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JP6902091B2 - How to obtain heavy oxygen water and equipment for its production - Google Patents
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Description

本発明は、PET断層撮影用の酸素-18の生成に関するものであり、酸素-18同位体が豊富な水(重酸素水、H2O-18)を生成するために使用することができる。 The present invention relates to the production of oxygen-18 for PET tomography and can be used to produce water rich in oxygen-18 isotopes (heavy oxygen water, H2O-18).

同位体酸素-18が豊富な水(H2O-18)は、現在、医学、農薬、生化学で広く使用されている。酸素-18は、熱拡散法を使用して、1943年に最初に99.5%に濃縮された(非特許文献1)。これまで、電気分解、化学同位体交換、ガス拡散、酸素の精留、窒素酸化物、および水の使用が、水を酸素-18に濃縮するために記載されてきた。その中で、1944年に最初に実証された水精留法(非特許文献2)は、現在、産業で成功裏に使用されている。 Water rich in isotope oxygen-18 (H2O-18) is now widely used in medicine, pesticides and biochemistry. Oxygen-18 was first concentrated to 99.5% in 1943 using the thermal diffusion method (Non-Patent Document 1). So far, electrolysis, chemical isotope exchange, gas diffusion, oxygen rectification, nitrogen oxides, and the use of water have been described to concentrate water to oxygen-18. Among them, the water rectification method (Non-Patent Document 2), which was first demonstrated in 1944, is currently being used successfully in industry.

電解中の酸素同位体効果は、水素の同位体効果と同時に発見された(非特許文献3)。しかし、この方法で酸素-18を生成する試みは成功していない(非特許文献4、5)。同様に、CO2とH2Oの間の交換反応における化学同位体交換の方法によって酸素-18を濃縮する試みは成功しなかった。この反応の分離係数が1.046ほど高いが、反応速度が遅すぎて、工業規模でプロセスを効率化できない(非特許文献6)。 The oxygen isotope effect during electrolysis was discovered at the same time as the hydrogen isotope effect (Non-Patent Document 3). However, attempts to generate oxygen-18 by this method have not been successful (Non-Patent Documents 4 and 5). Similarly, attempts to enrich oxygen-18 by the method of chemical isotope exchange in the exchange reaction between CO2 and H2O were unsuccessful. The separation coefficient of this reaction is as high as 1.046, but the reaction rate is too slow to streamline the process on an industrial scale (Non-Patent Document 6).

H2O-18を得るための化学同位体交換の方法は、窒素酸化物NOと硝酸との間の交換反応に基づいて実施された(非特許文献7)。この方法によっては、約15%の濃縮度でH2O-18を得ることができた。プロセスの技術的および経済的指標が低いことは、一酸化窒素を硝酸に定量的に変換することの難しさに関連している:製品の一部が、高酸化状態で元素窒素または窒素酸化物に不可逆的に変換されることが背景にある。 The method of chemical isotope exchange for obtaining H2O-18 was carried out based on the exchange reaction between nitrogen oxide NO and nitric acid (Non-Patent Document 7). By this method, H2O-18 could be obtained with an enrichment of about 15%. The low technical and economic indicators of the process are related to the difficulty of quantitatively converting nitric oxide to nitric acid: some of the products are elemental nitrogen or nitrogen oxides in a highly oxidized state. The background is that it is irreversibly converted to.

酸素-18を得るためにガス拡散法を使用しても、濃縮係数が低いため、満足できる結果が得られない(非特許文献8)。 Even if the gas diffusion method is used to obtain oxygen-18, satisfactory results cannot be obtained because the concentration coefficient is low (Non-Patent Document 8).

