JP3340211B2 - Isotope separation method and apparatus - Google Patents

Isotope separation method and apparatus

Info

Publication number
JP3340211B2
JP3340211B2 JP30681593A JP30681593A JP3340211B2 JP 3340211 B2 JP3340211 B2 JP 3340211B2 JP 30681593 A JP30681593 A JP 30681593A JP 30681593 A JP30681593 A JP 30681593A JP 3340211 B2 JP3340211 B2 JP 3340211B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
isotope
nuclear
light absorption
laser
isotopes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP30681593A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07155557A (en
Inventor
肇 足立
義雄 荒木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP30681593A priority Critical patent/JP3340211B2/en
Publication of JPH07155557A publication Critical patent/JPH07155557A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3340211B2 publication Critical patent/JP3340211B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は原子炉に用いられる燃料
集合体を構成する燃料棒の一部に可燃性毒物として含有
されるガドリニウム元素の特定の同位体原子を分離する
同位体分離方法およびその装置に係り、特に、複数の分
離対象の同位体原子の光吸収波長が相互に分離せず、一
部重複して交錯している場合でも、特定の同位体原子を
効率的に分離することの可能な同位体分離方法およびそ
の装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an isotope separation method for separating a specific isotope atom of gadolinium element contained as a burnable poison in a part of a fuel rod constituting a fuel assembly used for a nuclear reactor. Regarding the device, in particular, to efficiently separate specific isotope atoms even when the light absorption wavelengths of multiple isotope atoms to be separated do not separate from each other and partially overlap and intersect. And a device for isotopic separation.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、軽水型原子炉に用いられる燃料
集合体を構成する燃料棒の一部には、原子炉の初期反応
度を制御するために可燃性毒物としてガドリニア(ガド
リニウムの酸化物)がウランの酸化物に混合されて使用
されている。
2. Description of the Related Art Generally, gadolinia (gadolinium oxide) is used as a burnable poison to control the initial reactivity of a nuclear reactor in a part of fuel rods constituting a fuel assembly used in a light water reactor. Is used as a mixture with uranium oxide.

【0003】従来、このようなガドリニアとしては、天
然のガドリニウムが用いられているので、天然のガドリ
ニウム元素の同位体組成と熱中性子吸収断面積を次の表
1に示す。
Conventionally, natural gadolinium has been used as such gadolinia, and the isotopic composition of natural gadolinium element and thermal neutron absorption cross section are shown in Table 1 below.

【0004】[0004]

【表1】 [Table 1]

【0005】表1に示すように天然のガドリニウムには
7種類の同位体が含まれており、このうち熱中性子吸収
断面積の大きいGd155とGd157が中性子吸収材
として反応度制御の役割を果している。
[0005] As shown in Table 1, natural gadolinium contains seven types of isotopes, of which Gd155 and Gd157 having large thermal neutron absorption cross sections play a role of reactivity control as neutron absorbing materials. .

【0006】この可燃性毒物としての特性の向上のため
に、熱中性子吸収断面積の特に大きなGd157同位
体、またはGd157とGd155の同位体の組成比を
高めた濃縮ガドリニウムを用いたり、あるいは、熱中性
子吸収断面積の小さなGd156等の同位体の組成比を
減少させることにより、Gd157等の組成比を相対的
に高めたガドリニウムを用いることが考えられ、原子レ
ーザ法によりそれらの同位体を分離する試みがなされて
いる。
[0006] In order to improve the characteristics as a burnable poison, Gd157 isotope having a particularly large thermal neutron absorption cross section, or enriched gadolinium in which the composition ratio of Gd157 and Gd155 isotopes is increased, or By reducing the composition ratio of isotopes such as Gd156 having a small neutron absorption cross section, it is conceivable to use gadolinium having a relatively high composition ratio such as Gd157, and the isotopes are separated by an atomic laser method. Attempts have been made.

【0007】原子レーザ法による同位体分離プロセス
は、同位体分離用金属原料を供給する金属原料供給工程
と、供給された金属原料を加熱して溶解し、金属蒸気を
生じさせる金属蒸気発生工程と、この金属蒸気から特定
の同位体を選択的に励起させる選択励起工程と、選択励
起された特定同位体の金属原子を光電離(イオン化)さ
せ、イオン化同位体を回収する分離回収工程とに大別さ
れる。
The isotope separation process by the atomic laser method includes a metal material supply step of supplying a metal material for isotope separation, a metal vapor generation step of heating and melting the supplied metal material to generate a metal vapor. A selective excitation step of selectively exciting a specific isotope from the metal vapor, and a separation and recovery step of photo-ionizing (ionizing) metal atoms of the selectively excited specific isotope to recover an ionized isotope. Separated.

【0008】一方、同位体分離の対象となる金属原子を
レーザにより多段階励起させる際、この励起に同位体シ
フトが認められる。このため、同位体分離プロセスにお
いては、特定の同位体のエネルギ準位に合せて、選択励
起用レーザ光を照射して、励起された特定同位体だけを
励起させると共に、この選択励起用レーザ光とは別の電
離用レーザ光を照射して、励起された特定のエネルギ準
位をさらに高め、特定同位体だけを電離してイオン化さ
せている。
On the other hand, when a metal atom to be subjected to isotope separation is excited in a multi-step manner by a laser, an isotope shift is observed in this excitation. Therefore, in the isotope separation process, a specific isotope is irradiated with a laser beam for selective excitation in accordance with the energy level of the specific isotope to excite only the excited specific isotope, and the laser beam for selective excitation is emitted. By irradiation with another ionizing laser beam, the excited specific energy level is further increased, and only the specific isotope is ionized and ionized.

