が、例えば、超音波印加部１２で生じる超音波の周波数を制御する手段（超音波制御部）と、圧力制御手段（圧力制御部）と、分離容器１１内の気相部分の温度を制御する手段（温度制御部）と、分離容器１１内の被処理液１の液位、すなわち、被処理液１の分離容器１１内への導入量を制御する手段（導入量制御部）と、ガス移送部１４の入切（ＯＮ／ＯＦＦ）および移送量等の移送条件を制御する手段（ガス移送制御部）としての機能を有している。
【００２７】
換言すれば、制御手段１３は、超音波制御部、圧力制御部、温度制御部、導入量制御部、およびガス移送制御部としての役割を果たす。
【００２８】
圧力制御部としての制御手段１３は、分離容器１１内の気相領域３の圧力を調整する圧力調整部１７に対して、分離容器１１内の気相領域３の圧力を検出する検出部１７ａが検出した検出値（圧力値）が、設定される圧力条件を満たすように圧力調整指令を与える。制御手段１３から与えられる圧力調整指令を受け取った圧力調整部１７は、受け取った圧力調整指令に基づいて分離容器１１内の気相領域３の圧力を調整する。
【００２９】
また、圧力制御部としての制御手段１３は、分離容器１１内の気相部分の圧力が１キロパスカル［ｋＰａ］以上１５０キロパスカル［ｋＰａ］以下が被処理液１をミスト化するのに有効であるという発明者の知見に基づき、分離容器１１の内部の気相部分の圧力が１［ｋＰａ］〜１５０［ｋＰａ］程度となるように制御する。
【００３０】
当該圧力範囲内においては、界面６で被処理液１を継続的にミスト化できるので、分離容器１１の内部の気相領域３の圧力を制御することによって、被処理液１のミスト化を制御することができる。なお、より好適なミスト化条件を達成するために圧力制御に加えて後述する温度制御を併用することもできる。
【００３１】
温度制御部としての制御手段１３は、分離容器１１内の気相領域３の温度を調整する温度調整部１８に対して、分離容器１１内の気相領域３の温度を検出する検出部１８ａが検出した検出値（温度値）が、設定される温度条件を満たすように温度調整指令を与える。制御手段１３から与えられる温度調整指令を受け取った温度調整部１８は、受け取った温度調整指令に基づいて分離容器１１内の気相領域３の温度を調整する。
【００３２】
温度調整部１８は、例えば、検出部１８ａの検出値に基づいて加温するヒータ等で構成される。同位体分離装置１０（同位体分離手段３０）において、温度の調整を可能に構成しているのは、被処理液１の粘性がミスト化の有無およびミスト発生量と関連しているためである。
【００３３】
導入量制御部としての制御手段１３は、分離容器１１内の被処理液１の液位を検出する液位検出部１９の検出値（液位値）に応じて、設定される液位条件を満たすように、例えば、被処理液１の導入ライン２１に配設される弁２４に対して、開度を調整する弁開度調整指令を与える。ここでいう開度調整指令には、全閉（開度０％）と全開（開度１００％）とを切り替える指令も含まれる。
【００３４】
制御手段１３から与えられる弁開度調整指令を受け取った弁２４は、受け取った弁開度調整指令に基づいて弁２４の開度を調整し、弁２４を通過して分離容器１１内に流入する被処理液１の液量を調整する。
【００３５】
ガス移送制御部としての制御手段１３は、ガス移送部１４の入切（ＯＮ／ＯＦＦ）および設定される移送条件を満たすように、例えば、ガス移送部１４に対して、ガス移送部１４を入（ＯＮ）状態とする、または切（ＯＦＦ）状態とする入切指令およびガス移送部１４のガス移送量を調整するガス移送量調整指令を与える。
【００３６】
制御手段１３から与えられる入切指令を受け取ったガス移送部１４は、入切指令の内容に応じて、ガス移送部１４を入（ＯＮ）状態または切（ＯＦＦ）状態とする。また、制御手段１３から与えられるガス移送量調整指令を受け取ったガス移送部１４は、ガス移送量調整指令に基づいて、分離容器１１の内部から外部へ移送する分離容器１１内の気体の単位時間当たりの移送量を調整する。
【００３７】