熱拡散はより効果的だが、プロセスの速度が非常に遅いため、大量の濃縮H2O-18の生成には適していない。たとえば、250mlの酸素-18を得るには、全長59メートルのカラムのカスケードを1.5年以上操作する必要があった(非特許文献9)。このプロセスのもっと近代的な方式の一部を使うと、作業が少し速くなる。たとえば、3.4m×9.2mmの寸法のカラムを使用した4段階カスケード装置では、酸素-18含有量1.5〜2%の初期中間製品を原料にして3週間の作業の後、81%の濃縮度の製品を得ることができた(非特許文献10)。3つのカラムを備えた3段階カスケードで約40%の酸素-18含有量の原料をそれぞれに使用すると、85〜90%の濃度の製品を1日あたり最大30ml生産することができる(非特許文献11)。ただし、これらの数量は、製品の生産に必要な工業量からはかけ離れている。さらに、いずれにせよ、事前に濃縮された材料が必要となる。 Thermal diffusion is more effective, but the process is so slow that it is not suitable for the production of large amounts of concentrated H2O-18. For example, in order to obtain 250 ml of oxygen-18, it was necessary to operate a cascade of columns having a total length of 59 meters for 1.5 years or more (Non-Patent Document 9). Using some of the more modern methods of this process makes things a little faster. For example, in a 4-stage cascade device using a column with dimensions of 3.4 m x 9.2 mm, after 3 weeks of work with an initial intermediate product with an oxygen-18 content of 1.5-2%, an 81% enrichment A product could be obtained (Non-Patent Document 10). Using each of the raw materials with an oxygen-18 content of about 40% in a three-stage cascade with three columns, a product with a concentration of 85-90% can be produced up to 30 ml per day (Non-Patent Documents). 11). However, these quantities are far from the industrial quantities required to produce the product. Moreover, in any case, a pre-concentrated material is required.

水を蒸留するプロセスははるかに効率的である。この方法は、1937年に最初に実装され、0.85%の濃縮度で200mlのH2O-18を得ることができた(非特許文献12)。その後の期間に、この方法は改良され、1956年に、24%O-18及び1.7%のO-17の水を生成できる精留水濃縮ユニットが作成された(非特許文献13)。水精留法によって酸素-18を生産する全ての近代的工程の基盤にある最も完璧なプロセスは50年代後半に実施された(非特許文献14)。99%以上の濃縮度でH2O-18を得ることが可能になり、効率や信頼度が高いという特徴のプロセスとなる。 The process of distilling water is much more efficient. This method was first implemented in 1937 and was able to obtain 200 ml of H2O-18 at a concentration of 0.85% (Non-Patent Document 12). In the subsequent period, this method was improved, and in 1956, a rectified water concentration unit capable of producing 24% O-18 and 1.7% O-17 water was created (Non-Patent Document 13). The most perfect process underlying all modern processes for producing oxygen-18 by the water rectification method was carried out in the late 1950s (Non-Patent Document 14). It is possible to obtain H2O-18 with an enrichment of 99% or more, which is a characteristic process with high efficiency and reliability.

酸素-18が豊富な水を生成する方法に関して提案された本発明に最も近いのは、非特許文献15に記載されている方法である。プロトタイプとして選択されたこのメソッドは、精留による予備濃縮と化学同位体交換による最終濃縮の2段階のプロセスにより、酸素-18含有量が0.2%、重水素含有量が0.015%の天然水から酸素-18が90%濃縮された水を得ることにある。 The method described in Non-Patent Document 15 is the closest to the proposed invention regarding a method for producing oxygen-rich water. The method selected as a prototype is oxygen from natural water with an oxygen-18 content of 0.2% and a deuterium content of 0.015% through a two-step process of pre-concentration by rectification and final concentration by chemical isotope exchange. -18 is to obtain 90% concentrated water.

