JP2001185065A - 負イオンフィルタ - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/28—Static spectrometers
- H01J49/32—Static spectrometers using double focusing
- H01J49/328—Static spectrometers using double focusing with a cycloidal trajectory by using crossed electric and magnetic fields, e.g. trochoidal type
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- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
- B03C1/023—Separation using Lorentz force, i.e. deflection of electrically charged particles in a magnetic field
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
- B03C1/28—Magnetic plugs and dipsticks
- B03C1/288—Magnetic plugs and dipsticks disposed at the outer circumference of a recipient
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多種プラズマ内で正イオンを負イオンから分
離し、再結合を防ぐプラズマフィルタを提供する。 【解決手段】 フィルタ１０は円筒形チャンバ２６を含
む。チャンバを囲むコイル２０が、チャンバ縦軸２２に
平行な磁界を発生する。電極２８が磁界に垂直な電界を
発生し、チャンバ内に交差する電界と磁界ＥｘＢを形成
する。内向き電界の電位は軸上で負、チャンバ壁で零と
なる。注入器１８がチャンバ内にプラズマを注入し、チ
ャンバ内の交差する電界と磁界と相互作用させる。チャ
ンバ壁が軸から距離ａ、磁界の大きさがＢz、電界の電
位が軸上で負のＶctrで壁で零である場合、カットオフ
質量対電荷比ＭcをＭc／ｅ＝ａ2（Ｂz）2／８Ｖctrと計
算する。Ｍc／ｅより大きい質量Ｍ1 (-)／ｅの負イオン
をチャンバから射出し、壁から収集する。全正イオンを
チャンバ通過中に中に閉じ込め、外側で収集する。
離し、再結合を防ぐプラズマフィルタを提供する。 【解決手段】 フィルタ１０は円筒形チャンバ２６を含
む。チャンバを囲むコイル２０が、チャンバ縦軸２２に
平行な磁界を発生する。電極２８が磁界に垂直な電界を
発生し、チャンバ内に交差する電界と磁界ＥｘＢを形成
する。内向き電界の電位は軸上で負、チャンバ壁で零と
なる。注入器１８がチャンバ内にプラズマを注入し、チ
ャンバ内の交差する電界と磁界と相互作用させる。チャ
ンバ壁が軸から距離ａ、磁界の大きさがＢz、電界の電
位が軸上で負のＶctrで壁で零である場合、カットオフ
質量対電荷比ＭcをＭc／ｅ＝ａ2（Ｂz）2／８Ｖctrと計
算する。Ｍc／ｅより大きい質量Ｍ1 (-)／ｅの負イオン
をチャンバから射出し、壁から収集する。全正イオンを
チャンバ通過中に中に閉じ込め、外側で収集する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、化合物の元
素を相互に分離するための装置と方法に関するものであ
る。更に詳しくは本発明は、化合物の元素から多種プラ
ズマ(multi-species plasma)を作成した後、それらの質
量とそれらの電荷に応じて多種プラズマのイオンを分離
する装置と方法に関するものである。本発明は特に、正
イオンと負イオンがともに同じ多種プラズマの中にある
ときに負イオンから正イオンを分離するための装置と方
法として有用であるが、これらに限定されるものではな
い。
素を相互に分離するための装置と方法に関するものであ
る。更に詳しくは本発明は、化合物の元素から多種プラ
ズマ(multi-species plasma)を作成した後、それらの質
量とそれらの電荷に応じて多種プラズマのイオンを分離
する装置と方法に関するものである。本発明は特に、正
イオンと負イオンがともに同じ多種プラズマの中にある
ときに負イオンから正イオンを分離するための装置と方
法として有用であるが、これらに限定されるものではな
い。
【０００２】
【従来の技術】ある材料を使用して多種プラズマを発生
するときは常に、結果として得られるプラズマは正イオ
ンと負イオンの両方を含むことが起こり得る。この結果
が特に起こり得るのは、電離されつつある材料がハロゲ
ン元素、もしくは酸素または硫黄のような元素を含む化
合物であるときである。周知のように、これらの元素は
すべて相対的に高い電子親和力をそなえているので、こ
れらの元素の中性原子は自由電子と極めて容易に結合し