ガス移送部１４は、分離容器１１の内部で気相領域３を形成する気体５を分離容器１１の内部から外部へ移送する機能を有する。
【００３８】
ガス移送部１４は、例えば、分離容器１１内の気相領域３へ案内されるガス移送ライン（パージライン）２３からパージガス７を供給するとともに、分離容器１１内の気相領域３と分離回収部１５とを接続するガス移送ライン（パージライン）２３から分離容器１１内の気体５を分離容器１１の内部から外部の分離回収部１５側へ押し出す（移送する）パージガス供給部１４ａや、分離容器１１の気体領域と分離回収部１５とを接続するガス移送ライン（吸気ライン）２３上に設けられるポンプ等のガス吸引手段によって分離容器１１内の気体５を分離容器１１の内部から外部の分離回収部１５側へ吸引する（移送する）ガス吸引部１４ｂ等で構成される。
【００３９】
ガス移送部１４におけるガス移送量の調整は、例えば、ガス移送部１４がパージガス供給部１４ａを備えている場合には、パージガス供給部１４ａが供給するパージガス３の供給量を調整することによって行われる。また、ガス移送部１４がガス吸引部１４ｂを備えている場合には、ガス吸引部１４ｂのガス吸引量を調整することによって行われる。
【００４０】
分離回収部１５は、少なくとも、ガス移送部１４によって、分離容器１１の外部へ導かれた気体中に含まれる蒸気成分に対して、所望の成分を多く含む一部を全体から分離する機能を有する。
【００４１】
図１に例示される同位体分離装置１０では、分離回収部１５は、所望の成分を多く含む一部を全体から分離する機能と、分離した所望の成分を多く含む一部を回収する機能とを有しており、例えば、ミストセパレータ等の物質分離機器で構成される。物質分離機器の方式については、分離回収する蒸気成分を構成する物質等を考慮して種々の方式から適宜選択される。
【００４２】
分離回収部１５に移送される蒸気成分には、質量または質量と径に差異がある同位体を含む物質が混在しているため、遠心分離などの当該差異を利用した分離技術を採用することは、分離効率をより高める観点から有効と考えられる。
【００４３】
従って、分離回収部１５は、一例として、分離回収部１５に導入された蒸気成分を構成する物質の径や質量の違いに基づいて全体から同程度の径や質量を有する部分と、その他の部分（同程度ではない残り部分）とに分離し、分離した所望の一方を回収可能に構成される。
【００４４】
分離回収部１５は、同位体分離装置１０の同位体分離手段３０が１段の場合、分離回収部１５に移送された気体から所望の蒸気成分を回収した後の残り分は、分離容器１１、または同位体分離装置１０に対する外部装置等の装置外へ移送される。同位体分離手段３０が多段の場合、分離回収部１５に移送された気体から所望の蒸気成分を回収した後の残り分は、同段（第１段目）の同位体分離手段３０−１の分離容器１１、次段（第２段目）の同位体分離手段３０−２の分離容器１１、または同位体分離装置１０外部へ移送される。
【００４５】
なお、同位体分離装置１０の同位体分離手段３０が１段の場合であり、分離回収部１５が分離した所望の成分を多く含む一部を回収する機能を有していない場合には、容器等の別途、所望の成分を多く含む一部を回収する構成要素を接続すればよい。また、同位体分離手段３０が多段の場合、最終段の分離回収部１５が分離した所望の成分を多く含む一部を回収するための容器等を最終段の分離回収部１５に接続すればよい。
【００４６】
また、同位体分離装置１０（同位体分離手段３０）において、分離回収部１５は、分離した所望の蒸気成分を回収した後の残り分について、分離した所望の蒸気成分と区別して別途回収するように構成されていてもよい。すなわち、分離回収部１５に導入された蒸気成分を所望の蒸気成分とその他の部分とに分離した状態で両方を回収可能に分離回収部１５を構成してもよい。
【００４７】
次に、本発明の実施形態に係る同位体の分離方法の一例として、まず、同位体分離手段３０が１段（ｎ＝１）である同位体分離装置１０（同位体分離手段３０−１）を用いた同位体の分離方法（以下、「第１の同位体分離方法」とする。）について説明する。
【００４８】
