(57)【要約】      （修正有）【課題】原子力施設の放射能汚染水に含有される稀薄な重水、トリチウム水を利用して核融合変換を起こして無害化する放射能汚染水無害化装置を提供する。【解決手段】強力な超音波照射によってキャビテーションを発生させ、微小泡の圧壊衝撃によって汚染水の水素結合を切断して、重水素、トリチウムを発生させ、金属パラジウムの表面で核融合変換を起こす。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力施設の放射能汚染水を、パラジウム表面で超音波キャビテーションによる微小気泡の圧壊を利用して核融合反応を起こして無害化することを特徴とする放射能汚染水無害化装置。
【請求項２】
請求項１における超音波キャビテーションによる微小気泡圧壊点をパラジウム表面で多くするために、パラジウム被覆した金網または穴開き板を林立させることを特徴とする放射能汚染水無害化装置。
【請求項３】
請求項２における反応槽の材質、反応槽内に林立させる金網または穴開き板の材質は、ＳＵＳ３１６以上の耐蝕性のステンレスを採用することを特徴とする放射能汚染水無害化装置。
【請求項４】
前項に採用される反応槽底に外付けされる超音波振動子は、強度が１Ｗ／ｃｍ２以上であり、定在波にならないように隣接素子間で放射位相がずれていることを特徴とする放射能汚染水無害化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、原子力発電所・使用済み核燃料再処理工場等で発生する放射能汚染水を無害化する装置に関するものである。放射性原子を核変換して無害化する装置である。
【背景技術】
【０００２】  超音波洗浄器では、気泡が発生し、成長し、壊れる。これらの一連の気泡運動はキャビテーションと呼ばれている。微小な気泡が水中に存在し、微細なゴミ（固体微粒子）の表面や、容器壁等に形成されるキズや窪みに気体が補足されている。超音波による圧力振動が気泡を発生させ、気泡は、正の圧力の半周期において収縮し、負の圧力の半周期において膨脹する気泡振動繰り返し、不均等拡散機構による面積効果と殻効果によって図１のように成長していく。さらに、超音波の強さが強力になると、急激な収縮運動が起り、瞬間的に気泡内部では数千度・数百気圧以上の極限環境になる（図２）。この圧壊という気泡運動がソノケイストリーと呼ばれる超音波化学作用の源であり、身近な眼鏡洗浄、金属加工やプラスチック射出成型のバリ取りの衝撃波になる（［非特許文献１］）。【０００３】  超音波キャビテーションの気泡が圧壊する時、気液界面で水分子がＯＨラジカルと水素原子Ｈに分解される。このことは、ベンゼン環に塩素原子３個が結合したトリクロロフェノールが分解されて、次第に透明な液が着色して来ることから実証される。トリクロロフェノールの分解着色は、ＯＨラジカルと塩素原子Ｃｌが発生する次亜塩素酸ＨＯＣｌ溶液で既に確認されている。【０００４】  図３のように、水分子は水素結合によって繋がり、巨大分子を構成している。水素結合Ｈ−Ｏの乖離熱は〜３０ＫＪ／ｍｏｌで、水素分子Ｈ−Ｈの乖離熱４３６ＫＪ／ｍｏｌよりずっと小さい。この関係は、水素ガスからよりも水からの方が水素原子Ｈが容易に分離されることを示している。【０００５】  原子力発電所の炉心循環水、使用済み核燃料プールの冷却水、核燃料再処理施設の処理水では、軽水が中性子を繰り返し浴びて、軽水の水素原子が重水素原子Ｄに、さらに重水素原子Ｄがトリチウム原子Ｔに変換されて、重水、トリチウム水に変わる。制御棒に含まれる硼素、中性子吸収液の硼酸からのＢが、さらに、加圧水型原子炉でｐＨ調整のために添加されるＬｉＯＨからのＬｉが、中性子を吸収して、ＢまたはＬｉ＋ｎ→Ｈｅ＋Ｔの反応でトリチウムができるのでトリチウム水が多くなる。【０００６】  軽水、重水、トリチウム水は水素結合（図３）によって繋がり、巨大分子を構成している。これらの水素結合を、超音波キャビテーションの気泡圧壊で容易に切ることができる。その時、気泡内部は太陽表面に近い数千度・数百気圧以上の極限状態になる。
