Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7792314B2 - Oxygen isotope enrichment device and oxygen isotope enrichment method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7792314B2 - Oxygen isotope enrichment device and oxygen isotope enrichment method - Google Patents

Oxygen isotope enrichment device and oxygen isotope enrichment method

Info

Publication number
JP7792314B2
JP7792314B2 JP2022128033A JP2022128033A JP7792314B2 JP 7792314 B2 JP7792314 B2 JP 7792314B2 JP 2022128033 A JP2022128033 A JP 2022128033A JP 2022128033 A JP2022128033 A JP 2022128033A JP 7792314 B2 JP7792314 B2 JP 7792314B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
ozone
carbon tetrafluoride
mixed gas
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022128033A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2024024989A (en
Inventor
奎太 金島
貴史 神邊
健大 五十嵐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sanso Holdings Corp
Original Assignee
Nippon Sanso Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sanso Holdings Corp filed Critical Nippon Sanso Holdings Corp
Priority to JP2022128033A priority Critical patent/JP7792314B2/en
Publication of JP2024024989A publication Critical patent/JP2024024989A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7792314B2 publication Critical patent/JP7792314B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

本発明は、酸素同位体の濃縮装置、及び酸素同位体の濃縮方法に関する。 The present invention relates to an oxygen isotope enrichment device and a method for enriching oxygen isotopes.

一般的に、安定同位体は、自然科学や医療分野でトレーサとして用いられているが、安定同位体の中にはその天然存在比が小さく、使用に際して大幅に濃縮をする必要があるものが多い。 Stable isotopes are generally used as tracers in the fields of natural science and medicine, but the natural abundance of some stable isotopes is low, and many of them require significant enrichment before use.

たとえば、酸素安定同位体を自然科学や医療分野でトレーサ等として使用する場合、%オーダーの濃度であることが求められるが、酸素17(17O)及び酸素18(18O)の天然存在比は、それぞれ0.038%及び0.205%であり、10~1000倍程度の濃縮倍率が必要である。 For example, when stable oxygen isotopes are used as tracers in the fields of natural science and medicine, concentrations on the order of 100% are required. The natural abundances of oxygen-17 ( 17 O) and oxygen-18 ( 18 O) are 0.038% and 0.205%, respectively, and a concentration factor of about 10 to 1000 times is required.

酸素同位体の濃縮、分離方法としては、例えば、特許文献1、特許文献2、及び非特許文献1が知られている。
特許文献1に記載されている光反応による同位体の分離は、他の分離方法と比較して分離係数が大きいことが特徴であるが、その濃縮倍率は高いものでも10倍程度であり、高い倍率を得るためには多段のプロセスが必要となる。
Methods for enriching and separating oxygen isotopes are known, for example, from Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1.
The separation of isotopes by photoreaction described in Patent Document 1 is characterized by a large separation factor compared to other separation methods, but the enrichment factor is at most about 10 times, and a multi-stage process is required to achieve a high enrichment factor.

このような多段プロセスとしては、例えば、特許文献2に開示されている濃縮プロセスを、非特許文献1に開示されているカスケード接続する多段プロセスが考えられる。ここで、図3は、多段プロセスを備える従来の酸素同位体の濃縮装置の構成を示す。 One example of such a multi-stage process is the cascade connection of the enrichment process disclosed in Patent Document 2 and the multi-stage process disclosed in Non-Patent Document 1. Figure 3 shows the configuration of a conventional oxygen isotope enrichment device equipped with a multi-stage process.

図3に示すように、従来の酸素同位体の濃縮装置100は、複数の装置群k、k+1を備えている。具体的には、各装置群k、k+1は、酸素(O)からオゾン(O)を生成するオゾン生成装置11と、酸素とオゾンとの混合物に四フッ化炭素(CF)を供給する四フッ化炭素供給装置17と、酸素とオゾンと四フッ化炭素との混合物から酸素を分離する酸素分離装置12と、オゾンと四フッ化炭素との混合物に光を照射して、特定の酸素同位体を含むオゾンを選択的に酸素に分解するオゾン光分解装置13と、オゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを捕集する捕集装置14と、オゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを、酸素と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとに分離して、酸素中に酸素同位体を濃縮する濃縮装置15と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスからオゾンを分解して酸素を生成するオゾン除害装置18と、四フッ化炭素と酸素との混合ガスから四フッ化炭素を分離する四フッ化炭素分離装置19と、をそれぞれ有する。そして、酸素同位体の濃縮装置100は、装置群kと次の装置群k+1との間に、第k群目の濃縮装置15で分離した酸素を、第(k+1)群目のオゾン生成装置11’に導入する酸素供給経路16を備える。なお、図3中に示すように、第(k+1)群目の各装置及び各経路であって、第k群目の各装置及び各経路と同じ構成には、符号の後に「’」を付している。 3, the conventional oxygen isotope enrichment apparatus 100 includes a plurality of apparatus groups k, k+1. Specifically, each of the apparatus groups k, k+1 includes an ozone generator 11 that generates ozone (O 3 ) from oxygen (O 2 ), and an ozone generator 12 that converts carbon tetrafluoride (CF 4 an oxygen separation device 12 that separates oxygen from a mixture of oxygen, ozone, and carbon tetrafluoride; an ozone photolysis device 13 that irradiates the mixture of ozone and carbon tetrafluoride with light to selectively decompose ozone containing a specific oxygen isotope into oxygen; a collection device 14 that collects a mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen; an enrichment device 15 that separates the mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen into oxygen and a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride and enriches the oxygen isotope in the oxygen; an ozone removal device 18 that decomposes ozone from the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride to produce oxygen; and a carbon tetrafluoride separation device 19 that separates carbon tetrafluoride from a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen. The oxygen isotope concentrating apparatus 100 is provided with an oxygen supply path 16 between the device group k and the next device group k+1, which introduces oxygen separated in the kth concentrating device 15 into the (k+1)th ozone generating device 11'. As shown in Figure 3, the (k+1)th device and path have the same configuration as the kth device and path, with "'" added after the reference numeral.

また、従来の酸素同位体の濃縮装置100を用いた、濃縮方法は、複数の工程群k、k+1を備えている。具体的には、各工程群k、k+1は、酸素(O)からオゾン(O)を生成するオゾン生成ステップと、酸素とオゾンとの混合物に四フッ化炭素(CF)を供給する四フッ化炭素供給ステップと、酸素とオゾンと四フッ化炭素との混合物から酸素を分離する酸素分離ステップと、オゾンと四フッ化炭素との混合物に光を照射して、特定の酸素同位体を含むオゾンを選択的に酸素に分解するオゾン光分解ステップと、オゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを捕集する捕集ステップと、オゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを、酸素と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとに分離して、酸素中に酸素同位体を濃縮する濃縮ステップと、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスからオゾンを分解して酸素を生成するオゾン除害ステップと、四フッ化炭素と酸素との混合ガスから四フッ化炭素を分離する四フッ化炭素分離ステップと、をそれぞれ有する。そして、酸素同位体の濃縮方法では、第k群目の濃縮ステップで分離した酸素を、第(k+1)群目のオゾン生成ステップに原料として導入する。 The enrichment method using the conventional oxygen isotope enrichment apparatus 100 includes a plurality of process groups k and k+1. Specifically, each of the process groups k and k+1 includes an ozone generation step of generating ozone (O 3 ) from oxygen (O 2 ), and a step of adding carbon tetrafluoride (CF 4 The method for enriching oxygen isotopes includes a carbon tetrafluoride supply step for supplying ozone, ozone, and carbon tetrafluoride, an oxygen separation step for separating oxygen from a mixture of oxygen, ozone, and carbon tetrafluoride, an ozone photolysis step for irradiating the mixture of ozone and carbon tetrafluoride with light to selectively decompose ozone containing a specific oxygen isotope into oxygen, a collection step for collecting a mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen, an enrichment step for separating the mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen into oxygen and a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride and enriching the oxygen isotope in the oxygen, an ozone abatement step for decomposing ozone from the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride to produce oxygen, and a carbon tetrafluoride separation step for separating carbon tetrafluoride from the mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen. In the method for enriching oxygen isotopes, the oxygen separated in the enrichment step of the kth group is introduced as a raw material into the (k+1)th group ozone generation step.

このように、従来の酸素同位体の濃縮装置100、及び濃縮方法では、特定の酸素安定同位体濃縮操作を連続的に実施する。 In this way, conventional oxygen isotope enrichment devices 100 and enrichment methods perform specific stable oxygen isotope enrichment operations continuously.