【0009】また、同位体には偶数核同位体と奇数核同
位体とがあり、偶数核同位体の核スピンがゼロであるの
に対し、奇数核同位体は、核スピンを有するために、遷
移の光吸収スペクトル線が複数本に分裂し、超微細構造
を持つものがある。特定同位体が超微細構造を持ち、そ
の主要遷移による励起スペクトル幅が広い場合、特定同
位体をレーザ照射により選択的に全て励起させるには、
広い励起スペクトル幅をカバーしようとするようにレー
ザ光の線幅(波長幅)を広くしたり、マルチモードのレ
ーザ光を使ったり、あるいは周波数を高速掃引したレー
ザ光を用いたりする必要がある。
[0009] Isotopes include even nuclear isotopes and odd nuclear isotopes. The nuclear spin of the even nuclear isotope is zero, whereas the odd nuclear isotope has a nuclear spin. Some of the light absorption spectrum lines of the transition split into multiple lines and have an ultrafine structure. If the specific isotope has a hyperfine structure and the excitation spectrum width due to its main transition is wide, to selectively excite all the specific isotope by laser irradiation,
It is necessary to widen the line width (wavelength width) of the laser light so as to cover a wide excitation spectrum width, use a multi-mode laser light, or use a laser light whose frequency is swept at high speed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ガドリニウム
原子には表1に示した如く7種類の同位体が含まれ、し
かも、それらの同位体シフトはあまり大きくないうえ
に、奇数核同位体の光吸収波長スペクトルの超微細構造
の拡がりのため、異なる同位体の光吸収波長が一部重複
して交錯しているので、従来の原子レーザ法のみではG
d157等特定の奇数核同位体について十分高い分離性
能が得られない。
However, the gadolinium atom contains seven types of isotopes as shown in Table 1, and their isotope shifts are not so large. Due to the spread of the hyperfine structure of the absorption wavelength spectrum, the light absorption wavelengths of different isotopes partially overlap and intersect.
Sufficiently high separation performance cannot be obtained for certain odd-numbered nuclear isotopes such as d157.

【0011】また、波長幅の非常に狭いレーザを用いて
Gd157同位体の超微細構造で分裂した光吸収スペク
トルの一部に同調して選択的に励起して電離させ、分離
することは可能だが、その場合には分離する原子の割合
は小さく、分離効率は悪い。また、波長幅の狭いレーザ
を用いてGd156を選択的に電離除去する方法もある
が、Gd155,157,158,160等他の同位体
が混入していて分離できず、可燃性毒物としてあまり性
能の良い組成のものは得られない。
It is also possible to use a laser having a very narrow wavelength width to selectively excite, ionize, and separate in synchronization with a part of the light absorption spectrum split by the ultrafine structure of the Gd157 isotope. In that case, the ratio of atoms to be separated is small, and the separation efficiency is poor. There is also a method of selectively ionizing and removing Gd156 using a laser having a narrow wavelength width. However, Gd155, 157, 158, 160, and other isotopes are mixed and cannot be separated, so that Gd156 cannot be used as a burnable poison. Of good composition cannot be obtained.

【0012】そこで、本発明は上記した事情を考慮して
なされたもので、その目的は、複数の同位体が混入し、
同位体シフトが十分大きくない例えばガドリニウム金属
原子で、超微細構造を持つGd157,Gd155の奇
数核同位体と、超微細構造を持たないGd156,Gd
158等の偶数核同位体の光吸収波長が一部重複して交
錯している場合に、Gd157,Gd155等特定の同
位体原子を高い分離性能により経済的かつ効率的に分離
することができる同位体分離方法およびその装置を提供
することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to mix a plurality of isotopes,
For example, gadolinium metal atoms whose isotope shift is not sufficiently large, odd-numbered nuclear isotopes of Gd157 and Gd155 having a hyperfine structure, and Gd156 and Gd having no hyperfine structure
When the optical absorption wavelengths of even nuclear isotopes such as 158 are partially overlapped and intersected, specific isotopes such as Gd157 and Gd155 can be economically and efficiently separated with high separation performance. An object of the present invention is to provide a body separation method and a device therefor.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために次のように構成されている。
The present invention is configured as follows to solve the above-mentioned problems.

