(57)【要約】【課題】トリチウム含有水のトリチウム濃度を連続的に計測するトリチウム濃度計測装置を提供する。【解決手段】トリチウム濃度計測装置は、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含むトリチウム吸着材を有する本体をトリチウム含有水に浸漬することで、トリチウムを吸着し、該吸着されたトリチウムからの電子線の指標を示す物理量に基づいてトリチウム濃度を計測する。【選択図】図１
2017015543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリチウム含有水のトリチウム濃度を計測するトリチウム濃度計測装置であって、
本体と、
スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含み、前記本体に前記トリチウム含有水に接触可能に配置されたトリチウム吸着材と、
前記トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムからの電子線の指標を示す物理量を計測する計測手段と、
前記物理量に基づいて、前記トリチウム濃度を算出する算出手段と
を備えることを特徴とするトリチウム濃度計測装置。
【請求項２】
前記本体は、接地線を介して接地された導体であり、
前記計測手段は、前記物理量として前記接地線を流れる電流値を検知することを特徴とする請求項１に記載のトリチウム濃度計測装置。
【請求項３】
複数の前記導体が前記接地線に対して並列に接続されており、
前記計測手段は、前記物理量として、前記複数の導体から前記接地線に流れる電流値の合計を計測することを特徴とする請求項２に記載のトリチウム濃度計測装置。
【請求項４】
前記トリチウム吸着材に接触するように配置され、前記電子線により発行可能な蛍光体を更に備え、
前記計測手段は、前記物理量として、前記蛍光体から発せられた光を計測することを特徴とする請求項１に記載のトリチウム濃度計測装置。
【請求項５】
前記本体は透過性材料を含み、外表面が前記トリチウム吸着材で覆われ、且つ、内表面が反射膜で覆われた円筒形状を有しており、
前記計測手段は、前記円筒形状の内側を介して出力される光を前記物理量として計測することを特徴とする請求項４に記載のトリチウム濃度計測装置。
【請求項６】
前記本体は、前記電子線により発光可能な蛍光体を含む透過性材料からなり、
前記本体と前記トリチウム吸着材との間に設けられ、接地線に接続された導体膜と、
を備え、
前記計測手段は、前記物理量として前記接地線に流れる電流、及び、前記蛍光体から発せられる光を計測することを特徴とする請求項１に記載のトリチウム濃度計測装置。
【請求項７】
前記トリチウム含有水から前記トリチウムを分離するトリチウム分離システムであって、
前記トリチウム含有水を、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含むトリチウム吸着材に接触させることにより、前記トリチウムの吸着処理を実施し、
請求項１から６のいずれか１項に記載のトリチウム濃度計測装置によって、前記トリチウム含有水のトリチウム濃度を計測することによりモニタリングすることを特徴とするトリチウム分離システム。
【請求項８】
前記トリチウム濃度計測装置によって計測された前記トリチウム濃度が予め設定された目標値以下となるタイミングで、前記吸着処理を終了させることを特徴とする請求項７に記載のトリチウム分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、トリチウム含有水のトリチウム濃度を計測するトリチウム濃度計測装置、及び、該トリチウム濃度計測装置を備えるトリチウム分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
核分裂反応を利用する原子力施設では、核分裂反応によって生じた放射性物質を含む廃水が生成される。このような廃水には様々な放射性物質が含まれている。セシウムやストロンチウムをはじめとする大半の放射性物質は、技術の進歩によって、既存の浄化設備でも比較的除去可能であるが、トリチウム（Ｔ）のように分離が困難な物質も存在する。特にトリチウムは水素（Ｈ）の放射性同位体であり、典型的には、同位体水（Ｔ２Ｏ、ＴＨＯ）やトリチウムイオン（３Ｔ＋）として通常の水（Ｈ２Ｏ）の中に存在するため、他の同位体と分離することが困難である。
【０００３】
トリチウムの分離技術として、他の同位体との僅かな沸点差を利用する蒸留プロセスが知られているが、大がかりな設備が必要となるためコストが高く、大容量の廃水処理には向いていない。またトリチウム含有水の分離以外による処理方法としては、長期的に廃水を貯留することによって放射能減衰を図る方法もあるが、トリチウムの半減期は約１２年と長い。そのため、やはり大容量の廃水を処理するためには大規模な貯留設備が必要となってしまい、適していない。