第１の同位体分離方法では、被処理液１中に存在するＨ２Ｏの水素または酸素の同位体を分離する観点から、例えば、超音波印加部１２が、分離容器１１内の被処理液１中に超音波場を形成するための超音波を印加して分離容器１１の内部でミストを発生させるミスト発生ステップと、ガス移送部１４が、気相領域３に浮遊し、ミストを構成する蒸気成分を含む気体５を分離容器１１の内部から外部へ導くミスト移送ステップと、分離回収部１５が、分離容器１１の外部へ導かれた気体５中に含まれる蒸気成分の少なくとも一部を全体から分離して回収する同位体分離回収ステップとを備える。
【００４９】
分離容器１１の内部でミストを発生させるステップでは、超音波印加部１２がミストの発生条件を満たす周波数帯の超音波を被処理液１に照射する。すると、被処理液１中に超音波場が形成され分離容器１１の内部でミストが発生する。
【００５０】
続いて、ミストを構成する蒸気成分を含む気体５を分離容器１１の内部から外部へ導くステップでは、ガス移送部１４が、気体５を分離容器１１の内部から分離容器１１の外部に配設される分離回収部１５へ移送する。気体５を分離回収部１５へ移送することで気体５に含まれる蒸気成分を分離回収部１５へ移送する。
【００５１】
続いて、気体５中に含まれる蒸気成分の少なくとも一部を分離回収するステップでは、分離回収部１５が、移送されてきた蒸気成分から所望の蒸気成分を分離し、所望の蒸気成分を回収する一方、残りを分離回収部１５の外部へ移送する。本ステップには、例えば、蒸気成分を構成する物質の質量に応じて分離するステップおよび蒸気成分を構成する物質の径に応じて分離するステップが含まれている。
【００５２】
なお、第１の同位体分離方法は、上述したステップの他、より多くのミストを発生させる、継続的にミストを発生させる等の観点から、気相領域３の温度制御ステップ、気相領域３の圧力制御ステップ、被処理液１の高さ制御ステップのうち、少なくとも何れかの制御ステップをさらに備えていてもよい。
【００５３】
気相領域３の温度制御ステップは、気相領域３の温度を検出部１８ａが検出し、検出部１８ａが検出した検出値に基づいて温度制御部としての制御手段１３が所定の温度範囲内に収まるように気相領域３の温度を制御する制御ステップである。
【００５４】
気相領域３の圧力制御ステップは、気相領域３の圧力を検出部１７ａが検出し、検出部１７ａが検出した検出値に基づいて圧力制御部としての制御手段１３が所定の圧力範囲内に収まるように気相領域３の圧力を制御する制御ステップである。
【００５５】
被処理液１の高さ制御ステップは、分離容器１１の内部における被処理液１の高さ（液位）を検出し、検出した被処理液１の高さに基づいて、被処理液１の高さが所定の高さ範囲内に収まるように、被処理液１の液位、すなわち、分離容器１１の内部へ導入される被処理液１の量を制御する制御ステップである。
【００５６】
気相領域３の温度制御ステップ、気相領域３の圧力制御ステップ、被処理液１の高さ制御ステップのうち、少なくとも何れかの制御ステップをさらに備えることで、界面６での超音波出力をより安定させることができ、継続的に同位体の分離処理を行うことができる。すなわち、同位体の分離性能を安定的に保つ（維持する）ことができる。
【００５７】
続いて、ｎが複数の場合における同位体分離装置１０（同位体分離手段３０−１〜３０−ｎ）を用いた同位体の分離方法（以下、「第２の同位体分離方法」とする。）について説明する。
【００５８】
第２の同位体分離方法では、直列に多段接続された同位体分離手段３０−１〜３０−ｎを具備する同位体分離装置１０を用いた、いわゆるカスケード処理である。
【００５９】
すなわち、各段の同位体分離手段３０−１〜３０−ｎにおいて、第１の同位体分離方法における、ミスト発生ステップ、ミスト移送ステップおよび同位体分離回収ステップを備える同位体分離工程が行われる。各段の同位体分離回収ステップにおいて、分離回収部１５に移送された気体から所望の蒸気成分を分離して回収した後、回収後の残り分は、次段（例えば、同位体分離手段３０−１の場合には第２段目の同位体分離手段３０−２）の分離容器１１、または同段（例えば、同位体分離手段３０−１の場合には同位体分離手段３０−１）の分離容器１１へ移送される。