太陽表面では重水素ＤとトリチウムＴが核融合してヘリウムと中性子が発生し、その放出エネルギーで輝き続ける（図４）。地上で太陽をつくる核融合は、重水素とトリチウムを磁場で閉じ込めて核融合させるものである。核燃料汚染水を超音波キャビテーションさせることは、重水素ＤとトリチウムＴからヘリウムが生まれる核融合を空間の１点で瞬間に実現することである。【０００７】  近年、常温核融合の事例が散見される（［非特許文献２，３］）。いずれも共通することは、重水素Ｄと金属のパラジウムＰｄの組合せである。パラジウムは水素を吸蔵し、その体積比率は９３５倍と大きい。田中貴金属工業株式会社のパラジウム水素透過薄膜は、水素だけを通す選択透過性を利用して水素ガスの精製を実現している。水素分子はパラジウム薄膜の中で水素原子に分離し、薄膜を通過して外に出ると水素分子に戻ると想定されている。三菱重工からの報告では、重水素を透過させるパラジウム多層膜の内部のセシウムＣｓ原子が、原子番号の大きい原子に核変換している（図５）。【０００８】  中性子を含まない水素原子核よりも、中性子を余分に１個含む重水素原子核の方が、さらに、中性子を余分に２個含むトリチゥム原子核の方が不安定なので、トリチウム水が含まれる放射能汚染水の方が、核変換無害化処理は容易である。そして、核分裂するウランやプルトニウム、核分裂した放射性元素は不安定であるので、容易に安定な元素に核変換されると想定される。但し、水に溶けて居なければならない。このように、凶を吉に転ずるのが本特許の意図である。
【特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ソノプロセスのはなし−超音波の化学工学利用−；飯田康夫、日刊工業新聞社、２００６年発行。
【非特許文献２】第１２回凝集系核科学国際会議見聞、水素エネルギーシステム３１巻、Ｎｏ．１（２００６）
【非特許文献３】凝集系核科学の現状と将来、東京工業大学蔵前会館セミナー、２０１５年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  超音波キャビテーションによって、放射能汚染水に太陽表面と同様な極限状態をつくるためには、強力な超音波装置が必要である。【００１１】  そして、散在・漂在する微小気泡の圧壊点が、パラジウム表面で起らなければならない。そのためには、パラジウム表面が同様に水中に散在して表面積が大きく、水の流れがあることである。【００１２】  福島第１原発の放射能汚染水は１００万トンに近い大量である。重元素の核分裂放射性元素を除いた６０万トンのトリチウム水の放射能強度は４２０万ベクレル／リットルである。
トリチウムの崩壊半減期１２．３年から概算すると、崩壊前トリチウム原子の個数は３×１０１４／リットルとなり、自然水の軽水分子の個数３×１０２５／リットル、自然水に含まれる重水分子の個数４×１０２１／リットルと比較すると、極端に薄い濃度である。超大量の稀薄放射能汚染水を処理しなければならない。しかし、１０８個／ｍｍ３（１ｍｍ３当り１億個）の濃度である。簡単な構造で増設容易な装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  パラジウムをメッキまたはスパッタ法で被覆した耐蝕性のＳＵＳ３１６Ｌ線の網または穴開き（パンチ）板を核変換反応槽に林立させる。反応槽の底から垂直方向に超音波が放射する。垂直なパラジウム被覆の網または穴開き（パンチ）板と直角にキャビテーション気泡が漂い、パラジウム表面と衝突する。連続処理の場合は、直方体の反応槽の給水側から出水側に緩やかに水が流れる。【００１４】  核変換反応槽の底には外付けで超音波振動子が並ぶ。その出力強度は、超音波振動子箱にした場合は１Ｗ／ｃｍ２以上のものを採用する。キャビテーションが均一に発生するように、定在波が発生しないように、隣接各超音波振動子の放射位相をずらす。
