CN1156333C - 用离子化分离同位素的方法加工处理核燃料的物料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供改进的加工设备和方法，包括进料的有选择的离子化；离子化的和非离子化的核素的分离；选择性激发静止的离子核素；引入化学物料以引起部分进料选择性转变为非离子化状态；离子化与非离子化核素的进一步分离。同时公开了在加工的选择性激发方面的其他改进。提供同位素和/或元素的相互分离以及种种进料在单一工艺流程中改变化学物理形式。
Description
本发明与核燃料物料加工处理的改进有关，特别是，它不仅仅涉及核燃料物料的加工处理。
从开采铀矿石开始生产燃料级的核燃料是一长而复杂的过程。该过程中的许多变化是人所共知的，但大体上该过程包括取得矿外级的材料逐步转化、富集直至无论外形上还是从品位上都适合于生产燃料球。这一工艺流程的各阶段为：把初始的铀氧化物浓缩成六水合硝酸铀酰；脱硝阶段将其转变成UO3；还原阶段将UO3还原成UO2；氧氟化阶段要构成UF4；进一步氢氟化阶段生成UF6；使用各种物理或化学方法将UF6浓缩；以及将浓缩的UF6转变成陶瓷级的UO2，这是构成燃料球的合适形式。
根据各阶段的规模、资金投入和运行费用，要完成所有这些阶段就需要若干个大规模的加工厂。各阶段之间输送及其伴生的问题都要遇到。此外，氟化技术尤其需要一个复杂而令人厌恶的电解流程以生产所需的氟。
核燃料的再循环都含有一系列复杂的化学和物理步骤：从废弃燃料中分离出各种裂变产物，把物料中235U的浓度提高到使它能再次被作为核燃料使用的阶段。
这些生产过程的复杂性同样也存在于燃料循环的其它生产加工工艺线上，例如与钍、钚和其它材料有关的燃料循环。
根据本发明的第一方面，我们提供由以下步骤构成的工艺过程：
(a)提供一种进料，该进料是由混合组分构成的；
(b)将所述进料导入磁场；
(c)把所述进料至少一部分转变为一种离子化形式；
(d)提供第一能带和/或第一能级的至少一个组分的至少一部分，并且提供第二能带和/或第二能级的至少一个组分的至少一部分，第二能带和/或第二能级比第一能带带和/或第一能级高；以及
(e)从所述第二能带和/或第二能级组分中至少部分分离出所述的第一能带和/或第一能级组分。
可以控制离子化程度使其至少提供一个部分离子化形式的组分和至少一个不同组分的部分非离子化的形式。
可从离子化组分中分离非离子的组分。最好分离发生在进料进入选择性激发阶段之前，最好对于选择性激发阶段进料的离子化组分在进入选择性激发阶段的包容磁场之前就被中和。最好进料在选择性激发之前，一旦在包容的磁场内至少被部分离子化。
结合选择性离子和一种分离方法建立在其上的工艺流程的更详细内容在本发明的第二方面进行阐述并且在此一并说明。
从较低能量级组分分离较高能量级组分可能会受到这些组分与一种化学物料接触的影响，这种接触起因于仍然留下离子化形式的较高能量级组分而且这种与较低能量级组分的接触起因于不带电荷的形式。最好根据电荷的不同进行组分的分离。
根据选择性化学猝熄而进行的分离过程的更详细内容将作为本发明的第五个方面一并进行阐述。
最好以固体，尤其是粉末的固体形式和/或以液体形式提供工艺过程的进料。
最好进料是由几种同位素的混合物组成。不同元素的一种或一种以上的同位素和/或同一元素的一种或一种以上的不同同位素都有可能出现。含有238U和235U的进料是最好的。含有238U、235U、241Pu和239Pu，Pu的其它可能的同位素和其它元素的进料也是可取的。
进料中最好一种或一种以上，最好是所有的同位素都以分子形式出现。以氧化物的形式，特别是二氧化物的形式提供铀同位素是值得重视的。
最好物料以至少部分离子化的气体形式提供给选择性激发阶段。可以用一个步骤将进料转变成一个至少部分离子化的气体，例如用等离子体发生器。另一种方法是进料可以先被转变成气体或蒸气，然后再至少部分离子化。
最好进料以固体形式被引入加热装置，热的输入引发了该固体进料的蒸发和/或汽化和/或以气体形式提供进料。可用加热炉达到这一目的。用辐射和/或微波加热方法可以提供这种热的输入。
例如，由非挥发性或不易挥发的材料组成的废物流可以从加热装置中被提取出来。
最好蒸气形式的进料与固体形式进料以相反的方向在加热装置中通过。
最好在离子化之前把进料引入磁场。磁场的构形要使其吸持住进料离子化后的已离子化的部分。最好进料作为非离子化的蒸汽或气体被引入磁场。
可用离子化方法使气体形式的进料转变成至少部分离子化的状态，电子回旋共振对于进料的离子化或部分离子化是特别适合的方法。
进料的选用组分可被全部离子化和/或进料的选用组分实质上仍为非离子化状态。
在一个装置中，最好是含有给定元素的所有组分都被离子化，如进料中的238U和235U组分都可被转化成离子化形式。
最好进料的一个或一个以上的组分被转化成以分离状态存在的离子化形式。转化金属氧化物成为金属氧化物离子，象UO2被转变成UO2 +，在这方面是尤为可取的。
进料的选择性激发，不论作为元素的离子或分子的离子，其详细情况和选择方案在本项申请的其他地方也提供了。
较高能级组分可以由收集装置收集，该装置是为流程提供使用的，最好较低能级组分通过该收集器到紧接着的下一个收集装置去达到分离目的。
最好用于高能级组分的收集器包含一个收集网，而网可以包括一串与进料流动方向平行的板组成。
最好该收集器是接地的或配有一定的电势。
该电势最好能起着中和作用，将高能级组分从它们的离子化状态转到非离化状态。
该收集器可以提供温度在1000K以下。这就可使高能级组分从气态转为液态，更可取的是固态。
最好从进料流中将收集装置定期取走，特别是要到较远的位置。最好在这一远离的位置将收集网上的产物取下。最好当收集装置的一部分具有回收产物时，将该收集网格的另一部分提供给工艺流。
最好使低能级组分与它们的收集装置发生碰撞。低能级收集装置可以由一冷却鼓构成，它可以转动和/或用一个刮削工具从收集装置中取出收集到的低能级产品。