て負イオンを発生する。一方、これらの同じ元素は相対
的に高い電離電位もそなえているので、中性原子から電
子が分離されて正イオンを発生することは生じにくい。
するときは常に、結果として得られるプラズマは正イオ
ンと負イオンの両方を含むことが起こり得る。この結果
が特に起こり得るのは、電離されつつある材料がハロゲ
ン元素、もしくは酸素または硫黄のような元素を含む化
合物であるときである。周知のように、これらの元素は
すべて相対的に高い電子親和力をそなえているので、こ
れらの元素の中性原子は自由電子と極めて容易に結合し
て負イオンを発生する。一方、これらの同じ元素は相対
的に高い電離電位もそなえているので、中性原子から電
子が分離されて正イオンを発生することは生じにくい。
【０００３】構成元素（酸素、硫黄をも含む）の一つと
してハロゲンを含む化合物からプラズマを発生する用途
の場合、正イオンと負イオンの両方を含む多種プラズマ
を発生することは全くありうることである。詳しく述べ
ると、この結果が生じ得るのは、ハロゲン（または酸
素、硫黄）の電離電位より低い電離電位を使用してプラ
ズマを発生するときである。その場合にも、化合物の中
の他の元素から正イオンを発生することはまだできる
が、ハロゲン（酸素、硫黄）元素の場合はそうではな
い。その代わりに、ハロゲン（酸素、硫黄）元素は中性
のままであるか、またはその後に負イオンに変換され
る。
してハロゲンを含む化合物からプラズマを発生する用途
の場合、正イオンと負イオンの両方を含む多種プラズマ
を発生することは全くありうることである。詳しく述べ
ると、この結果が生じ得るのは、ハロゲン（または酸
素、硫黄）の電離電位より低い電離電位を使用してプラ
ズマを発生するときである。その場合にも、化合物の中
の他の元素から正イオンを発生することはまだできる
が、ハロゲン（酸素、硫黄）元素の場合はそうではな
い。その代わりに、ハロゲン（酸素、硫黄）元素は中性
のままであるか、またはその後に負イオンに変換され
る。
【０００４】上記のように、ハロゲン（酸素、硫黄）の
中性元素は相対的に高い電子親和力をそなえている。し
たがって、相対的に低い電子親和力をそなえた元素に比
べて、これらの元素はずっと負イオンに変換されやす
い。別の元素の正イオンからハロゲン（酸素、硫黄）元
素を分離することを目的とする用途の場合、この変換さ
れやすさはかなり重大である。詳しく述べると、プラズ
マ内で中性原子（非荷電粒子）は正原子（荷電粒子）か
ら比較的容易に分離することはできるが、中性原子自体
が負イオン（荷電粒子）になるときは状況は非常に異な
る。これが起きるとき、正イオンから負イオンを分離す
ることはそれほど容易でない。それにもかかわらず、同
じ多種プラズマに正イオンと負イオンの両方が存在し得
る場合があり、それらを相互に分離して、再結合しない
ようにすることは非常に望ましい。
中性元素は相対的に高い電子親和力をそなえている。し
たがって、相対的に低い電子親和力をそなえた元素に比
べて、これらの元素はずっと負イオンに変換されやす
い。別の元素の正イオンからハロゲン（酸素、硫黄）元
素を分離することを目的とする用途の場合、この変換さ
れやすさはかなり重大である。詳しく述べると、プラズ
マ内で中性原子（非荷電粒子）は正原子（荷電粒子）か
ら比較的容易に分離することはできるが、中性原子自体
が負イオン（荷電粒子）になるときは状況は非常に異な
る。これが起きるとき、正イオンから負イオンを分離す
ることはそれほど容易でない。それにもかかわらず、同
じ多種プラズマに正イオンと負イオンの両方が存在し得
る場合があり、それらを相互に分離して、再結合しない
ようにすることは非常に望ましい。
【０００５】１９９８年１１月１６日に出願され、本発
明と同じ譲り受け人に譲渡されたオーカワによる米国特
許出願番号０９／１９２，９４５、「プラズマ質量フィ
ルタ」（Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）に
は、多種プラズマの中の荷電粒子はそれぞれの質量に応
じて相互に分離することができる。特に、フィルタチャ
ンバ内に明確に構成された交差する電界と磁界（Ｅｘ
Ｂ）を使用することにより、チャンバの通過中、相対的
に小さい質量対電荷比の正イオンをチャンバの内側に閉
じ込めることができるということが示された。これに反
して、相対的に大きい質量対電荷比の正イオンをこのよ
うに閉じ込められない。その代わりに、これらの、より
大きい質量のイオンはチャンバの通過を完了する前に、
チャンバの内側で収集される。
明と同じ譲り受け人に譲渡されたオーカワによる米国特
許出願番号０９／１９２，９４５、「プラズマ質量フィ
ルタ」（Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）に
は、多種プラズマの中の荷電粒子はそれぞれの質量に応
じて相互に分離することができる。特に、フィルタチャ
ンバ内に明確に構成された交差する電界と磁界（Ｅｘ
Ｂ）を使用することにより、チャンバの通過中、相対的
に小さい質量対電荷比の正イオンをチャンバの内側に閉