使用する原料は、酸素-18含有量が約0.2%、重水素含有量が約0.015%の通常の天然水である。天然水中の重水素の存在は、酸素-18の濃縮と同時に、重水素の濃縮が起こるという事実につながる(65℃のカラムの動作温度では、H2O-18/H2O-16システムの濃縮係数αo-18/O-16は約1.005である、そしてHDO/H2Oシステムの濃縮係数αD/Hは約10倍大きく、約1.045である)。その結果、最終製品であるH2O-18の組成はほぼ100%D2O-18になる。ただし、医療用途には、水素同位体を自然に含む製品が必要で、製品の重水素含有量が0.015%を超えてはいけない。したがって、プロトタイプによるスキームに従って得られた製品は、重水素を除去するために必ず追加処理(いわゆる同位体組成の正規化プロセス)する必要がある。正規化プロセスは、原則として、水の電解分解と、それに続く天然同位体組成の水素中での酸素-18の燃焼によって実行される。この段階では、必然的に損失や無駄が発生し、生産コストに影響を及ぼす。 The raw material used is ordinary natural water with an oxygen-18 content of about 0.2% and a deuterium content of about 0.015%. The presence of deuterium in natural water leads to the fact that the concentration of deuterium occurs at the same time as the concentration of oxygen-18 (at a column operating temperature of 65 ° C, the concentration factor αo- of the H2O-18 / H2O-16 system. 18 / O-16 is about 1.005, and the enrichment factor αD / H of the HDO / H2O system is about 10 times larger, about 1.045). As a result, the composition of the final product, H2O-18, is almost 100% D2O-18. However, medical applications require products that naturally contain hydrogen isotopes, and the deuterium content of the product must not exceed 0.015%. Therefore, products obtained according to the prototype scheme must always undergo additional treatment (so-called isotopic composition normalization process) to remove deuterium. The normalization process is, in principle, carried out by electrolysis of water followed by combustion of oxygen-18 in hydrogen of natural isotopic composition. At this stage, losses and wastes inevitably occur, which affects production costs.

同じ記事では、特許請求されているものに最も近い酸素を豊富に含む水(図1)を得るための設備が記載されている。プロトタイプ装置には次のものが含まれている:
・ 第1種の抽出を行い、開回路(排出なし)で同時に稼働する蒸留カラムからなるH2O-18の予備的濃縮のユニット: 得られた中間濃縮物は、フローフィードバックなしで最終濃縮ユニットに送られる。
・ H2O-18濃縮カラム3台、H2O-16除去カラム1台などからなっている最終濃縮ユニット
The same article describes equipment for obtaining oxygen-rich water (Figure 1) that is closest to what is claimed. Prototype equipment includes:
Preliminary concentration unit of H2O-18 consisting of a distillation column consisting of a distillation column that performs type 1 extraction and operates simultaneously in an open circuit (no discharge): The resulting intermediate concentrate is sent to the final concentration unit without flow feedback. Be done.
・ Final concentration unit consisting of 3 H2O-18 concentration columns and 1 H2O-16 removal column

採用した仕組みのおかげで、各々の予備濃縮カラムは、カスケードの後続の段階と逆流で接続されておらず、独立して動作する。 Thanks to the mechanism adopted, each pre-concentration column is not backflow connected to subsequent stages of the cascade and operates independently.

上記の仕様をもつ装置の生産性は、90%濃縮されたH2O-18で年間4kgである。この方法と仕組みを作用したより生産性の高い装置は、現在、米国、ヨーロッパ、イスラエル、及び中国で運用されており、世界市場の50%以上(年間約1500kg)の重酸素水を供給する(非特許文献16)。 The productivity of equipment with the above specifications is 4 kg per year with 90% concentrated H2O-18. More productive devices that work with this method and mechanism are currently in operation in the United States, Europe, Israel, and China, supplying more than 50% of the global market (about 1500 kg per year) of heavy oxygen water (about 1500 kg per year). Non-Patent Document 16).