这一流程可被用来从235UO2和238UO2的混合物中分离235UO2。这一流程也可用来从235UO2、238UO2、和241Pu和/或239Pu化合物的混合物中分离235UO2。这一流程还可以从烧过的核燃料中除去裂变产物。该流程也可以用来从烧过的核燃料中除去个别的Pu和U同位素，以促进再循环。
对于进料的离子化、其离子化作用、其选择性激发以及其分离的其它详细说明，选择方案和可能性，将在本发明的其它方面以及专门说明书中另行叙述。这些可能性同样应用于本发明的第一个方面。
根据本发明的第二个方面，我们提供由以下步骤组成的工艺流程：
(a)提供由混合组分构成的进料；
(b)将所述的进料转成离子化/等离子体形式；
(c)提供至少部分离子化形式中的至少一个组分和至少部分非离子化形式中至少一个不同组分；
(d)把所述离子/等离子体包括在磁场内；以及
(e)从所述非离子化组分中至少部分分离所述离子化组分。
从同位素混合物和金属与非金属两者性质的元素中提取出所需要的组分。在含氮化合物中提供进料是特别可取的。由硝酸铀酰、六氟化铀、硝酸钚、硝酸钍、消耗过的硝酸铀酰、消耗过的六氟化铀或其混合物组成的进料物料全都适合作进料物料。这些物料可以是水合物形式。进料物料可以是气态、液态或固态的形式导入等离子体发生器。
在进料物料中所含的需要组分可以低于1.5％、1％甚至低于0.5％的水平，因此将进料供入流程之前无须将这些材料浓缩。
混合组分可以由两个或两个以上不同的元素组成；由同一元素的两个或两个以上不同的同位素组成；不同元素与那些元素一个或一个以上不同同位素一起组成；或掺有不同元素、不同同位素或不同同位素及不同元素的化合物组成。在本项申请中涉及到的所采用的“组分”一词包括所有这些可能性，另有说明的除外。
最好是所有的或基本上所有的给定组分都被离子化。最好是所有的或基本上所有的给定组分都未被离子化。
最好是将出现在所述的进料中一些金属元素或所有金属元素都被离子化。尤其优选原子量大于90的金属元素离子化。最好所述进料中的一些非金属元素或全部非金属元素都未被离子化。最好原子量低于90的所有元素，更可取的是低于70，最理想的是低于60的留在非离子化的形式。特别要优选的是例如铀和/或钚和/或钍和/或钆这样的元素都被离子化，而象氢和/或氟和/或氧和/或氮这样的元素都不被离子化。硼最好不要离子化。
等离子体的温度可以引发组分的离子化。除此之外，另一种引发离子化的方法是利用组分与由电子回旋共振产生的高能电子之间的相互作用。离子化的的程度和/或已离子化的组分可以通过电子回旋共振的能量输入来控制。
因此在一特定的实施方式中，等离子体可以将进料转变成离散的原子，之后电子回旋共振可以引发至少一部分原子离子化，最好是具有选择性的性质。
所述的等离子体的温度可以按所需的方式进行控制，以便提供组分有选择地离子化。于是等离子体可以将进料中的一些组分离子化而留下其它组分，如裂变产物和/或未离子化的非金属元素。
最好所述的等离子体的温度在3000K到4500K之间，最好是用微波或射频方法产生所述的等离子体。
此外，或用另一种方式，在分离之前，在等离子体由控制进料的滞留时间以便按所需方式提供组分的选择性离子化。
最好磁场配备来作为吸持场最好以轴向排列。为达到这一目的，磁场强度应大于0.1泰斯拉。
磁场可以构成划定等离子体加工处理的圆筒状活动体积。最好等离子体沿着这一外壳区段的轴向从进料/等离子体发生到下一分离阶段。
最好通过从等离子体中除去非离子化的组分来影响离子化和非离子化组分的分离，最可取的是以气体形式。可以用泵把非离子化组分从离子化组分中抽走，保留下来的离子化组分受磁场吸持。
已分离的不带电荷组分可进行下一步的加工，这包括使用这里提供的技术进行进一步的选择性离子化和/或选择性激发加工过程。
最好这种工艺流程还包括一个含有选择性激发过程的附加阶段，最好下一阶段是施加振荡电场于离子化组分上，该振荡电场具有一个与磁场轴线垂直的分力，电场的振荡频率接近一个或一个以上组分的或一个现存组分的一个或一个以上同位素的离子回旋频率或其谐波。可用的频率范围为30到700kHz(千赫)。
换句说活，可以采用按GHz(千兆赫)数量级的两个不同频率，使频率差接近离子回旋频率或其谐波即kHz范围。
最好电场振荡频率接近离子回旋频率或接近一个或一个以上的235U、239Pu、241Pu的谐波。
多相螺旋线圈(排列)可被用来给予振荡电场，在提供四个线圈的地方，它们彼此成90°角，产生的电场以所希望达到的频率转动。
最好等离子柱横截面的直径大于组分或要被分离的同位素的螺旋轨道的最大直径。在施加振荡电场处的所有部分的磁场强度最好保持均匀一致。最好用超导磁铁产生磁场，场强在0.5到10泰斯拉之间，最好这一区域内的场强为1到6泰斯拉。最好用射频天线来提供振荡电场。
可以施加一个或一个以上的振荡频率，这频率是与离子回旋频率或混合频率或谐波相符，谐波指的是一个或一个以上组分的一种或一种以上同位素，或一个或一个以上组分的谐波。
最好挑选出来的组分、元素或同位素的动能级提升到大大高于未被挑选出的组分、元素或同位素的动能级。
最好高能组分的动能级至少是低能组分的能级的1.5倍，最好在2到4倍之间。
较高能级的组分的能量范围在3-30eV(电子伏特)之间，例如大约为20到30eV。
最好把低能元素的动能级限制在10eV以下，最好是低于5eV。
最好留给选择性离子化/分离工序并已形成为对选择性激发工序进料的已离子化的组分在进入吸持的磁场以求选择性激发工序之前就被中和了。
进料可以通过与一冷物料，最好是气体接触而被中和。接触可使组分放电和化学改变。例如组分与冷材料或其一部分接触而结合。冷物料可以是氧气。冷物料可以与进料结合产生进料的离子形式化合物。进料的离子形式化合物可能比进料的原子离子或元素离子更易于中和。与等离子体内的游离电子结合可以中和化合物形式进料。进料的化合物形式受到中和作用时会释放出该化合物的一个组分。