【００６０】
同位体分離装置１０（同位体分離手段３０）および第１，２の同位体分離方法によれば、被処理液１中に存在する水素または酸素の同位体を高い分離効率で簡便に分離することができ、従来よりも分離性能、簡便さ、および経済性の面で優れた同位体分離技術を提供することができる。従って、同位体分離装置１０（同位体分離手段３０）および第１の同位体分離方法は、例えば、高濃度のトリチウム水（ＨＴＯ、ＤＴＯ、またはＴ２Ｏ、主成分はＨＴＯ）を処理する技術として適用でき、従来よりも分離性能が高く、簡便で、経済性に優れた処理技術を提供することができる。
【００６１】
また、同位体分離装置１０（同位体分離手段３０）および第１，２の同位体分離方法によれば、被処理液１中の超音波の周波数、分離容器１１内の気相領域３の温度および圧力、および分離容器１１内の被処理液１の高さ（液位）等を制御することによって、安定的な同位体分離処理を行うことができる。
【００６２】
被処理液１をミスト化するのに有効な条件は、例えば、超音波の方向が液相領域２と気相領域３との界面６を向くようにして被処理液１へ加えられる超音波の周波数が５００[ｋＨｚ]〜１５[ＭＨｚ]程度であること、分離容器１１内の気相領域３の圧力が１［ｋＰａ］〜１５０［ｋＰａ］程度であること、および被処理液１の高さ（液位）は同位体分離処理開始時の液位からなるべく変動させないことである。制御手段１３は、被処理液１をミスト化するのに有効な条件のうち少なくとも１個を満たすように制御することが好ましい。
【００６３】
同位体分離装置１０（同位体分離手段３０）および第２の同位体分離方法によれば、複数個の同位体分離手段３０を多段接続（直列に複数個を接続）することによって、いわゆるカスケード処理が可能となり、同位体の分離効率をより高めることができる。
【００６４】
なお、図１に例示した同位体分離装置１０は、ガス移送部１４として、パージガス供給部１４ａおよびガス吸引部１４ｂを備える一例であるが、分離容器１１内の気体５を分離容器１１の内部から外部の分離回収部１５側へ移送する機能を満足する場合には、パージガス供給部１４ａおよびガス吸引部１４ｂの一方が省略されていてもよい。
【００６５】
以上、少なくとも１段の同位体分離手段３０を具備する同位体分離装置１０および第１，２の同位体分離方法によれば、被処理液１中に存在する水素または酸素の同位体を高い分離効率で簡便に分離することができ、従来よりも分離性能、簡便さ、および経済性の面で優れた同位体分離技術を提供することができる。
【００６６】
また、同位体分離装置１０において、同位体分離手段３０を直列に多段化し、例えば、分離回収部１５で分離して回収した一方を次段の同位体分離手段３０へ移送し、他方を同段の同位体分離手段３０へ戻すように構成する等のいわゆるカスケード処理可能に接続することで、同位体分離装置１０における同位体の分離効率を高めることができる。
【００６７】
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することが可能である。本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
１  被処理液
２  液相領域（液相部分）
３  気相領域（気相部分）
５  気体
７  パージガス
８  ハロゲン化物溶液
１０  同位体分離装置
１１  分離容器
１２  超音波印加部
１３  制御手段
１４  ガス移送部
１４ａ  パージガス供給部
１４ｂ  ガス吸引部
１５  分離回収部
１７  圧力調整部
１７ａ  検出部
１８  温度調整部
１８ａ  検出部
１９  液位検出部
２１  導入ライン
２２  戻りライン
２３  気体移送ライン
２４  弁
３０（３０−１〜３０−ｎ）  同位体分離手段
【図１】
2017056422.tif 000003