Clusius, Dickel and Becker, Naturwiss, 31, 210,1943Clusius, Dickel and Becker, Naturwiss, 31, 210, 1943 H. G. Thode, S. R. Smith, F. D. Walkling, The Separation Of The Oxygen Isotopes By The Distillation Of Water, Canadian Journal of Research, 1944, 22b(4): 127-136, 10.1139/cjr44b-016H.G. Thode, S.R. Smith, F.D. Walkling, The Separation Of The Oxygen Isotopes By The Distillation Of Water, Canadian Journal of Research, 1944, 22b (4): 127-136, 10.1139 / cjr44b-016 E. W. Washburn, E. R. Smith and M. Frandsen, J. Chem. Phys. 1, 288, 1933E. W. Washburn, E. R. Smith and M. Frandsen, J. Chem. Phys. 1, 288, 1933 H.L. Johnston, J. Am. Chem. Soc., 57, 484, 1935H.L. Johnston, J. Am. Chem. Soc., 57, 484, 1935 H. Anbar, H. Taube, J. Am. chem. Soc. 78, 3252, 1956H. Anbar, H. Taube, J. Am. Chem. Soc. 78, 3252, 1956 W. T. Boyd, R. R. White, Ind. Eng. Chem. 44, 2202, 1952W. T. Boyd, R. R. White, Ind. Eng. Chem. 44, 2202, 1952 T. I. Taylor, J. Chim. Phys. 60, 154,1963T. I. Taylor, J. Chim. Phys. 60, 154, 1963 R. Sherr, J. Chim. Phys. 6, 251, 1938R. Sherr, J. Chim. Phys. 6, 251, 1938 Clusius, Dickel and Becker, Naturwiss, 31, 210, 1943Clusius, Dickel and Becker, Naturwiss, 31, 210, 1943 K. Clusius and K. Schleich, Helv. Chim. Acta, 45, N5, 1702, 1962K. Clusius and K. Schleich, Helv. Chim. Acta, 45, N5, 1702, 1962 E. P. Ageev and G. M. Panczenkov, Atomnaja Energia, 14, No. 5, 494, 1963E. P. Ageev and G. M. Panczenkov, Atomnaja Energia, 14, No. 5, 494, 1963 Huffman and Urey, Ind. Eng. Chem. 29, 531, 1937Huffman and Urey, Ind. Eng. Chem. 29, 531, 1937 O. W. Umarov, W. A. Sokolski and N. M. Zavoronkov, Chim. Promyszi, 404, 1956O. W. Umarov, W. A. Sokolski and N. M. Zavoronkov, Chim. Promyszi, 404, 1956 Dostrovsky, Llewellyn, Vromen, J. Chem. Soc. 3517, 1952; Dostrovsky ref. Proc. 2nd Intern. Conf. Peaceful Uses Atomic Energy, Geneva, 1958, p. 605Dostrovsky, Llewellyn, Vromen, J. Chem. Soc. 3517, 1952; Dostrovsky ref. Proc. 2nd Intern. Conf. Peaceful Uses Atomic Energy, Geneva, 1958, p. 605 Dostrovsky, I., Raviv, A.: "Proc. Int. Symp. Isotope Separation (Amsterdam, 1957)", p. 336, (1958), North-Holland, AmsterdamDostrovsky, I., Raviv, A .: "Proc. Int. Symp. Isotope Separation (Amsterdam, 1957)", p. 336, (1958), North-Holland, Amsterdam Oxygen-18 (CAS 32767-18-3), Market Research Report 2015, BAC ReportsOxygen-18 (CAS 32767-18-3), Market Research Report 2015, BAC Reports

表1に、プロトタイプ装置の仕様が示されている(図4を参照)。 Table 1 shows the specifications of the prototype device (see Figure 4).