また、従来の酸素同位体の濃縮装置100では、各装置群k、k+1が、オゾン除害装置18と、四フッ化炭素分離装置19と、四フッ化炭素分離装置19で分離した四フッ化炭素を前段の任意の工程群の四フッ化炭素供給装置17に返送する四フッ化炭素返送経路20をそれぞれ備えている。
そして、従来の酸素同位体の濃縮装置100では、任意の工程群kにおいて、四フッ化炭素分離装置19で分離した酸素を系外へ排出する酸素排気経路25を備えており、任意の工程群k+1において、四フッ化炭素分離装置19で分離した酸素を前段の工程群kのオゾン生成装置11に導入する酸素返送経路21’を備えている。
このように、従来の酸素同位体の濃縮装置100、及び濃縮方法では、酸素と四フッ化炭素とを再利用する構成となっている。
Furthermore, in the conventional oxygen isotope enrichment apparatus 100, each of the apparatus groups k and k+1 includes an ozone detoxification apparatus 18, a carbon tetrafluoride separation apparatus 19, and a carbon tetrafluoride return path 20 that returns the carbon tetrafluoride separated in the carbon tetrafluoride separation apparatus 19 to the carbon tetrafluoride supply apparatus 17 of any of the preceding process groups.
The conventional oxygen isotope enrichment apparatus 100 is provided with an oxygen exhaust path 25 for discharging oxygen separated in the carbon tetrafluoride separation device 19 to the outside of the system in any step group k, and with an oxygen return path 21′ for introducing oxygen separated in the carbon tetrafluoride separation device 19 into the ozone generator 11 in the preceding step group k in any step group k+1.
As described above, the conventional oxygen isotope enrichment device 100 and enrichment method are configured to reuse oxygen and carbon tetrafluoride.

国際公開第2007/020934号International Publication No. 2007/020934 特開2008-080200号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-080200

原子力化学工学 山本寛,金川昭,東邦夫 著 出版年1976年 日刊工業新聞社Nuclear Chemical Engineering by Hiroshi Yamamoto, Akira Kanagawa, and Kunio Higashi, published in 1976 by Nikkan Kogyo Shimbun

しかしながら、図3に示すような従来の酸素同位体の濃縮装置100及び濃縮方法では、酸素と四フッ化炭素とを再利用するために、各装置群にオゾン除害装置18及び四フッ化炭素分離装置19をそれぞれ設け、各工程群でオゾン除害ステップ及び四フッ化炭素分離ステップをそれぞれ行う必要があるため、装置構成及び工程数が複雑となる課題があった。 However, with the conventional oxygen isotope enrichment apparatus 100 and enrichment method shown in Figure 3, in order to reuse oxygen and carbon tetrafluoride, an ozone detoxification device 18 and a carbon tetrafluoride separation device 19 must be installed in each equipment group, and an ozone detoxification step and a carbon tetrafluoride separation step must be performed in each process group, resulting in a complex equipment configuration and number of processes.

また、従来の酸素同位体の濃縮装置100及び濃縮方法では、任意の装置群及び工程群において、オゾン生成装置11及びオゾン生成ステップでの酸素処理量が増加するという課題があった。 Furthermore, with the conventional oxygen isotope enrichment apparatus 100 and enrichment method, there was a problem in that the amount of oxygen processed in the ozone generator 11 and ozone generation step increased in any of the equipment groups and process groups.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、酸素安定同位体濃縮プロセスをカスケードに構成した多段プロセスにおいて、装置構成及び処理工程を簡略化し、酸素処理量の削減が可能な酸素同位体の濃縮装置、及び酸素同位体の濃縮方法を提供することを課題とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an oxygen isotope enrichment device and method that simplify the device configuration and processing steps in a multi-stage process in which stable oxygen isotope enrichment processes are configured in a cascade, and that can reduce the amount of oxygen processed.

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
[1] 酸素からオゾンを生成するオゾン生成装置と、
前記オゾン生成装置の二次側に位置し、酸素とオゾンとの混合物に四フッ化炭素を供給する四フッ化炭素供給装置と、
前記四フッ化炭素供給装置の二次側に位置し、酸素とオゾンと四フッ化炭素との混合物から酸素を分離する酸素分離装置と、
前記酸素分離装置の二次側に位置し、オゾンと四フッ化炭素との混合物に光を照射して、特定の酸素同位体を含むオゾンを選択的に酸素に分解するオゾン光分解装置と、
前記オゾン光分解装置の二次側に位置し、オゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを捕集する捕集装置と、
捕集装置の二次側に位置し、オゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを、酸素と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとに分離して、酸素中に酸素同位体を濃縮する濃縮装置と、を有する、複数の装置群(第1群目~第n群目)と、
第k群目(1≦k≦(n-1))の前記濃縮装置で分離した酸素を、第(k+1)群目のオゾン生成装置に導入する、1以上の酸素供給経路と、
任意の第j群目(2≦j≦n)の前記濃縮装置で分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第1群目から第(j-1)群目の何れかに導入する、1以上の混合ガス返送経路と、を備える、酸素同位体の濃縮装置。
[2] 前記混合ガス返送経路に位置し、前記混合ガス返送経路内のオゾン濃度を測定するオゾン濃度測定装置をさらに備える、[1]に記載の酸素同位体の濃縮装置。
[3] 任意の第j群目(2≦j≦n)を除く1以上の装置群が、
前記濃縮装置の二次側に位置し、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスからオゾンを分解して酸素を生成するオゾン除害装置と、
前記オゾン除害装置の二次側に位置し、四フッ化炭素と酸素との混合ガスから四フッ化炭素を分離する四フッ化炭素分離装置と、を有する、[1]又は[2]に記載の酸素同位体の濃縮装置。
[4] 酸素からオゾンを生成するオゾン生成ステップと、
未反応の酸素とオゾンとの混合物に四フッ化炭素を供給する四フッ化炭素供給ステップと、
酸素とオゾンと四フッ化炭素との混合物から酸素を分離する酸素分離ステップと、
オゾンと四フッ化炭素との混合物に光を照射して、特定の酸素同位体を含むオゾンを選択的に酸素に分解するオゾン光分解ステップと、
未分解のオゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを捕集する捕集ステップと、
未分解のオゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを、酸素と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとに分離して、酸素中に酸素同位体を濃縮する濃縮ステップと、を有する、複数の工程群(第1群目~第n群目)を含み、
第k群目(1≦k≦(n-1))の前記濃縮ステップで分離した酸素を、第(k+1)群目のオゾン生成ステップで用いるとともに、
任意の第j群目(2≦j≦n)の前記濃縮ステップで分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第1群目から第(j-1)群目の何れかの工程群に返送する、酸素同位体の濃縮方法。
[5] 任意の第j群目(2≦j≦n)の前記濃縮ステップで分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第1群目から第(j-1)群目の何れかの工程群に返送する際、前記混合ガス中のオゾン濃度を監視する、[4]に記載の酸素同位体の濃縮方法。
[6] 任意の第j群目(2≦j≦n)を除く1以上の工程群が、
前記濃縮ステップの後に、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスからオゾンを分解して酸素を生成するオゾン除害ステップと、
前記オゾン除害ステップの後に、四フッ化炭素と酸素との混合ガスから四フッ化炭素を分離する四フッ化炭素分離ステップと、を有する、[4]又は[5]に記載の酸素同位体の濃縮方法。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
[1] An ozone generator that generates ozone from oxygen;
a carbon tetrafluoride supply device located on the secondary side of the ozone generator and supplying carbon tetrafluoride to the mixture of oxygen and ozone;
an oxygen separator located on the secondary side of the carbon tetrafluoride supply device and separating oxygen from a mixture of oxygen, ozone, and carbon tetrafluoride;
an ozone photolysis device located on the secondary side of the oxygen separation device, which irradiates a mixture of ozone and carbon tetrafluoride with light to selectively decompose ozone containing a specific oxygen isotope into oxygen;
a collector located on the secondary side of the ozone photolysis device and configured to collect a mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen;
a plurality of device groups (first group to nth group) each having an enrichment device located on the secondary side of the collection device, which separates a mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen into oxygen and a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride, and enriches oxygen isotopes in the oxygen;
one or more oxygen supply paths for introducing oxygen separated in the kth (1≦k≦(n−1)) concentrator into the (k+1)th ozone generator;
and one or more mixed gas return paths for introducing a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in any jth group (2≦j≦n) of the concentrating devices into any one of the first group to the (j-1)th group.
[2] The oxygen isotope enrichment device according to [1], further comprising an ozone concentration measuring device located in the mixed gas return path and measuring the ozone concentration in the mixed gas return path.
[3] One or more device groups, excluding any j-th group (2≦j≦n),
an ozone detoxification device located on the secondary side of the concentrator and configured to decompose ozone from a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride to generate oxygen;
The oxygen isotope enrichment device according to [1] or [2], further comprising: a carbon tetrafluoride separation device located on the secondary side of the ozone detoxification device and separating carbon tetrafluoride from a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen.
[4] an ozone generating step of generating ozone from oxygen;
a carbon tetrafluoride supplying step of supplying carbon tetrafluoride to a mixture of unreacted oxygen and ozone;
an oxygen separation step of separating oxygen from a mixture of oxygen, ozone, and carbon tetrafluoride;
an ozone photolysis step in which a mixture of ozone and carbon tetrafluoride is irradiated with light to selectively decompose ozone containing a specific oxygen isotope into oxygen;
a collecting step of collecting a mixed gas containing undecomposed ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen;
a concentration step of separating a mixed gas containing undecomposed ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen into oxygen and a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride, and enriching oxygen isotopes in the oxygen,
The oxygen separated in the kth group (1≦k≦(n−1)) of the concentration step is used in the (k+1)th group of ozone generation steps,
A method for enriching oxygen isotopes, wherein a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in the enrichment step of any jth group (2≦j≦n) is returned to any one of the first to (j−1)th groups of steps.
[5] The method for enriching oxygen isotopes according to [4], wherein the ozone concentration in the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in the enrichment step of any j-th group (2≦j≦n) is monitored when the mixed gas is returned to any one of the first to (j−1)-th groups.
[6] One or more process groups, excluding any jth group (2≦j≦n),
an ozone detoxification step of generating oxygen by decomposing ozone from a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride after the concentration step;
The method for enriching oxygen isotopes according to [4] or [5], further comprising a carbon tetrafluoride separation step of separating carbon tetrafluoride from a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen after the ozone removal step.

