JP2637133B2 - 同位体分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は複数種類の同位体を含む物質から特定の同位
体のみを分離する装置に係り、特にレーザ光を用いて分
離を行なう同位体分離装置に関する。

（従来の技術） レーザ光を用いた同位体分離装置は、例えば原子炉用
燃料を製造するために天然原料から核分裂を起こす同位
体を濃縮する工程等で使用される。

以下に第６図及び第７図を参照してレーザ光を用いた
同位体分離装置の従来例を説明する。第６図はレーザ光
を用いた同位体分離装置の従来例を模式的に示す縦断面
図、第７図は第６図のＩ−Ｉ矢視断面図である。図中符
号1bで示される同位体分離装置は真空容器２の底部に配
置され同位体混合物である金属３を収容した蒸発用るつ
ぼ４と、この金属３を加熱する熱源としての電子ビーム
６を発するリニア電子銃５とを備えている。この蒸発用
るつぼ４の側面上方には金属３から蒸発した蒸気流７の
流れ方向を導くコリメータ８が設けられ、さらにその上
方空間に蒸気流７の流れ方向に沿った方向に立てられた
陽電極及び陰電極を交互に並置してなる製品回収電極10
が設けられており、この両電極間には電界が印加されて
いる。さらに廃品回収板11が製品回収電極10を覆うよう
にその上方に設けられている。また、第７図に示すよう
に、特定同位体のみを選択的に励起、電離させる波長に
調整されたレーザ光９を製品回収電極10の各電極間の空
間に該各電極の長手方向に照射する構成となっている。

蒸発用るつぼ４に収容された金属３にリニア電子銃５
から発せられた電子ビーム６を偏向磁場で偏向させて照
射し、金属３を加熱蒸発させてその蒸気流７を発生させ
る。蒸気流７はコリメータ８の内側を上昇し、製品回収
電極10の各電極間の空間に導入される。ここにおいて、
蒸気流７に対し、蒸気流７中の特定同位体のみを励起、
電離させる波長のレーザ光９が照射され、前記特定同位
体のみが励起されてイオンとなる。この同位体イオンは
各電極間に印加された電界によって陰電極に引き寄せら
れ、その表面に付着して製品として回収される。一方、
イオン化されない同位体は中性原子であるから前記電界
の影響を受けることなく製品回収電極10を通過し、二次
的に配設された廃品回収板11に付着回収される。

（発明が解決しようとする課題） 一般に前記のような構成の同位体分離装置において、
分離効率の向上のためには回収目的物である特定同位体
のみを選択的に効率よくイオン化することが重要であ
る。前記の同位体分離装置1bでは発生した蒸気流７が上
昇する際に電子ビーム６と接触する。この接触による電
子衝撃で蒸気流７中の中性原子の一部がイオン化し熱電
離イオンとなることがある。この接触によるイオン化
は、原子により非選択的に行なわれるため、回収目的物
である特定同位体以外の原子もイオン化され、不純物熱
電離イオンとして製品回収電極10に導入される。この不
純物熱電離イオンもレーザ光９によりイオン化された回
収目的物である特定同位体と共に電界の影響を受け、陰
電極に引き寄せられて回収されてしまい、特定同位体の
分離効率が低下するという問題点があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされた
もので、不純物熱電離イオンの製品回収電極への混入を
防止することにより、回収目的物である特定同位体の分
離効率の高い同位体分離装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明にかかる同位体分離装置は、真空容器と、この
真空容器内に配置された金属を収容する蒸発用るつぼ
と、前記金属の蒸発流を発生させるための熱源と、前記
蒸発用るつぼの上方の前記蒸発流の流れ方向に沿った方
向に交互に並置立設した電圧の印加されている陽電極及
び陰電極とからなる製品回収電極と、この製品回収電極
の上方を覆うように配設された廃品回収板と、前記製品
回収電極の両電極間の前記蒸発流の流れ方向と交わる方
向にレーザ光を照射するように構成された同位体分離装
置において、前記製品回収電極の前記るつぼ側の端部を
覆う位置に熱電離イオン除去装置を設けたことを特徴と
する。

（作用） 蒸発用るつぼに収容された同位体混合物である金属は
熱源である電子銃等から発生する電子ビーム等による加
熱で融解し、蒸発して蒸気流となる。この蒸気流は真空
容器内を上昇するときに前記の電子ビーム等との接触に
よって一部が熱電離イオンとなって熱電離イオン除去装
置に導入される。熱電離イオン除去装置を構成する電極
に印加されている電圧により、蒸気流中の熱電離イオン
は該装置の電極に引き寄せられ、電極上に付着して蒸気
流から除去される。従って、製品回収電極には回収目的
物である特定同位体以外の不純物としての熱電離イオン
を含まない中性原子のみからなる蒸気流が導入される。
また、この熱電離イオン除去装置は製品回収電極の前記
るつぼ側の端部を覆う位置に設置しているので、原料金
属の蒸気が直接に製品回収電極に付着することを防止で
きる。