【０００４】
このような課題を解決するための一つの手掛かりとして、特許文献１では、トリチウムを吸着により分離可能な新規な材料として、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンが開示されている。このような新規材料による吸着反応では、従来の蒸留プロセスに比べてエネルギー消費が少なく、簡易な設備でトリチウム分離が可能であることが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１５／０３７７３４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１によれば、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンによるトリチウム吸着効果は、該物質がトリチウム含有水と接触した後、しばらくの間は良好に得られる一方で、所定時間が経過すると一度吸着されたトリチウムが放出される性質が示されている。そのため、トリチウム含有水からトリチウム分離を行う際には、然るべきタイミングでトリチウム含有水からトリチウム吸着材を離脱させなければ、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムが再びトリチウム含有水に放出されてしまい、トリチウムの分離性能が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
このような問題を解決するためには、処理対象であるトリチウム含有水についてトリチウム濃度を連続的に監視し、トリチウム濃度が十分に低減されたタイミングで吸着処理を終了させることで、その後のトリチウム放出による濃度悪化を回避する必要がある。ここでトリチウム濃度の測定手法の幾つかは従来から知られているものも存在するが、これは以下に説明するように、上記用途には適さない。従来の典型的なトリチウム濃度の測定方法としては、例えば、測定対象であるトリチウム含有水を採取し、それを標準の発光物質を加えて標準セルに入れ、液体シンチレーションカウンタにて一定時間の発光量で検知する方法がある。この手法はバッチ式で実施されるため、特定の対象のトリチウム濃度を連続的に監視する用途には向いていない。また原子力設備で排出されるトリチウム含有水は例えば１ＭＢｑ／Ｌ程度の低い線量率であるため、従来方法ではトリチウム濃度を定量的に測定するには分単位を要することからも、トリチウム濃度を監視する用途としては、タイムラグが大きく、向いていない。
【０００８】
本発明の少なくとも１実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、トリチウム含有水のトリチウム濃度を連続的に計測可能なトリチウム濃度計測装置、及び、当該トリチウム濃度計測装置を備えるトリチウム分離システム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】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも１実施形態に係るトリチウム濃度計測装置は上記課題を解決するために、トリチウム含有水のトリチウム濃度を計測するトリチウム濃度計測装置であって、本体と、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含み、前記本体に前記トリチウム含有水に接触可能に配置されたトリチウム吸着材と、前記トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムからの電子線の指標を示す物理量を計測する計測手段と、前記物理量に基づいて、前記トリチウム濃度を算出する算出手段とを備える。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、トリチウム吸着材が設けられた本体が測定対象であるトリチウム含有水に浸漬されると、トリチウム吸着材がトリチウム含有水に接触し、トリチウム吸着材に含まれるスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンにトリチウムが吸着される。計測手段はトリチウム吸着材に吸着されたトリチウムからの電子線の指標を示す物理量を計測し、算出手段によってトリチウム濃度が算出される。ここで、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムはトリチウム含有水中に比べて大幅に濃縮されているため、計測手段はトリチウム吸着材に吸着されたトリチウムからの電子線を計測することにより、良好な計測精度が得られる。