本発明の酸素同位体の濃縮装置は、酸素安定同位体濃縮プロセスをカスケードに構成した多段プロセスにおいて、装置構成を簡略化し、酸素処理量の削減が可能である。
また、本発明の酸素同位体の濃縮方法は、酸素安定同位体濃縮プロセスをカスケードに構成した多段プロセスにおいて、処理工程を簡略化し、酸素処理量の削減が可能である。
The oxygen isotope enrichment apparatus of the present invention simplifies the apparatus configuration and enables a reduction in the amount of oxygen processed in a multi-stage process in which stable oxygen isotope enrichment processes are configured in cascade.
Furthermore, the oxygen isotope enrichment method of the present invention simplifies the processing steps in a multi-stage process in which stable oxygen isotope enrichment processes are configured in a cascade, and makes it possible to reduce the amount of oxygen processed.

本発明の一実施形態である酸素同位体の濃縮装置の構成を示す系統図である。1 is a system diagram showing the configuration of an oxygen isotope enrichment device according to one embodiment of the present invention. 本発明の実施例に適用する酸素同位体の濃縮装置の構成を示す系統図である。1 is a system diagram showing the configuration of an oxygen isotope enrichment device applied to an embodiment of the present invention. 従来の酸素同位体の濃縮装置の構成を示す系統図である。FIG. 1 is a system diagram showing the configuration of a conventional oxygen isotope enrichment device.

以下、本発明を適用した一実施形態である酸素同位体の濃縮装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 An oxygen isotope enrichment device, which is one embodiment of the present invention, will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following description may show characteristic parts enlarged for convenience in order to make the features easier to understand, and the dimensional proportions of each component may not necessarily be the same as in reality.

<酸素同位体の濃縮装置>
先ず、本発明の一実施形態である酸素同位体の濃縮装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施形態の酸素同位体の濃縮装置の構成の一例を示す系統図である。
図1に示すように、本実施形態の酸素同位体の濃縮装置1は、複数の装置群(第1群目~第n群目、nは2以上の整数)を備える。なお、図1中では、便宜上、装置群k及び装置群k+1(1≦k≦(n-1))のみを示している。
<Oxygen isotope enrichment device>
First, an oxygen isotope enrichment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Fig. 1 is a system diagram showing an example of the configuration of the oxygen isotope enrichment apparatus according to this embodiment.
1, the oxygen isotope enrichment apparatus 1 of this embodiment includes a plurality of device groups (first to nth groups, where n is an integer of 2 or more). For convenience, only device group k and device group k+1 (1≦k≦(n−1)) are shown in FIG.

装置群k及び装置群k+1は、オゾン生成装置11、四フッ化炭素供給装置17、酸素分離装置12、オゾン光分解装置13、捕集装置14、及び濃縮装置15を、それぞれ有する。なお、図1中に示すように、第(k+1)群目の各装置及び各経路であって、第k群目の各装置及び各経路と同じ構成には、符号の後に「’」を付して説明を省略する。 Equipment group k and equipment group k+1 each include an ozone generator 11, a carbon tetrafluoride supply device 17, an oxygen separator 12, an ozone photolysis device 13, a collector 14, and a concentrator 15. As shown in Figure 1, the components of the (k+1)th group of devices and pathways that have the same configuration as those of the kth group of devices and pathways are designated with an "'" after the reference numeral, and their description will be omitted.

オゾン生成装置11は、図示略の酸素供給源から供給される原料酸素、あるいは前段の装置群から酸素供給経路16を介して供給される濃縮酸素を原料として、酸素からオゾンを生成する。オゾン生成装置11では、高周波電源装置を備えた電極からの放電により、あるいは、水銀ランプからの紫外線の照射により、酸素からオゾンを生成する。生成したオゾンは、酸素とオゾンとの混合物として、オゾン生成装置11から導出される。 The ozone generator 11 generates ozone from oxygen, using raw oxygen supplied from an oxygen supply source (not shown) or concentrated oxygen supplied from a group of upstream devices via an oxygen supply path 16. The ozone generator 11 generates ozone from oxygen by discharging electricity from electrodes equipped with a high-frequency power supply, or by irradiating the oxygen with ultraviolet light from a mercury lamp. The generated ozone is discharged from the ozone generator 11 as a mixture of oxygen and ozone.

四フッ化炭素供給装置17は、オゾン生成装置11の二次側に位置し、オゾン生成装置11から導出される酸素とオゾンとの混合物に四フッ化炭素を供給する。四フッ化炭素が供給された後の混合物は、後段の酸素分離装置12に導入される。 The carbon tetrafluoride supply device 17 is located on the secondary side of the ozone generator 11 and supplies carbon tetrafluoride to the mixture of oxygen and ozone discharged from the ozone generator 11. After carbon tetrafluoride has been supplied, the mixture is introduced into the downstream oxygen separator 12.

酸素分離装置12は、オゾン生成装置11及び四フッ化炭素供給装置17の二次側に位置し、酸素とオゾンと四フッ化炭素との混合物から酸素を分離する。酸素分離装置12では、具体的には、蒸留あるいはシリカゲル等の吸着剤により、酸素を分離する。なお、分離して回収した酸素は、経路10を介して前段のオゾン生成装置11に返送して再利用する。 The oxygen separator 12 is located on the secondary side of the ozone generator 11 and carbon tetrafluoride supply device 17, and separates oxygen from the mixture of oxygen, ozone, and carbon tetrafluoride. Specifically, the oxygen separator 12 separates oxygen by distillation or using an adsorbent such as silica gel. The separated and recovered oxygen is returned to the upstream ozone generator 11 via path 10 for reuse.

オゾン光分解装置13は、酸素分離装置12の二次側に位置し、酸素分離装置12から導出されたオゾンと四フッ化炭素との混合物に光を照射して、特定の酸素同位体を含むオゾンを選択的に酸素に分解する。なお、オゾン光分解装置13では、特定の波長域をもつ光源を用いて、特定の酸素同位体を含むオゾン分子の分解を実施する。 The ozone photolysis device 13 is located on the secondary side of the oxygen separation device 12 and irradiates the mixture of ozone and carbon tetrafluoride extracted from the oxygen separation device 12 with light to selectively decompose ozone containing specific oxygen isotopes into oxygen. The ozone photolysis device 13 uses a light source with a specific wavelength range to decompose ozone molecules containing specific oxygen isotopes.