プロトタイプ装置は、天然の重水素含有量が0.015%の天然水を原料として使用しているため、製品および中間製品(最終濃縮カラムのプロセス媒体)に重水素が蓄積する。中間製品にかなりの量の重水素(50%以上)が存在すると、装置における濃縮プロセスの効率が急激に低下する。これは、H2O-18/H2O-16システムの分離係数αO-18/O-16が約1.005(65℃)であり、重水素の蓄積とともに急激に減少するという事実によるものである:HDO-18/HDO-16システムのαO-18/O-16は1.0041であり、D2O-18/D2O-16システムのD2O-18/D2O-l6は1.0034である。したがって、分離係数に反比例してプロセスの効率(生産性)が低下する。 Since the prototype device uses natural water with a natural deuterium content of 0.015% as a raw material, deuterium accumulates in products and intermediate products (process medium of the final concentrated column). The presence of a significant amount of deuterium (50% or more) in the intermediate product sharply reduces the efficiency of the enrichment process in the instrument. This is due to the fact that the separation coefficient αO-18 / O-16 of the H2O-18 / H2O-16 system is about 1.005 (65 ° C) and decreases sharply with the accumulation of heavy water: HDO-18. The αO-18 / O-16 for the / HDO-16 system is 1.0041 and the D2O-18 / D2O-l6 for the D2O-18 / D2O-16 system is 1.0034. Therefore, the efficiency (productivity) of the process decreases in inverse proportion to the separation coefficient.

提案された諸発明は、以下の不利な点を排除するためのものとなる:
・ 製品の品質を改善し、プロトタイプに従った方法と装置において重水素を除去するための追加操作の必要性に関連する損失を削減する;
・ プロセスストリームに重水素が蓄積するため、プロトタイプによる方法と設置には、プロセスの効率(生産性)を向上させるのに限界がある。
The proposed inventions are intended to eliminate the following disadvantages:
· Improve product quality and reduce losses associated with the need for additional operations to remove deuterium in prototype-based methods and equipment;
-Because deuterium accumulates in the process stream, prototype methods and installations have limitations in improving process efficiency (productivity).

製品の損失を低減し、プロセスの効率を改善するといった、設定された課題を解決するために、特許請求に係る方法は、予備濃縮ユニットでのH20-18の予備濃縮と最終濃縮ユニットでの最終濃縮とを含み、精留カラムにおいて真空下で水を精留することによって酸素-18を濃縮した水を得る方法であって、そのフローチャートおよび設備は、更に、原材料、すなわち天然水を供給する供給ライン上の水−二酸化炭素システムに化学同位体交換ユニットが設けられている。天然水は酸素-18の供給源である。プロトタイプによる仕組みでは、水が精留カラムのカスケードに直接入り、酸素-18と同時に、天然水に含まれる重水素がプロセスストリームに導入される。特許請求に係る解決策によれば、原天然水に含まれる酸素-18は二酸化炭素によって設備の供給ラインへ輸送され、この二酸化炭素は、設備の供給フローである原水に対する輸送剤として機能する。化学同位体の交換ユニットには2つの化学同位体交換カラムが組み込まれている:天然水が灌流される原料用のカラムと、精留カラムのカスケードへの供給フローが循環する供給用のカラムとである。これらのカラムは、閉ループで循環する二酸化炭素のラインを介して相互に接続され、酸素-18を原材料から供給フローへ輸送する。その際、重水素は二酸化炭素によって輸送されないため、設備内には入り込まない。二酸化炭素は、予備精製カラム内で水流に対して向流して循環し、原材料フローから予備濃縮ユニットの供給フローへの酸素-18を確実に輸送する。 To solve the set challenges, such as reducing product loss and improving process efficiency, the patented method is pre-concentration of H20-18 in the pre-concentration unit and final in the final concentration unit. A method of obtaining oxygen-18 concentrated water by rectifying water under vacuum in a rectification column, including concentration, the flowchart and equipment of which further supplies the raw material, i.e. natural water. A chemical isotope exchange unit is installed in the water-carbon dioxide system on the line. Natural water is a source of oxygen-18. In the prototype mechanism, water enters the rectification column cascade directly, and at the same time as oxygen-18, deuterium contained in natural water is introduced into the process stream. According to the claims solution, oxygen-18 contained in the raw natural water is transported by carbon dioxide to the supply line of the equipment, and this carbon dioxide functions as a transport agent for the raw water which is the supply flow of the equipment. The chemical isotope exchange unit incorporates two chemical isotope exchange columns: a column for raw materials perfused with natural water and a column for supply in which the supply flow to the cascade of rectified columns circulates. Is. These columns are interconnected via a line of carbon dioxide that circulates in a closed loop, transporting oxygen-18 from the raw material to the supply flow. At that time, deuterium is not transported by carbon dioxide, so it does not enter the equipment. Carbon dioxide circulates in the pre-purification column in a countercurrent manner with respect to the water stream, reliably transporting oxygen-18 from the raw material flow to the supply flow of the pre-concentration unit.