このように本構成では、バッチ式ではなく、計測対象であるトリチウム含有水からトリチウム吸着材に吸着されたトリチウムからの電子線を計測することによりトリチウム濃度が算出できる。これは、トリチウム濃度の連続的な監視にも適用可能である。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記本体は、接地線を介して接地された導体であり、前記計測手段は、前記物理量として前記接地線を流れる電流値を検知する。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、接地線には、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムから放出される電子線によって電子の流れが誘起され、電流が流れる。この電流の大きさは、トリチウムの吸着量に対応するため、当該電流値を検知することによりトリチウム濃度を好適に計測できる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、複数の前記導体が前記接地線に対して並列に接続されており、前記計測手段は、前記物理量として、前記複数の導体から前記接地線に流れる電流値の合計を計測する。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、例えばトリチウム含有水のトリチウム濃度が低いことによりトリチウム吸着材に吸着されたトリチウムからの電子線が微弱である場合であっても、同等の構成を接地線に対して並列に複数設けることにより、各々からの電流値の合計を物理量として計測することで、濃度計測が可能となる。すなわち、高精度なトリチウム濃度が可能である。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記トリチウム吸着材に接触して配置され、前記電子線により発行可能な蛍光体を更に備え、前記計測手段は、前記物理量として、前記蛍光体から発せられた光を計測する。
【００１６】
上記（４）の構成によれば、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムから放出される電子線は、該トリチウム吸着材に接触する蛍光体を発光させる。蛍光体から発せられる光強度は、トリチウム吸着材の吸着量に依存するため、計測手段は発光量を物理量として検知することにより、トリチウム濃度を計測できる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、前記本体は透過性材料を含み、外表面が前記トリチウム吸着材で覆われ、且つ、内表面が反射膜で覆われた円筒形状を有しており、前記計測手段は、前記円筒形状の内側を介して出力される光を前記物理量として計測する。
【００１８】
上記（５）の構成によれば、本体の外表面を覆うトリチウム吸着材に吸着されたトリチウムから放出される電子線によって蛍光体が発光する。蛍光体から発せられる光は、透明性材料を含む本体を透過し、円筒形状の内側を介して出力される。円筒形状の内表面は反射膜で覆われているため、蛍光体からの光は広範囲に亘って集光され、良好な計測精度が得られる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記本体は、前記電子線により発光可能な蛍光体を含む透過性材料からなり、前記本体と前記トリチウム吸着材との間に設けられ、接地線に接続された導体膜とを備え、前記計測手段は、前記物理量として前記接地線に流れる電流、及び、前記蛍光体から発せられる光を計測する。
【００２０】
上記（６）の構成によれば、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムから放射される電子線のうち一部は、本体とトリチウム吸着材との間に設けられた導体膜に電流を誘起させる一方で、残りは薄い導体膜を透過し、本体に含まれた蛍光体を発光させる。計測部は、このように生じた電流及び光の双方を計測することにより、精度よくトリチウム濃度を計測できる。
【００２１】
（７）本発明の少なくとも１実施形態に係るトリチウム分離システムは上記課題を解決するために、前記トリチウム含有水から前記トリチウムを分離するトリチウム分離システムであって、前記トリチウム含有水を、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含むトリチウム吸着材に接触させることにより、前記トリチウムの吸着処理を実施し、上記（１）から（６）のいずれか１構成に記載のトリチウム濃度計測装置によって、前記トリチウム含有水のトリチウム濃度を計測することによりモニタリングする。
【００２２】
上記（７）の構成によれば、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含むトリチウム吸着材を利用してトリチウム含有水の分離処理を実施する際に、上述のトリチウム濃度計測装置によって、トリチウム濃度を連続的に監視することができる。これにより、トリチウム吸着の進行具合を監視しながら、適切なタイミングで吸着処理を完了することができる。