特定のオゾン分子としては、例えば、161617O、161618O、161717O、161818O、161718Oが挙げられる。 Specific ozone molecules include, for example, 16 O 16 O 17 O, 16 O 16 O 18 O, 16 O 17 O 17 O, 16 O 18 O 18 O, and 16 O 17 O 18 O.

また、特定の波長域をもつ光源としては、例えば、太陽光の分光、InGaAsP系半導体レーザ又は発光ダイオード、AlGaInP系半導体レーザ又は発光ダイオード、GaAsSb系半導体レーザ又は発光ダイオード、CdZnTe系半導体レーザ又は発光ダイオード、CdZnSe系半導体レーザ又は発光ダイオード、あるいは、水銀ランプ、YAGレーザ、Arイオンレーザ、Krイオンレーザ等で光ポンピングが可能な色素レーザが挙げられる。 Furthermore, examples of light sources with specific wavelength ranges include sunlight spectroscopy, InGaAsP-based semiconductor lasers or light-emitting diodes, AlGaInP-based semiconductor lasers or light-emitting diodes, GaAsSb-based semiconductor lasers or light-emitting diodes, CdZnTe-based semiconductor lasers or light-emitting diodes, CdZnSe-based semiconductor lasers or light-emitting diodes, and dye lasers that can be optically pumped with mercury lamps, YAG lasers, Ar ion lasers, Kr ion lasers, etc.

オゾン光分解装置13では、オゾンと四フッ化炭素との混合物が流通する部分において、オゾンの自然分解を抑制するために低温(例えば、100~250Kの範囲)に保つことが好ましい。 In the ozone photolysis device 13, it is preferable to maintain a low temperature (e.g., in the range of 100 to 250 K) in the area where the mixture of ozone and carbon tetrafluoride flows in order to suppress the natural decomposition of ozone.

捕集装置14は、オゾン光分解装置13の二次側に位置し、オゾン光分解装置13から導出されるオゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを捕集する。捕集装置14としては、例えば、混合ガスを連続的に液化して捕集する二重管凝縮器が挙げられる。 The collector 14 is located on the secondary side of the ozone photolysis device 13 and collects the mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen that is discharged from the ozone photolysis device 13. An example of the collector 14 is a double-tube condenser that continuously liquefies and collects the mixed gas.

濃縮装置15は、捕集装置14の二次側に位置し、捕集装置14から導出されるオゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを、酸素と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとに分離して、酸素中に酸素同位体を濃縮する。濃縮装置15では、具体的には、蒸留あるいはシリカゲル等の吸着剤により、酸素を分離する。 The concentrator 15 is located on the secondary side of the collector 14 and separates the mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen discharged from the collector 14 into oxygen and a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride, thereby concentrating oxygen isotopes in the oxygen. Specifically, the concentrator 15 separates the oxygen by distillation or using an adsorbent such as silica gel.

本実施形態の酸素同位体の濃縮装置1は、複数の装置群(第1群目~第n群目、nは2以上の整数)を備えるが、装置群の数としては、2~10が好ましく、2~5がより好ましい。 The oxygen isotope enrichment device 1 of this embodiment includes multiple device groups (first group to nth group, where n is an integer of 2 or greater), with the number of device groups preferably being 2 to 10, and more preferably being 2 to 5.

また、本実施形態の酸素同位体の濃縮装置1は、第k群目(1≦k≦(n-1))の濃縮装置15で分離した酸素を、第(k+1)群目のオゾン生成装置11’に導入する、1以上の酸素供給経路16を備える。これにより、本実施形態の酸素同位体の濃縮装置1は、特定の酸素安定同位体の濃縮操作を、連続的に実施することができる。 The oxygen isotope enrichment apparatus 1 of this embodiment also includes one or more oxygen supply paths 16 that introduce oxygen separated in the kth (1≦k≦(n-1)) enrichment apparatus 15 into the (k+1)th ozone generator 11'. This allows the oxygen isotope enrichment apparatus 1 of this embodiment to continuously enrich a specific stable oxygen isotope.

また、本実施形態の酸素同位体の濃縮装置1は、任意の第j群目(2≦j≦n)の装置群において、濃縮装置15で分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第j群目よりも前段の、第1群目から第(j-1)群目の何れかに導入する、1以上の混合ガス返送経路23を備える。具体的には、図1に示すように、第k+1群目において、濃縮装置15’ で分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第k群目の酸素分離装置12に導入する、混合ガス返送経路23’を備える。 Furthermore, the oxygen isotope enrichment apparatus 1 of this embodiment is equipped with one or more mixed gas return paths 23 that introduce the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in the enrichment device 15 in any jth (2≦j≦n) device group into any of the first to (j-1)th groups preceding the jth group. Specifically, as shown in FIG. 1 , the k+1th group is equipped with a mixed gas return path 23' that introduces the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in the enrichment device 15' into the kth oxygen separation device 12.

本実施形態の酸素同位体の濃縮装置1によれば、混合ガス返送経路23’を備えるため、第k+1群目のオゾン光分解装置13’において酸素に分解されなかった未分解のオゾンを、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとしてそのまま再利用することができる。このため、第k+1群目の装置群を構成する濃縮装置15’の二次側で生成した酸素を第k群目のオゾン生成装置11に供給することがなく、オゾン生成装置11における酸素の処理量を低減できる。 The oxygen isotope enrichment apparatus 1 of this embodiment is equipped with a mixed gas return path 23', so that undecomposed ozone that was not decomposed into oxygen in the (k+1)th ozone photolysis apparatus 13' can be reused as a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride. Therefore, oxygen generated on the secondary side of the enrichment apparatus 15' constituting the (k+1)th apparatus group is not supplied to the kth ozone generator 11, thereby reducing the amount of oxygen processed by the ozone generator 11.

混合ガス返送経路23’は、第k+1群目の装置群における濃縮装置15’と第1群目の装置群における酸素分離装置12との間に位置する経路である。なお、混合ガス返送経路23’において、オゾンが非同位体を選択的に分解すると同位体濃縮度の低下を招くため、混合ガス返送経路23’を構成する配管の内側にあらかじめ高濃度オゾンなどにより酸化皮膜を形成させ、配管内表面の金属触媒反応によるオゾン分解を抑えることが好ましい。また、混合ガス返送経路23’は、オゾンの自然分解を抑制するために低温(例えば、100~250Kの範囲)に保つことが好ましい。 The mixed gas return path 23' is a path located between the concentrator 15' in the k+1th equipment group and the oxygen separator 12 in the first equipment group. Note that, since selective decomposition of non-isotopes by ozone in the mixed gas return path 23' results in a decrease in isotope enrichment, it is preferable to form an oxide film in advance on the inside of the piping that makes up the mixed gas return path 23' using high-concentration ozone or the like to suppress ozone decomposition due to metal catalytic reactions on the inner surface of the piping. It is also preferable to maintain the mixed gas return path 23' at a low temperature (for example, in the range of 100 to 250 K) to suppress natural decomposition of ozone.

混合ガス返送経路23’には、混合ガス返送経路23’内を流通するオゾンと四フッ化炭素との混合ガス中のオゾン濃度を測定するオゾン濃度測定装置22’が位置する。これにより、混合ガス返送経路23’内のオゾン濃度を監視し、安全な濃度範囲で管理することができる。 An ozone concentration measuring device 22' is located in the mixed gas return path 23'. This device measures the ozone concentration in the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride flowing through the mixed gas return path 23'. This allows the ozone concentration in the mixed gas return path 23' to be monitored and maintained within a safe concentration range.

オゾン濃度測定装置22’は、特に限定されるものではないが、オゾンが変質しにくいことから、紫外分光式等の光吸収による装置が好ましい。 The ozone concentration measuring device 22' is not particularly limited, but a device that uses light absorption, such as ultraviolet spectroscopy, is preferred because ozone is less likely to be altered.

さらに、本実施形態の酸素同位体の濃縮装置1は、任意の第j群目(2≦j≦n)を除く1以上の装置群が、オゾン除害装置18と、四フッ化炭素分離装置19と、を有する。換言すると、任意の第j群目(2≦j≦n)の装置群は、オゾン除害装置18と、四フッ化炭素分離装置19と、を有さない。 Furthermore, in the oxygen isotope enrichment apparatus 1 of this embodiment, one or more device groups, excluding any jth group (2≦j≦n), have an ozone detoxification device 18 and a carbon tetrafluoride separation device 19. In other words, any jth device group (2≦j≦n) does not have an ozone detoxification device 18 or a carbon tetrafluoride separation device 19.