【0014】本願の請求項1に記載の発明(以下、第1
の発明という)は、単一光吸収ピーク波長を有する偶数
核同位体と、この偶数核同位体の単一光吸収ピーク波長
を含む光吸収波長領域を有する奇数核同位体と、を含む
金属原料を加熱して蒸発せしめ、この蒸気流にレーザ光
を照射して前記同位体をそれぞれ分離せしめる同位体分
離方法において、前記蒸気流の流路に沿って少なくとも
2箇所の光反応部を設け、前記蒸気流発生源に近い方の
光反応部には、前記単一光吸収ピーク波長に同調した周
波数のレーザ光、またはその単一光吸収ピーク波長のド
ップラー幅程度の狭い周波数変調幅のレーザ光を照射し
て前記偶数核同位体を励起し、さらに、レーザ光多段階
励起法により電離してこの偶数核同位体を分離する一
方、前記他方の光反応部には、前記単一光吸収ピーク波
長を含む前記波長領域に亘る広い周波数幅のレーザ光を
照射し、さらに、前記奇数核同位体を多段階励起法によ
り励起して電離せしめて回収することを特徴とする。
The invention described in claim 1 of the present application (hereinafter referred to as the first invention)
Single light absorption peak wavelength) of that invention is, and even-nuclear isotopes having a single light absorption peak wavelength, the even-nuclear isotopes
In isotope separation method and odd nuclear isotopes, vaporized by heating the metal raw material containing, allowed to respectively separate the isotopes by irradiating a laser beam to the vapor stream having a light absorption wavelength region including the steam At least two photoreaction portions are provided along the flow path of the flow, and the photoreaction portion closer to the vapor flow generation source is provided with a laser beam having a frequency tuned to the single light absorption peak wavelength, The even nuclear isotope is excited by irradiating a laser light having a frequency modulation width as narrow as the Doppler width of one light absorption peak wavelength, and further, the even nuclear isotope is separated by ionization by a laser light multi-step excitation method. On the other hand, the other photoreaction portion is irradiated with a laser beam having a wide frequency width over the wavelength region including the single light absorption peak wavelength, and further, the odd nuclear isotopes are excited by a multi-step excitation method. And ionize And recovering Te.

【0015】また、本願の請求項2に記載の発明(以
下、第2の発明という)は、偶数核同位体がGd156
とGd158の少なくとも一方であることを特徴とす
る。
Further, in the invention described in claim 2 of the present application (hereinafter referred to as a second invention), the even nuclear isotope is Gd156.
And Gd158.

【0016】さらに、本願の請求項3に記載の発明(以
下、第3の発明という)は、奇数核同位体がGd157
とGd155の少なくとも一方であることを特徴とす
る。
Further, in the invention according to claim 3 of the present application (hereinafter referred to as a third invention), the odd-numbered nuclear isotope is Gd157.
And Gd155.

【0017】さらにまた、本願の請求項4に記載の発明
(以下、第4の発明という)は、単一光吸収ピーク波長
を有する偶数核同位体と、この偶数核同位体の単一光吸
収ピーク波長を含む光吸収波長領域を有する奇数核同位
体と、を含む金属原料を加熱して蒸発せしめ、この蒸気
流にレーザ光を照射して前記同位体をそれぞれ分離せし
める同位体分離装置において、前記蒸気流の流路に沿っ
て少なくとも2箇所に設けられた光反応部と、前記蒸気
流発生源に近い方の前記光反応部には、前記単一光吸収
ピーク波長に同調した周波数のレーザ光、またはその単
一光吸収ピーク波長のドップラー幅程度の狭い周波数変
調幅のレーザ光を照射して前記偶数核同位体を励起し、
さらに、レーザ光多段階励起により電離してこの偶数核
同位体を分離する一方、前記他方の光反応部には、前記
単一光吸収ピーク波長を含む前記波長領域に亘る広い周
波数幅のレーザ光を照射し、さらに、前記奇数核同位体
を多段階励起により励起して電離せしめるレーザシステ
ムと、前記電離された各同位体をそれぞれ回収する同位
体回収手段とを有することを特徴とする。
Furthermore, the invention described in claim 4 of the present application (hereinafter, referred to as a fourth invention) provides an even-numbered nuclear isotope having a single light absorption peak wavelength and a single-photon absorption of the even-numbered nuclear isotope. An odd-number nuclear isotope having a light absorption wavelength region including a peak wavelength, and heating and evaporating a metal raw material containing the same, an isotope separation apparatus that separates the respective isotopes by irradiating a laser beam to the vapor stream, A laser having a frequency tuned to the single light absorption peak wavelength is provided in the photoreactor provided at at least two places along the flow path of the vapor flow and the photoreactor closer to the vapor flow source. Exciting the even nuclear isotopes by irradiating light, or laser light having a frequency modulation width as narrow as the Doppler width of the single light absorption peak wavelength thereof,
Further, the even-numbered nuclear isotope is separated by ionization by laser light multi-step excitation, and the other light-reactive portion has a laser light having a wide frequency width over the wavelength region including the single light absorption peak wavelength. And a laser system that excites the odd-numbered nuclear isotopes by multi-step excitation to ionize them, and an isotope recovery unit that recovers each of the ionized isotopes.

【0018】また、本願の請求項5に記載の発明(以
下、第5の発明という)は、偶数核同位体がGd156
とGd158の少なくとも一方であることを特徴とす
る。
In the invention described in claim 5 of the present application (hereinafter referred to as a fifth invention), the even nuclear isotope is Gd156.
And Gd158.

【0019】さらに、本願の請求項6に記載の発明(以
下、第6の発明という)は、奇数核同位体がGd157
とGd155の少なくとも一方であることを特徴とす
る。
Further, in the invention described in claim 6 of the present application (hereinafter referred to as a sixth invention), the odd nuclear isotope is Gd157.
And Gd155.

