高周波振動撹拌のエネルギーと、その撹拌機の振動羽根を両極として水の電気分解により発生するナノ・マイクロバブルの破裂エネルギーの共用で、ある元素から他の元素に変換させる技術及び処理方法、並びに放射性セシウム１３７及び１３４等の放射性物質の無害化する技術及び方法

本発明は、高周波振動撹拌のエネルギーと、その高周波振動撹拌機の振動羽根を両極として水の電気分解により発生するナノ・マイクロバブルの破裂エネルギーの共用で、例えば、放射性セシウム１３７、１３４などを一定時間処理してバリウムからプラチナなどへの元素変換、すなわち、ある元素から他の元素に変換させる技術及び処理方法、並びに放射性セシウム１３７及び１３４等の放射性物質を無害化するシステム並びに処理方法に関する。

人体に極端に有害な放射線がウラン鉱石から出ることをベクレルが１８９６年に発見し、そのような放射性元素を排出する原子爆弾や原子力発電は第２次世界大戦と相前後して開発されて、発見から１世紀以上過ぎているが、人類は放射性の元素を無害化する有効な方法を見出せない状況にある。 しかしながら、２０１１年３月１１日の東日本大震災に伴う福島第一原子力発電所の事故により、放射性元素の無害化への要求は益々高まっている。

福島第一原子力発電所から大気中の放出されている放射性元素のセシウム１３４、セシウム１３７があり、その半減期はそれぞれ、約２年、約３０年であり、そのまま放置すれば、無害化されるには長期間を要することを意味している。 原理的には、無害化は可能であるが多大なエネルギーを投入する必要があり、今のところ技術的に有効な手段は得られていない。 ＵＲＬ（例えば、非特許文献１）には、光合成菌、バクテリアにより放射性セシウムを無害化するとの情報があるが、これに基づいて放射性物質の無害化が実用化されたとの報告には接していない。 また、今のところ工業的に無害化する方法が見出されていない。 無害化に際しては、放射性元素に局所的に多大なエネルギーを投入することが必要であると考える。

また元素変換に関しても、無害化と同様に多大なエネルギーを投入する必要があるため、現在のところ実用化に至っていない。

発明者は、以前に水を特殊な振動撹拌で電気分解を行うことにより、ナノ・マイクロバブル（酸素と水素ガスが微細な泡となったもの）が生成しこれが破裂することによりエネルギーを生成することを確認している。 そこで、本発明はこのナノ・マイクロバブルが破裂する際に生成する強力なエネルギーを放射性物質に与えて無害化することを目的としたものである。

また、簡単な装置にて、ある元素を容易に任意の元素に変換させることも目的とするものである。

上記課題は、以下の（１）〜（１０）のいずれかの構成により解決される。

（１）処理槽、前記処理槽の上側の台に固定された高周波振動モーター、前記台に連結された前記処理槽の下方へと伸長する２本の振動棒、及び前記振動棒の下部に取付けられた多段式振動羽根を含んで構成される高周波振動撹拌装置を備え、前記高周波振動モーターは、インバータにより制御されて、前記処理槽中の放射性物質を含む液中おいて、前記多段式振動羽根を１００〜２００Ｈｚの周波数で振動させて液中の放射性物質を無害化することを特徴とする、ある元素から他の元素に変換させる技術、並びにセシウム１３４及びセシウム１３７などの無害化システム。

（２）前記２つの振動棒に取付けられた前記多段式振動羽根は、最初の振動羽根が右の振動棒と物理的且つ電気的に連結され、左の振動棒とは物理的には連結されているが、絶縁体により電気的には絶縁され、第２の振動羽根は、前記最初の右の振動棒とは物理的には連結されているが、電気的に絶縁され、左の振動棒とは物理的且つ電気的に連結され、上記のように複数の振動羽根を電気的に連結、絶縁を交互に左右の振動棒において繰り返すことにより、左右の振動棒は、電気的には絶縁された状態にあり、前記左右の振動棒に整流器を介して直流電源を連結し、前記複数の振動羽根を交互に陽極、陰極とする電気分解回路が形成されることを特徴とする前記（１）に記載のある元素から他の元素に変換させる技術、並びにセシウム１３４及びセシウム１３７などの無害化システム。

（３）前記処理槽の頂部に配管を備え、放射性セシウムが随伴されて大気中に放出されないように、前記配管はバブリング槽の頂部に連結され、前記バブリング槽の液中に前記処理槽における電解で生成された酸水素ガス（ＯＨＭＡＳＡ−ＧＡＳ）を吹き込むように構成されたことを特徴とする前記（２）に記載のある元素から他の元素に変換させる技術、並びにセシウム１３４及びセシウム１３７などの無害化システム。