具体的には、図1に示すように、第k群目の装置群が、オゾン除害装置18と、四フッ化炭素分離装置19と、を有する。そして、第k+1群目の装置群が、オゾン除害装置18と、四フッ化炭素分離装置19と、を有さない。 Specifically, as shown in FIG. 1, the kth equipment group includes an ozone detoxification device 18 and a carbon tetrafluoride separation device 19. The k+1th equipment group does not include an ozone detoxification device 18 or a carbon tetrafluoride separation device 19.

オゾン除害装置18は、濃縮装置15の二次側に位置し、濃縮装置15から導出されるオゾンと四フッ化炭素との混合ガスからオゾンを分解して酸素を生成する。オゾン除害装置18では、室温でオゾン分解を実施する。具体的には、触媒を用いてオゾンの自己分解反応の活性化エネルギーを低下させて分解する。 The ozone detoxification device 18 is located on the secondary side of the concentrator 15 and generates oxygen by decomposing ozone from the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride discharged from the concentrator 15. The ozone detoxification device 18 performs ozone decomposition at room temperature. Specifically, a catalyst is used to lower the activation energy of the ozone self-decomposition reaction, thereby decomposing the ozone.

四フッ化炭素分離装置19は、オゾン除害装置18の二次側に位置し、オゾン除害装置18から導出される四フッ化炭素と酸素との混合ガスから、四フッ化炭素を分離する。四フッ化炭素分離装置19では、具体的には、蒸留あるいはシリカゲル等の吸着剤により、四フッ化炭素と酸素との混合ガスを、四フッ化炭素と酸素とに分離する。 The carbon tetrafluoride separation device 19 is located on the secondary side of the ozone abatement device 18 and separates carbon tetrafluoride from the mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen discharged from the ozone abatement device 18. Specifically, the carbon tetrafluoride separation device 19 separates the mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen into carbon tetrafluoride and oxygen by distillation or using an adsorbent such as silica gel.

なお、四フッ化炭素分離装置19によって分離した四フッ化炭素は、経路20を介して前段の四フッ化炭素供給装置17に返送して再利用に用いる。
また、四フッ化炭素分離装置19によって分離した酸素は、酸素排気経路25を介して取り出すことができる。
The carbon tetrafluoride separated by the carbon tetrafluoride separation device 19 is returned via a line 20 to the carbon tetrafluoride supply device 17 at the previous stage for reuse.
The oxygen separated by the carbon tetrafluoride separator 19 can be extracted via an oxygen exhaust line 25 .

本実施形態の酸素同位体の濃縮装置1によれば、第k群目の装置群が、オゾン除害装置18と四フッ化炭素分離装置19とを有し、第k+1群目の装置群が、オゾン除害装置18と四フッ化炭素分離装置19とを有さないため、装置構成を簡略化することができる。 According to the oxygen isotope enrichment apparatus 1 of this embodiment, the kth device group has an ozone detoxification device 18 and a carbon tetrafluoride separation device 19, while the k+1th device group does not have an ozone detoxification device 18 or a carbon tetrafluoride separation device 19, thereby simplifying the device configuration.

<酸素同位体の濃縮方法>
次に、本発明の一実施形態である酸素同位体の濃縮方法について、上述した酸素同位体の濃縮装置1を用いる場合を一例として詳細に説明する。
本実施形態の酸素同位体の濃縮方法は、複数の工程群(第1群目~第n群目、nは2以上の整数)を含む。なお、本実施形態では、便宜上、工程群k及び工程群k+1(1≦k≦(n-1))のみを示している。
<Method for enriching oxygen isotopes>
Next, a method for enriching oxygen isotopes according to one embodiment of the present invention will be described in detail using the above-described oxygen isotope enrichment apparatus 1 as an example.
The method for enriching oxygen isotopes according to this embodiment includes a plurality of step groups (first to nth groups, where n is an integer of 2 or greater). For convenience, this embodiment shows only step group k and step group k+1 (1≦k≦(n−1)).

工程群k及び工程群k+1は、オゾン生成ステップ、四フッ化炭素供給ステップ、酸素分離ステップ、オゾン光分解ステップ、捕集ステップ、及び濃縮ステップを、それぞれ有する。 Process group k and process group k+1 each include an ozone generation step, a carbon tetrafluoride supply step, an oxygen separation step, an ozone photolysis step, a capture step, and a concentration step.

オゾン生成ステップでは、オゾン生成装置11において、図示略の酸素供給源から供給される原料酸素、あるいは前段の装置群から酸素供給経路16を介して供給される濃縮酸素を原料として、酸素からオゾンを生成する。生成したオゾンは、酸素とオゾンとの混合物として、オゾン生成装置11から導出する。 In the ozone generation step, ozone is generated from oxygen in the ozone generator 11 using raw oxygen supplied from an oxygen supply source (not shown) or concentrated oxygen supplied from a group of devices in the preceding stage via the oxygen supply path 16. The generated ozone is discharged from the ozone generator 11 as a mixture of oxygen and ozone.

四フッ化炭素供給ステップでは、オゾン生成ステップで得られる酸素とオゾンとの混合物に四フッ化炭素を供給する。四フッ化炭素が供給された後の混合物は、後段の酸素分離ステップで用いる。 In the carbon tetrafluoride supply step, carbon tetrafluoride is supplied to the mixture of oxygen and ozone obtained in the ozone generation step. The mixture after carbon tetrafluoride has been supplied is used in the subsequent oxygen separation step.

酸素分離ステップでは、酸素分離装置12において、酸素とオゾンと四フッ化炭素との混合物から酸素を分離する。分離して回収した酸素は、前段のオゾン生成ステップで再利用する。 In the oxygen separation step, oxygen is separated from the mixture of oxygen, ozone, and carbon tetrafluoride in the oxygen separation device 12. The separated and recovered oxygen is reused in the preceding ozone generation step.

オゾン光分解ステップでは、オゾン光分解装置13において、酸素分離ステップで得られるオゾンと四フッ化炭素との混合物に光を照射して、特定の酸素同位体を含むオゾンを選択的に酸素に分解する。 In the ozone photolysis step, the mixture of ozone and carbon tetrafluoride obtained in the oxygen separation step is irradiated with light in the ozone photolysis device 13 to selectively decompose ozone containing specific oxygen isotopes into oxygen.

捕集ステップでは、捕集装置14を用い、オゾン光分解ステップで得られるオゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを捕集する。 In the collection step, a collection device 14 is used to collect the mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen obtained in the ozone photolysis step.

濃縮ステップでは、濃縮装置15を用い、捕集ステップで得られるオゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを、酸素と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとに分離して、酸素中に酸素同位体を濃縮する。 In the enrichment step, the enrichment device 15 is used to separate the mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen obtained in the collection step into oxygen and a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride, thereby enriching oxygen isotopes in the oxygen.

本実施形態の酸素同位体の濃縮方法は、複数の工程群(第1群目~第n群目、nは2以上の整数)を備えるが、工程群の数としては、2~10が好ましく、2~5がより好ましい。 The oxygen isotope enrichment method of this embodiment includes multiple process groups (first to nth groups, where n is an integer of 2 or greater), with the number of process groups preferably being 2 to 10, and more preferably being 2 to 5.

また、本実施形態の酸素同位体の濃縮方法は、第k群目(1≦k≦(n-1))の濃縮ステップで分離した酸素を、第(k+1)群目の工程群を構成するオゾン生成ステップで用いる。これにより、本実施形態の酸素同位体の濃縮方法は、特定の酸素安定同位体の濃縮操作を、連続的に実施することができる。 Furthermore, in the oxygen isotope enrichment method of this embodiment, the oxygen separated in the kth (1≦k≦(n-1)) enrichment step is used in the ozone generation step that constitutes the (k+1)th process group. This allows the oxygen isotope enrichment method of this embodiment to continuously perform enrichment operations for specific stable oxygen isotopes.

また、本実施形態の酸素同位体の濃縮方法は、任意の第j群目(2≦j≦n)の工程群において、濃縮ステップで分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第j群目よりも前段の、第1群目から第(j-1)群目の何れかの工程群に返送する。具体的には、第k+1群目において、濃縮ステップで分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第k群目の酸素分離ステップに導入して用いる。 Furthermore, in the oxygen isotope enrichment method of this embodiment, in any jth (2≦j≦n) process group, the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in the enrichment step is returned to any one of the first to (j-1)th process groups that precedes the jth process group. Specifically, in the k+1th process group, the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in the enrichment step is introduced into the kth oxygen separation step.

