減速材および冷却材としての重水製造に関する試験研究は,29年度以降引き続き実施されている。重水製造技術に は交換反応,回収電解,水蒸留,水素液化精留,二重温度交換法等がある。このうち既設の水素製造用電解槽に副製 する重水に着目した交換反応法,重水の高度濃縮に適用する回収電解法の両方式の研究は国産1号原子炉に必要な 重水を国内で充足しうるよう製造技術を早急に開発する目的で始められ,交換反応法は32年度で,回収電解法は33 年度で行なわれた研究の終了をもって一応完成の域に達した。また,将来における大量生産に備え,二重温度交換 法および水素液化精留法の研究も行なわれている。なお,その後の研究の推移に応じ,水蒸留法を交換反応法,回収 電解法の両方式との組合せに加える研究も行なわれている。以下,そのおのおのについてこの期間中に行なわれた 研究の大要を述べる。１．水の蒸留法による,重水の製造法
重水と軽水の沸点の差を利用して,これらを分離する方法すなわち蒸溜法は重水の中濃度濃縮に適していると考えられ32年度に研究が開始されたが,33年度も引き続き研究が行なわれ,工業化への基礎的条件の検討がなされた。
蒸留法の最大の問題点は蒸留に消費する莫大なエネルギーを能率よく制御することであるので,熱ポンプを使用してこの点を追求した。一方精留塔の充填物についても化学工学的,熱力学的な検討を加えると同時に塔内の重水の平衡問題について研究が行なわれた。これらの諸検討により,この方式の重水の製造試験について工業的規模における設備の設計資料が得られるとともに運転の基礎条件が確立された。
２．最終段階における重水の濃縮方法
29年度以降,重水の高度濃縮法としての回収電解法について研究が行なわれてきた。しかしながらそれらの研究結果によると,重水濃度90%以上に達すると,重水の電解分離係数が急激に減少すると同時に重水の軽水吸湿性が増大する。そのため90%以上の製造設備および工程管理方式では円滑に99.7%以上の重水が得がたいことが判明した。これらの諸問題の解決のため,前年度に引き続き電解槽に特殊の防湿設備を加えて,高濃度重水の吸湿を防ぎ,同時に電解条件の検討により分解係数低下防止問題を解決するための研究を行なった結果,濃度99.8%以上の重水が得られるようになった。また高濃度における重水の分析の迅速化は重水製造の工業化に関連して重要な問題であり,このため赤外線分光器による重水の分析法と,質量分析器による方法との比較検討を行なった結果,重水の濃度測定は赤外線分光器の使用により短時間(5〜10分)で精度よく行なえることがわかった。かくしてこれらの諸問題は一応解決され,29年度以降続けてきた回収電解法に関する研究も33年度をもって完了した。
３．水素の液化精留による重水素の濃縮
29年度以後,極低温における水素のオルソーパラ転移の解明,水素液化機の試作,小型水素膨脹機関の試作,格子分光等による重水素分析法等につき引き続き研究を行なってきた。この期間においては,これまでの試験設備を利用し,新たに178°Cという低温で作動も円滑であり,かつ効率も58%の申型膨脹機関の試作に成功した。
一方低温における装置の運転制御については水素液化点付近の温度できわめて良好な感度をもつゲルマニウムの測温体の研究も行なわれている。
また水素液化精溜プラントについては,熱交換機精留塔の試作,精留塔保冷のための粉末充填真空熱絶縁法の研究,原料水素の凝固精製法の研究等を行ない,水素液化精留法の工業化への基礎研究を実施した。
４．二重温度交換法による重水の濃縮
現在アメリカにおいて重水製造に採用されている二重温度交換法については前年度から研究が始められている。
この方法における第1の問題点は腐食性の非常にはげしい硫化水素を使用するため装置の腐食性の問題の解決である。この期間では32年度に引き続き各種材料の静的ならびに動的腐食試験を行ない耐食性のよい材料の発見につとめるとともに腐食防止剤の研究も実施している。一方交換反応塔については塔内の段間隔,堰の高さ等が硫化水素ガスの流量,段効率等に及ぼす影響等について化学工学的研究を行なうとともに,その熱収支,物質収支等の総合的な研究も行なわれた。また交換反応に使用される莫大な熱エネルギーを有効に処理する熱交換器に関する調査もこれら研究に並行して進められてきた。
水素-水二重温度交換反応については,触媒の挙動が重要な因子であるので,32年度に引き続きその活性および寿命等について研究が行なわれ,ニッケル-クローム系触媒に非常に活性のよいものを発見している。この方法の反応速度を向上させるために反応装置の化学工学的研究も進められている。
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