じ込めることができるということが示された。これに反
して、相対的に大きい質量対電荷比の正イオンをこのよ
うに閉じ込められない。その代わりに、これらの、より
大きい質量のイオンはチャンバの通過を完了する前に、
チャンバの内側で収集される。
【０００６】異なる質量の正イオンを分離するための、
前記オーカワの発明で開示された同じ全体的な原理を使
用して、本発明では、フィルタチャンバの中の交差する
電界と磁界（ＥｘＢ）を適当に変形することにより、負
イオンと正イオンを相互に分離することができる。更に
詳しく述べると、この場合、フィルタチャンバの通過
中、多種プラズマの中の正イオンをプラズマフィルタチ
ャンバの内側に閉じ込めることができ、プラズマの中の
負イオンをフィルタチャンバの壁の中に排出される。
前記オーカワの発明で開示された同じ全体的な原理を使
用して、本発明では、フィルタチャンバの中の交差する
電界と磁界（ＥｘＢ）を適当に変形することにより、負
イオンと正イオンを相互に分離することができる。更に
詳しく述べると、この場合、フィルタチャンバの通過
中、多種プラズマの中の正イオンをプラズマフィルタチ
ャンバの内側に閉じ込めることができ、プラズマの中の
負イオンをフィルタチャンバの壁の中に排出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のことにかんがみ
て、本発明の一つの目的は、同じ多種プラズマの中に両
方の型のイオンが存在するときに、正イオンを負イオン
から分離することができるプラズマフィルタとそれを使
用するための方法とを提供することである。本発明のも
う一つの目的は、同じ多種プラズマの中に両方の型のイ
オンが存在するときに、正イオンが負イオンと再結合す
るのを効果的に防止することができるプラズマフィルタ
とそれを使用するための方法とを提供することである。
本発明の更にもう一つの目的は、プラズマ質量フィルタ
のテクノロジーの原理をプラズマの中に正イオンと負イ
オンをそなえる多種プラズマに拡張するプラズマフィル
タとそれを使用するための方法とを提供することであ
る。本発明の更にもう一つの目的は、比較的製造が容易
で、使用が簡単で、比較的コスト効率がよいプラズマフ
ィルタを提供することである。
て、本発明の一つの目的は、同じ多種プラズマの中に両
方の型のイオンが存在するときに、正イオンを負イオン
から分離することができるプラズマフィルタとそれを使
用するための方法とを提供することである。本発明のも
う一つの目的は、同じ多種プラズマの中に両方の型のイ
オンが存在するときに、正イオンが負イオンと再結合す
るのを効果的に防止することができるプラズマフィルタ
とそれを使用するための方法とを提供することである。
本発明の更にもう一つの目的は、プラズマ質量フィルタ
のテクノロジーの原理をプラズマの中に正イオンと負イ
オンをそなえる多種プラズマに拡張するプラズマフィル
タとそれを使用するための方法とを提供することであ
る。本発明の更にもう一つの目的は、比較的製造が容易
で、使用が簡単で、比較的コスト効率がよいプラズマフ
ィルタを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】回転する多種プラズマの
中で負イオンから正イオンを分離するためのプラズマフ
ィルタは円筒形の壁を含み、この円筒形の壁はチャンバ
を取り囲み、縦軸を定める。複数の磁気コイルがチャン
バの外側を取り囲み、縦軸に実質的に平行にそろえられ
た軸方向を向く磁界をチャンバの内側に発生する。複数
のリング電極、またはその代わりに、らせん電極が設け
られて、軸方向の磁界に実質的に垂直である放射状の電
界をフィルタチャンバ内に発生する。重要なことである
が、電界は縦軸に沿って負電位であり、チャンバの壁で
は実質的に零電位である。このようにして、チャンバ内
に交差する電界と磁界が形成される。
中で負イオンから正イオンを分離するためのプラズマフ
ィルタは円筒形の壁を含み、この円筒形の壁はチャンバ
を取り囲み、縦軸を定める。複数の磁気コイルがチャン
バの外側を取り囲み、縦軸に実質的に平行にそろえられ
た軸方向を向く磁界をチャンバの内側に発生する。複数
のリング電極、またはその代わりに、らせん電極が設け
られて、軸方向の磁界に実質的に垂直である放射状の電
界をフィルタチャンバ内に発生する。重要なことである
が、電界は縦軸に沿って負電位であり、チャンバの壁で
は実質的に零電位である。このようにして、チャンバ内
に交差する電界と磁界が形成される。
【０００９】チャンバ内に多種プラズマを注入して、チ
ャンバ内の交差する電界と磁界と相互作用させるために
プラズマ注入器が設けられる。フィルタチャンバの壁が
縦軸から距離ａにあり、磁界の大きさが縦軸に沿った方
向でＢzであり、縦軸に沿った電界の負電位の値がＶctr
で、壁では実質的に零電位である特定の状況では、イオ
ン電荷をｅとしたときカットオフ質量ＭcはＭc／ｅ＝ａ
2（Ｂz）2／８Ｖctrのように計算することができるとい
うことが前に示された。Ｍcの意味は、Ｍc／ｅより大き