【0020】[0020]

【作用】蒸気発生源に近い方の光反応部には、レーザシ
ステムから例えばGd156単独、またはGd156と
Gd158の少なくとも一方等の偶数核同位体の単一光
吸収ピーク波長に同調した周波数に固定されたレーザ
光、または、その単一光吸収ピーク波長のドップラー幅
程度の周波数変調幅の狭いレーザ光が照射され、さら
に、このGd156単独、またはGd156とGd15
8の両偶数核同位体は多段励起により電離され、同位体
回収手段により分離回収される。
In the photoreaction section closer to the vapor generation source, the laser system is fixed to a frequency tuned to the single optical absorption peak wavelength of, for example, Gd156 alone or even nuclear isotopes such as at least one of Gd156 and Gd158. Laser light, or a laser light having a narrow frequency modulation width of about the Doppler width of the single light absorption peak wavelength, and further irradiates Gd156 alone or Gd156 and Gd15.
The both even-numbered nuclear isotopes of 8 are ionized by multi-stage excitation and separated and recovered by the isotope recovery means.

【0021】一方、他の同位体原子は、励起されずに第
1の光反応部を素通りするが、蒸発流源から離れた第2
の光反応部には、例えば奇数核のGd157単独、また
はGd157とGd155の少なくとも一方の超微細構
造の光吸収波長領域をカバーするような周波数変調幅の
広いレーザ光がレーザシステムから照射され、さらに、
これら同位体が多段励起されて、電離され、同位体回収
手段により回収される。
On the other hand, the other isotope atoms pass through the first photoreaction portion without being excited, but the second isotope atoms separated from the evaporation flow source are not excited.
Is irradiated from the laser system, for example, a laser beam having a wide frequency modulation width to cover the light absorption wavelength region of the ultrafine structure of at least one of Gd157 and Gd155 alone or Gd157 of the odd nucleus. ,
These isotopes are excited in multiple stages, ionized, and recovered by the isotope recovery means.

【0022】したがって、本発明は超微細構造を有する
Gd157等の奇数核同位体の広い光吸収波長領域内
に、単一光吸収ピーク波長を有する偶数核のGd156
同位体をまず励起して電離させてから、次にGd157
同位体を励起電離するので、これら同位体の分離性能と
効率とを共に高めることができる。
Therefore, the present invention provides an even-numbered Gd156 having a single light absorption peak wavelength within a wide light absorption wavelength region of an odd-numbered nuclear isotope such as Gd157 having a hyperfine structure.
The isotope is first excited and ionized, then Gd157
Since the isotopes are excited and ionized, both the separation performance and the efficiency of these isotopes can be improved.

【0023】また、光反応部を原子蒸気流路に沿って複
数設けるだけで足り、金属蒸気発生装置を含め分離セル
を2重に設ける必要がないので、コストアップを抑える
ことができる。
Further, it is sufficient to provide only a plurality of photoreaction sections along the atomic vapor flow path, and it is not necessary to provide a double separation cell including a metal vapor generator, so that an increase in cost can be suppressed.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1〜図4に基づい
て説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0025】図2は、本発明をガドリニウム同位体分離
に適用した場合の一実施例の原理図であり、図におい
て、ガドリニウム同位体分離装置は、分離セル1と、レ
ーザシステム2とから構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing the principle of an embodiment in which the present invention is applied to gadolinium isotope separation. In FIG. 2, the gadolinium isotope separation apparatus comprises a separation cell 1 and a laser system 2. ing.

【0026】分離セル1は真空容器1a内に、蒸気発生
源である金属蒸気発生装置3、同位体回収手段の上下2
段のイオン回収電極板4a,4b、および中性原子回収
板5等を収容している。
The separation cell 1 is provided in a vacuum vessel 1a with a metal vapor generator 3, which is a vapor generation source, and two upper and lower parts of the isotope recovery means.
The stage contains the ion recovery electrode plates 4a and 4b, the neutral atom recovery plate 5, and the like.

【0027】金属蒸気発生装置3は複数の同位体を含む
ガドリニウム原料を電子ビーム等により加熱して金属蒸
気を発生させるものであり、その原子蒸気流6に沿って
イオン回収電極板4a,4bを上下2箇所に分離して設
けており、各イオン回収電極板4a,4bの各陰,陽電
極板間には、第1の光反応部7aと第2の光反応部7b
とがそれぞれ形成されている。これら各光反応部7a,
7bには、各イオン回収電極板4a,4bの側方開口か
ら、選択励起レーザ光と電離レーザ光とを合成して出力
される合成レーザ光8a,8bがレーザシステム2から
それぞれ照射されるようになっている。
The metal vapor generating device 3 generates a metal vapor by heating a gadolinium raw material containing a plurality of isotopes with an electron beam or the like. The first and second photoreaction portions 7a and 7b are provided between the negative and positive electrode plates of each of the ion collection electrode plates 4a and 4b.
Are formed respectively. Each of these photoreaction sections 7a,
The laser system 2 irradiates the laser system 2 with the combined laser beams 8a and 8b output by combining the selective excitation laser beam and the ionized laser beam from the side openings of the ion recovery electrode plates 4a and 4b. It has become.

