遺言アイディア――― 福島第1原発の汚染水処理

このブログで紹介した幾つかのアイディアは手作業や身近な道具での試作や実験を通じて実証したものだ。しかし、個人のレベルでは到底実験できないアイディアがまだ頭に残っている。
そのまま墓場に持って行くのはもったいないので少しづつ紹介する。

今回は福島第1原発(F1)の汚染水処理のアイディアだ。

新聞などで紹介されているようにF1の敷地は汚染水貯蔵タンクで埋め尽くされた悲惨な状態だ。
逆浸透膜で分子量の大きな放射性同位元素は除去できるが重水は残るので放流できず、タンクの数は増える一方だ。この課題に対して重水の経済的な除去技術は極めて有効だろう。

1molの軽水は18g、重水は19あるいは20gだが軽水素分子は2g、重水素分子は3gあるいは4gと質量の比率が大きいので電気分解して水素を遠心分離すれば効率的に軽水素と重水を分離できるのではないか。

そこで、自然エネルギによる水電気分解の経済的について考える。例えば100トンの水の分解に必要な電力量を計算する。
1molのイオンは約1Q(クーロン=1A・秒)の電気量に相当する。従って2Qで18gの水を電気分解できる。100トンなら
   100Mg×2÷18Q=11.1MQ
大量の水電界に必要な電圧は3~6Vと言われているので以下では6Vとする。したがって100トンの水の分解に必要な電力は次のように予想外に小さな電力で良い。
    11.1M×6=66.7M(W・s)=18.53kWh
平均発電量(設備稼働率)が14%程度のソーラ発電でも132.3kWの設備で十分だ。(面積は1200m2程度)

遠心分離法を説明する。30年以上以前だと記憶しているが高速回転が不要な流体論理素子を利用したウラン濃縮が実用可能との研究がドイツから報告された。これは図のようにガス流路を曲げると重い分子は外周に偏るので楔状の部分で分ければ重い分子は上側に、軽い分子は下側から取り出される。
図のような形状は半導体製造技術で作成できるので1枚の板に何十段も直列につないだ形状にすれば高い濃縮度を実現できる。密閉した装置で電気分解すれば水素は200気圧程度の圧力を持つのでポンプは不要だ。

画像


軽水素は外部に販売出来るが燃料電池で発電すれば再び電気分解に利用できるのでソーラパネルを小さくできる。
濃縮された重水素から高濃度の重水を作れば原子炉の冷却水に利用できる。重水は中性子吸収量が少ないためウラン燃料の利用効率が高められる。

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