い質量Ｍ1 (-)／ｅをそなえた負イオンは壁に射出され、
後で収集されるということである。これに反して、すべ
ての正イオンはチャンバを通過する間にチャンバの内側
に閉じ込められ、チャンバを通過した後に収集すること
ができる。このようにして、同じ多種プラズマ内に両方
の型のイオンが作成されたとき、正イオンＭ2 (+)は負イ
オンＭ1 (-)から効果的に分離することができる。
ャンバ内の交差する電界と磁界と相互作用させるために
プラズマ注入器が設けられる。フィルタチャンバの壁が
縦軸から距離ａにあり、磁界の大きさが縦軸に沿った方
向でＢzであり、縦軸に沿った電界の負電位の値がＶctr
で、壁では実質的に零電位である特定の状況では、イオ
ン電荷をｅとしたときカットオフ質量ＭcはＭc／ｅ＝ａ
2（Ｂz）2／８Ｖctrのように計算することができるとい
うことが前に示された。Ｍcの意味は、Ｍc／ｅより大き
い質量Ｍ1 (-)／ｅをそなえた負イオンは壁に射出され、
後で収集されるということである。これに反して、すべ
ての正イオンはチャンバを通過する間にチャンバの内側
に閉じ込められ、チャンバを通過した後に収集すること
ができる。このようにして、同じ多種プラズマ内に両方
の型のイオンが作成されたとき、正イオンＭ2 (+)は負イ
オンＭ1 (-)から効果的に分離することができる。
【００１０】本発明の新規な特徴、および本発明自体の
構造とその動作は、付図を参照した説明により、最も良
く理解される。付図で同様の符号は同様の部品を表す。
構造とその動作は、付図を参照した説明により、最も良
く理解される。付図で同様の符号は同様の部品を表す。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１に、本発明によるプラズマ質
量フィルタを含むシステムが示され、全体が１０として
表されている。図示されているように、システム１０は
全体的に三つの部分またはステージに分割することがで
きる。この分割は機能的に行われ、プラズマ発生部１
２、中性放出部１４、およびプラズマフィルタ１６をそ
なえたシステム１０が得られる。
量フィルタを含むシステムが示され、全体が１０として
表されている。図示されているように、システム１０は
全体的に三つの部分またはステージに分割することがで
きる。この分割は機能的に行われ、プラズマ発生部１
２、中性放出部１４、およびプラズマフィルタ１６をそ
なえたシステム１０が得られる。
【００１２】詳しく述べると、プラズマ発生部１２はプ
ラズマ注入器１８を含む。プラズマ注入器１８は誘導結
合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕ
ｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）トーチのような関連技術で周
知の任意の型とすることができる。更に、現在周知のよ
うに、無線周波数（ｒ．ｆ．：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ）電力またはマイクロ波電力を使用して数個の
異なる方法のどれでもプラズマを発生することができ
る。本発明の目的に対して適当などのプラズマ発生器を
使用してもよいが、プラズマ注入器１８が発生する電子
の温度は確定でき、制御できるということが本発明の重
要な側面である。
ラズマ注入器１８を含む。プラズマ注入器１８は誘導結
合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕ
ｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）トーチのような関連技術で周
知の任意の型とすることができる。更に、現在周知のよ
うに、無線周波数（ｒ．ｆ．：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ）電力またはマイクロ波電力を使用して数個の
異なる方法のどれでもプラズマを発生することができ
る。本発明の目的に対して適当などのプラズマ発生器を
使用してもよいが、プラズマ注入器１８が発生する電子
の温度は確定でき、制御できるということが本発明の重
要な側面である。
【００１３】図示するように、システム１０は複数の磁
気コイル２０を含む。コイル２０ａ−ｄは磁気コイル２
０の例を示しているに過ぎない。詳しく述べると、縦軸
２２にほぼ平行な方向を向いた磁界を発生するように、
これらの磁気コイル２０ａ−ｄがシステム１０内に配置
される。更に、磁気コイル２０ａ−ｄが軸２２の上に、
所定の大きさＢzをそなえるような磁界を発生する。磁
力線が注入器１８から中性放出部１４とプラズマフィル
タ１６の両方を介して伸びるということもシステム１０
に対する重要な配慮である。
気コイル２０を含む。コイル２０ａ−ｄは磁気コイル２
０の例を示しているに過ぎない。詳しく述べると、縦軸
２２にほぼ平行な方向を向いた磁界を発生するように、
これらの磁気コイル２０ａ−ｄがシステム１０内に配置
される。更に、磁気コイル２０ａ−ｄが軸２２の上に、
所定の大きさＢzをそなえるような磁界を発生する。磁