本実施形態の酸素同位体の濃縮方法によれば、第k+1群目のオゾン光分解ステップにおいて酸素に分解されなかった未分解のオゾンを、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとしてそのまま再利用することができる。このため、第k+1群目の工程群を構成する濃縮ステップの二次側で生成した酸素を第k群目のオゾン生成ステップで用いることがなく、オゾン生成ステップにおける酸素の処理量を低減できる。 According to the oxygen isotope enrichment method of this embodiment, undecomposed ozone that was not decomposed into oxygen in the (k+1)th ozone photolysis step can be reused as a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride. Therefore, oxygen generated on the secondary side of the enrichment step that constitutes the (k+1)th process group is not used in the kth ozone generation step, thereby reducing the amount of oxygen processed in the ozone generation step.

本実施形態の酸素同位体の濃縮方法は、任意の第j群目(2≦j≦n)の濃縮ステップで分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第1群目から第(j-1)群目の何れかの工程群に返送する際、混合ガス中のオゾン濃度を監視する。 In the oxygen isotope enrichment method of this embodiment, the ozone concentration in the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in any jth (2≦j≦n) enrichment step is monitored when the mixed gas is returned to any one of the first to (j-1)th process groups.

オゾン濃度の監視は、適宜行うことが出来る。例えば、図1に示す酸素同位体の濃縮装置1が定常運転している場合、一定の時間毎の監視を行ってもよい。また、例えば、装置の起動時、装置の状態が安定していない場合、装置の運転条件を変更した場合には、常時、オゾン濃度を監視してもよい。 Ozone concentration can be monitored as needed. For example, when the oxygen isotope enrichment device 1 shown in Figure 1 is operating steadily, monitoring may be performed at regular intervals. Furthermore, for example, when the device is started up, when the device's condition is unstable, or when the device's operating conditions are changed, the ozone concentration may be monitored continuously.

なお、オゾン濃度が所定の値を超えた場合、酸素同位体の濃縮装置1内の他の流体を混合ガス返送経路23’内に導入し、経路中のオゾンを希釈することで、オゾン濃度を低下させることが出来る。 If the ozone concentration exceeds a predetermined value, other fluids within the oxygen isotope enrichment device 1 can be introduced into the mixed gas return path 23' to dilute the ozone in the path, thereby reducing the ozone concentration.

さらに、本実施形態の酸素同位体の濃縮方法は、任意の第j群目(2≦j≦n)を除く1以上の工程群が、オゾン除害ステップと、四フッ化炭素分離ステップと、を有する。換言すると、任意の第j群目(2≦j≦n)の工程群は、オゾン除害ステップと、四フッ化炭素分離ステップと、を有さない。 Furthermore, in the oxygen isotope enrichment method of this embodiment, one or more process groups, excluding any jth group (2≦j≦n), include an ozone abatement step and a carbon tetrafluoride separation step. In other words, any jth group (2≦j≦n) does not include an ozone abatement step or a carbon tetrafluoride separation step.

具体的には、第k群目の工程群が、オゾン除害ステップと、四フッ化炭素分離ステップと、を有する。そして、第k+1群目の工程群が、オゾン除害ステップと、四フッ化炭素分離ステップと、を有さない。 Specifically, the kth process group includes an ozone detoxification step and a carbon tetrafluoride separation step. The k+1th process group does not include an ozone detoxification step or a carbon tetrafluoride separation step.

オゾン除害ステップは、オゾン除害装置18を用い、濃縮ステップで得られるオゾンと四フッ化炭素との混合ガスからオゾンを分解して酸素を生成する。 The ozone detoxification step uses an ozone detoxification device 18 to decompose ozone from the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride obtained in the concentration step to produce oxygen.

四フッ化炭素分離ステップは、四フッ化炭素分離装置19を用い、オゾン除害ステップで得られる四フッ化炭素と酸素との混合ガスから、四フッ化炭素を分離する。四フッ化炭素分離ステップでは、具体的には、四フッ化炭素と酸素との混合ガスを、四フッ化炭素と酸素とに分離する。 In the carbon tetrafluoride separation step, carbon tetrafluoride is separated from the mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen obtained in the ozone detoxification step using a carbon tetrafluoride separation device 19. Specifically, in the carbon tetrafluoride separation step, the mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen is separated into carbon tetrafluoride and oxygen.

なお、四フッ化炭素分離ステップで分離した四フッ化炭素は、経路20を介して前段の四フッ化炭素供給装置17に返送し、四フッ化炭素供給ステップで再利用する。
また、四フッ化炭素分離ステップで分離した酸素は、酸素排気経路25を介して取り出すことができる。
The carbon tetrafluoride separated in the carbon tetrafluoride separation step is returned to the carbon tetrafluoride supply device 17 in the preceding stage via a path 20 and reused in the carbon tetrafluoride supply step.
Furthermore, the oxygen separated in the carbon tetrafluoride separation step can be extracted via the oxygen exhaust line 25 .

本実施形態の酸素同位体の濃縮方法によれば、第k群目の工程群が、オゾン除害ステップと四フッ化炭素分離ステップとを有し、第k+1群目の工程群が、オゾン除害ステップと四フッ化炭素分離ステップとを有さないため、工程を簡略化することができる。 According to the oxygen isotope enrichment method of this embodiment, the kth process group includes an ozone detoxification step and a carbon tetrafluoride separation step, while the k+1th process group does not include an ozone detoxification step or a carbon tetrafluoride separation step, thereby simplifying the process.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

以下、実施例によって本発明の効果を説明するが、本発明は実施例の構成に限定されるものではない。 The effects of the present invention will be explained below using examples, but the present invention is not limited to the configuration of the examples.

<実施例>
本発明の酸素同位体の濃縮装置として、図2に示す酸素同位体の濃縮装置51を用いた。なお、酸素同位体の濃縮装置51は、図1に示す酸素同位体の濃縮装置1において、2つの装置群(第1群、第2群)を用いる形態を示すものである。
<Example>
As the oxygen isotope enrichment apparatus of the present invention, an oxygen isotope enrichment apparatus 51 shown in Fig. 2 was used. The oxygen isotope enrichment apparatus 51 shows a configuration in which two device groups (first group and second group) are used in the oxygen isotope enrichment apparatus 1 shown in Fig. 1.

(装置構成)
酸素同位体の濃縮装置51は、以下の構成を備える。
・オゾン生成装置11:原料酸素からオゾンを生成する。
・酸素供給経路16:第1群目の濃縮装置15と、第2群目のオゾン生成装置11’との間に位置する。
・濃縮酸素導出経路24’:第2群目の濃縮装置15’に接続されている。
・酸素排気経路25:第1群目の四フッ化炭素分離装置19に接続されている。
・混合ガス返送経路23’:第2群目の濃縮装置15’と、第1群目の酸素分離装置12との間に位置する。
(Device configuration)
The oxygen isotope enrichment device 51 has the following configuration.
Ozone generator 11: Generates ozone from raw oxygen.
Oxygen supply path 16: Located between the first group of concentrators 15 and the second group of ozone generators 11'.
Concentrated oxygen outlet path 24': connected to the second group of concentrators 15'.
Oxygen exhaust line 25: connected to the first group of carbon tetrafluoride separators 19.
Mixed gas return line 23': Located between the second group concentrator 15' and the first group oxygen separator 12.

(オゾン光分解条件)
・オゾン光分解装置13、13’:特定のオゾン分子(161617O)の分解を実施する。
・レーザ光: 外部共振器型レーザ(Sacher Lasertechnik社製、「TEC-320」)によるレーザ光(992nm)を用いた。
(Ozone photolysis conditions)
Ozone photolysis devices 13, 13': Decompose specific ozone molecules ( 16 O 16 O 17 O).
Laser light: Laser light (992 nm) from an external cavity laser (manufactured by Sacher Lasertechnik, "TEC-320") was used.

レーザ光がオゾンに照射されると、以下の式(1)のように、1個の酸素分子と1個の酸素原子とに分離する。 When laser light is irradiated onto ozone, it separates into one oxygen molecule and one oxygen atom, as shown in equation (1) below.