【0028】図1は、図2に示す同位体分離装置により
分離されるガドリニウムGd原子の光吸収スペクトルの
一例を示す。蒸気源に近い方の第1の光反応部7aに照
射される合成レーザ光8aは、Gd156同位体原子の
単一光吸収波長に同調した周波数に固定されたレーザ
光、または図1中、符号Laで示すようにドップラー幅
程度の狭い周波数変調幅のレーザ光である。
FIG. 1 shows an example of a light absorption spectrum of gadolinium Gd atoms separated by the isotope separation device shown in FIG. The synthetic laser beam 8a applied to the first photoreactor 7a closer to the vapor source is a laser beam fixed at a frequency tuned to the single light absorption wavelength of the Gd156 isotope atom, or a symbol in FIG. It is a laser beam having a frequency modulation width as narrow as the Doppler width as indicated by La.

【0029】一方、蒸気源に遠い方の第2の光反応部7
bに照射される合成レーザ光8bは、図1中、符号Lb
で示すように、Gd157奇数核同位体原子の超微細構
造の光吸収波長領域をカバーできる周波数変調幅の広い
レーザ光である。
On the other hand, the second photoreactor 7 remote from the vapor source
b, the combined laser beam 8b is denoted by Lb in FIG.
As shown in the figure, the laser light has a wide frequency modulation width capable of covering the light absorption wavelength region of the ultrafine structure of the odd nuclear isotope atoms of Gd157.

【0030】そして、単一光吸収波長のGd156同位
体原子は、第1の光反応部7aにおいて、多段階励起法
により電離されてそのイオンが下段のイオン回収電極板
4aに分離回収されるとともに、超微細構造を有するG
d157同位体原子は第2の光反応部7bにおいて、多
段階励起法により電離されてそのイオンが上段のイオン
回収電極板4bに分離回収されるようになっている。第
1および第2の光反応部7a,7bで電離されないGd
154,Gd158,Gd160等他の同位体中性原子
の一部は、電極板4aおよび4bに付着するが、多くは
これらの電極板4a,4b間を素通りして上方に設置さ
れた中性原子回収5により回収される。
The Gd156 isotope atom having a single light absorption wavelength is ionized by the multi-step excitation method in the first photoreaction portion 7a, and its ions are separated and collected by the lower ion collection electrode plate 4a. G with hyperfine structure
The d157 isotope atom is ionized by the multi-step excitation method in the second photoreaction portion 7b, and the ion is separated and collected by the upper ion collection electrode plate 4b. Gd not ionized by the first and second photoreactors 7a, 7b
Some of the other isotope neutral atoms, such as 154, Gd158, and Gd160, adhere to the electrode plates 4a and 4b, but in most cases, the neutral atoms placed above the electrode plates 4a and 4b without passing through them. Collected by collection 5.

【0031】図3は、このような原理に基づいて具体化
されたガドリニウム同位体分離装置の一実施例を示して
おり、これは図2の原理図で示す構成とほぼ同一であ
り、金属蒸気発生装置3は、銅あるいはタングステン材
料等で形成された蒸発用るつぼ9内に、複数の同位体を
含むガドリニウム金属原料10が収容されている。
FIG. 3 shows an embodiment of a gadolinium isotope separation apparatus embodied based on such a principle, which is substantially the same as the configuration shown in the principle diagram of FIG. In the generator 3, a gadolinium metal raw material 10 containing a plurality of isotopes is accommodated in an evaporation crucible 9 formed of a copper or tungsten material or the like.

【0032】この金属原料10には、電子銃11から出
力される電子ビーム12がヘルムホルツムコイル等の偏
向用磁場コイル13により偏向されて照射されるように
なっている。つまり、電子ビーム12の照射により金属
原料10を加熱して溶融し、蒸発させて、蒸発した金属
原料10の蒸気流は、所定の幅をもって上昇して蒸気流
路6を形成するようになっている。
An electron beam 12 output from an electron gun 11 is deflected by a deflection magnetic field coil 13 such as a Helmholtz coil to irradiate the metal raw material 10. That is, the metal material 10 is heated and melted by the irradiation of the electron beam 12 to be melted and evaporated, and the vapor flow of the evaporated metal material 10 rises with a predetermined width to form the vapor flow path 6. I have.

【0033】この蒸気流路6には、その上下2箇所でイ
オン回収電極4a,4bがそれぞれ設置され、これらの
各陰極板と陽極板との間に、第1,第2の光反応部7
a,7bがそれぞれ形成されている。これら各光反応部
7a,7bには、レーザシステム2から選択励起用レー
ザ光8a1 ,8b1 および電離用レーザ光8a1 ,8b
2 を合成した合成レーザ光8a,8bが照射されるよう
になっており、第1の選択励起用レーザ光8a1 の照射
により、例えばGd156の偶数核同位体の金属原子が
光共鳴反応により選択的に励起されるとともに、さら
に、この励起されたGd156同位体金属原子に電離用
レーザ光8a2 を照射させることにより、その金属原子
のエネルギ準位が高められてイオン化されるようになっ
ている。イオン化されたGd156同位体は、正電荷を
有するイオン同位体となり、第1のイオン回収電極4a
の陰,陽極板間に形成される電界により、陰電極側の回
収電極に吸着されて回収されるようになっている。
In the vapor flow path 6, ion recovery electrodes 4a and 4b are respectively installed at two places above and below the vapor flow path 6, and a first and second photoreaction section 7 is provided between each of the cathode plate and the anode plate.
a and 7b are respectively formed. Each of the photoreaction portions 7a and 7b is provided with laser beams 8a1 and 8b1 for selective excitation and laser beams 8a1 and 8b for ionization from the laser system 2.
2 are irradiated, and the irradiation of the first selective excitation laser light 8a1 selectively causes, for example, metal atoms of an even nuclear isotope of Gd156 by an optical resonance reaction. By irradiating the excited Gd156 isotope metal atom with the laser beam 8a2 for ionization, the energy level of the metal atom is increased and ionized. The ionized Gd156 isotope becomes a positively-charged ion isotope, and becomes the first ion collection electrode 4a.
By the electric field formed between the negative electrode and the anode plate, it is adsorbed and collected by the collecting electrode on the negative electrode side.