此外，还可用另一种方法使进料中和，即在它的周围发生能量损失，例如幅射冷却引起进料又返回到不带电荷形式。
最好使进料放电，但仍保持蒸汽状态。进料作为或转化成原子的、元素的、或化合物的气态形式出现。
用于选择性离子化过程的包容磁场和用于选择性激发过程的包容磁场最好是分立的，或基本上是分立的。
最好进料在进入选择性激发阶段的包容磁场后就至少被部分离子化，最好是全部被离子化。
最好这一过程还包括下一步骤：将化学物料引入等离子体，化学物料与组分相互反应，留下带电荷组分的进料和不带电荷组分的进料。最好分离是根据带电荷的和不带电荷的形式进行。
最好在预定的动能级加入化学物料。
最好是以预定的动能级加入化学物料与高能组分接触也与低能组分接触；化学物料的动能级、高能组分和低能组分是这样在离子化的高能组分与化学物料之间接触导致那一组分或包括那一组分产生带电荷离子；低能离子化组分和化学物料的结合产生那一组分或包括那一组分的不带电荷粒子。最好不带电荷粒子是由低能组分与加入的化学物料或其一部分结合而形成的。
最好低能组分转化成不带电荷状态比高能组转化成不带电荷状态要快。
从带电荷状态转变到不带电荷状态可能产生组分的分子形式。要发生转变的组分可能会与仍带电荷的化学物料或其一部分结合。转变可能会引发已转变组分中的成分或一部分成分的流失。在转变过程中也会发生一部分化学物料的流失。最好滞留时间或流程能控制住以使一种组分的主要部分发生转变而避免其它组分的主要部分发生转变。
化学物料最好有选择性地给出所需要的不带电荷粒子和/或终端产品。
氧是特别优选的化学物料。
最好在100K到2500K加入化学物料，尤其要在100K到500K之间加入。
加入到流程中的化学物料的量可以控制在把低能组分转变成非离子化形式的程度。因此，供应不足量的化学物料与所有的低能组分接触，则部分低能组分将仍为离子化状态。
离子化的和非离子化的组分最好都维持在气态然后再与加入的化学物料接触。
该工艺流程还可包括一个步骤：带电荷组分和不带电荷组分的彼此分隔开来。
最好带电荷组分留在磁场内，用泵把不带电荷组分从磁场内抽出。
最好已除去的物料流能保持有足够高的温度以减少工艺流中已除去组分的冷凝，在已分离的物料流中冷凝是允许的。
已分离的不带电荷组分再经受进一步加工。这可包括用这里提出的技术进行进一步的选择性离子化和/或激发处理。
只要所加的化学物料在投加数量上加以限制，该特定组分只有一部分可以在这一阶段作为不带电荷粒子而被除去。
最好带电荷组分保留在磁场内，因其超越这一分离阶段而继续下去。
最好该方法包括进一步步骤，引入化学物料，最好在给定的动能级使化学物料与留下的带电荷组分接触，带电荷组分和化学物料的动能级是这样由一个不带电荷组分或粒子形成的结果。最好该组分仍以气体出现。
最好下一步的化学物料是由选出的物料给出所需要的不带电荷粒子和/或终端产品构成的，例如氧可以作为化学物料。最好下一步化学物料在100K和2000K之间，最好是100K到500K间加入。最好组分和下一步的化学物料结合在产生粒子内。氧化物是特别合适的(粒子)形式。
最好结合温度控制在能生成所需形式粒子的程度，2500K对铀来说是特别优选的，使得铀以气态UO2作为主要形式呈现。
最好，最后一步是再加入化学物料到一个不带电荷的组分使其降低能级到可以生成固体产品的阶段。此外，或换另一种方法，通过碰撞不带电荷组分的表面上，最好是在冷表面上，也可以降低动能级。最好不带电荷粒子动能级的降低很快发生，以避免产生不需要的中间平衡形式的产物。最好这一转变时间为＜2ms。
加入的化学物料可以与以前加入的相同，也可以不同。
数量和/或能级和/或化学物料和/或收集表面都可以加以控制以便得到所需要的产品形式、化学组成、粒径分布和形状。
最好该工艺流程的产品是所需的化合物、元素或同位素，而且最好是在所需的等级。用这种方法虽然能生产出纯金属，但陶瓷级的金属氧化物是该流程特别优选的产品。一种陶瓷级的金属氧化物作为燃料用途，是一种能够烧结的金属氧化物以供生产燃料球。用常规实验可以确定为达到这一目的所需的燃料球的粒径和形状。一旦U+和/UO+核素被选择性地激发，投加氧的量和/或其能级，和/或收集表面和/或提供的收集表面温度，都可以加以控制以产生所需要的陶瓷级金属氧化物。一旦UO2 +和/或UO+核素被选择性地激发，收集表面和/或收集表面的温度能够加以控制，生成所需的陶瓷级金属氧化物。
通过控制流程条件可以产生出铀、钚、钍和实实在在的MOX(镁诺克斯合金)产物。
根据本发明的第三个方面，我们提供分离设备，该设备包括：
(a)一种磁场发生装置；
(b)一种装置，该装置将进料的至少一部分转变成离子形式进入该设备；
(c)一种选择性的激发装置，该装置将进料中至少一个组分的至少一部分激发到第一能带和/或第一能级并提供第二级带和/或能级上至少一个第二组分的至少一部分，该第二能带和/或能级高于第一能带和/或能级；以及
(d)一种装置，用来从该第二能带和/或能级组分至少部分分离第一能带和/或能级组分，其中磁场吸持已离子化的进料。
仅可提供进料的部分离子化或进料的某些组分的部分离子化或进料某些组分的完全离子化。可以从离子化组分中将非离子化组分分离出去。在本发明的第四个方面中公开了用于对进料进行选择性离子化和/或分离设备的详细内容，一并在此说明。
设备的进一步细节，通过该设备的一个或一个以上组分有选择性的提高其动能也在本发明的第四个方面予以公开，一并在此说明。
在本发明的第四个方面中还提出了从第二能级组分中分离出第一能级组分的分离装置在此加以详细说明。
离子化装置可以包括单个阶段的离子化部件，例如等离子体发生器。另外进料的离子化还可以用加热装置来实现。最好该加热装置可以将进料转变成气体或蒸汽。最好提供分立的随后发生气体的离子化装置。加热装置可以包括加热炉、幅射加热器或微波加热器。
最好在离子化之前，进料就导入磁场。磁场发生设备的细节在本发明的第四个方面将加以提供，并在此说明。