提案された方法の特徴は、設備への原料供給の原理にある:天然水からの酸素-18が、二酸化炭素との化学同位体交換ユニットを介してカスケードに供給されるので、プロセスストリームから重水素が排除されることによって、設備の生産性が向上し、製品の損失が無くなる。 A feature of the proposed method lies in the principle of raw material supply to the equipment: oxygen-18 from natural water is supplied to the cascade via a chemical isotope exchange unit with carbon dioxide, so it is deuterium from the process stream. The elimination of hydrogen improves equipment productivity and eliminates product loss.

特許請求されているものに最も近い酸素を豊富に含む水を得るための設備である。A facility for obtaining oxygen-rich water that is closest to what is claimed. 本発明によるН2О-18の製造方法の工程図である。It is a process drawing of the manufacturing method of Н 2 О-18 by this invention. 請求された方法による、提案された設備の特性を示す表2である。Table 2 shows the characteristics of the proposed equipment according to the claimed method. プロトタイプによる設置の特性を示す表1である。Table 1 shows the characteristics of the prototype installation.

上記の技術的結果を達成するために、以下を含む装置が提案される:
・ 化学同位体交換のユニット;
・ 開回路(排出なし)で、並行して動作して第1種の抽出を行う精留カラムからなるH2O-18の予備的濃縮のユニット;
・ H20-18を濃縮するカラムとH2O-16を除去するカラムとを複合体を含む最終濃縮ユニット。
To achieve the above technical results, devices including the following are proposed:
・ Chemical isotope exchange unit;
A pre-concentration unit of H2O-18 consisting of a rectification column that operates in parallel to perform type 1 extraction in an open circuit (no discharge);
-A final concentration unit containing a complex of a column that concentrates H20-18 and a column that removes H2O-16.

既知のものと異なって、提案された設備(図2)は、化学同位体交換ユニットを備えた予備濃縮ユニットの供給ラインに追加的に装備されている。化学同位体交換ユニットは、水−二酸化炭素システムにおける化学同位体交換のカラムの複合体で構成されている。その目的は、プロセスの効率と生産性を向上させることと並び、製品の品質を向上させ、その損失を減らすことである。 Unlike the known ones, the proposed equipment (Figure 2) is additionally installed in the supply line of the pre-concentration unit with the chemical isotope exchange unit. The chemical isotope exchange unit consists of a complex of columns for chemical isotope exchange in a water-carbon dioxide system. Its purpose is to improve the quality of the product and reduce its loss, as well as to improve the efficiency and productivity of the process.

提案された発明は、以下の図面が添付される:
・ 図1 - プロトタイプによるH20-18の製造プロセスの図;
・ 図2 - 本発明によるH20-18の製造のプロセスの図。
The proposed invention is attached with the following drawings:
・ Figure 1-Prototype H20-18 manufacturing process diagram;
-Fig. 2-Figure of the manufacturing process of H20-18 according to the present invention.