従って、製品回収電極に付着する不純物の割合をさら
に低くすることができる。

（実 施 例） 以下、第１図及び第２図を参照して本発明の第１の実
施例を説明する。第１図は本発明の第１の実施例を模式
的に示す縦断面図、第２図は第１の実施例の要部拡大斜
視図である。なお、既に説明した従来例と同一部分には
同一符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図中符号１で示される同位体分離装置は真空容器
２の内底部に蒸発用るつぼ４と、この蒸発用るつぼ４に
収容された金属３を加熱するための電子ビーム６を発す
るリニア電子銃５が備えられている。蒸発用るつぼ４の
上方には金属３から発生する蒸気流７の流れ方向を案内
するコリメータ８が設けられている。さらにその上方空
間に蒸気流７の流れ方向に沿う方向に立てられた陽電極
板及び陰電極板を交互に複数個並置してなる製品回収電
極10が設けられており、この両電極板間には電界が印加
されている。さらにこの両電極板間には、紙面に垂直な
方向に蒸気流７中の特定同位体のみを励起電離させる波
長のレーザ光が照射される。また、製品回収電極10の上
方全般にわたって廃品回収板11が設けられている。熱電
離イオン除去装置12は製品回収電極10のるつぼ側の端部
を覆う位置に設けられる。この熱電離イオン除去装置12
は第２図に示すように、前記蒸気流７の流れ方向と交わ
る向きに配置した電極板14を電極板サポート15によって
複数個絶縁的に並置し固定したもので、電極板14にはケ
ーブル16を介して接続している図示しない電源装置によ
り電圧が印加されている。

蒸発用るつぼ４に収容された金属３は電子ビーム６の
照射によって加熱され蒸発し、蒸気流７となる。蒸気流
７は上昇する際に電子ビーム６と接触し、その一部が電
子衝撃によりイオン化されて熱電離イオンとなる。この
熱電離イオンには回収目的物の特定同位体のイオン以外
の成分のイオンが不純物として含まれる。熱電離イオン
を含む蒸気流７はコリメータ８の内側を通って熱電離イ
オン除去装置12へ導入される。ここで、蒸気流７中の熱
電離イオンは電極板14に印加された電圧により電極板14
に引き寄せられて、付着し、蒸気流７から分離除去され
る。よって製品回収電極10へは、熱電離イオンを含まな
い中性原子のみからなる蒸気流７が導入され、レーザ光
９の照射により回収目的物の特定同位体がイオン化され
製品回収電極10の陰電極に電界により引き寄せられて付
着し、回収される。また、この熱電離イオン除去装置
は、製品回収電極のるつぼ側の端部を覆う位置に設けら
れている。従って熱電離イオンばかりではなく、イオン
化していない原料の金属蒸気が製品回収電極に付着する
ことを防止できる。なお熱電離イオン除去装置12の電極
板14の枚数及び印加する電圧値やその組み合わせは、適
用する蒸気流に好適なものを選択すればよい。電極板14
にマイナスの電圧を印加すれば蒸気流７中に含まれる電
子も除去することができる。また、電極板サポート15の
製造も第２図に示したものに限らない。

次に第３図と第４図と第５図を参照して本発明の他の
実施例を説明する。

第３図（ａ）は本発明の第２の実施例を模式的に示す
縦断面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）におけるＡ分を
拡大した断面図である。図中符号1aで示される同位体分
離装置は製品回収電極10のるつぼ側の端部を覆う位置
に、熱電離イオン除去装置12aを設置している。この熱
電離イオン除去装置12aは電極板14の幅を製品回収電極1
0に近いもの程、広くしたことを特徴とする。このよう
に電極板14を配置すると、蒸気流７の製品回収電極10へ
の付着を防止できるコリメーション効果が得られ、製品
の分離効率が向上する。

第４図は本発明の第３の実施例の要部拡大斜視図であ
る。第３の実施例は熱電離イオン除去装置12cを製品回
収電極10のるつぼ側の端部を覆う位置に、コの字形状の
対向電極17を設置したことを特徴とする。この実施例で
は第１の実施例で得られる効果の他に、製品回収電極10
で回収された製品が滴下した場合に、対向電極17で受け
ることが出来るので、製品の落下を防止できる効果が得
られる。

第５図は本発明の第４の実施例の要部拡大斜視図であ
る。第４の実施例は、熱電離イオン除去装置12dを対向
電極17と電極板14との組合せにより構成したことを特徴
とする。これら第３および第４の実施例によれば、さら
に効率よく特定同位体を分離回収することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、製品回収時以前に不純物イオンを含
む熱電離イオンを除去することにより、回収目的物であ
る特定同位体の分離効率を向上させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を模式的に示す縦断面
図、第２図は第１の実施例の要部拡大斜視図、第３図
（ａ）は本発明の第２の実施例を示す縦断面図、第３図
（ｂ）は第３図（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図、第
４図及び第５図はそれぞれ本発明の第３及び第４の実施
例の要部拡大斜視図、第６図は従来例を模式的に示す縦
断面図、第７図は第６図のＩ−Ｉ矢視断面図である。 1,1a,1b……同位体分離装置、 ２……真空容器、３……金属、 ４……蒸発用るつぼ、５……リニア電子銃、 ６……電子ビーム、７……蒸気流、 ８……コリメータ、９……レーザ光、 10……製品回収電極、11……廃品回収板、 12,12a,12c,12d……熱電離イオン除去装置、 14……電極板、15……電極板サポート、 16……ケーブル、17……対向電極。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器と、この真空容器内に配置された
   金属を収容する蒸発用るつぼと、前記金属の蒸発流を発
   生させるための熱源と、前記蒸発用るつぼの上方の前記
   蒸発流の流れ方向に沿った方向に交互に並置立設した電
   圧の印加されている陽電極及び陰電極とからなる製品回
   収電極と、この製品回収電極の上方を覆うように配設さ
   れた廃品回収板と、前記製品回収電極の両電極間の前記
   蒸発流の流れ方向と交わる方向にレーザ光を照射するよ
   うに構成された同位体分離装置において、前記製品回収
   電極の前記るつぼ側の端部を覆う位置に熱電離イオン除
   去装置を設けたことを特徴とする同位体分離装置。