通过电子回旋共振装置可以使进料发生离子化或部分离子化。
通过离子回旋共振可以对存在的元素和/或原子和/或分子离子的进料选择性激发发生作用。
根据本发明的第四个方面，我们提供了分离设备，该设备包括：
(a)一等离子体/离子发生器；
(b)一种对混合组分进料物料有选择性离子化的装置；
(c)一种产生约束等离子体/离子磁场的磁场发生装置；以及
(d)一种从磁场中除去不带电荷组分的装置。
最好用微波或射频加热方法产生等离子体。
最好等离子体被加热到3000K到4500K之间，最好是4000K±10％。
等离子发生器可以用作为对混合组分进料物料进行选择性离子化的装置。除此之外，用电子回旋共振装置产生的高能电子碰撞为混合组分进料的选择性离子提供另外一种方法。
包容的磁场可以是轴向排列。
最好磁场发生装置包含有一个或一个以上的超导磁铁。最好该磁铁是圆环状的或圆筒状的部件。按这种方法一个中心壳体区被磁场所限定，最好该磁场为圆筒状结构。
最好去除不带电荷组分的装置包含一个泵部件。
最好该分离设备还包括一个穿过该设备的一个或一个以上组分的动能级选择性提高的装置，最好该装置包含一射频天线，装配来向振荡电场提供一个向量垂直于磁场的轴线。
最好选出的组分的动能级能增加到3eV以上，最好大于10eV。
最好未被选出的组分的动能级在10eV以下最好小于3eV。
最好选出的组分的动能级至少是未选出组分动能级的1.5倍，最好在2至4倍之间。
最好通过以接近于回旋共振频率或其谐波的频率施加于振荡电场来提高选出组分的动能级。
可以施加振荡电场的一个以上频率以达到提高一个以上组分的动能级。不同组分可以有不同程度动能级的提高，即对于这些组分有三个或更多的不同能级。
该设备可为将化学物料导入磁场引起选择性化学反应或相变而进一步提供装置。选择作用可引发动态的和/或平衡效应。选择性化学反应最好使组分中的至少一个成分保留为带电荷状态而使组分中的至少一个成分被转变成不带电荷状态。
选择性地加入化学物料可以产生所需的不带电粒子和/或终端产品。加入的化学物料可以是氧，最好在100K和2000K之间加入化学物料，更好的温度是100K到500K之间。根据温度和/或加入的化学物料的质量最好预先测定能级以达到预期的效应。
最好一种组分的转变是动态地向不带电荷形式其他组分的转变，最好能生成分子形式的不带电荷组分。也可能形成一种中间的带电荷分子形式。
一个组分相对于另一个组分的择优转变最好是受所保持的滞留时间或流程来控制。
加入化学物料的量可以被控制到使物料产生过量的不带电荷组分发生完全转变或以要改变组分的一小部分出现。无论是带电荷组分还是不带电荷组分最好都保持在气体状态。
最好该设备还提供下一个除去不带电荷粒子的装置。除去不带电荷粒子的装置最好从开始就轴向移动。最好在放电的物流中不带电荷粒子能保持在超过2000K。
该设备可以为向留下的工艺流中继续加入化学物料提供一附加装置。最好下一步引入的化学物料是氧。要特别提出的是加入的化学物料对余下的组分提供猝熄作用，最好这个化学物料与留下的组分接触时能将它从带电荷状态转变成不带电荷状态。最好经这一转变后不带电荷状态的组分仍然以气态形式存在。
一个较好的特例是加入氧作为下一步的化学物料。最好是在100到500K之间加入氧，以给出大约2500K的与带电荷组分结合的结合温度，在这一温度例如U仍然作为不带电荷的气体，主要以UO2的形式存在。
可以提供继续再加入化学物料的再进一步的装置。这一投加物最好是使工艺流从气态转变成固态。此外，碰撞不带电荷组分的表面，最好为冷表面为减少动能级提供另一种方法。转变最好能很快实现以阻止形成任何一种中间平衡状态。最好产品是陶瓷级核燃料例如UO2。
根据本发明的第五个方面，我们提供从一个或一个以上较低动能级组分中分离出一个或一个以上已提高的动能级组分的工艺流程，该工艺流程包括提供含有第一和第二能级组分的工艺流；将化学物料引入工艺流，并在其中引入的化学物料既与第一能级组分也与第二能级组分接触；与较高动能级组分接触，产生该组分的离子化形式，并与较低动能级组分接触产生该组分的不带电荷的形式。
最好，一种组分的转变，最可取的是较低能级组分转变成不带电荷形式，较好地动态地向另一种组分转变，最好是较高能级组分。已转变的组分可能作为中间产物被转变成带电荷的分子形式。最好该分子形式包含已加入的化学物料。从带电荷到不带电荷的转变可能发生在分子态。这一转变可能包括化学物料从已转变的组分中损失其一部分或一定比例。
最好通过控制滞留通道和/或接触时间来控制转变过程的择优性质。
用适当的装置可以使带电荷的和不带电荷的组分彼此分隔，这样的装置可以把带电荷组分包含在磁场内，把不受吸持的不带电荷的组分从磁场中抽出去。其它的可能性包括将带电荷组分吸引向适当的电极。
最好加入的化学物料是气态的，最好这种化学组分是非离子化的，最好这种化学物料的温度在100K到2500K，最好是100K到500K。最好该化学物料与低能级组分反应，最好是把氧作为化学物料引入。低能级组分与氧反应产生的氧化物是选择性化学反应的理想形式。
在功能级3eV以上最好是10eV以上提供较高动能级组分，在动能级10eV以下，最好是3eV以下提供较低动能级粒子，这样较容易得到带有较低动能级粒子所需的化学反应。较高动能级组分的能级最好是较低动能级组分能级的1.5倍，最好是2至4倍。
根据本发明的第六个方面，我们提供从一种或一种以上从较低动能级中分离出一种或一种以上已提高的动能级组分的设备，该设备包括：产生已提高的动能级组分和较低动能级组分的装置，含有已生成组分的装置和向组分中加入化学物料的装置，该化学物料与第一能级组分和第二能级组分发生选择性相互反应，结果产生一个仍具有离子化形式能级的组分和另一个具有非离子化形式能级的组分。
最好相互作用是与组分中一种组分发生化学反应，最好是组分中一种组分最好能动地对另一组分发生化学反应。
用离子回旋共振可以为组分提供提高能级和降低能级。