【0034】一方、第1の光反応部7aでイオン化され
ない金属原子は、電界の影響を受けないので、第1のイ
オン回収電極板4aの電極空間を素通りし、さらに上方
の第2のイオン回収電極4bの陰,陽極板間を通るよう
になっている。そして、第2のイオン回収電極4bの第
2の光反応部7bでは、第2の選択励起用レーザ光8b
1 の照射により、例えばGd157の奇数核同位体の金
属原子が光共鳴反応により選択的に励起されるととも
に、励起されたそれらの奇数核同位体の金属原子に、さ
らに電離用レーザ光8b2 を照射することにより、それ
らの原子がイオン化され、イオン回収電極4bの陰,陽
極板間に形成された電界により陰電極側の回収電極に吸
着されて回収されるようになっている。
On the other hand, metal atoms that are not ionized in the first photoreaction portion 7a are not affected by the electric field, and therefore pass through the electrode space of the first ion collection electrode plate 4a and further pass through the second ion collection electrode plate 4a. It passes between the anode and the anode plate of the electrode 4b. Then, in the second photoreaction portion 7b of the second ion recovery electrode 4b, the second selective excitation laser beam 8b
By the irradiation of 1, the metal atoms of, for example, the odd nuclear isotope of Gd157 are selectively excited by an optical resonance reaction, and the excited metal atoms of the odd nuclear isotope are further irradiated with the ionizing laser beam 8b2. By doing so, those atoms are ionized, and are adsorbed and collected by the collecting electrode on the negative electrode side by the electric field formed between the anode of the ion collecting electrode 4b and the anode plate.

【0035】そして、第2の光反応部7bでもイオン化
されないGd154,Gd158,Gd160等他の同
位体の中性金属原子は、これらの第2のイオン回収電極
4bの空間を素通りし、さら上方に設置した中性原子回
収板5に捕集され回収されるようになっている。
Neutral metal atoms of other isotopes, such as Gd154, Gd158, and Gd160, which are not ionized even in the second photoreaction portion 7b, pass through the space of the second ion recovery electrode 4b and move further upward. They are collected and collected by the installed neutral atom recovery plate 5.

【0036】一方、レーザシステム2は、選択励起用お
よび電離用の2組のポンピングレーザ14(14−1,
14−2)と2組のシングルモードの波長可変レーザ1
5(15−1,15−2)とからなるレーザ装置と、こ
のレーザ装置からのシングルモードレーザ光を、分離対
象のGd157等の同位体原子の光吸収スペクトルの拡
がりをカバーする波長掃引幅で必要なパルスエネルギの
レーザ光を生成する周波数変調装置16(16a1 ,1
6a2 ,16b1 ,16b2 )と、これらレーザ光を増
幅するパルスレーザ増幅器17(17a1 ,17a2 ,
17b1 ,17b2 )とを有する。
On the other hand, the laser system 2 comprises two sets of pumping lasers 14 (14-1, 14-1) for selective excitation and ionization.
14-2) and two sets of single mode wavelength tunable lasers 1
5 (15-1, 15-2), and a single-mode laser beam from this laser device with a wavelength sweep width covering the spread of the light absorption spectrum of isotope atoms such as Gd157 to be separated. Frequency modulation device 16 (16a1,1) for generating laser light of necessary pulse energy
6a2, 16b1, 16b2) and a pulse laser amplifier 17 (17a1, 17a2, 17a2, 17a2,
17b1, 17b2).

【0037】前記ポンピングレーザ14としては、銅蒸
気レーザやエキシマレーザ等の気体レーザが高出力、高
パルス繰返し数等の特性が用いられているが、YAGレ
ーザやチタン・サファイヤレーザ等の固体レーザや半導
体レーザ等も将来それらの特性が改善されれば用いるこ
とができる。シングルモードな波長可変レーザ15とし
ては、色素レーザが用いられる。
As the pumping laser 14, a gas laser such as a copper vapor laser or an excimer laser is used for its characteristics such as a high output and a high pulse repetition rate. However, a solid laser such as a YAG laser or a titanium / sapphire laser is used. Semiconductor lasers and the like can be used if their characteristics are improved in the future. As the single-mode tunable laser 15, a dye laser is used.

【0038】次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

【0039】まず、金属蒸気発生装置3のるつぼ9内の
ガドリニウム原料10に、電子銃11から電子ビーム1
2が照射されて加熱され、さらに溶融して蒸発し、金属
蒸気流路6を昇流する。
First, a gadolinium raw material 10 in a crucible 9 of a metal vapor generator 3 is applied from an electron gun 11 to an electron beam 1.
2 is irradiated and heated, further melts and evaporates, and flows up the metal vapor flow path 6.