酸素-18が豊富な水を得るために提案された設備(図2)には、次のものが含まれる:
・水−二酸化炭素システムの化学同位体交換カラム15、16で構成される化学同位体交換のユニット;
・ 予備濃縮カラム1〜10で構成される予備的濃縮のユニット;
・ 濃縮カラム11〜13及び除去カラム14を含む最終濃縮のユニット;
Equipment proposed to obtain oxygen-18-rich water (Figure 2) includes:
-Chemical isotope exchange unit consisting of chemical isotope exchange columns 15 and 16 of the water-carbon dioxide system;
Pre-concentration unit consisting of pre-concentration columns 1-10;
Final concentration unit containing concentration columns 11-13 and removal columns 14;

装置は次のように機能する: The device works as follows:

原水の流れは、カラム15内の化学同位体交換ユニットに入る。カラム15〜16内水流と向流循環する二酸化炭素は、原料の流れ(カラム16)からカスケード15の供給カラムへ酸素-18の輸送を維持する。そのとき、原水に含まれる重水素はカスケードに入らないため、プロセスストリームや製品に蓄積されない。 The stream of raw water enters the chemical isotope exchange unit in column 15. The carbon dioxide that circulates countercurrently with the inland stream of columns 15-16 maintains the transport of oxygen-18 from the raw material stream (column 16) to the supply column of cascade 15. At that time, the deuterium contained in the raw water does not enter the cascade, so that it is not accumulated in the process stream or the product.

カスケード供給カラム16からの水は、開回路(排出なし)で、並行して動作して第1種の抽出を行う精留カラム1〜10からなる予備濃縮ユニットに入り、そこで得られた中間濃縮物はフローフィードバックなしで最終濃縮ユニットに移される。 The water from the cascade feed column 16 enters a pre-concentration unit consisting of rectification columns 1-10, which operates in parallel to perform the first type of extraction in an open circuit (no drainage), and the intermediate concentration obtained there. The material is transferred to the final enrichment unit without flow feedback.

最終濃縮ユニットの濃縮カラム内の中間濃縮物は、酸素-18が少なくとも95%のレベルまで濃縮されるが、99%を超える酸素-16を含む廃水は、最終濃縮ユニットの廃棄カラムのサイクルから廃棄される。 The intermediate concentrate in the concentration column of the final concentration unit concentrates oxygen-18 to a level of at least 95%, but wastewater containing more than 99% oxygen-16 is discarded from the cycle of the waste column of the final concentration unit. Will be done.

この技術的ソリューションに従った装置は、95%のレベルまで酸素-18が豊富な水の生産を提供し、高い生産性、低いレベルの損失、および水素同位体の自然含有量を有する製品の製造を得る。上記の要件は、医学および生化学で使用するための市場製品に必要な要件である。表2は、出願の方法により、提案された設備の仕様を示している。 Equipment according to this technical solution provides oxygen-18-rich water production up to 95% levels, producing products with high productivity, low levels of loss, and natural content of hydrogen isotopes. To get. The above requirements are required for market products for use in medicine and biochemistry. Table 2 shows the specifications of the proposed equipment according to the method of application.

この設計で装置は、提案された方法を実装する場合、年間6kgの容量があり、95%の濃縮と0.013〜0.015%の重水素含有量(天然の重水素含有量のレベルで)の製品を提供する。このため、製品は水素同位体組成を正規化するために追加の操作を必要としない。 In this design, the device has a capacity of 6 kg per year, 95% enrichment and 0.013 to 0.015% deuterium content (at the level of natural deuterium content) when implementing the proposed method. provide. Therefore, the product does not require any additional manipulation to normalize the hydrogen isotope composition.

したがって、この技術的ソリューションに従った装置には、プロトタイプと比較して次の利点がある:
・ 生産性が1.5倍大きくなる;
・ より高い濃縮度(95%)の製品を提供する;
・ 正規化された水素同位体組成(重水素含有量0.013〜0.015%)の製品を提供する;
Therefore, equipment that follows this technical solution has the following advantages over the prototype:
・ Productivity is increased by 1.5 times;
-Provide products with higher enrichment (95%);
-Provide products with a normalized hydrogen isotope composition (deuterium content 0.013-0.015%);

さらに、運用の観点からは、処理水の重水素含有量が天然水よりも少ないことが重要であり、これによって原子力安全基準による生産ライセンスが不要になる(重水素は核物質として分類されるため)。 Furthermore, from an operational point of view, it is important that the deuterium content of treated water is lower than that of natural water, which eliminates the need for a production license according to nuclear safety standards (because deuterium is classified as a nuclear material). ).