在提供不同能级的过程中，组分有可能被置于均匀的磁场中，在进一步加工过程中可以提供一个包容的磁场。
最好加入的化学组分是由非离子化的气体组成。氧是特别优选的形式。
根据本发明的第七个方面，我们提供各种组分、各种物料、各种元素、或各种同位素或其进一步加工形式，即根据本发明第一、第二、或第五方面的方法的分离出来的和/或根据本发明第三、第四或第六方面所使用的设备产生的。
最好分离出的组分是一种或一种以上同位素，这些同位素是从同一元素的其他同位素和/或其他元素的其他同位素中分离出来的，235U、241Pu和239Pu就是这样的物料。
要特别优先的是适合核燃料用途的陶瓷级金属氧化物这种产品。
用另一种说法，已分离的组分也可能是存在于进料中的不同元素，因此要重视从氟中分离铀，这正如存在于一种给定化合物中其它元素从中彼此分离出来那样。
组分间的分离程度可以基本上是完全的也可能仅仅是一部分。应该注意这样的流程：即进料组分的一部分作为流程中的不带电荷组分被提取出来，而该组分的主体继续进入由带电荷组分产生的产品流中。作为这种流程的一个例子是分离出存在于进料中的小部分238U，而提高了核燃料的等级。
当然不带电荷的第一种或第二种产品流能构成有用的而目的在于从带电荷组分离出的组分为尽可能多的终端产物。
根据本发明的第八个方面，我们提供一种燃料球、燃料棒或结合的产品用于核反应堆的燃料组件，或本发明第一至第七方面中任一种进一步加工的产品。
现在说明本发明的各种实施方式，只是通过实施例并参照附图，附图有：
图1为本发明第一实施方式的示意图；
图2为铀、氧、氮和氢的相图；
图3为U+、UO、UO2和UO3的相图；
图4为本发明第二实施方式的示意图；
图5为本发明第三实施方式的示意图；
图6为本发明第四实施方式的示意图；
图7为本发明第五实施方式的示意图，包括一种基于分离的选择性离子化和基于分离的选择性激发；以及
图8为本发明进一步结合的实施方式的示意图。
本发明所包含的各项原理在某些元素的制备、特定物料的化合物或同位素方面将在下面加以说明。然而，一般的原理和这些实施方式所概括的特征在各实施方式之间根据需要都是可以转换的。本发明适于处理各种各样的原材料，其目的在于生产出范围广泛的潜在产品。
从六水合硝酸铀酰进料中浓缩铀同位素
如图1所示，要加工的进料按箭头2的方向引入。在这一特例中，进料是六水合硝酸铀酰液体，这种进料是从初始源提取铀的早期阶段具代表性的进料，该液体进料通过等离子体发生器(4)，它把液体进料快速加热到大约4000K，等离子发生器可以是微波或RF(射频)型的等离子发生器。等离子体的温度容易控制。
按(6)排列的超导电磁线圈产生高强度的磁场，它的磁力线如(8)所示。
超导磁铁被调整到在位置(12)、(44)、(46)、(54)产生超过0.1泰斯拉的磁场强度，但在位置(16)产生0.5到6泰斯拉的场强。
由于等离子体发生器(4)的作用结果，在温度升高时进料进入进料箱(12)，在这一温度六水合硝酸铀酰分裂成它们的组分原子。
正如从图2提供的相图中所看到的，在进料箱(12)内在4000K和实践经验的典型条件下，铀原子是带电荷的U+(见线20)。相反地在这一温度大量的氮、氧和氢是不带电荷的原子或分子如图2中的各线所示，它代表氮即N，线22；氧，O，线24；和氢，H，线26；离子全部是气态形式。
作为带电荷粒子，铀离子被吸持在磁场内并向前通过超导电磁线圈(6)。由于氮、氧和氢原子的不带电荷性质，它们可以自由运动，不受磁场影响，因此可按箭头(14)的方向从进料箱(12)内被泵抽出。
接着，物料流(14)被冷凝，这些物料又回到再结合平衡，得到N2、O2和H2O、NOx。
作为该工艺流程这一方面的结果，铀从形成六水合硝酸铀酰进料的其它元素中被分离。
存在于该流程(16)位置的强而均匀的磁场严密吸持铀离子。然而由于在磁场中运动的带电荷粒子受到一种作用的力使得这些粒子在它们通过该设备(16)部分时呈现螺旋上升。一个给定离子螺旋运动的天然频率只与其质量、其电荷以及磁场强度有关，于是235U离子以不同于238U离子的天然频率作螺旋运动。
通过区段(16)提供射频天线(18)并施加振荡电场，其频率被调到235U的天然频率，与238U相比，它是丰度最低的核素，这一同位素的离子比238U离子可获得更多的能量。由于能量的输入的结果，可以想到通过加热235U粒子运动得更快。对于235U离子，螺旋运动频率仍然相同，而这些离子加快的初速度导致径向的范围增大了。
因此即使考虑到238U和235U粒子之间发生不可避免的碰撞和随后发生的能量转移，这两种离子核素会形成带有不同的能级的集团。
超导线圈(40)或第一延长部分(6)继续把铀离子约束在强磁场内，通过把氧进料(42)引入该流程的区段(44)，可以实现从238U中将235U有效地分离出来。
由于RF天线(18)给予235U附加的能量，235U粒子到达区段(44)时，就有了约5eV的能量(相当于40,000K)。通过引入约200K相对凉的氧气，235U离子与氧的结合产生出约4000K相当温度的粒子。
另一方面存在于流程区段(16)的238U离子，因为没有多少附加能量给予这些离子，显出低得多的能量级。其结果，235U离子的等价能量为小于2.5eV(20,000K)而与2000K的氧结合等价导致小于3000K。
通过不同能级和有限的滞留时间通道，由此产生的主要形式是235U+和238UO2 +。这些核素与自由电子接触导致238UO+O和235U占优势地位。对于238UO2到238UO的转变，滞留时间/通道是足够的，但235U只能在几米后生成而不是几厘米。
于是235U同位素离开区段(44)作为带电离子进入进料箱(46)，而238U同位素离开区段(44)以不带电荷气体的铀氧化物形式进入进料箱(46)。超导磁铁排列(40，50)的连续磁场吸持235U离子以保证其连续不断地通过这个设备。不带电荷的238U氧化物不再受磁场吸持，以流程中气体的形式用泵除去(见示意线48)。