力線が注入器１８から中性放出部１４とプラズマフィル
タ１６の両方を介して伸びるということもシステム１０
に対する重要な配慮である。
【００１４】図示するように、システム１０のプラズマ
フィルタ１６は実質的に円筒形の壁２４を含む。この壁
２４はシステム１０の縦軸２２を実質的に定め、チャン
バ２６を取り囲む。図示するように、壁２４は縦軸２２
から距離ａのところにある。また、図からわかるよう
に、プラズマフィルタ１６は電極を含み、この電極がチ
ャンバ２６の中に放射状電界を発生する。この目的のた
め、複数の電極リング２８ａ−ｃが示されているが、こ
れらは例を示しているに過ぎない。らせん電極のような
他の任意の電極を使用して、本発明の目的のために必要
な電界Ｅを発生することができる。詳しく述べると、電
界Ｅは負であり、軸上の電位Ｖctrは負で、軸２２に沿
ってチャンバ２６を通して延在している。更に、壁２４
は実質的に零電位である。その結果、プラズマフィルタ
１６のチャンバ２６の中に交差する電界と磁界（Ｅｘ
Ｂ）が形成される。熟練した技術者には明らかなよう
に、Ｖct rの値は必要に応じて変えることができる。
フィルタ１６は実質的に円筒形の壁２４を含む。この壁
２４はシステム１０の縦軸２２を実質的に定め、チャン
バ２６を取り囲む。図示するように、壁２４は縦軸２２
から距離ａのところにある。また、図からわかるよう
に、プラズマフィルタ１６は電極を含み、この電極がチ
ャンバ２６の中に放射状電界を発生する。この目的のた
め、複数の電極リング２８ａ−ｃが示されているが、こ
れらは例を示しているに過ぎない。らせん電極のような
他の任意の電極を使用して、本発明の目的のために必要
な電界Ｅを発生することができる。詳しく述べると、電
界Ｅは負であり、軸上の電位Ｖctrは負で、軸２２に沿
ってチャンバ２６を通して延在している。更に、壁２４
は実質的に零電位である。その結果、プラズマフィルタ
１６のチャンバ２６の中に交差する電界と磁界（Ｅｘ
Ｂ）が形成される。熟練した技術者には明らかなよう
に、Ｖct rの値は必要に応じて変えることができる。
【００１５】システム１０の動作で、化合物材料３０は
気体、液体、または固体の状態で与えられる。本発明の
目的のために、化合物３０は少なくとも一つの元素３２
ともう一つの元素３４とを含み、システム１０の動作中
にこれらを相互に分離しなければならない。本発明の目
的のため、元素３２は好ましくは、ハロゲンもしくは酸
素または硫黄のような元素である。重要なことは、元素
３２は元素３４の電離電位よりも充分に上の電離電位を
そなえるべきであるということである。換言すれば、元
素３２は元素３４ほど容易には電離できない。したがっ
て、元素３２を電離することなく、プラズマ注入器１８
内で元素３４を分離して電離することができる。これに
反して、これらの状況下では、元素３２が相対的に高い
電子親和力をそなえることが最も起こりやすいことであ
る。確実に、元素３２の電子親和力は元素３４の電子親
和力より高くなる。これらの特定の特性をそなえる化合
物３０の例は六フッ化ウラン（ＵＦ6）である。この例
では、元素３２はハロゲンフッ素（Ｆ）であり、元素３
４は減損ウラン（Ｕ238）である。
気体、液体、または固体の状態で与えられる。本発明の
目的のために、化合物３０は少なくとも一つの元素３２
ともう一つの元素３４とを含み、システム１０の動作中
にこれらを相互に分離しなければならない。本発明の目
的のため、元素３２は好ましくは、ハロゲンもしくは酸
素または硫黄のような元素である。重要なことは、元素
３２は元素３４の電離電位よりも充分に上の電離電位を
そなえるべきであるということである。換言すれば、元
素３２は元素３４ほど容易には電離できない。したがっ
て、元素３２を電離することなく、プラズマ注入器１８
内で元素３４を分離して電離することができる。これに
反して、これらの状況下では、元素３２が相対的に高い
電子親和力をそなえることが最も起こりやすいことであ
る。確実に、元素３２の電子親和力は元素３４の電子親
和力より高くなる。これらの特定の特性をそなえる化合
物３０の例は六フッ化ウラン（ＵＦ6）である。この例
では、元素３２はハロゲンフッ素（Ｆ）であり、元素３
４は減損ウラン（Ｕ238）である。
【００１６】システム１０の動作については、プラズマ
注入器１８は元素３４を電離して正イオン３４’を形成
するのに充分な電子温度とすることが必要である。しか
し、この同じ電子温度が元素３２を電離するのには不充
分なはずである。したがって、プラズマ注入器１８によ
って化合物３０がその構成部分に分解されるとき、元素
３２は最初、中性原子として設定される。したがって、
少なくとも最初は、元素３２の中性原子と元素３４の正
イオン３４’を含むプラズマが生成される。
注入器１８は元素３４を電離して正イオン３４’を形成
するのに充分な電子温度とすることが必要である。しか
し、この同じ電子温度が元素３２を電離するのには不充
分なはずである。したがって、プラズマ注入器１８によ
って化合物３０がその構成部分に分解されるとき、元素