【0040】一方、レーザシステム2の波長可変レーザ
15−1は、Gd原子の選択励起用の光吸収波長の発振
波長レーザ光を放出し、また、第2の波長可変レーザ1
5−2は、電離用の光吸収波長の発振波長レーザ光をそ
れぞれ放出する。周波数変調装置16a1 ,16a2
は、Gd156の選択励起用および電離用の単一光吸収
波長でドップラー拡がり程度の波長掃引幅のレーザ光を
生成すると共に、Gd157の選択励起用および電離用
のレーザ光であって、超微細構造を持つ光吸収波長領域
でドップラー拡がりを含め、その領域をカバーする波長
掃引幅のレーザ光を生成する。
On the other hand, the wavelength tunable laser 15-1 of the laser system 2 emits an oscillation wavelength laser beam having a light absorption wavelength for selective excitation of Gd atoms.
5-2 respectively emits laser light having an oscillation wavelength of a light absorption wavelength for ionization. Frequency modulation devices 16a1, 16a2
Is a laser light for selective excitation and ionization of Gd156, a laser light having a wavelength sweep width of about Doppler spread at a single light absorption wavelength for selective excitation and ionization, and a laser light for selective excitation and ionization of Gd157. A laser beam having a wavelength sweep width that covers the region including the Doppler spread is generated in the light absorption wavelength region having.

【0041】周波数変調装置16としては、LiTaO
2 やLiNbO2 等の電子光学結晶に高圧パルス電圧を
印加する方式のものが用いられ、印加電圧の大きさによ
って変調周波数幅を適宜設定できるようになっている。
また、これらレーザ光を増幅するレーザパルス増幅器1
7としては、パルス増幅率の大きな色素レーザ増幅器が
用いられ、原子の励起を十分に起こすに必要な大きなパ
ルスエネルギのレーザ光を得る。
As the frequency modulation device 16, LiTaO
A method in which a high-voltage pulse voltage is applied to an electro-optical crystal such as LiNbO 2 or LiNbO 2 is used, and the modulation frequency width can be appropriately set according to the magnitude of the applied voltage.
A laser pulse amplifier 1 for amplifying these laser beams
As 7, a dye laser amplifier having a large pulse amplification factor is used, and a laser beam having a large pulse energy necessary for sufficiently exciting atoms is obtained.

【0042】そして、このレーザシステム2から出力さ
れる第1の選択励起用レーザ光8a1 の波長を、例えば
図4で示すGd原子の光吸収スペクトルのGd156の
光吸収ピーク波長とし、第1のイオン回収電極4aの第
1の光反応部7aでGd蒸気流に照射し、Gd156の
みを選択的に励起すると共に、これと同時に照射した電
離用レーザ光8a2 によって電離させて、イオン化し、
このGd156同位体イオンを第1のイオン回収電極4
aの陰電極に吸着して回収する。
Then, the wavelength of the first selective excitation laser beam 8a1 output from the laser system 2 is set to, for example, the Gd156 light absorption peak wavelength of the Gd atom light absorption spectrum shown in FIG. The first photoreaction portion 7a of the recovery electrode 4a irradiates the Gd vapor stream to selectively excite only Gd156, and at the same time, ionizes and ionizes the ionized laser beam 8a2 to irradiate it.
The Gd156 isotope ion is transferred to the first ion recovery electrode 4
It is adsorbed and collected on the negative electrode a.

【0043】第1の光反応部7aでイオン化されないG
d157等、他の同位体原子は、その第1の光反応部7
aの電極空間を素通りし、それより上方の第2のイオン
回収電極4bの第2の光反応部7bに到達する。
G not ionized by the first photoreactor 7a
Other isotope atoms such as d157
The electrode passes through the electrode space a, and reaches the second photoreactor 7b of the second ion recovery electrode 4b above the electrode space.

【0044】この第2の光反応部7bでは、図4で示す
Gd157の光吸収超微細構造スペクトルの領域の波長
をカバーする図3の選択励起用レーザ光8b1 をGd蒸
気流に照射することにより、Gd157同位体原子を選
択的に励起すると共に、同時に照射した電離用レーザ光
8b2 によって電離したGd157同位体イオンを第2
のイオン回収電極4bの陰電極に吸着させて回収する。
これらイオン回収電極4a,4bの各光反応部7a,7
bで電離されずに回収されないGd158等の他の同位
体原子は第2の光反応部7bを通過し、さらに上方の中
性原子回収板5に衝突して回収される。
The second photoreactor 7b irradiates the Gd vapor flow with the laser beam 8b1 for selective excitation shown in FIG. 3 covering the wavelength of the light absorption hyperfine structure spectrum of Gd157 shown in FIG. Gd157 isotope atoms are selectively excited, and the Gd157 isotope ions ionized by the ionizing laser beam
And is adsorbed on the negative electrode of the ion collection electrode 4b.
Each photoreaction section 7a, 7 of these ion recovery electrodes 4a, 4b
Other isotope atoms, such as Gd158, which are not collected without being ionized in b, pass through the second photoreaction unit 7b, and collide with the neutral atom collection plate 5 above and are collected.