（４）電極兼用型高周波撹拌装置の処理槽へ放射能汚染水を投入する工程、インバータにより高周波攪拌機の周波数を設定して通電する工程、所定の時間無害化処理を行う工程、及び前記電極兼用高周波攪拌装置の電源を切る工程を含んで構成されることを特徴とする、ある元素から他の元素に変換させる処理法、並びにセシウム１３４及びセシウム１３７などの無害化方法。

（５）電極兼用型高周波撹拌装置の処理槽へ放射能汚染水を投入する工程、水酸化カリウム濃度が３％となるように前記処理槽に投入する工程、インバータにより高周波攪拌機の周波数を設定して通電する工程、電解用整流器の電源を入れて、電解電流値をＤＣ７Ｖ、１１Ａに設定する工程、所定の時間無害化処理を行う工程、電極兼用型高周波撹拌装置の電源を切る工程を含むことを特徴とする、ある元素から他の元素に変換させる処理法、並びにセシウム１３４及びセシウム１３７などの無害化方法。

（６）前記高周波撹拌機の周波数を１４０〜１８０Ｈｚに設定することを特徴とする前記（４）又は（５）に記載の、ある元素から他の元素に変換させる処理法、並びにセシウム１３４及びセシウム１３７などの無害化方法。

（７）無害化処理温度を２０〜４０℃とすること特徴とする前記（４）又は（５）に記載の、ある元素から他の元素に変換させる処理法、並びにセシウム１３４及びセシウム１３７などの無害化方法。

（８）無害化処理期間を３０〜６０日とすることを特徴とする前記（４）又は（５）に記載の、ある元素から他の元素に変換させる処理法、並びにセシウム１３４及びセシウム１３７などの無害化方法。

（９）電極兼用型高周波撹拌装置の処理槽へ０．５％濃度の塩化カルシウムを投入する工程、インバータにより高周波攪拌機の周波数を設定して通電する工程、電解用整流器の電源を入れて、電解電流値をＤＣ７Ｖ、１１Ａに設定する工程、所定の元素変換処理を行う工程、電極兼用型高周波撹拌装置の電源を切る工程を含むことを特徴とする、カルシウムからコバルト、ニッケル、鉄、銅などの元素に変換させる処理方法。

（１０）塩化カルシウムを投入する工程の代わりに、粒径数μｍ〜数十μｍに粉砕した鶏卵の殻を純水と混ぜた１０〜３０％のスラリー液を投入する工程を含むことを特徴とする前記（９）に記載のカルシウムからコバルト、ニッケル、鉄、銅などの元素に変換させる処理方法。

本発明により、簡単な技術により、低コストで放射性元素を無害化できるようになったこと、並びにカルシウムを貴重なコバルトやニッケルに元素変換できるようになったことは、人類の歴史に残る偉大な発明であると言える。

また、この元素変換技術を駆使して処理条件を選択して、必要な元素を必要な時に得ることが出来るこの革新的な技術は、これからの新しい技術分野を創出する大変貢献性が高いものである。

電極兼用型高周波振動撹拌装置の断面図であり、Ａは正面断面図、Ｂは側面断面図

バブリング槽の断面図

図１に示す電極兼用型高周波振動撹拌装置の多段式振動羽根部分の拡大図

放射性セシウム１３４、１３７の無害化に用いたシステムは、図１に示す電極兼用型高周波振動撹拌装置及び図２に示すバブリング槽（クッションタンク）から成っている。 電極兼用型高周波振動攪拌装置は、透明耐熱樹脂製で幅２００ｍｍ、奥行３００ｍｍ、高さ２５０ｍｍの処理槽１を備え、放射性セシウムなどで汚染された汚染水２を投入して液面を２００ｍｍに設定した際の槽容量は約１２Ｌである。 処理槽１の上側の台に高周波振動モーター３（２００Ｖ×１５０Ｗ）が固定され、この台に２本の振動棒４が連結され、その振動棒４が下方に処理槽１内へと伸長している。 振動棒４の下部には、多段式振動羽根５が取付けられている。 高周波振動モーター３は、インバータ６を用いて制御することにより、処理槽１の液中おいて、多段式振動羽根５が１００〜２００Ｈｚの周波数で振動するように設定できる。

図３の多段式振動羽根部分の拡大図に示すように、多段式振動羽根５は、２つに振動棒４に取付けられているが、最初の振動羽根は右の振動棒と物理的且つ電気的に連結され、左の振動棒とは物理的には連結されているが、絶縁体７により電気的には絶縁されている。 第２の振動羽根は、最初の右の振動棒とは物理的には連結されているが、絶縁体７により電気的に絶縁され、左の振動棒とは物理的且つ電気的に連結されている。 このように、振動羽根を電気的に連結、絶縁を交互に左右の振動棒において繰り返すことにより、左右の振動棒は、電気的には絶縁された状態にある。 そのため、左右の振動棒に整流器８を介して直流電源を連結し、複数の振動羽根５を交互に陽極、陰極とする直流電圧印加回路、すなわち電気分解回路が形成できる。