为了使238U氧化物气体在物料流(48)中停止冷凝，出口应维持适当高的温度，即2000K以上，理想的情况是要超过2600K。另一种办法是，表面的化学状况必须调节到能维持238U氧化物气体的能量。为此目的人们相信，经过一段时间操作该工艺流程之后，流程中已经凝聚的238U氧化物能造成必要的表面化学和热滞留以避免进一步凝聚。那么稳定的状态就可以达到。当然在可以做到的工艺流程内一些位置是能够承受凝聚的。
当引入进料箱(46)的氧任何超过量而仍在一个温度(低于此温度氧就会离子化)供应时，它也会通过泵被排进物料流(48)。
因此进一步加工的结果使通过超导线圈(50)，或其第一延续部分(6)或第二延续部分(40)的物料几乎都是带电荷的235U。
向工艺流程的(54)区段继续加入氧(52)，导致235U离子发生猝熄。控制猝熄，温度可降到2500K，在这一温度，从图3可看出，物料的主要存在形式是不带电荷的235UO2气体，虽然其它形式的铀氧化物似乎很少出现。
通过进一步猝熄阶段(56)，温度再进一步降低，铀氧化物快速地从气态变成燃料级陶瓷粉末状的固态形式，要小心控制这些阶段的条件，以得到所需的粒径和形状分布的烧结产物。
该工艺流程就这样为六水合硝酸铀酰液体进料转变为此后适于制成球状的燃料级陶瓷粉末提供了一个单独的有标准尺寸的部件。
配合该流程相应的单独的有标准尺寸的部件总长度约为10米，活动范围直径约1米，可以加工1-10公斤/小时的进料铀。
在该部件内的滞留时间很短，约为10ms(毫秒)。这时间是铀离子理论速度的反映，即：在4000K，铀离子以6×104cm/s速度运行。在上面讨论的实施方式中已提供了此工艺流程的应用，例如将天然六水合硝酸铀酰转变成燃料级的材料。该技术可以应用于许多其它的加工领域，包括从用过的燃料棒中提取所需组分，各种不同燃料循环和各种不同初始进料的再加工产物。
提高再加工核燃料的等级
烧过的核燃料主要由结合了各种裂变产物的UO2粉末、低浓度的235U和钚组成。把这一材料加工成硝酸盐液体并将其引导入一般的工艺流程，可以采用以下的分离方法。
随着等离子体的发生，在初始的进料箱(12)中，235U、钚的各种同位素和238U(它是核燃料的主要成分)都离子化了。较轻的裂变产物以及N、H、O几乎全部仍保持在非离子状态，随后也不受磁场吸持因此可以把这些材料用泵抽出而进入物料流(14)。
然后再用前面叙述过的技术适当地使235U、238U和钚的同位素彼此分离，以获得一个反应堆级的材料。因为烧过的核燃料通常含有1％的235U和1％的钚，只有一半到三分之二的238U被除去，需要把等级提高到所需的5％的可裂变含量。
然而施加一个以上的振荡电场到幅射天线上，可以把能量输入到该流程区段(16)中一个以上的同位素。于是使235U和/或241Pu和/或239Pu的能级增加以至可按前面提到过的方法从238U中将它们分离。
235U所占据的较高能级和选择的钚同位素可确保这些材料在(44)经历猝熄后仍保持在离子化状态。而238U和未选择的钚同位素以不带电荷气体的形式如上述被除去。
在物料流(58)中用猝熄的方法使235U和其它所需要的可裂变钚同位素返回到不带电荷的固态，则可将它们的温度提高到生产燃料球所需的程度。
当238U通过区段(16)发生转变期间小心控制施加到238U上的能量就可以保证有足够的238U留在这个物料流(58)中以保证燃料是所需要的组成部分。
另外可以控制氧在(44)发生猝熄，则只将238U+的一部分转变成238U氧化物。
另一种等离子体发生
如图4另一种实施方式所示，用一个附加系统提供进料，以保证被选择出的组分所需的离子化。
在这个部件中，进料(2)通过等离子体发生器(4)进入吸持的磁场(8)。
等离子体的温度要使进料能被还原成离散的原子。
然后这种形式的进料通过电子回旋共振装置(102)，由于高能电子与组分的碰撞引发选出组分的离子化。如同前面提及的相图在碰撞的能级上某些选出的组分被离子化而其它组分仍保持非离子化形式。
物料被离子化到一定程度，然后进入进料箱(12)，在那里不带电荷物料作为工艺流(14)从磁场中去除。
留下的组分和加工步骤如图1所示，并被相同的文献所指明。
铀同位素的选择性激发分离。
图5所示的实施方式提供一种简便的技术，进料中一个或一个以上的组分从其它的一个或一个以上组分中分离，该技术是通过对组分能级有选择地提高随后有选择地进行化学反应或相改变，产生带电荷的或不带电荷的可被分离的组分。
进料(300)可以由一种元素的不同同位素，或不同的元素或一种以上元素的不同同位素组成。进料(300)是以离子化形式提供的，而离子是受到磁场(302)吸持的。离子化方法可以用许多方法，例如包括等离子体发生，电子回旋共振可以用许多方法例如包括等离子体发生、电子回旋共振、激光激发和溅射中任何一种进行离子化。
磁铁(304)提供一个强的直线性磁场，在这个磁场内用RF天线(306)对组分进行离子回旋共振。RF(射频)信号的频率要能使进料的一个或一个以上组分的能级有很大的提高，而其它组分仍保持在它们的输入能级或基本上不比输入能级大。被挑选出来进行激发的核素是丰度最小的粒子。因而用一恰当的频率，当235U+和238U+到达工艺流的位置(308)时它们就具有完全不同的能级。
通过物料流(310)把氧加入到设备中，在位置(312)发生选择性转变，即低能级组分成为非离子化形式而高能级组分仍保持离子化形式。分裂性的由结合产生出238UO和238U+，在那238U被激发到比第一次238U高的能级。于是在进料箱(314)中，非离子化的组分可以被从进料箱中抽出，进入物料流(318)，而其它产品继续被磁场(320)约束在位置(322)。
再引入化学物料(324)使带电荷组分发生快速猝熄，很快地从带电荷气体状态转变成一不带电荷的固态，这就形成了产品流(328)。
选择性猝熄和相转变使得对产品的等级和产品的物理化学形态这两者都要精心控制。
另一种选择性分离铀同位素的方法