３２は最初、中性原子として設定される。したがって、
少なくとも最初は、元素３２の中性原子と元素３４の正
イオン３４’を含むプラズマが生成される。
【００１７】正イオン３４’からの元素３２の中性原子
の分離はシステム１０の中性放出部１４で行われる。こ
の分離が行われるのは、軸方向にそろえられた磁界によ
り、正の荷電イオン３４’が実質的に縦軸２２を離れな
いからである。これに反して、元素３２の中性原子には
このような拘束がなく、比較的容易に縦軸２２から進路
を変更することができる。この進路変更は、圧力勾配の
ような、関連技術で知られた任意の方法で行うことがで
きる。一旦、元素３２の中性原子がシステム１０から除
去されると、元素３２の中性原子は正イオン３４’から
実質的に分離され、容易に収集され得る。しかし、中性
放出部１４の中の実際の状況はずっと複雑になることが
起こる。元素３２の中性原子は相対的に高い電子親和力
をそなえているので、これらの中性原子は自由電子を吸
引して、負イオン３２’になりやすい。多数の中性原子
がそうなる。したがって、中性放出部１４の中には、元
素３２の中性原子（中性粒子）と、負イオン３２’（荷
電粒子）と、正イオン３４’（荷電粒子）とがある。
の分離はシステム１０の中性放出部１４で行われる。こ
の分離が行われるのは、軸方向にそろえられた磁界によ
り、正の荷電イオン３４’が実質的に縦軸２２を離れな
いからである。これに反して、元素３２の中性原子には
このような拘束がなく、比較的容易に縦軸２２から進路
を変更することができる。この進路変更は、圧力勾配の
ような、関連技術で知られた任意の方法で行うことがで
きる。一旦、元素３２の中性原子がシステム１０から除
去されると、元素３２の中性原子は正イオン３４’から
実質的に分離され、容易に収集され得る。しかし、中性
放出部１４の中の実際の状況はずっと複雑になることが
起こる。元素３２の中性原子は相対的に高い電子親和力
をそなえているので、これらの中性原子は自由電子を吸
引して、負イオン３２’になりやすい。多数の中性原子
がそうなる。したがって、中性放出部１４の中には、元
素３２の中性原子（中性粒子）と、負イオン３２’（荷
電粒子）と、正イオン３４’（荷電粒子）とがある。
【００１８】図示するように負イオン３２’（荷電粒
子）は、正イオン３４’（荷電粒子）と同様に、中性放
出部１４を通るとき、軸方向にそろえられた磁界によっ
て拘束される。したがって、中性放出部１４からプラズ
マフィルタ１６に入る多種プラズマ３６は正イオン３
４’と負イオン３２’を含む。開示の目的で、より小さ
い質量の負イオン３２’をより大きい質量の正イオン３
４’から区別するため、負イオン３２’をときにＭ1 (-)
と表し、正イオン３４’をときにＭ2 (+)と表す。これに
留意して、本発明の目的はＭ1 (-)によって定められるカ
ットオフ質量Ｍcを定めることである。電界が内向きで
あるので、Ｍ2 (+)イオンは閉じ込められる。
子）は、正イオン３４’（荷電粒子）と同様に、中性放
出部１４を通るとき、軸方向にそろえられた磁界によっ
て拘束される。したがって、中性放出部１４からプラズ
マフィルタ１６に入る多種プラズマ３６は正イオン３
４’と負イオン３２’を含む。開示の目的で、より小さ
い質量の負イオン３２’をより大きい質量の正イオン３
４’から区別するため、負イオン３２’をときにＭ1 (-)
と表し、正イオン３４’をときにＭ2 (+)と表す。これに
留意して、本発明の目的はＭ1 (-)によって定められるカ
ットオフ質量Ｍcを定めることである。電界が内向きで
あるので、Ｍ2 (+)イオンは閉じ込められる。
【００１９】フィルタチャンバ２６の壁２４が縦軸２２
から距離ａにあり、磁界（Ｂz）と軸２２に沿った電位
（Ｖctr）が所定の値である特定の状況では、カットオ
フ質量対電荷比Ｍc／ｅはＭc／ｅ＝ａ2（Ｂz）2／８Ｖ
ctrのように計算することができる。このＭc／ｅの意味
は、Ｍc／ｅより大きい質量Ｍ1 (-)／ｅをそなえる負イ
オン３２’はチャンバ２６の壁２４の中に放出されて、
後で壁２４から収集される。これに反して、正イオン３
４’はチャンバ２６を通過する間、チャンバ２６の内側
に閉じ込められ、チャンバ２６を通過した後に収集する
ことができる。したがって、両方の型のイオンが同じ多
種プラズマ３６の中に作成されるとき、正イオン３４’
（Ｍ2 (+)）は実質的に負イオン３２’（Ｍ1 (-)）から分
離される。
から距離ａにあり、磁界（Ｂz）と軸２２に沿った電位
（Ｖctr）が所定の値である特定の状況では、カットオ
フ質量対電荷比Ｍc／ｅはＭc／ｅ＝ａ2（Ｂz）2／８Ｖ
ctrのように計算することができる。このＭc／ｅの意味
は、Ｍc／ｅより大きい質量Ｍ1 (-)／ｅをそなえる負イ
オン３２’はチャンバ２６の壁２４の中に放出されて、
後で壁２４から収集される。これに反して、正イオン３
４’はチャンバ２６を通過する間、チャンバ２６の内側
に閉じ込められ、チャンバ２６を通過した後に収集する
ことができる。したがって、両方の型のイオンが同じ多
種プラズマ３６の中に作成されるとき、正イオン３４’