上記の構成により、処理槽１は、高周波振動のみ、又は高周波振動と共に電気分解を同時に行う操作が可能となる。 電気分解を行う場合には、整流器８を介して、２つの振動棒４に直流電圧（ＤＣ１２Ｖ×２０Ａ）を印加する。

図２は、バブリング槽、すなわち、透明樹脂製で径１００ｍｍ、高さ２３０ｍのクッションタンク示す断面図であり、液面を１９０ｍｍに設定した際に液量は約１．６Ｌとなる。 バブリング槽は、振動撹拌装置における電解で生成された酸水素ガス（ＯＨＭＡＳＡ−ＧＡＳ）に放射性セシウムが随伴されて大気中に放出されないために設けたものであり、バブリング槽の頂部から水酸化カリウム３％の水液中に高周波振動撹拌装置の処理槽１で生成されたガスが吹込まれるように、処理槽１の頂部と配管で連結されている。

このシステムを用いて、次に述べる操作手順により放射性セシウムの無害化を行なった。 なお、無害化に使用した汚染水は福島県の某所において、２０１２年１０月１７日に採取したものを使用した。 高周波撹拌のみで無害化を行う場合の手順は次の通りである。
１）電極兼用型高周波撹拌装置の処理槽１へ１２Ｌの放射能汚染水２を投入する。
２）インバータ６により高周波振動モーター３の周波数を設定して通電する。
３）所定の時間無害化処理を行う。
４）高周波振動モーター３の電源を切る。
５）処理槽１内の汚染液２を３分間撹拌して均一化した後に処理液を１Ｌ採取し、放射性元素量の測定をする。

最終工程の放射性元素量は、ゲルマニウム半導体検出器（製造メーカ：ＰＧＹ社、型式：ＮＩＧＣ１６１９０ ＳＤ）を３６００秒（１時間）間作動させて測定した。

水の電気分解の際の発生するナノ・マイクロバブルの強力な破裂エネルギーの効果を期待して、高周波撹拌及び電気分解を併用して無害化を行う場合の手順は次の通りである。
１）電極兼用型高周波撹拌装置の処理槽１へ１２Ｌの放射能汚染水２を投入する。
２）水酸化カリウム濃度が３％となるように処理槽１に投入する。
３）インバータ６により高周波振動モーター３の周波数を設定して通電する。
４）電解用整流器８の電源を入れる。
５）電解電流値をＤＣ７Ｖ、１１Ａに設定する（これにより無害化処理が開始される）。
６）所定の時間無害化処理を行う。
７）電解用整流器８の電源を切る。
８）高周波振動モーター３の電源を切る。
９）処理槽１内の汚染液２を３分間撹拌して均一化した後に処理液を１Ｌ採取し、放射性元素量の測定をする。

放射性元素量の測定は、高周波撹拌装置のみの場合と同じ装置を用いた。

以上、振動撹拌方式の一例を説明したものであり、発明者が取得した、特許第１９４１４９８号、特許第２７０７５３０号、特許第２６２３８８号、特許第２７６７７７１号、特許第２８５２８７８号、特許第２９１１３５９号、特許第２９１１３９３号、特許第２９８８６２４号、特許第２９８９４４０号、特許第２９９２１７号、特許第３０３５１１４号、特許第３２４４３３４号、特許第３１４２４１７号、特許第３３２０９８４号、特開平１０−３６９４５３号、特許第３１９６８９０号、特許第２９８９４４０号、特開平１０−３０９４５３号、特許第３１９６８９０号、特開２０００−３１７２９５号公報、特開２００２−２１０３４１号公報、特開２００９−０２８６６７等の記載の特許並びに公開された特許出願に記載の振動撹拌装置が使えることは言うまでもない。

また、高周波振動と共に電気分解を同時に行う方式については、発明者の取得した、特許第４２６９３１８号公報に記載の「振動攪拌機の振動板を陽極、陰極の両極に電極兼用型」が使えることは言うまでもない。

上記のシステムを用いて、条件を変化させて行った無害化の実施例を説明する。

放射性セシウム１３７及び１３４を含有した汚染水を高周波撹拌装置で、１６０Ｈｚの振動数にて、２２日間、無害化実験した結果を表１に示す。

その結果、約３週間の処理での無害化率は約２０％であった。

実施例１に電気分解を併用した無害化実験の結果を表２に示す（振動数は同じく１６０Ｈｚ）。

その結果、約２週間の処理での無害化率は約５０％、さらに約２週間の処理でさらに約５０％（処理前に対して約７５％）であった。 実施例１（無害化率２０％）と比較すると、電気電解を併用すると無害化率が著しく向上することが判明した。 このことにより、電気分解の際に発生するナノ・マイクロバブルの強力な破裂エネルギーの効果が確認された。

