2018 Fiscal Year Annual Research Report
Multistage Isotope Separation/Enrichment by Micro Reactor
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16H04636
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| Research Institution | Osaka Sangyo University |
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Principal Investigator |
硲 隆太 大阪産業大学, デザイン工学部, 教授 (00379299)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸本 忠史 大阪大学, 核物理研究センター, 特任教授 (90134808)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 実験核物理 / 素粒子実験 / 化学工学 / 同位体分離 / マイクロ・ナノデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)40Ca2+(水相)+48CaL2+(有機相)⇔48Ca2+(水相)+40CaL2+(有機相): (Lはクラウンエーテル)
バッチ法では、従来、30分以上の反応時間が必要と思われたが、昨年度、マイクロ化学技研と共同で改良した7気圧空圧制御ポンプを用いて、より短い4cmの流路長のY字型マイクロリアクターを用いて飽和水溶液の送液に成功し、反応時間1秒未満で水相-有機相間のCa移行（バッチ法と同程度の分配係数）及び物質収支も世界で初めて確認した。同位体比も確認出来れば、バッチ法に比べ約2000倍の反応速度の向上に繋がる知見である。
(2)1H3H(気相)+1H218O(液相)⇔1H2(気相)+1H3H18O(液相)
①電解濃縮装置による微量トリチウム水の濃縮装置の開発：旧来の電解濃縮法では電解質を用い濃縮後の蒸留が必要とされることや、電解された酸素と水素が一緒に発生して爆発の危険が大きいことなどの問題があった。これを解決するため、固体電解質膜というイオンを通す高分子膜を用い、電解質が不要で酸素と水素が別々に発生する装置を採用した。この装置のもう一つの大きな特徴は大電流を流せることである。固体電解質膜を用いると電気抵抗が小さいので、膜面積1 cm2あたり1 A程度で運転できる。濃縮度は初期試料水量によって規定されるが、10～20倍のトリチウム濃度濃縮は容易である。
②トリチウム検出感度の実証に当たり、国内と比較し、環境中トリチウム濃度が高いと予想される中国での環境中微量トリチウム水を採取し、濃度測定を行った。特に中国東部沿岸域の原子力発電所の立地近隣での水道水中のトリチウム濃度を、濃縮処理を行わず、モニタリングを9ヵ所、2年間にわたって実施し、約25年前の1990年代初頭の測定結果との比較及び、トリチウム濃度の地域依存性を検証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成30年10月、バッチ法及びマイクロリアクター法全てのプロセス検証に付随するCa同位体比測定実験で使用していた本学のICP-MS(Agilent7700)装置に不測の故障が生じた。このため当装置の修理・調整が必要となり、研究計画に5ヵ月の遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
マトリックスの最適条件（クラウンエーテル、有機溶媒、濃度、温度、反応時間（流速・流路長・形状）、強酸濃度）を決定し、多段濃縮・高速化及び回収量（濃度）・分離係数の向上に向けた開発。
Ca濃度が、樹脂法や電気泳動法と比較し、ほぼ飽和水溶液オーダーを維持出来、これまでのTIMSでなく、ICP-MSでも十分、精度の得られる同位体比測定が可能であり、大阪大学所有のAgilent 7900によるHeコリジョンガスを用いた40Caも測定可能な計測法の開発を、岸本忠史特任教授と共同で行う。
一方、マイクロリアクター法でも、マイクロ化学技研と共同で改良した7気圧空圧制御ポンプを用いて(a)セグメント循環流・液滴（b)平行向流で送液が可能となり、流路長4cmのY字型2液平行層流に於いて、バッチ法と同様の飽和水溶液での反応実験により、樹脂法の200倍、電気泳動法の800倍のCa濃度による液液抽出を達成。今後、コリジョンセルICP-MSでの迅速な同位体比測定による分離係数の確認・フィードバックを行い、大量精製に向けた多段化及び分離係数・分配係数の最適化を図る。
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