（Ｍ2 (+)）は実質的に負イオン３２’（Ｍ1 (-)）から分
離される。
【００２０】ここに図示し、詳細に開示された特定の負
イオンフィルタは充分に前記した目的を達成し、利点を
提供することができるが、この負イオンフィルタは本発
明の好適実施例を示すものに過ぎず、特許請求の範囲に
記載された以外の、ここに示された構成または設計の細
部に限定されるものでないことは理解されるはずであ
る。
イオンフィルタは充分に前記した目的を達成し、利点を
提供することができるが、この負イオンフィルタは本発
明の好適実施例を示すものに過ぎず、特許請求の範囲に
記載された以外の、ここに示された構成または設計の細
部に限定されるものでないことは理解されるはずであ
る。
【００２１】この出願は現在出願中の、１９９８年１１
月１６日出願、米国特許出願番号０９／１９２，９４５
の一部継続出願である。米国特許出願番号０９／１９
２，９４５の内容はここに引用することにより本明細書
の一部として組み入れる。
月１６日出願、米国特許出願番号０９／１９２，９４５
の一部継続出願である。米国特許出願番号０９／１９
２，９４５の内容はここに引用することにより本明細書
の一部として組み入れる。
【図１】本発明のプラズマフィルタを含むシステムの概
略透視図であって、システムのいくつかの部分は省略さ
れ、プラズマフィルタの部分はわかりやすくするため取
りこわされた概略透視図である。
略透視図であって、システムのいくつかの部分は省略さ
れ、プラズマフィルタの部分はわかりやすくするため取
りこわされた概略透視図である。
１０ プラズマ質量フィルタシステム １８ プラズマ注入器 ２０ 磁気コイル ２２ 縦軸 ２４ 壁 ２６ チャンバ ２８ａ−ｃ 電極リング ３２’ 負イオン ３４’ 正イオン ３６ 多種プラズマ Ｂz 磁界 Ｅ 電界 ＥｘＢ 交差する電界と磁界 Ｍc カットオフ質量 Ｖctr 軸上の電位
Claims (3)
- 【請求項１】 回転する多種プラズマの中で負イオンか
ら正イオンを分離するためのプラズマフィルタであっ
て、 縦軸を定めるチャンバを取り囲む円筒形の壁と、 前記縦軸と実質的に平行にそろえられた磁界を前記チャ
ンバ内に発生するための手段と、 前記磁界と実質的に垂直な内向きの電界を発生すること
により交差する電界と磁界を作成するための手段であっ
て、前記内向きの電界は前記縦軸上で負電位をそなえ、
前記壁上で実質的に零の電位をそなえる、前記交差電界
−磁界作成手段と、 前記の回転する多種プラズマを前記チャンバ内に注入し
て、前記の交差する電界と磁界と相互作用させることに
より、前記負イオンを前記壁内に射出し、前記正イオン
を前記チャンバ通過中に前記チャンバに閉じ込め、これ
により前記負イオンを前記正イオンから分離する、多種
プラズマ注入手段とを具備する前記プラズマフィルタ。 - 【請求項２】 請求項１のプラズマフィルタであって、
前記壁は前記縦軸２２から距離ａにあり、前記磁界は前
記縦軸に沿った方向に大きさＢzをそなえ、前記縦軸上
の前記負電位はＶctrの値をそなえ、前記壁は実質的に
零の電位をそなえ、前記負イオンはＭc／ｅ＝ａ
2（Ｂz）2／８Ｖctrで表されるＭc／ｅより大きい質量
対電荷比をそなえる、前記プラズマフィルタ。 - 【請求項３】 多種プラズマの中で正イオンから負イオ
ンを分離するための方法であって、 縦軸を定めるチャンバを円筒形の壁で取り囲むステップ
と、 前記縦軸と実質的に平行にそろえられた磁界を前記チャ
ンバ内に発生し、そして前記磁界と実質的に垂直な内向
きの電界を発生することにより交差する電界と磁界を作
成するステップであって、前記内向きの電界は前記縦軸
上で負電位をそなえ、前記壁上で実質的に零の電位をそ
なえる、前記発生ステップと、 前記多種プラズマを前記チャンバ内に注入して、前記の
交差する電界と磁界と相互作用させることにより、前記
負イオンを前記壁内に射出し、前記正イオンを前記チャ
ンバ通過中に前記チャンバに閉じ込め、これにより前記
負イオンを前記正イオンから分離する、注入ステップと
を含む前記分離方法。
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| JP2000315317A Expired - Fee Related JP3672488B2 (ja) | 1999-11-30 | 2000-10-16 | 負イオンフィルタ |
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| US6883729B2 (en) * | 2003-06-03 | 2005-04-26 | Archimedes Technology Group, Inc. | High frequency ultrasonic nebulizer for hot liquids |
| US6956217B2 (en) * | 2004-02-10 | 2005-10-18 | Archimedes Operating, Llc | Mass separator with controlled input |