图6提供本发明的另一种替换的实施方式。从装料斗(400)投入的进料是粉末状的UO2，该进料被送入一个垂直向下的管道(402)，使粉末落下，通过加热炉(406)通道的中间部位(404)引入高能热量，加热炉可以通过幅射加热和/或微波提供能量输入。热输入使UO2蒸发产生UO2气体。粉末在1Pa左右被加热到2200K以上，可以获得预期的蒸发效果。UO2蒸汽向上通过管道(402)并穿过通道(408)进入该设备的其余部分。
进料中由杂质和/或一部分不蒸发的UO2组成的灰分降落到通道(402)的底部，在那里被收集并被配制成物料流(410)。
穿过通道(408)的蒸汽以不带电荷的气体形式进入分离器的顶部，最初它被磁场约束，然后电子回旋共振装置(412)促进了UO2到UO2 +的离子化，二氧化铀的238U和235U同位素两者都被离子化，每一种都保持分子形式。
由于带电荷的原因，被吸持在磁场内的离子化气体向下通过装置(412)进入下面的离子回旋共振装置(414)，它带有天线(416)，提供大约150kHz的射频(RF)场和大约2泰斯拉(Tesla)的磁场。
按照上面讨论过的方式，ICR装置被选择性地调节到能使235UO2 +分子产生选择性激发的频率，而238UO2 +则不发生。这一过程可以产生很少的游离O，但它不带电荷可以从氧化铀物料中分离。
激发和磁场对分子产生一个直到设备下部的一般性螺旋状通道。螺旋通道的直径与给定分子有关，因此235UO2 +分子通道的直径大于238UO2 +分子通道的直径。
然后被选择性激发的分子进入设备下部的收集装置(418)。设备的这个部分将优先激发的组分收集在装置(420)，把次优先被激发的组分收集在装置(422)。
对高能组分的收集装置(420)是由网格(424)构成的网络，它被装在物料流中可以移动。收集网格(424)是由一串与物料流动方向箭头A平行的板组成。网络可以是方的也可以其它形状的。网格中板的分隔是这样设置的，使得这些板平均来说，将会与235UO2分子的螺旋通道碰撞，但要有足够大的空间使这些板不会干扰238UO2 +分子。这些238UO2 +分子继续从网格(424)之外的通道，通到下面的收集装置(422)。
向收集网格(424)施加一固定电压以中和235UO2 +分子携带的电荷，此电荷是与网格接触产生的，这样产生的不带电荷235UO2分子以固体形式被收集在网格上。
在网格上只需要提供几伏的电偏压就可加速高能组分的选择性收集。这种静电效应对高能组分仅有很小的影响，但却加速了低能组分从收集网格板上被排除。
定期地将网格(424)水平地移动，以使网格的不同部位处于物料流中，并把在以前物料流中网格的那部位放在产品料斗(426)上方。在这些位置，可以把收集在网格上的物料除去放电进入产品流(428)，这个产品流是浓缩的235UO2。
通过收集网格(424)的238UO2 +分子仍然带电荷，结果仍然被磁场吸持，进入收集装置(422)，该收集器是一个转动的圆筒(430)。它的温度相对地低，供给一个固定电压引起238UO2 +分子放电成238UO2分子，冷凝还使这些分子从气态转变成了固态。
圆筒(430)相对于刮刀(432)的转动，加速了粉末的脱落从而进入238UO2产品流(434)。
相结合的选择性离子化和选择性激发流程
图7是本发明的另一个实施方式，其中选择性离子化分离工艺流程(700)与选择性激发分离工艺流程(702)相结合。
选择性离子化流程(700)的进料如上所述在等离子体发生器(704)内如上面简述那样被转变成原子形式。轻原子如氧、氮和氯被变成离散的原子但仍是非离子化的。重原子在这种情况下为铀被离子化。在这一单元(700)中，非离子化的和离子化的粒子都存在于喷嘴(706)中，不带电荷的核素不被磁场吸持可作为产品流(708)被除去。另一方面铀是带电荷的，被磁场吸持。需要输入额外的能量到这一单元(700)以使轴在通过整个单元(700)时都只持离子状态。
在这一阶段的最后向离子化工艺流中注入冷的氧气(709)使离子化的工艺流放电产生不带电荷的气态二氧化铀。用下面的机制可以实现放电，工艺流中的铀离子与加入的氧碰撞，由于碰撞引发了能量变换，能量交换的结果产生的平衡形式是UO2 +离子。UO2 +离子比U+离子提供多得多的激发能级结果，在等离子体内分子离子和自由电子之间碰撞的结果可能会导致放电，比U+离子和自由电子之间真正的发生碰撞要多得多。电子的能量被分子激发所吸收，和/或被分子中给出的氧所吸收，因此产生了非离子化的UO，然后中性的工艺流扩展进入部分(710)。
选择性离子化过程是在一个相对低的磁场强度下进行的，大约为O.1泰斯拉，而对选择性激发过程则需要高得多的能量，因此耗资更多才能达到。为避免在这种过度高的磁场强度进行该流程的选择性离子化部分，也为了提供从一个过程到另一个过程的转变，这里用了一个中和阶段。
一经在强磁场内，工艺流就基本上和/或完全被电子回旋共振装置(712)离子化。
然后在包容磁场范围内，这些离子要经受离子回旋共振。输入给不同同位素的能级是通过上面简述过的施加给天线(714)的频率控制的。
由于选择性激发发生在这个区段(702)，铀氧化物中的同位素235U被给予比238U同位素高的能级(铀氧化物中的238U)。铀氧化物可以是UO2、UO或混合氧化物。高能级组分如上所述被收集在网格(716)上，低能级组分被收集在猝熄圆筒(718)上。
结果生成浓缩235U的UO2产品流(720)和已消耗的235U的UO2产品流(722)。
图8示出本发明的又一种实施方式，等离子体发生器(704)被控制使进料的选择性离子化产生UO2 +分子离子和不带电荷的原子和/或组成进料的其它元素的元素形式，即氧、氮和氢。
离子被吸持在磁场内，不带电荷核素作为产品流(708)被除去。
留下来的离子化工艺流UO2由于粒子间的相互作用和向周围区段(724)的辐射而被冷却，结果又回到中性二氧化铀的形式，工艺流(710)。