上記式(1)の反応で生成された酸素原子はエネルギーを得ているため、式(2)のように、周りに存在するオゾン分子をいくつか分解する。ここで、式(2)中、nは先行技術文献(特開2017-223547号公報)に記載の巻き込み係数である。 The oxygen atoms produced in the reaction of formula (1) above gain energy and decompose some of the surrounding ozone molecules, as shown in formula (2). In formula (2), n is the entrainment coefficient described in the prior art document (JP 2017-223547 A).

本実施例では、巻き込み係数:n=5とした。その一方で、オゾン光分解とは無関係に熱によるオゾンの非選択的分解(以下、熱分解)も同時に発生する。オゾンの熱分解により発生する酸素分子の量は、オゾン光分解装置13に導入されるオゾン流量に比例するとして計算した。
装置の起動後、「混合ガス返送経路23’」を使用していない段階において、定常状態では、原料酸素の供給量とオゾン光分解装置13に導入されるオゾン量は、酸素原子数ベースで等量となる。つまり、オゾンの熱分解により発生する酸素分子の量は、原料酸素の流量に比例するともいえる。
In this example, the entrainment coefficient was set to n = 5. Meanwhile, non-selective thermal decomposition of ozone (hereinafter referred to as thermal decomposition) also occurs simultaneously, unrelated to ozone photolysis. The amount of oxygen molecules generated by thermal decomposition of ozone was calculated assuming that it was proportional to the flow rate of ozone introduced into the ozone photolysis device 13.
After the start-up of the apparatus, when the "mixed gas return line 23'" is not being used, in a steady state, the supply amount of raw material oxygen and the amount of ozone introduced into the ozone photolysis apparatus 13 are equal in terms of the number of oxygen atoms. In other words, it can be said that the amount of oxygen molecules generated by the thermal decomposition of ozone is proportional to the flow rate of raw material oxygen.

また、オゾン光分解装置13、13’において、レーザによる目的のオゾン分子(161617O)の分解率を50%とした。 In the ozone photolysis devices 13 and 13', the decomposition rate of the target ozone molecules ( 16 O 16 O 17 O) by laser was set to 50%.

第1群目のオゾン光分解装置13において、レーザ分解量を7.63×10-8(mol/s)、熱による分解量を8.96×10-7(mol/s)とした(先行技術文献:特開2017-223547号公報と同条件)。 In the first group of ozone photolysis devices 13, the laser decomposition amount was 7.63×10 −8 (mol/s) and the thermal decomposition amount was 8.96×10 −7 (mol/s) (same conditions as in the prior art document: JP 2017-223547 A).

レーザ分解量:7.63×10-8(mol/s)と、レーザ分解率:50%とにより、原料酸素の流量は、6.36×10-8(mol/s)となった。 The flow rate of the raw material oxygen was 6.36×10 −8 (mol/s) due to the laser decomposition amount: 7.63×10 −8 (mol/s) and the laser decomposition rate: 50%.

以上の条件から、実施例の酸素同位体の濃縮装置51における各群の流量と、酸素17(17O)の濃度は、以下の表1のように算出される。 From the above conditions, the flow rate of each group and the concentration of oxygen 17 ( 17 O) in the oxygen isotope enrichment device 51 of the embodiment are calculated as shown in Table 1 below.

表1に示したように、酸素同位体の濃縮装置51によれば、第1群目のオゾン生成装置11に、17O濃度が0.200(atom%)の原料酸素が導入された場合、第1群目では0.624(atom%)に濃縮され、第2群目では1.67(atom%)に濃縮される。 As shown in Table 1, when raw oxygen with an 17O concentration of 0.200 (atom %) is introduced into the first ozone generator 11 using the oxygen isotope enrichment device 51, the 17O concentration is enriched to 0.624 (atom %) in the first group and to 1.67 (atom %) in the second group.

このように、実施例の酸素同位体の濃縮装置(濃縮方法)51によれば、複数の装置群(工程群)を備える構成とすることで、原料酸素中の濃縮対象となる同位体成分が希薄な場合においても、%オーダーに濃縮可能であることが示された。 As such, the oxygen isotope enrichment apparatus (enrichment method) 51 of the embodiment, which is configured with multiple equipment groups (process groups), has been shown to be capable of enriching the isotope components to the order of 100% even when the isotope components to be enriched in the raw oxygen are dilute.

また、図2に示す酸素同位体の濃縮装置(濃縮方法)51によれば、第2群目において、オゾン除害装置と四フッ化炭素分離装置を省略することができる。
なお、第2群目に設けられた混合ガス返送経路23’によって返送されるオゾン量分だけ、第1群目のオゾン生成装置11の酸素処理量を削減することができる。
ここで、削減可能な酸素量は、以下の式(3)で算出される。
Furthermore, according to the oxygen isotope concentrating device (concentration method) 51 shown in FIG. 2, the ozone detoxifying device and carbon tetrafluoride separating device can be omitted in the second group.
The amount of oxygen processed by the ozone generator 11 in the first group can be reduced by the amount of ozone returned by the mixed gas return path 23' provided in the second group.
Here, the reducible amount of oxygen is calculated by the following formula (3).

以上説明したように、図2に示す酸素同位体の濃縮装置(濃縮方法)51によれば、第2群目のオゾン光分解装置13’において未分解のオゾンをそのまま再利用することで、第1群目のオゾン生成装置11における酸素処理量を年間5.08(m)削減可能であることが示唆された。 As explained above, it has been suggested that the oxygen isotope enrichment device (enrichment method) 51 shown in FIG. 2 can reduce the amount of oxygen processed in the first ozone generation device 11 by 5.08 (m 3 ) per year by directly reusing undecomposed ozone in the second ozone photolysis device 13′.

1、51 濃縮装置
10、20 経路
11、11’ オゾン生成装置
12、12’ 酸素分離装置
13、13’ オゾン光分解装置
14、14’ 捕集装置
15、15’ 濃縮装置
16 酸素供給経路
17、17’ 四フッ化炭素供給装置
18 オゾン除害装置
19 四フッ化炭素分離装置
21’ 酸素返送経路
22’ オゾン濃度測定装置
23’ 混合ガス返送経路
24’ 濃縮酸素導出経路
25 酸素排気経路
1, 51 Concentration devices 10, 20 Paths 11, 11' Ozone generation devices 12, 12' Oxygen separation devices 13, 13' Ozone photolysis devices 14, 14' Collection devices 15, 15' Concentration device 16 Oxygen supply paths 17, 17' Carbon tetrafluoride supply device 18 Ozone removal device 19 Carbon tetrafluoride separation device 21' Oxygen return path 22' Ozone concentration measurement device 23' Mixed gas return path 24' Concentrated oxygen extraction path 25 Oxygen exhaust path

Claims (6)

