[发明专利]核素转换方法及核素转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种核素转换方法及核素转换装置，其涉及到放射性废物处理技术、由自然界中大量存在的元素生成稀有元素的技术、由核聚变反应产生能量的技术等。

背景技术

专利文献1公开了一种核素转换装置及核素转换方法，与加速器或反应堆等大规模装置相比，其能够通过相对规模较小的装置进行核素转换。

专利文献1公开的核素转换装置具备：结构体，其叠层有钯(Pd)或钯合金等储氢金属或储氢合金、及相比这些物质功函数相对较低的物质(氧化钙：CaO)；内部可保持气密性的吸留室；经由结构体可保持气密性地设置的释放室；对吸留室供给氘气的氘供给装置；以及使释放室形成真空状态的排气装置。

在专利文献1公开的核素转换装置中，使用蒸镀等方法将要转换的核素(实施核素转换的物质)添加到结构体的一个表面，使氘(D₂)气从添加了实施核素转换的物质的面透过，引发核反应，将实施核素转换的物质转换成另一核素。

在上述结构的核素转换装置中，通过在使CaO等的纳米级薄膜与Pd等组合而成的结构体的表面添加实施核素转换的物质，可促进稳定的核反应的进行、转换量的增大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4346838号说明书

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1中记载的核素转换装置的核素转换量为几～几十ng/cm²级，为了促进实用化，希望核素转换量的进一步增大。

本发明鉴于上述情况而进行，其目的在于提供一种核素转换方法及核素转换装置，与加速器或反应堆等大规模的装置相比，其可通过相对规模较小的装置进行核素转换，在该核素转换装置及核素转换方法中，能够增大核素转换量。

解决问题的方法

为了解决上述课题，本发明的核素转换方法及核素转换装置采用如下方式。

本发明第一方面提供一种核素转换方法，其包括如下工序：电解液供给工序，向由结构体形成能够密封的密闭空间的氘高浓度部供给包含重水的电解液，所述结构体包含钯或钯合金、或钯以外的储氢金属或钯合金以外的储氢合金；高浓度化工序，将所述供给的电解液电解而产生氘，在所述结构体的所述氘高浓度部侧的表面附近形成氘浓度高的状态；低浓度化工序，通过所述结构体形成能够密封的密闭空间，使隔着所述结构体设于所述氘高浓度部的相反侧的氘低浓度部形成氘浓度低于所述氘高浓度部的状态；气体排出工序，从所述氘高浓度部排出气体；以及核素转换工序，在所述氘从所述氘高浓度部向所述氘低浓度部透过所述结构体时，在所述结构体中，实施核素转换的物质在所述氘的作用下被核素转换。

在高浓度化工序中，在氘高浓度部，将结构体作为电极之一使包含重水的电解液电解，产生氘，从而在结构体表面附近形成氘的浓度高的状态。

通过设置高浓度化工序和低浓度化工序，能够夹持结构体在氘高浓度部和氘低浓度部之间产生氘的浓度梯度。由于氘的浓度梯度，在结构体的内部形成从氘高浓度部侧向氘低浓度部侧的氘的流束。通过电解产生的氘被结构体吸留，并透过到氘低浓度部侧。在氘透过结构体的过程中，在氘和实施核素转换的物质之间发生核素转换反应，实施核素转换的物质被核素转换。

以往，使用气压对储氢金属(结构体)添加氢、氘。在使用气压的情况下，在范德华力(分子间作用力)作用下，氢物理吸附在结构体的表面，并进行原子解离(解离吸附、化学吸附)，通过侵入型固溶化、或生成氢化合物，使氢原子扩散至金属晶格内。另一方面，在使用电解对储氢金属(结构体)添加氘的情况下，由于电解引起的等效氢压(对电极内部的充氢压力。另外，对应于氢过电压、电解电压)与使用气压的情况相比大幅提高，因此，能够提高氘的填充密度。

根据上述发明，通过提高结构体中的氘的填充密度，可增大实施核素转换的物质的核素转换反应量。

通过在电解液供给工序中对氘高浓度部侧供给包含氘的电解液，可使氘高浓度部的氘浓度保持在希望的范围。因此，可使氘高浓度部侧长期保持氢分压高的状态。另外，由于未透过结构体的气体在气体排出工序中被排出到外部，因此，可使氘高浓度部内保持给定的压力范围。

上述发明的一方面中，在所述电解液供给工序之前，还具有将所述实施核素转换的物质添加到所述结构体的添加工序。

或者，上述发明的一方面中，在所述电解液中添加包含所述实施核素转换的物质的电解质，在所述电解质浓度供给工序中，包含所述实施核素转换的物质的离子的所述电解液供给到所述氘高浓度部，所述实施核素转换的物质的离子添加到所述结构体中。