| CN1327930C (zh) * | 2004-03-26 | 2007-07-25 | 久弘贸易股份有限公司 | 过滤网及使用该过滤网的车辆燃烧补助与排气污染降低装置 |
| US20060275200A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | BAGLEY David | Method for structuring oxygen |
| US20060272993A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | BAGLEY David | Water preconditioning system |
| US20060273020A1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-12-07 | BAGLEY David | Method for tuning water |
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| US20150380113A1 (en) | 2014-06-27 | 2015-12-31 | Nonlinear Ion Dynamics Llc | Methods, devices and systems for fusion reactions |
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| CN104520453A (zh) * | 2011-11-10 | 2015-04-15 | 先进磁工艺股份有限公司 | 用于分离的磁电-等离子体分离器及方法 |
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| US10274225B2 (en) | 2017-05-08 | 2019-04-30 | Alpha Ring International, Ltd. | Water heater |
| CN105626323A (zh) * | 2014-10-29 | 2016-06-01 | 久弘环保科技股份有限公司 | 车辆的油气完全燃烧与车厢空气清净系统 |
| CN105779050B (zh) | 2015-01-08 | 2019-05-28 | 非线性离子动力有限责任公司 | 使用化学反应器中的旋转/分离系统将天然气转化成液态 |
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| JPH01199159A (ja) | 1988-02-04 | 1989-08-10 | Kosumitsuku:Kk | 遠心チューブ |
| US5039312A (en) | 1990-02-09 | 1991-08-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Gas separation with rotating plasma arc reactor |
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| GB9704077D0 (en) | 1996-03-15 | 1997-04-16 | British Nuclear Fuels Plc | Improvements in and relating to processing |
| US5868909A (en) | 1997-04-21 | 1999-02-09 | Eastlund; Bernard John | Method and apparatus for improving the energy efficiency for separating the elements in a complex substance such as radioactive waste with a large volume plasma processor |
| US6096220A (en) * | 1998-11-16 | 2000-08-01 | Archimedes Technology Group, Inc. | Plasma mass filter |
-
1999
- 1999-11-30 US US09/451,693 patent/US6251281B1/en not_active Expired - Lifetime
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2000
- 2000-09-15 EP EP00308037A patent/EP1107283A3/en not_active Withdrawn
- 2000-10-16 JP JP2000315317A patent/JP3672488B2/ja not_active Expired - Fee Related
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