【研究分野】エネルギー学一般・原始力学

【研究領域課題番号】07558280 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イオン交換樹脂 / クロマトグラフィー / 同位体 / N-15 / 同位体分離 / 質量分析 / 同位体分離係数 / HETP

【研究成果の概要】

本研究では高速炉燃料として極めて優れた性質を持つチッ化物燃料に不可欠な窒素同位体N-15の濃縮法について、特にイオン交換樹脂を用いたN-15分離濃縮法の検討を行ない、次の結果を得た。
1.多孔質スルフォン酸型強酸性陽イオン交換樹脂(TITEC-H1)を合成した。架橋度:30%、粒径:200〜400メッシュであった。
2.この樹脂を用いてイオン交換樹脂充填塔を作り、アンモニア吸着帯をアルカリ溶液で展開するクロマトグラフィー実験を種々の実験条件の下で行い、溶出液についてアンモニア濃度とN-15の同位体分析を行なった。
3.上記実験の結果を分析し、最も基本的な二相間の平衡(一段)の分離係数と理論分離段高さHETPを決定した。その結果、
(1)温度の上昇と濃度の上昇で共に分離係数がわずかに低下する傾向が観測され、
(2)またHETPは濃度の上昇によって顕著に改善されることが分かった。
この結果から1〜2M濃度の溶離液が最適であると言える。
4.更に、各種弱酸性陽イオン交換樹脂を入手、あるいは合成し、同位体平衡分離係数を実測した。この結果市販のカルボン酸型イオン交換樹脂が高濃度側でも分離係数が低下せずまた高い交換容量があり適当であることが分かった。しかし膨潤収縮があることが今後の課題である。
5.溶離液供給速度の関しては、樹脂塔内液速度が層流から乱流に変わることによって分離効果(HETP)が急激に改善されることが分かった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1995 - 1996

【配分額】900千円 (直接経費: 900千円)

【研究分野】エネルギー学一般・原子力学

【研究領域課題番号】05353014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

同位体分離 / 同位体効果 / 安定同位体 / 質量分析 / NMR / ウラン濃縮 / 熱拡散 / 同位体利用

【研究成果の概要】

本年度、3回の研究集会を東工大原子炉研で開催し、安定同位体の分離技術や利用・応用分野等について、分担者や、関係者の協力を得て、次のような調査活動を行なった。
(1)同位体の物理化学に関する最近の研究動向調査:
同位体分離・分析技術の基礎となる、同位体の物理化学的特性、平衡・反応速度の同位体効果等の中で特に異常同位体効果に注目し調査した。
(2)同位体分離に関する最近の技術調査:
最近進歩が著しい、レーザーウラン濃縮、化学法ウラン濃縮、深冷壁熱拡散、プラズマ分離法等種々の同位体分離プロセスについて最近の新しい試みを調査した。
(3)同位体分析に関する最近の技術調査:
種々の質量分析計、可視発光分光法、NMR、等各種分析技術の安定同位体応用について調査した。
(4)安定同位体利用の現状調査:
農業、医療、工業、において製造、研究開発、諸試験等に使用される濃縮(安定)同位体について調査し、学術誌に発表した。
(5)新しい同位体利用分野と同位体分離技術適用分野の調査:
2重ベータ、ニュートリノ研究への同位体の応用について調査した。
(6)共同研究、国際研究集会の計画及び重点領域研究提案準備:
上記調査活動に基づき、異常同位体効果の研究を国際共同研究とすることを提案し、プラズマ同位体分離については国内の研究連絡会を作ることを提案した。また安定同位体の利用に関する国際会議を、1996年開催することを提案した。

【研究種目】総合研究(B)

【研究期間】1993

【配分額】1,800千円 (直接経費: 1,800千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】02453155 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ウラン / クロマトグラフィ- / イオン交換 / 同位体効果 / 質量分析 / ウラン濃縮 / 同位体分離 / 化学交換法

【研究成果の概要】

昨年度の研究結果に基づき、本年度の主要な研究タ-ゲットを次のように設定した。
1.ガドリニウムのイオン交換クロマトグラフィ-を行い、同位体分離係数を実測する。
2.高速陰イオン交換樹脂を充填した、分離装置を使用してUー232,Uー233の濃縮挙動を解析し、他のウラン同位体と比較する。
3.100℃以上での化学交換ウラン濃縮実験を行い、同位体分離係数の温度依存性を検討する。
本年の研究結果は上記番号と対応し、次の通りである。
1.EDTA、りんご酸を錯形成剤とするガドリニウムのイオン交換クロマトグラフィ-を行い、20m及び14mの長距離展開により、Gdー156,Gdー157,Gdー158のGdー160に対する同位体分離係数を決定した。EDTA系ではこの値が3.9×10^<-5>,4.0×10^<-5>,2.5×10^<-5>(上記同位体に対し)の値であった。
2.U(IV)ーU(VI)交換陰イオン交換クロマトグラフィ-を90m/日の速度で約200m展開し、Uー232,Uー233,Uー234,Uー235の濃縮挙動を実験的に検討した。その結果、奇数のUー233はUー235と同じ方向の異常性示し、Uー232は他の偶数核種と同じ正常性を示した。この事から同位体効果の偶・奇数依存性が確認され、核スピンが関与することが明らかとなった。
3.87℃と160℃でU(IV)ーU(VI)交換陰イオン交換クロマトグラフィ-を行い、同位体分離係数が温度に依存しない結果を得た。これも従来の理論を覆す事実である。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1990 - 1991

【配分額】6,200千円 (直接経費: 6,200千円)