【発明の効果】
【００１５】  原子力施設で発生する重水、トリチウム水が混合されている放射能汚染水から、トリチウムがヘリウムに変換されて無害化される。
トリチウム水、さらに原子番号の大きい核分裂放射性元素が含まれる放射能汚染水が核変換されて無害化される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  気泡の成長
【図２】  気泡圧壊の理論計算
【図３】  水分子の水素結合
【図４】  Ｄ−Ｔ反応
【図５】  三菱重工発表の重水素−Ｐｄ多層膜による元素変換
【図６】  パラジウム被覆網または穴開き板林立スタンド
【図７】  核変換反応処理槽
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１７】▲１▼核変換反応処理槽（図７）：下記仕様の槽を直並列に多数設置する。
・深さ９０ｃｍ、幅４４ｃｍ、長さ２２０ｃｍ。
・処理槽底外付けに超音波振動子が並ぶ。強度は２Ｗ／ｃｍ２である。
・給水ホースは上から入り底から出水、出水口は７０ｃｍ高さにある流水連続型。
・反応槽は、ＳＵＳ３１６以上の耐蝕性ステンレス。
・放射能汚染水の飛散と、トリチウム水の蒸散を塞ぐために蓋をする。
・蓋の材質は放射能強度に拠るが、トリチウム水の場合は透明樹脂蓋にする。
▲２▼処理流量・流速・処理量
・流量：    ５リットル／分、
・有効断面積：  ４０ｃｍ×５０ｃｍ＝２０００ｃｍ２、
・流速：    ２．５ｃｍ／分＝１５０ｃｍ／時、到達長さ１．５ｍ／時
・処理量：５リットル／分×６０分＝３００リットル／時、３００リットル／時×２４時＝７．２トン／日
▲３▼Ｄ−Ｔ反応による発熱量と水温上昇
・Ｄ−Ｔ反応による放出エネルギー：３．５＋１４．１＝１７．６Ｍｅｖ
１ｅｖ＝１．６×１０−１９Ｊ    １Ｍｅｖ＝１．６×１０−１３Ｊ
１７．６Ｍｅｖ＝１７．６×１．６×１０−１３Ｊ＝２．８×１０−１２Ｊ
１時間の処理量＝３００リットルの反応個数：３００リットル×（３×１０１４／リットル）〜１０１７
２．８×１０−１２Ｊ×１０１７／（３００リットル×１０００ｃｃ）〜１Ｊ／ｃｃ
４．２Ｊ＝１ｃａｌなので水温昇温は無視できる程小さい。
▲４▼反応槽底に並べる超音波振動子箱からの発熱と水温上昇
・２Ｗ／ｃｍ２×（２０ｃｍ×３０ｃｍ）＝１２００Ｗ  １Ｗ＝１Ｊ／秒  ３６００Ｊ／時
・１２００Ｗ×１０台＝１２０００Ｗ／槽
・１２０００×３６００Ｊ＝４．３×１０７Ｊ〜１０７ｃａｌ
・１０７ｃａｌ／（１時間の処理水量３００リットル＝３×１０５ｃｃ）＝３３℃の水温上昇。
・給水温度〜２０℃とすると〜５０℃の出水になるので、蒸散を塞ぐため蓋をする。
【産業上の利用可能性】
【００１８】  福島第一原発の放射能汚染水の処理、その他の原子力発電所から放水されている放射能汚染水の処理、六ケ所村再処理工場の放射能汚染水の無害化処理が可能になる。また、試験使用・少量使用されるアイソトープの廃棄無害化処理に応用できる。その場合は、重水に溶かして処理する。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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