【００２３】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、前記トリチウム濃度計測装置によって計測された前記トリチウム濃度が予め設定された目標値以下となるタイミングで、前記吸着処理を終了させる。
【００２４】
上記（８）の構成によれば、トリチウム濃度を連続的に監視しながら、目標とする吸着効果が得られたタイミングで吸着処理を完了できる。これにより、吸着開始から所定期間が経過した後に、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムが再び放出することによって、トリチウム分離性能が低下することを効果的に回避することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の少なくとも１実施形態によれば、トリチウム含有水のトリチウム濃度を連続的に計測可能なトリチウム濃度計測装置、及び、当該トリチウム濃度計測装置を備えるトリチウム分離システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に係るトリチウム濃度計測装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の変形例を示す模式図である。
【図４】本発明の幾つかの実施形態に係るトリチウム濃度計測装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】図４の本体近傍の断面構造を示す模式図である。
【図６】図５の変形例を示す模式図である。
【図７】本発明の幾つかの実施形態に係るトリチウム濃度計測装置の全体構成を示す模式図である。
【図８】本発明の幾つかの実施形態に係るトリチウム分離システムの全体構成を示す模式図である。
【図９】図８のトリチウム分離システムによって実施されるトリチウム分離方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図１０】トリチウム吸着材による反応時間に対するトリチウム濃度の推移の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２８】
図１は本発明の幾つかの実施形態に係るトリチウム濃度計測装置１Ａの全体構成を示す模式図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
トリチウム濃度計測装置１Ａは、例えば原子力設備の廃水であるトリチウム含有水２に含まれるトリチウムの濃度を計測するための装置であり、トリチウム吸着材４が表面に設けられた本体６をトリチウム含有水２に浸漬することにより使用される。本実施例では特に、本体６は例えば金属などの導体を含んで構成された電極であり、その表面にトリチウム吸着材４が付着して構成されている。
【００３０】
トリチウム吸着材４は、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含む。スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンは、トリチウム含有水に接触した際に、トリチウムを取り込む吸着効果を有する。特許文献１によれば、当該材料は、当該吸着反応は、酸化マンガンのスピネル結晶構造に含有されている水素イオン又はリチウムイオンが、水中のトリチウムイオンとイオン交換することで、水中のトリチウムイオンがスピネル結晶構造内に移動し、さらに結晶内の酸素原子との弱い共有結合（強い水素結合）によって固相内に捕捉され、結果として水中のトリチウム濃度が減じるとされている。図２では、トリチウム吸着材４に対してトリチウム含有水２中のトリチウムが付着する様子が模式的に示されている。
【００３１】
トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムは放射性物質であり、β線を主とする電子線を放出する。β線は、強度が弱く且つ到達距離が短いため、液体シンチレーションカウンタでも検知に時間を要するが、以下に説明するように本構成によって好適に検知することができる。
【００３２】
まずトリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムは、トリチウム含有水２のトリチウム濃度に比べて大幅に濃縮された形で捕捉されている（典型的には１０００倍程度に濃縮される）。一般的にトリチウムから放出されるβ線は微弱であるため検知が困難であるが、このように濃縮されて存在するトリチウムからβ線を計測することにより、検知が容易になる。またβ線は到達距離が短いが、トリチウムが吸着されるトリチウム吸着材４は導体である本体２上に設けられているため、β線によって本体６に電子の流れが誘起される。