表３に示すように、バブリング槽内のセシウム１３７は２１〜２３Ｂｑ、セシウム１３４は１０〜１２Ｂｑでいずれも元の汚染水の約１／１０００の濃度であり、電解により生成された酸水素ガス（ＯＨＭＡＳＡ−ＧＡＳ）に随伴される放射性元素量は僅かであることがわかる。

実施例２と同じく電気分解を併用し、高周波撹拌機の周波数を１２０Ｈｚ、１４０Ｈｚ、１６０Ｈｚ（実施例２）、１８０Ｈｚ、１９０Ｈｚに設定した無害化実験の結果を表４〜表７に示す。

この結果無害化率は周波数により大きな差が認められ、１６０Ｈｚ（実施例２）の場合の無害化率が最も高かった。

次に、実施例２と同じく高周波撹拌及び電気分解併用して温度４０℃、８０℃に設定して無害化試験を行った。 その結果を表８、９に示す。

この結果、表８、９に示すようにセシウム１３７無害化率は７４％及び７２％、セシウム１３４ではいずれも７３％であり、温度による影響は認められなかった。

セシウム１３３（試薬）を用いて、高周波撹拌及び電気分解併用でセシウム1１３３の元素変換実験を行ったところ、表１０に示すように、約２週間の処理でセシウム１３３が、バリウムそしてプラチナに元素変換することが確認できた。 なお、中間の値が最終の値より大きいのはさらに別の元素に変換がされた結果と推測される。

元素分析に使用した測定器は、横河アナリティカルシステム（株）製のＩＣＰ質量分析装置（ＨＰ−４５００、形式：ＮＩＧＣ１６１９０ ＳＤ）を用い、セシウム１３３を３５０ｍｇ／Ｌの濃度となるように、３％のＫＯＨ水溶液に溶解し、０．５Ｌの試料を採取して測定した。

更に、元素変換を確認するために０．５％の塩化カルシウム水溶液を、実施例５と同じ装置を用いて高周波撹拌及び電気分解併用で元素変換実験を実施したところ、約２０日間の処理で以下に述べるように元素変換が確認された。

元素分析は、実施例５と同一の測定器を使用して、同一の条件において測定した。 その結果を表１１に示す。 この表から、２０日後にカルシウム濃度は大幅に低下し（２８００→１８００ｍｇ／Ｌ）、代わりに鉄（＜１０→７７００μｇ／Ｌ）、銅（３→３７０μｇ／Ｌ）、コバルト（１→２７０μｇ／Ｌ）及びニッケル（１２→１４０００μｇ／Ｌ）の濃度が増加していることがわかる。 特に、鉄及びニッケルの濃度の増加が著しい。 このことから、高周波撹拌及び電気分解併用により、カルシウムが主としてニッケル及び鉄に元素変換されたと考えられる。

実施例６において、「カルシウム」を極めて価値のある「ニッケル」や「コバルト」に元素変換できることが実証された。 そこで、カルシウム源として、一日の排出量が数十トンから数百トンともいわれる処理費用が膨大で問題となっている鶏卵の殻を、粉砕機により粒径数μｍ〜数十μｍに粉砕して、純水に投入して１０〜３０％の濃度のスラリー状として、実施例６と同様に処理して、貴重なコバルトやニッケルに変換する実験を行った。 表１２に示すように、２０日の処理の結果、カルシウムの濃度が減じ（３２００→２５００ｍｇ／Ｌ）、その代わりにコバルト（＜１→１８００μｇ／Ｌ）及びニッケル（＜１→１１０００μｇ／Ｌ）の濃度が増加しており、この実施例でもが元素変換が確認された。

本願発明による方法を用いて、汚染水を処理すれば、放射性元素が他の元素に変換されて、濃度を著しく低下させることできるので、放射性元素の無害化に適用でき、現在大きな問題となりつつある、福島第一原子力発電所から漏洩する汚染水対策の一助になると考える。

また、この元素転換技術が実用化されれば、鶏卵の殻の膨大な廃棄物処理費用が大幅に削減されるばかりでなく、元素変換して貴重なコバルトやニッケルとして回収できるので、極めて大きな利益が生出するのみならず、資源の乏しい我が国にとって、想像以上に貢献度の大きな発明となる。

他の元素に関しても同様にいつでも任意の元素が変換可能となり、その貢献度は極めて高いものである。

１ 処理槽２ 汚染水３ 高周波振動モーター４ 振動棒５ 多段式振動羽根６ インバータ７ 絶縁体８ 整流器