原子力発電汚染水のトリチウムの処理方法融点の違いを利用して除去する技術はあるがコストが合うかど

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質問者：pythons5
質問日時：2023/08/21 11:53
回答数：2件

原子力発電汚染水のトリチウムの処理方法　融点の違いを利用して除去する技術はあるがコストが合うかどうかが課題というニュースを読みました

ジャーナリストの須田が述べたものです

もう少し解説くださると助かります

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回答 (2件)

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No.2ベストアンサー

回答者： yhr2
回答日時：2023/08/21 15:33

＞融点の違いを利用して除去する技術はある

トリチウムとは「三重水素」のことであり、
・通常の水素（H）の原子核が陽子１個（中性子なし）
であるのに対して、
・二重水素（デューテリウム：D）：原子核が「陽子１個 + 中性子１個」
・三重水素（トリチウム：T）：原子核が「陽子１個 + 中性子２個」
という違いがあります。

軌道電子はいずれも「１個」なので、外から見た化学的な性質は全く同一であり区別がつきません。
区別がつかないということは、「分離、分割」もできないということです。

ただし、原子核の「質量」が異なることから、温度に対する原子・分子の「運動エネルギー」が異なることになり、液体・固体に相転移する温度がわずかに異なるようです。

通常の水（H2O）の融点：0℃
重水（D2O）の融点：3.81℃
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E6%B0%B4
トリチウム水（T2O）の融点：9℃
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%AA …

資料によって温度に差があるのは、
「水分子 H2O の２個のHの両方がトリチウムに置き換わったもの：T2O」
「水分子 H2O の２個のHのうちの一方だけがトリチウムに置き換わったもの：THO」
の違いなのかと思います。
（現実には、トリチウム水の中ではトリチウムの存在比率は非常に小さいので、「THO」の形で存在するものがほとんどと思われる）

ということは、例えばトリチウム水の混じった水を「約4℃」に保てば、
・ふつうの水（H2O）やきわめてわずかの重水（D2O あるいは DHO）」は凝固しない（液体である）
・トリチウム水（T2O）は凝固する（固体 = 氷になる）
という状況を作れることになります。
ただし、現実に「氷」として姿を現すには、「結晶」の形を形成する必要があります。（そうなってくれなければ「液体」の水から分離できない）
「mol 質量」という考え方から分かるように、たとえば「トリチウム水の氷：22 mg (= 10^(-3) mol)」を形成するためには、
　6 × 10^20 個　　　　①
のトリチウム水分子が必要です。

福島の汚染水は、１リットル中にトリチウムを約 80万ベクレル含むそうですが、これから逆算するとトリチウムの原子数は、１リットル中に
　約 4 × 10^14 個　　　②
ということになります。
①と②には 10^6 の差がありますから、「ミリグラム」オーダーの「トリチウム水の氷」を作るためには、「１辺10ｍ立方の水槽」分のトリチウム水を均一に「約４℃」に保たなくてはいけません。しかも、その中のトリチウム水の氷を「１か所に集中して結晶にする」必要があります。それでできる「トリチウム氷」が約 20mg・・・。
多分、現実問題として「無理」でしょうね。

そういったレベルの話かと思います。

「原理的にはできる」ことであっても、「実際の量、大きさ」を考えたら「ほとんど無理」ということはたくさんあります。
「核融合」なんかも、それに近いんですけどね。