在用电子回旋共振装置(712)再进行离子化之前，喷嘴再一次扩展并给出一个强磁场。然后用离子回旋共振装置(714)对完全离子化的粒子进行选择性激发，并把它收集在网格(716)和圆筒(718)上如图7所示。
这里提出的各种实施方式都是彼此紧密相关的，应当认识到已经明确讨论过的关于一个或一个以上方面或实施方式的特点也都适用于其他方面。
Claims (25)
1.一种通过离子化分离同位素的工艺过程，包括以下步骤：
a)供应进料，该进料是由混合组分组成的；
b)将所述的进料导入磁场；
c)将所述进料的至少一部分转变成离子化的形式；
d)提供在第一能带上的至少一个组分的至少一个部分，并提供在第二能带上的至少一个组分的至少一部分，第二能带要比第一能带高；
e)将所述第一能带的组分从所述第二能带的组分中至少部分分离出来；以及
f)向组分中引入化学物料，该化学物料与组分相互作用；
其特征在于相互作用使进料中至少一种组分的至少一个部分成为离子化形式，和进料中至少一种组分的至少一部分成为非离子化的形式，步骤e)中的至少部分分离是根据这些组分的离子化或非离子化状态。
2.根据权利要求1所述的工艺过程，其中化学物料与第二能带的组分接触产生那些成分的静止的离子化形式，与第一能带的组分接触产生那些成分的非离子化形式。
3.根据权利要求1或2所述的工艺过程，包括以下预备步骤：
a)供应进料，该进料是由混合组分组成的；
b)将所述的进料转变成离子化形式；
c)提供至少是部分离子化形式的至少一个组分，和至少是部分非离子化形式的至少一个不同的组分；
d)把所述的离子约束在磁场内；以及
e)从所述非离子化组分的至少一部分中分离出至少一部分的所述离子化组分，其中分离的离子化和/或非离子化组分然后进行根据权利要求1所述的工艺过程。
4.根据权利要求3所述的工艺过程，其中分离出的离子化的组分在进入权利要求1所述的磁场之前受到中和。
5.根据权利要求4所述的工艺过程，其中中和的组分在进入磁场后至少是部分离子化的。
6.根据权利要求1所述的工艺过程，其中用离子回旋共振方法为这些组分提供第一能带和第二能带。
7.根据权利要求1所述的工艺过程，其中包含这一步骤：将振荡电场施加于离子化组分，该振荡电场具有一种垂直于磁场的轴线的分量，该电场以接近存在的一种或一种以上组分或一个组分的一种或一种以上同位素的离子回旋频率或其谐波的频率振荡。
8.根据权利要求1所述的工艺过程，其中加入的化学组分由一种非离子化的气体构成。
9.根据权利要求1所述的工艺过程，其中进一步包括以下步骤：引入进一步的化学物料，将其与余下的离子化组分接触，该带电荷组分和化学物料的动能级致使结果形成非离子化组分。
10.根据权利要求9所述的工艺过程，其中向成分中引入进一步的化学物料，将动能级降低到能产生固体产物的程度。
11.根据权利要求1所述的工艺过程，其中步骤c中的组分的离子化是通过等离子体的温度引发的。
12.根据权利要求1所述的工艺过程，其中步骤c中的组分的离子化是通过这些组分与电子回旋共振产生的高能电子的相互作用而引发的。
13.根据权利要求1所述的工艺过程，其中选择添加进流程中的化学物料的量以控制将低能级组分转变成非离子化形式的程度。
14.根据权利要求1所述的工艺过程，其中被分离的组分是一种或一种以上的同位素，这些同位素是从相同元素的其他同位素中分离出来的。
15.根据权利要求1所述的工艺过程，其中被分离的组分是一种或一种以上的同位素，这些同位素是从其他元素的其他同位素中分离出来的。
16.根据权利要求1所述的工艺过程，其中进料的混合组分含有238U和235U。
17.根据权利要求16所述的工艺过程，其中在压力、温度、加入的化学物料及收集方法能给出陶瓷级二氧化铀的条件下在分离后固化235U。
18.根据权利要求1所述的工艺过程，其中该工艺过程用于从用过的核燃料中除去裂变产物。
19.根据权利要求1所述的工艺过程，其中该工艺过程用于从用过的核燃料中除去具体的钚和铀同位素。
20.根据权利要求1所述的工艺过程，其中组分之间的分离程度仅仅是部分的，使得进料中的一部分组分作为流程中的非离子化组分被分离出来，而那一组分的大部分继续进入从离子化组分产生的产品流。
21.分离设备，所述设备包括：
a)一种磁场发生装置；
b)一种将进料到该设备中的至少一部分转化成离子化形式的装置；
c)一种装置，用于选择性地激发进料的至少一种组分的至少一部分到第一能带，并使至少一个第二种组分的至少一部分到第二能带，第二能带高于第一能带；
d)一种装置，用于从第二能带组分中至少部分分离出第一能带的组分；
其特征在于该设备进一步包括：
e)向磁场中引入化学物料的装置，该化学物料与组分相互作用，使得物料中至少一种组分的至少一部分成为离子化形式，和进料中至少一种组分的至少一部分成为非离子化的形式；
特征d)的装置给出基于电荷的分离，至少部分分离是基于通过选择性的化学反应和/或相改变引起的这些组分的离子化或非离子化状态，其中所述化学反应和/或相改变会导致至少一种组分保持在离子化状态，至少一种组分转化成非离子化状态。
22.根据权利要求21所述的分离设备，进一步包括以下预备装置：
a)一种离子发生器；
b)一种将混合组分的进料进行选择性离子化的装置；
c)一种磁场发生装置，用于产生约束离子的磁场；以及
d)一种从磁场中除去非离子组分的装置；
其中分离的离子化组分流和/或分离的非离子化组分流然后连接到根据权利要求21的设备上。
23.根据权利要求22所述的设备，其中提供有中和装置，其用于中和从权利要求22的非离子组分中分离的离子化组分。
24.根据权利要求23所述的设备，其中该中和装置包括化学物料投加装置。
25.根据权利要求21所述的设备，其中该设备包括一种射频天线，通过对已选择组分施加以接近回旋共振频率或其谐波的振荡电场来提高已选择组分的动能带，该振荡电场具有一种垂直于磁场的轴线的分量。
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