【００３３】
本体６には接地線８が接続されているため、本体６に誘起された電子の流れは、地面との電位差に基づいて電流Ｉとなる。当該電流Ｉは、接地線８に設けられた電流検知センサ１０によって検知される。電流検知センサ１０の検知値は、例えばコンピュータのような電子演算器である算出手段１２に送られ、トリチウム濃度として算出される。
【００３４】
ここで接地線８に生じる電流Ｉの大きさは、トリチウム吸着材４の吸着量に対応することから、算出手段１２では電流検知センサ１０の検知値に基づいてトリチウム濃度を算出する。電流Ｉとトリチウム濃度との関係については、予め実験的、理論的或いはシミュレーション的な手法によって把握しておき、所定の演算式に基づいて算出可能に構成しておくとよい。
【００３５】
以上説明したように、本実施例によれば、バッチ式ではなく、計測対象であるトリチウム含有水２からトリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムからの電子線を電流として計測することによりトリチウム濃度が算出できる。また従来の液体シンチレーションカウンタは、数ｍＬ規模の液体で処理するため、容量の大きな対象を計測することが困難であり、またバッチ処理のためリアルタイムで濃度計測をすることも困難であった。一方、本実施例では、処理対象が貯留された槽内に浸漬することで測定が行われるため、処理対象の容量に関わらず計測が可能である。またバッチ処理によらず、吸着されたトリチウムから放出される電子線に基づく電流検知によって計測できるため、連続的な監視が可能であり、処理速度を早めることによってリアルタイム計測も可能となる。
【００３６】
続いて図３を参照して、上記実施例の変形例について説明する。図３は図１のトリチウム濃度計測装置の変形例１Ｂを示す模式図である。
【００３７】
変形例１Ｂでは、トリチウム吸着材４が表面に設けられた本体６が複数備えられており、これらが接地線８に対して並列に接続されている。接地線８には、各トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムから放出される電子線によって各本体６に流れる電流値ｉａ、ｉｂ、ｉｃ及びｉｄの合成電流Ｉが流れる。
【００３８】
電流検知センサ１０は合成電流Ｉ（＝ｉａ＋ｉｂ＋ｉｃ＋ｉｄ）を検知し、算出手段１２によりトリチウム濃度が演算により求められる。このように本実施例では、複数の電流の合成電流Ｉに基づいてトリチウム濃度を算出する。そのため、例えばトリチウム含有水２のトリチウム濃度が低いことによりトリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムからの電子線が微弱である場合であっても、同等の構成を接地線８に対して並列に複数設けることにより、各々からの電流値の合計を物理量として計測することで、濃度計測が可能となる。その結果、高精度なトリチウム濃度が可能である。
【００３９】
図４は本発明の幾つかの実施形態に係るトリチウム濃度計測装置１Ｃの全体構成を示す模式図であり、図５は図４の本体６近傍の断面構造を示す模式図である。
【００４０】
トリチウム濃度計測装置１Ｃは、上述の実施例と同様に、トリチウム含有水２のトリチウム濃度を計測するための装置であり、トリチウム吸着材４が表面に設けられた本体６がトリチウム含有水２に浸漬されて使用される。本体６はその表面を覆うようにトリチウム吸着材４が設けられているが、本実施例ではトリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムから放出される電子線によって発光可能な蛍光体１４を備えることに特徴がある。
【００４１】
図５に示されるように、蛍光体１４は本体６とトリチウム吸着材４との間に設けられている。そのため、トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムから放出される電子線は、それに接触する蛍光体１４に容易に到達できるように構成されている。その結果、トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムから放出された電子線によって、蛍光体１４が発光することとなる。
【００４２】
また本体６は透過性材料を含んで円筒形状に構成されている。本実施例では特に、本体６はガラス材料からなり、蛍光体１４から発せられた光が透過可能になっている。その結果、蛍光体１４から発せられた光は本体６を透過した後、円筒形状の内側を通って、光検出センサ１６が配置された端部に向かって出力される。
【００４３】
