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窒素同位体の濃縮技術評価 ‐ 気相吸着法による窒素同位体濃縮実験と経済性評価 ‐

Gas phase adsorption technology for nitrogen isotope separation and lts feasibility for highly enriched nitrogen gas production

井上 賢紀; 浅賀 健男; 泉 順*; 波多野 守*

not registered; not registered; Izumi, Jun*; not registered

高速炉に窒化物燃料を使用した場合の14C生成問題の解決方策として、15Nの高濃度濃縮が選択肢の一つになっている。そのため、FBRサイクル実用化戦略調査研究における窒化物燃料オプションの実現性評価にあたっては、実用化段階を見通した高濃縮窒素ガスの製造コスト評価が必要とされている。革新的な窒素同位体濃縮技術となる可能性のある気相吸着法について、窒素同位体濃縮実験と分析を行って濃縮現象の確性を行うとともに工業的な生産規模で高濃縮窒素ガスを製造した場合の製造コストを評価した。アンモニアガスを作業物質・Na-A型ゼオライトを吸着剤として高速圧力スイング法を適用した試料製造を行った。製造した試料の高分解能質量分析とフーリエ変換型マイクロ波分光分析を行ったところ、15N同位体存在比は天然の0.366%に対して2$$sim$$38%まで増大しており、窒素同位体濃縮現象が確認された。濃縮実験結果をもとに工業規模の窒素同位体濃縮プラントを仮定した高濃縮窒素ガスの製造コスト評価を行った結果、現時点の市販価格の1gあたり十万円のレベルを数百円のレベルまで低減できる可能性があることがわかった。

Highly enriched nitrogen-15 gas is favorable to reduce radioactive carbon-14 production in reactor. The cost of highly enriched nitrogen-15 gas in mass production is one of the most important subject in nitride fuel option in "Feasibility Study for FBR and Related Fue1 Cycle". ln this work gas phase adsorption technology was verified to be applicable for nitrogen isotope separation and feasible to produce highly enriched nitrogen-15 gas in commercial. Nitrogen isotopes were separated while ammonia gas flows through soudium-A type zeolite column using pressure swing adsorption process. The isotopic ratio of eight samples were measured by high resolution mass spectrometry and Fourier transform microwave spectroscopy. Gas phase adsorption technology was verified to be applicable for nitrogen isotope separation, since the isotopic ratio of nitrogen-15 and nitrogen-14 in samples were more than six times as high as in natural. The cost of highly enriched nitrogen-15 gas in mass production were estimated by the factor method. lt revealed that highly enriched nitrogen-15 gas could be supplied in a few hundred yen per gram in mass production.

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