酸素からオゾンを生成するオゾン生成装置と、
前記オゾン生成装置の二次側に位置し、酸素とオゾンとの混合物に四フッ化炭素を供給する四フッ化炭素供給装置と、
前記四フッ化炭素供給装置の二次側に位置し、酸素とオゾンと四フッ化炭素との混合物から酸素を分離する酸素分離装置と、
前記酸素分離装置の二次側に位置し、オゾンと四フッ化炭素との混合物に光を照射して、特定の酸素同位体を含むオゾンを選択的に酸素に分解するオゾン光分解装置と、
前記オゾン光分解装置の二次側に位置し、オゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを捕集する捕集装置と、
捕集装置の二次側に位置し、オゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを、酸素と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとに分離して、酸素中に酸素同位体を濃縮する濃縮装置と、を有する、複数の装置群(第1群目~第n群目)と、
第k群目(1≦k≦(n-1))の前記濃縮装置で分離した酸素を、第(k+1)群目のオゾン生成装置に導入する、1以上の酸素供給経路と、
任意の第j群目(2≦j≦n)の前記濃縮装置で分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第1群目から第(j-1)群目の何れかに導入する、1以上の混合ガス返送経路と、を備える、酸素同位体の濃縮装置。
an ozone generator for generating ozone from oxygen;
a carbon tetrafluoride supply device located on the secondary side of the ozone generator and supplying carbon tetrafluoride to the mixture of oxygen and ozone;
an oxygen separator located on the secondary side of the carbon tetrafluoride supply device and separating oxygen from a mixture of oxygen, ozone, and carbon tetrafluoride;
an ozone photolysis device located on the secondary side of the oxygen separation device, which irradiates a mixture of ozone and carbon tetrafluoride with light to selectively decompose ozone containing a specific oxygen isotope into oxygen;
a collector located on the secondary side of the ozone photolysis device and configured to collect a mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen;
a plurality of device groups (first group to nth group) each having an enrichment device located on the secondary side of the collection device, which separates a mixed gas containing ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen into oxygen and a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride, and enriches oxygen isotopes in the oxygen;
one or more oxygen supply paths for introducing oxygen separated in the kth (1≦k≦(n−1)) concentrator into the (k+1)th ozone generator;
and one or more mixed gas return paths for introducing a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in any jth group (2≦j≦n) of the concentrating devices into any one of the first group to the (j-1)th group.
前記混合ガス返送経路に位置し、前記混合ガス返送経路内のオゾン濃度を測定するオゾン濃度測定装置をさらに備える、請求項1に記載の酸素同位体の濃縮装置。 The oxygen isotope enrichment device of claim 1, further comprising an ozone concentration measuring device located in the mixed gas return path and measuring the ozone concentration in the mixed gas return path. 任意の第j群目(2≦j≦n)を除く1以上の装置群が、
前記濃縮装置の二次側に位置し、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスからオゾンを分解して酸素を生成するオゾン除害装置と、
前記オゾン除害装置の二次側に位置し、四フッ化炭素と酸素との混合ガスから四フッ化炭素を分離する四フッ化炭素分離装置と、を有する、請求項1又は2に記載の酸素同位体の濃縮装置。
One or more device groups excluding any j-th group (2≦j≦n)
an ozone detoxification device located on the secondary side of the concentrator and configured to decompose ozone from a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride to generate oxygen;
3. The oxygen isotope enrichment apparatus according to claim 1, further comprising: a carbon tetrafluoride separation device located on the secondary side of the ozone detoxification device, which separates carbon tetrafluoride from a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen.
酸素からオゾンを生成するオゾン生成ステップと、
未反応の酸素とオゾンとの混合物に四フッ化炭素を供給する四フッ化炭素供給ステップと、
酸素とオゾンと四フッ化炭素との混合物から酸素を分離する酸素分離ステップと、
オゾンと四フッ化炭素との混合物に光を照射して、特定の酸素同位体を含むオゾンを選択的に酸素に分解するオゾン光分解ステップと、
未分解のオゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを捕集する捕集ステップと、
未分解のオゾンと四フッ化炭素と酸素とを含む混合ガスを、酸素と、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスとに分離して、酸素中に酸素同位体を濃縮する濃縮ステップと、を有する、複数の工程群(第1群目~第n群目)を含み、
第k群目(1≦k≦(n-1))の前記濃縮ステップで分離した酸素を、第(k+1)群目のオゾン生成ステップで用いるとともに、
任意の第j群目(2≦j≦n)の前記濃縮ステップで分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第1群目から第(j-1)群目の何れかの工程群に返送する、酸素同位体の濃縮方法。
an ozone generating step of generating ozone from oxygen;
a carbon tetrafluoride supplying step of supplying carbon tetrafluoride to a mixture of unreacted oxygen and ozone;
an oxygen separation step of separating oxygen from a mixture of oxygen, ozone, and carbon tetrafluoride;
an ozone photolysis step in which a mixture of ozone and carbon tetrafluoride is irradiated with light to selectively decompose ozone containing a specific oxygen isotope into oxygen;
a collecting step of collecting a mixed gas containing undecomposed ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen;
a concentration step of separating a mixed gas containing undecomposed ozone, carbon tetrafluoride, and oxygen into oxygen and a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride, and enriching oxygen isotopes in the oxygen,
The oxygen separated in the kth group (1≦k≦(n−1)) of the concentration step is used in the (k+1)th group of ozone generation steps,
A method for enriching oxygen isotopes, wherein a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in the enrichment step of any jth group (2≦j≦n) is returned to any one of the first to (j−1)th groups of steps.
任意の第j群目(2≦j≦n)の前記濃縮ステップで分離したオゾンと四フッ化炭素との混合ガスを、第1群目から第(j-1)群目の何れかの工程群に返送する際、前記混合ガス中のオゾン濃度を監視する、請求項4に記載の酸素同位体の濃縮方法。 The oxygen isotope enrichment method described in claim 4, wherein the ozone concentration in the mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride separated in any jth group (2≦j≦n) of the enrichment steps is monitored when the mixed gas is returned to any one of the first to (j-1)th groups of steps. 任意の第j群目(2≦j≦n)を除く1以上の工程群が、
前記濃縮ステップの後に、オゾンと四フッ化炭素との混合ガスからオゾンを分解して酸素を生成するオゾン除害ステップと、
前記オゾン除害ステップの後に、四フッ化炭素と酸素との混合ガスから四フッ化炭素を分離する四フッ化炭素分離ステップと、を有する、請求項4又は5に記載の酸素同位体の濃縮方法。
One or more process groups excluding any jth group (2≦j≦n)
an ozone detoxification step of generating oxygen by decomposing ozone from a mixed gas of ozone and carbon tetrafluoride after the concentration step;
6. The method for enriching oxygen isotopes according to claim 4, further comprising, after the ozone removal step, a carbon tetrafluoride separation step of separating carbon tetrafluoride from the mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen.
JP2022128033A 2022-08-10 2022-08-10 Oxygen isotope enrichment device and oxygen isotope enrichment method Active JP7792314B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022128033A JP7792314B2 (en) 2022-08-10 2022-08-10 Oxygen isotope enrichment device and oxygen isotope enrichment method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022128033A JP7792314B2 (en) 2022-08-10 2022-08-10 Oxygen isotope enrichment device and oxygen isotope enrichment method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2024024989A JP2024024989A (en) 2024-02-26
JP7792314B2 true JP7792314B2 (en) 2025-12-25

Family

ID=90010873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022128033A Active JP7792314B2 (en) 2022-08-10 2022-08-10 Oxygen isotope enrichment device and oxygen isotope enrichment method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7792314B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006272090A (en) 2005-03-28 2006-10-12 Taiyo Nippon Sanso Corp Method and apparatus for concentrating oxygen isotopes
JP2011224426A (en) 2010-04-15 2011-11-10 Taiyo Nippon Sanso Corp Method and apparatus for concentrating oxygen isotope

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4437958A (en) * 1978-01-11 1984-03-20 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Device and method for separating oxygen isotopes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006272090A (en) 2005-03-28 2006-10-12 Taiyo Nippon Sanso Corp Method and apparatus for concentrating oxygen isotopes
US20090045043A1 (en) 2005-03-28 2009-02-19 Yasuo Tatsumi Method and apparatus for concentrating oxygen isotopes
JP2011224426A (en) 2010-04-15 2011-11-10 Taiyo Nippon Sanso Corp Method and apparatus for concentrating oxygen isotope

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024024989A (en) 2024-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008038561A1 (en) Method and equipment for the enrichment of heavy oxygen isotopes
US20110094873A1 (en) Oxygen isotope concentration method
CN116670070A (en) Stable isotope enrichment device and stable isotope enrichment method
CN101151088B (en) Method of concentrating oxygen isotope and concentration apparatus
JP7792314B2 (en) Oxygen isotope enrichment device and oxygen isotope enrichment method
CN100396364C (en) Oxygen isotope enrichment method
JP6172684B2 (en) Oxygen isotope enrichment method
JP6670869B2 (en) Laser gas recycling system and method
US7659522B2 (en) Method of purifying the used O-18 enriched cyclotron target water and apparatus for the same
Vakhtin et al. Low-temperature kinetics of the reaction of the OH radical with hydrogen peroxide
JP5620705B2 (en) Oxygen isotope enrichment method and oxygen isotope enrichment apparatus
EP1923126A1 (en) Method of oxygen isotope concentration
Koo et al. Hydrogen isotope separation by plasma-chemical method
RU2329093C9 (en) Method of concentrating oxygen isotope
Chernyak et al. Kinetics of processes in air plasma discharges at atmospheric pressure in the transverse flow of gas
JP7219077B2 (en) Hydrogen production device and hydrogen production method
JP4409237B2 (en) Oxygen isotope enrichment method
RU2548622C1 (en) Method of obtaining population inversion on iodine atoms
JP2025127678A (en) Oxygen stable isotope enrichment device and its operating method
JP2710662B2 (en) Concentration method of carbon 13 using laser
Letokhov Laser Photoseparation on an Atomic and a Molecular Level
JPH05277205A (en) Method and device for continuously decomposing and separating chlorofluorocarbons
JPH11271483A (en) Treatment method for fusion reactor exhaust gas

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20250501

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20251126

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20251202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20251215

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7792314

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150