円筒形状を有する本体６の端部近傍には、光検知センサ１６が設けられている。光検知センサ１６は、円筒形状の内側を通って伝達される上記光を検知する。光検知センサ１６の検知信号は、光検知器１８に送られ、対応する電気信号に変換された後、算出手段１２に送られる。算出手段１２では、取得した電気信号に基づいてトリチウム濃度を算出する。
【００４４】
また図６に示されるように、トリチウム吸着材４及び蛍光体１４間に、反射膜２０が設けられていてもよい。この場合、反射膜２０は、電子線を透過する一方で光が反射するように、例えば薄い金属膜などで形成される。これにより、トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムから放出される電子線は、反射膜２０を透過して蛍光体１４を発光させ、蛍光体１４から発せられる光は、本体６を透過して円筒形状の内側に到達した後、当該反射膜２０による光反射によって光検知センサ１８が設けられた端部に向かって導かれる。これにより、測定に必要な検知光を好適に光検知センサ１８に導くことができるので、良好な測定精度が得られる。
尚、図６では、反射膜２０はトリチウム吸着材４及び蛍光体１４間の全体に亘って設けられているが、部分的に設けられていてもよい。
【００４５】
なお、本体６の内表面のうち反射膜２０が設けられる範囲は、本体６の該表面に設けられた蛍光体１４からの光が十分に内側に透過可能でありつつ、且つ、内側に透過した光が端部に向かって効率的に集光されるように設定されるとよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施例によれば、バッチ式ではなく、計測対象であるトリチウム含有水２からトリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムからの電子線を光として計測することによりトリチウム濃度が算出できる。また従来の液体シンチレーションカウンタは、数ｍＬ規模の液体で処理するため、容量の大きな対象を計測することが困難であり、またバッチ処理のためリアルタイムで濃度計測をすることも困難であった。一方、本実施例では、処理対象が貯留された槽内に浸漬することで測定が行われるため、処理対象の容量に関わらず計測が可能である。またバッチ処理によらず、吸着されたトリチウムから放出される電子線に基づく光検知によって計測できるため、連続的な監視が可能であり、処理速度を早めることによってリアルタイム計測も可能となる。
【００４７】
図７は、本発明の幾つかの実施形態に係るトリチウム濃度計測装置１Ｄの全体構成を示す模式図である。
【００４８】
本実施例では、トリチウム含有水２に浸漬される本体６上には、該本体６とトリチウム吸着材４との間に導体膜２２が設けられている。導体膜２２は例えば金属などの導体が薄い膜状に構成された構造体であり、接地線８に接続されている。導体膜２２には、図１を参照して説明した実施形態と同様に、トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムから放出される電子線によって電流Ｉが誘起され、当該電流Ｉは電流検知センサ１０によって検知される。
【００４９】
一方、本体６は、電子線により発光可能な蛍光体を含む透過性材料からなる。トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムから放射される電子線のうち一部は、上述のように、導体膜２２に電流を誘起させる一方で、残りは薄い導体膜２２を透過し、本体６に含まれる蛍光体１４を発光させる。
【００５０】
そして算出手段１２は、トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムからの電子線に起因する物理量として電流検知センサ１０による電流値Ｉ、及び、光検知センサ１６による光強度に基づいて、トリチウム濃度を算出する。このようにして本実施例では、電流及び光の双方を計測することにより、精度のよいトリチウム濃度計測ができる。
【００５１】
図８は本発明の幾つかの実施形態に係るトリチウム分離システム１００の全体構成を示す模式図であり、図９は図８のトリチウム分離システム１００によって実施されるトリチウム分離方法を工程毎に示すフローチャートであり、図１０はトリチウム吸着材４による反応時間に対するトリチウム濃度の推移の一例を示すグラフである。
【００５２】
トリチウム分離システム１００（以下、適宜「システム１００」と称する）は、トリチウム含有水２にトリチウム吸着材１０５を接触させることにより、トリチウム分離を吸着反応に基づいて実施するシステムである。本実施例では特に、トリチウム吸着材１０５として、上述のトリチウム濃度計測装置１に使用されるトリチウム吸着材４と同じ材料、すなわちスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含むものが使用されている。
【００５３】
スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンによるトリチウム分離プロセス関しては、例えば特許文献１に少なからず開示がある。この特許文献にも記載があるように、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンは、トリチウム含有水２に接触させられた後、しばらくは吸着効果が得られるが、所定時間が経過すると、一度吸着されたトリチウムが再び放出されてしまうという性質を有する。例えば図１０の例では、時刻ｔ０からｔ１まではトリチウム吸着効果が良好に得られるが、時刻ｔ１以降はトリチウム濃度が上昇している。これは、一度トリチウム吸着材４に吸着されたトリチウムが放出されていることを意味している。
【００５４】
良好な吸着効果が得られる所定時間（ｔ０〜ｔ１の間）は、様々な実施条件に依存する。そのため、安定したトリチウム分離プロセスを実施するためには、トリチウム濃度を連続的に監視することで、トリチウム吸着材１０５にトリチウムがより多く吸着された短い期間（すなわち時刻ｔ１近傍）を見極めてプロセスを完了させる必要がある。これは、下記に説明するシステム構成によって解消することができる。
【００５５】
システム１００は、処理対象であるトリチウム含有水２がトリチウム吸着材１０５と接触させられることにより吸着処理が実施される第１の処理部１１０と、トリチウム吸着材１０５から放出されるトリチウムの回収処理を実施する第２の処理部１２０と、トリチウム吸着材１０５の吸着性能を回復させる再生処理を実施する第３の処理部１３０と、トリチウム分離後の処理水１３５を貯留する処理水タンク１４０と、分離されたトリチウムが濃縮されたトリチウム回収水１４５を貯留する濃縮水タンク１５０と、再生処理に用いられる再生液１５５を貯留する再生液タンク１６０と、を備える。
【００５６】
尚、図８では、システム１００の概念的構成をわかりやすく説明するために、第１の処理部１１０、第２の処理部１２０、及び、第３の処理部１３０を独立した構成として示しているが、これらは必ずしも物理的に独立した構造である必要はない。例えばこれらの処理部は、それぞれ物理的に異なる処理槽として構成されていてもよいし、同一の処理槽として構成されていてもよい。
【００５７】
第１の処理部１１０、第２の処理部１２０及び第３の処理部１３０には、上述のトリチウム濃度計測装置（上記各種態様を含む）１ａ、１ｂ及び１ｃがそれぞれ設けられており、内部に貯留される各種液体のトリチウム濃度を計測可能に構成されている。
【００５８】
第１の処理部１１０と処理水タンク１４０との間にはバルブ１７０が設けられており、第２の処理部１２０と濃縮水タンク１５０との間にはバルブ１７２が設けられており、第３の処理部１３０と処理水タンク１４０との間にはバルブ１７４が設けられており、第３の処理部１３０と再生液タンク１６０との間にはバルブ１７６が設けられている。これらバルブ１７０，１７２，１７４，１７６は開度を調整することにより、各構成要素間で各種液体を注入出可能に構成されている。
【００５９】
制御装置２００はシステム１００のコントロールユニットであり、例えばコンピュータのような電子演算器によって構成されている。制御装置２００は、トリチウム濃度計測装置１ａ、１ｂ及び１ｃからそれぞれ第１の処理部１１０、第２の処理部１２０及び第３の処理部１３０におけるトリチウム濃度を取得し、その結果に応じて、バルブ１７０，１７２，１７４，１７６の開度を調整するための制御信号を送信することにより、システム１００の全体の動作を制御する。
【００６０】
トリチウムの分離処理は、まずシステム１００の第１の処理部１１０に、処理対象であるトリチウム含有水２を取り込むことから開始される（ステップＳ１）。第１の処理部１１０では、トリチウム含有水２にトリチウム吸着材１０５を接触させることで、トリチウムの吸着処理が実施される（ステップＳ２）。トリチウム吸着材１０５は、トリチウム含有水２からトリチウムを吸着することにより、トリチウム含有水２のトリチウム濃度を低下させる。このようなトリチウム含有水２の濃度変化は、トリチウム濃度計測装置１ａによってモニタリングされる。
【００６１】
そして制御装置２００は、第１の処理部１１０に設けられたトリチウム濃度計測装置１ａの計測濃度値が目標値まで低下するタイミングでバルブ１７０を開閉制御することにより、トリチウム分離後のトリチウム含有水を処理水６として処理水タンク１４０に送り、吸着処理を終了させる。例えばトリチウム濃度を連続的に監視すると、図１０に示されるようなトリチウム濃度の時間変化が得られるため、当該振る舞いをモニタリングすることによって、吸着反応の終了タイミング（すなわちトリチウム含有水２中のトリチウム濃度が最も低下すると見込まれる時刻ｔ１近傍）を決定するとよい。これにより、トリチウム吸着材１２に吸着されたトリチウムが処理水７に再び放出されることを防ぐことができ、良好なトリチウム分離が可能となる。