提案された方法および提案された装置の効率および経済性は、プロトタイプ及び他の既知の技術的解決策による方法および装置と比較して、それらの技術的および経済的利点を証明している。したがって、この設備は、酸素-18が豊富な水の工業生産にうまく使用できる。 The efficiency and economics of the proposed methods and devices demonstrate their technical and economic advantages over methods and devices with prototypes and other known technical solutions. Therefore, this equipment can be successfully used for the industrial production of oxygen-18-rich water.

本発明は、PET断層撮影用の酸素-18の生成に関し、酸素-18同位体が豊富な水(重酸素水、H2O-18)を生成する技術として有用である。 The present invention relates to the production of oxygen-18 for PET tomography, and is useful as a technique for producing water rich in oxygen-18 isotopes (heavy oxygen water, H2O-18).

1〜10……予備濃縮カラム
11〜13…濃縮カラム
14…………排気カラム
15、16…化学同位体交換のカラム
1-10 ... Preliminary concentration column 11-13 ... Concentration column 14 ......... Exhaust column 15, 16 ... Chemical isotope exchange column

Claims (2)

天然水を原材料として真空下での精留により酸素-18を濃縮した水を得る方法であって、
開回路で同時に動作する複数の予備濃縮カラムにおいて、酸素-18の第1種中間濃縮物を抽出する酸素-18の予備濃縮と、酸素-18の濃縮カラムと酸素-16の除去カラムとからなる最終濃縮カラムのカスケードにおける、前記中間濃縮物の最終濃縮と、を含み、
供給用に濃縮前カラムを循環する水を使用し、当該濃縮前カラムを循環する水は、原材料である天然水と二酸化炭素との化学同位体交換を順次行うことによって、酸素-18の自然含有量を維持する
ことを特徴とする方法。
It is a method to obtain water in which oxygen-18 is concentrated by rectification under vacuum using natural water as a raw material.
In multiple pre-concentration columns operating simultaneously in an open circuit, it consists of a pre-concentration of oxygen-18 for extracting the first-class intermediate concentrate of oxygen-18, a concentration column for oxygen-18, and a removal column for oxygen-16. Containing with the final concentration of the intermediate concentrate in a cascade of final concentration columns,
Water that circulates in the pre-concentration column is used for supply, and the water that circulates in the pre-concentration column naturally contains oxygen-18 by sequentially performing chemical isotope exchange between the raw material natural water and carbon dioxide. A method characterized by maintaining quantity.
天然水を原材料として酸素-18を濃縮した水を製造する設備であって、
排出を伴わない開回路によって、第1種の中間濃縮物の抽出を、同時に行う複数の予備濃縮精留カラムからなる予備濃縮ユニットと、
酸素-18濃縮カラムと酸素-16除去カラムとからなる最終濃縮ユニットと、を備え、
予備濃縮ユニットの供給ラインは、水−二酸化炭素系の化学同位体交換を行うカラムの複合体を更に有する
ことを特徴とする設備。
A facility that produces oxygen-18-concentrated water using natural water as a raw material.
A pre-concentration unit consisting of a plurality of pre-concentration rectification columns that simultaneously extracts the first-class intermediate concentrate by an open circuit without discharge.
It is equipped with a final concentration unit consisting of an oxygen-18 concentration column and an oxygen-16 removal column.
The supply line of the pre-concentration unit is a facility characterized by further having a complex of columns for chemical isotope exchange of a water-carbon dioxide system.
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