2014 Fiscal Year Research-status Report
マイクロ波加熱法を応用した有機物中トリチウム測定用前処理法の迅速化
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26340032
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
赤田 尚史 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (10715478)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高山 定次 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40435516)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | トリチウム / FWT / OBT / 迅速化 / マイクロ波 / 核融合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素の放射性同位体であるトリチウムは、植物などの環境試料中に「組織自由水トリチウム」(FWT: Free Water Tritium)および「有機結合型トリチウム」(OBT: Organically Bound Tritium)として存在している。FWTとOBTを定量する為には水として回収するのが一般的であるが、凍結乾燥法による水分回収や、乾燥有機物の燃焼による水分回収等、水素を水として回収する為の前処理法はかなりの時間を要する。本研究では、マイクロ波と有機物の相互作用に着目し、マイクロ波の電場･磁場を組み合わせることで有機物試料の加熱･乾燥･灰化機構を明らかにすると共に、確立した手法を用いてFWT/OBT分析前処理手法としてのマイクロ波の有効性/妥当性と時間短縮について評価する。平成26年度は、松葉試料をマイクロ波加熱した際の温度変化および化学変化の進行に伴う物理的な変化（重量変化，熱変化）に関する基礎検討を行った。
熱重量(TG)･示唆熱(DTA)分析装置を用いて、ガス種やその流量、昇温条件を変え、基礎データを取得した。その結果、松葉試料の脱水反応はおおよそ110℃までに終了することが分かった。また、酸素ガス気流で有機物燃焼に関する基礎検討を行った結果、250-300℃付近で燃焼していることが明らかとなった。
得られた基礎データを参考に、既存の大型マイクロ波実験炉を用いて脱水･乾燥と水分回収に関する基礎実験を行った。その結果、窒素気流下でマイクロ波1.0kwを入力することで、これまで数日必要だった乾燥-水分回収操作が30分程度で可能であることが明らかとなった。
得られた結果を用いて、乾燥-水分回収と燃焼-水分回収に対応するマイクロ波加熱システムについて設計を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新規のマイクロ波加熱システムを製作するにあたり、対象試料の加熱･脱水条件を明らかにすることは重要である。本年は、熱重量(TG)･示唆熱(DTA)分析装置を用いて、ガス種やその流量、昇温条件を変え、基礎データを取得した。このデータは、システム設計に生かされるものであり、研究目的を達成するための基礎検討として有効であったと考える。
得られた基礎データを参考に、既存の大型マイクロ波実験炉(周波数:2.45GHz-5台, 最大入力電力:2.5kw)を用いて窒素ガス気流下での脱水･乾燥と水分回収に関する基礎実験を行った。実験は窒素ガス気流下(2L/min)で行い、マイクロ波入力を2.5kw,1.0kw,0.5kwと変化させてコールドトラップによる水分回収を行うことで、回収率も求めた。その結果、窒素気流下でマイクロ波1.0kwを入力することで、これまで数日必要だった乾燥-水分回収操作が30分程度で可能であることが明らかとなった。今回利用したマイクロ波加熱炉は別用途の為に製作されたものであるが、実際のマイクロ波加熱炉を利用して実証実験が実施できたことで、本研究で製作するシステムの設計に有用なデータが得られた。また、水分回収の為のコールドトラップの仕様も検討することができた。
計画では、初年度にシステムを製作予定であったが、制作のための基礎検討とシステム設計のみとなった。しかし、既存ねマイクロ波加熱炉を用いての基礎検討を行えたこと、TG･DTAの基礎データが全てそろったことでシステム設計をより詳細に行うことができたことから、達成度としてはおおむね良好と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度は、システム製作を遅らせたことで、十分に基礎データを取得することができた。また、実際のマイクロ波加熱炉を用いて実証試験を行ったことで、システム製作時に問題となる入力パワー、乾燥ガス流量、試料セットとその状態、水分回収用トラップの形状、コールドトラップ温度、等の様々な条件を検討することができた。これらの情報を基に、マイクロ波加熱炉を含む前処理システムを製作する。本年度は、有機物（松葉）試料を対象に、実際に制作したシステムを用いて乾燥と水分回収について数多くのデータを取得する。また、灰化と水分回収についても検討を進める。
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| Causes of Carryover |
マイクロ波加熱装置を製作する為の基礎検討が不十分であると判断し、TG･DTA分析等の基礎検討項目を増やし、詳細な検討を行った。また、既存のマイクロ波加熱炉を用いた有機物乾燥と灰化に関する実証試験も実施し、詳細なシステム設計を行った。そのため、当該年度ではシステム設計までとなった。マイクロ波加熱装置については、次年度製作予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰り越し金を用いて、当該年度作成予定であった有機物試料を対象としたマイクロ波加熱システムを製作する。また、製作したシステムを用いて基礎検討を行うため、使用するコールドトラップやチューブ等の消耗品を購入する。
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Research Products
(5 results)
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[Journal Article] FWT and OBT concentration in pine needle samples collected at Toki, Japan (1998-2012)2015
Author(s)
Akata, N., Kakiuchi, H., Tamari, T., Tanaka, M., Kawano, T., Miyake, H., Nishimura, K.
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Journal Title
Radiation Protection Dosimetry
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] FWT and OBT concentration in pine needle samples collected at Toki, Japan (1998-2012)2014
Author(s)
Akata, N., Kakiuchi, H., Tamari, T., Tanaka, M., Kawano, T., Miyake, H., Nishimura, K.
Organizer
The 9th International Symposium on the Natural Radiation Environment (NRE-IX)
Place of Presentation
弘前キャッスルホテル
Year and Date
2014-09-22 – 2014-09-26
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