尚、トリチウム含有水２からトリチウムを吸着したトリチウム吸着材１２は、トリチウムを吸着した状態のまま、第２の処理部４に移送される（図８の破線矢印ａ）。
【００６２】
続いて第２の処理部１２０では、第１の処理部１１０から移送されたトリチウム吸着材１０５が取り込まれるとともに、制御装置２００によってバルブ１７２が開閉制御されることにより濃縮水タンク１０からトリチウム回収水８が導入される。これにより、トリチウム吸着材１０５とトリチウム回収水８とが接触させられ、回収処理が実施される（ステップＳ３）。
【００６３】
ここでトリチウム吸着材４からトリチウム回収水８へのトリチウム放出は、濃度差に基づいた典型的な平衡反応ではなく、反応開始から所定時間経過後に濃度差に依存することなく進行する非平衡的な反応である。そのため、トリチウム回収水８は第１の処理部３の処理対象であるトリチウム含有水２より高いトリチウム濃度を有しているが、トリチウム回収水８へのトリチウム放出が進行する。その結果、トリチウム回収水８の濃度は次第に上昇することとなる。
【００６４】
このようなトリチウム回収水８の濃度変化もまた、第２の処理部１２０に設けられたトリチウム濃度計測装置１ｂによって連続的に監視される。そして、制御装置２００は、当該トリチウム濃度計測装置１ｂの計測濃度値が目標値まで上昇するタイミングでバルブ１７０を開閉制御することにより、濃縮されたトリチウム回収水トリチウム回収水８を濃縮水タンク１５０に送る。一方、トリチウムが放出された後のトリチウム吸着材１０５は、次の第３の処理部１３０に移送される（図８の破線矢印ｂ）。
【００６５】
第３の処理部１３０では、第２の処理部１２０から移送されたトリチウム吸着材１０５に対して再生処理が実施される（ステップＳ４）。この再生処理は、トリチウム吸着材１２に含まれるスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンの吸着性を回復させるための再生液１５５をトリチウム吸着材１０５に接触させることによって行われる。
尚、再生液１５５は酸性溶液であり、特許文献１にも記載されているように、例えば、ｐＨ１〜２程度の希酸を好適に用いることができる。
【００６６】
第３の処理部１３０への再生液１５５の導入は、制御装置２００によってバルブ１７６を制御することにより実施される。再生処理が完了した後、再生液１５５はバルブ１７４が開閉制御されることにより、処理タンク１４０に排出される。第３の処理部１３０では、このような再生処理を実施することで、トリチウム吸着材１０５の吸着性能を回復させる。これにより、トリチウム吸着材１０５が本来有する吸着性能を維持しながら、トリチウム吸着材１０５を本システム１００で繰り返し使用することが可能となる（図８の破線矢印ｃ）。
【００６７】
ここで、再生液１５５はトリチウム吸着材１０５の再生処理に繰り返し使用されるに従って、トリチウム吸着材１０５に残存しているトリチウムが蓄積される場合がある。このような再生液１５５におけるトリチウム蓄積は、トリチウム濃度計測装置１ｃによって連続的に監視することができる。
【００６８】
上述のステップＳ１乃至Ｓ４は、処理対象であるトリチウム含有水２のトリチウム濃度が目標値以下となるまで繰り返し実施されてもよい。また、トリチウム含有水２の容量が多い場合には、システム１で処理可能な容量に分けて繰り返し実施されてもよい。
【００６９】
以上説明したように、本システム１００では、トリチウム含有水２からのトリチウム分離を、トリチウム濃度を連続的に監視することにより、良好に実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本開示は、トリチウム含有水のトリチウム濃度を計測するトリチウム濃度計測装置、及び、当該トリチウム濃度計測装置を備えるトリチウム分離システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  トリチウム濃度計測装置
２  トリチウム含有水
４  トリチウム吸着材
６  本体
８  接地線
１０  電流検知センサ
１２  算出手段
１４  蛍光体
１６  光検知センサ
１８  光検知器
２０  反射膜
２２  導体膜
１００  トリチウム分離システム
１０５  トリチウム吸着材
１１０  第１の処理部
１２０  第２の処理部
１３０  第３の処理部
１３５  処理水
１４０  処理水タンク
１４５  トリチウム回収水
１５０  濃縮水タンク
１５５  再生液
１６０  再生液タンク
２００  制御装置
【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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