続・NMR供給

NMR（核磁気共鳴装置）への液体ヘリウムの供給を業者納入から学内供給へ切り替えた当初から課題であった充填中の蒸発ヘリウムガス回収について、回収を実現させた工夫を紹介します。
また、対象NMR台数を順次増やしてきましたが、全４台に供給することとなり回収率について正確にカウントできるようになりましたので、回収状況についてご報告いたします。※回収メーターがNMR４台で一緒になっているため、今までは一部業者が供給していたNMRの蒸発ガスもカウントされていて正確な回収率を算出できていませんでした。

未回収・回収それぞれの特徴
まず、蒸発ガス放出時と回収時について改めてそれぞれの特徴を整理してみます。

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【大気放出】・背圧がかからないので移送速度が出る　＝充填作業が短時間・内部圧力上昇を抑制できる　装置的に安全である　　　＜作業効率が良好＞	space	【回収】・背圧がかからるので移送速度が減少　＝充填作業の時間がかかる・内部圧力の上昇が心配される　　“ここが課題になります” 　　＜作業効率を犠牲に貴重資源回収＞

内圧上昇抑制①：回収管径を増大
平常時の自然蒸発に対し充填中は、蒸発量が増加し回収管中の圧力が大きくなります。そこで回収管の径を大きくして対応しました。この背圧を少しでも抑えることは移送速度を維持することにもつながります。

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自然蒸発時の回収管φ9.0mm	space	充填時の回収管φ19.0mm

内圧上昇抑制②：トランスファーチューブを変更
前報告｢ＮＭＲへの液体ヘリウム学内供給開始｣および｢Ｈｅトランスファーチューブの製作｣でも触れていますが内管径の細いトランスファーチューブを自前で製作しこれを応用しました。このトランスファーチューブは内径が小さいため移送量が少なく移送速度が出ません。つまり充填作業時間がかかります。しかし移送量が少なく静かに汲むことは蒸発ロスを減らし内部圧力の上昇を抑制したい今回の状況にピッタリでした。

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従来の移送管φ4.0mm	space	新移送管φ2.7mm

移送状況
さて、実際の移送状況はどうなのか、データが増えてきたので、整理してみました。

図１：充填量-浪費率

図２：移送速度-浪費率

図１：
一般的に充填量が少量になれば蒸発ロスが増え浪費率が大きくなる傾向があるが、自作移送管の場合、充填量に対する依存は特に見られず少量充填においても安定した浪費率を保っている。

図２：
移送速度は最高でも１L/分程度しか出ていない。こちらも依存性は特に見られず、自作移送管は移送速度が遅い状況でも浪費率は比較的保っている。

図３：移送速度-作業効率

表１：移送効率の平均データ比較
	移送速度（L/分）	浪費率（L/L）
従来（放出）	1.20	1.42
新様式（回収）	0.67	1.26

図３：
作業効率は移送速度は大きければ大きいほど良く（速く汲める）、浪費率は小さければ小さいほど良い（蒸発ロスが少ない）。ということで、「　作業効率　＝　移送速度　/　浪費率　」として計算し、グラフ化してみた。自作移送管のラインが一段上にのっている様に見える。同じ移送速度で比較した場合、自作移送管のほうが作業効率が良さそうである。

表１：
移送管を装置付属の移送管（内径4ミリ）から自作移送管（内径2.7ミリ）に代え、移送速度は半分近くまで遅くなった。一方では浪費率が半分近く（浪費率1.0が蒸発ゼロ）まで低減できた。この特徴差は利用用途によって、不適か適しているかわかれる。今回のようなNMRへの充填の場合、充填量が少量のため移送速度による作業時間の増加は大した差が出ない。過剰な蒸発も抑えることができ、とても適しているといえる。

回収状況
回収配管を敷設して以来のヘリウムガス回収率の推移をまとめてみました。敷設当初は自然蒸発のみの回収でした。業者の充填に立会いながら充填の方法を教えていただき、NMR１台の充填から学内供給が始まりました。その後、最も大きい600MHz（ECA600）を除く３台を引継ぎ、2006年12月より充填方法を見直し、充填中の回収を実現させました。これにより回収率が飛躍的に向上しました。最終的に2008年03月より最後まで業者が担当していた装置（ECA600）を引き継ぎました。この装置は他の装置よりも充填量が２倍近いため、回収率がさらに大きな幅で向上しました。

図４：回収率の推移

表２：回収率の推移
充填中の蒸発ガスの状況	供給量（L）	回収量（L）	回収率（％）
大気放出 2005.01-2006.06	1168	771	66.1
大気放出 2006.07-2006.11	470	302	64.3
回収（一部放出） 2006.12-2008.02	1155	877	75.9
完全回収 2008.03-08	436	417	95.6

ヘリウムガスの回収にこだわることで、移送速度は低下し、作業時間長くなりました。これはヘリウムガス回収の代償ということになりますが、貴重資源であるヘリウムを回収・再利用できるのであるならば安い代償といえましょう。

学内では回収配管の敷設がされていないNMR装置がまだあります。配管敷設が進まない原因は「配管設置費用の負担」および「学内供給での安全性」が壁となっているようです。「学内供給での安全性」については、今までの供給実績に加え今後も引き続き安全に供給すること、そして回収率の維持により信頼を積み重ねていきます。