【0045】したがって、本実施例によれば、分離しよ
うとする同位体の光吸収スペクトルが他の同位体の光吸
収波長と一部重複して分離できない場合でも、分離対象
同位体を高効率で分離することができ、しかも、基にな
るポンピングレーザ14および波長可変レーザ15は1
組でよく、周波数変調装置16およびレーザパルス増幅
器17のみを2組設けて、波長可変レーザ15からの波
長設定されたレーザを分割して導入することで済み、レ
ーザシステム全体を増加する必要がなく従来システムに
比べて経済性を大きく損わずに済む。
Therefore, according to the present embodiment, even when the light absorption spectrum of the isotope to be separated cannot be separated because it partially overlaps with the light absorption wavelength of another isotope, the isotope to be separated can be efficiently separated. The pumping laser 14 and the tunable laser 15 can be separated from each other.
It is sufficient to provide only two sets of the frequency modulation device 16 and the laser pulse amplifier 17 and divide and introduce the laser whose wavelength has been set from the wavelength tunable laser 15 without having to increase the entire laser system. Compared with the conventional system, the economic efficiency is not greatly reduced.

【0046】また、本実施例のガドリニウム同位体分離
装置は図3のように1つの分離セル1内に、従来の同位
体分離装置と同様に一組の金属蒸気発生装置3と、1つ
の中性原子回収板5を設け、ただイオン回収電極板4
a,4bのみを原子蒸気流路6に沿って2箇所に設置す
るだけで済み、金属蒸気発生装置3を含めた分離セル1
を2組設ける必要がないため、従来の装置に比べコスト
アップを抑えることができる。
As shown in FIG. 3, the gadolinium isotope separation apparatus of this embodiment is provided in a single separation cell 1 in a manner similar to a conventional isotope separation apparatus, in which a set of metal vapor generators 3 and one A neutral atom recovery plate 5 is provided, and only the ion recovery electrode plate 4 is provided.
Only the a and 4b need to be installed at two locations along the atomic vapor flow path 6, and the separation cell 1 including the metal vapor generator 3 is required.
It is not necessary to provide two sets, so that cost increase can be suppressed as compared with the conventional apparatus.

【0047】なお、この実施例では、Gd同位体を2波
長2段階励起により電離する例につい説明したが、本発
明はその波長数と段階数に限定されるものではなく、例
えば3波長3段階励起法、あるいは4波長4段階励起法
等種々の多段階励起法を利用してもよい。但し、この場
合には、レーザシステム2にはポンピングレーザ14お
よび波長可変レーザ15が各々3系統あるいは4系統必
要となる。
In this embodiment, the example in which the Gd isotope is ionized by two-wavelength two-step excitation has been described. However, the present invention is not limited to the number of wavelengths and the number of steps. Various multi-step excitation methods such as an excitation method or a four-wavelength four-step excitation method may be used. However, in this case, the laser system 2 requires three or four pumping lasers 14 and tunable lasers 15, respectively.

【0048】また、図2に示した同位体分離装置では、
その第1の光反応部7aに、Gd156同位体原子の単
一光吸収ピーク波長に同調した周波数に固定されたレー
ザ光、または狭い周波数変調幅のシングルモードのレー
ザ光を照射し、2段階または3段階励起法でGd156
原子を電離して分離除去し、第2の光反応部7bにおい
てはGd157およびGd155の両方の奇数核同位体
原子の超微細構造光吸収波長をカバーする周波数変調幅
のレーザ光を照射し、それら両方の原子を2段階または
3段階励起法により電離してイオン化し、そのイオンを
第2のイオン回収電極4bにより回収分離することも可
能である。
In the isotope separation device shown in FIG.
The first photoreaction portion 7a is irradiated with a laser beam fixed at a frequency tuned to a single light absorption peak wavelength of a Gd156 isotope atom or a single mode laser beam having a narrow frequency modulation width, and is irradiated in two steps or Gd156 by three-step excitation method
The atoms are ionized to be separated and removed, and the second photoreactor 7b is irradiated with laser light having a frequency modulation width covering the ultrafine structure light absorption wavelength of both odd nuclear isotope atoms of Gd157 and Gd155. Both atoms can be ionized and ionized by a two-step or three-step excitation method, and the ions can be recovered and separated by the second ion recovery electrode 4b.

【0049】さらに、本発明では、Gd157の超微細
構造光吸収スペクトルの中に、Gd156およびGd1
58のそれぞれ単一の光吸収ピークが含まれており、ま
た、Gd155の超微細構造光吸収波長が重なってある
場合にも、以下のような方法でGd157およびGd1
55を分離回収することができる。
Further, in the present invention, Gd156 and Gd1 are included in the ultrafine structure light absorption spectrum of Gd157.
58, each having a single light absorption peak, and when the ultrafine structure light absorption wavelengths of Gd155 overlap each other, Gd157 and Gd1 are obtained by the following method.
55 can be separated and recovered.

【0050】つまり、図2に示す蒸気ビーム流路に沿っ
て設けた2箇所のイオン回収電極板4a,4bおよび光
反応部7a,7bのうち、蒸気発生部に近い第1の光反
応部7aでは、Gd156およびGd158の2本の光
吸収波長に同調した2本の周波数モードのレーザ光8a
を照射して、2段階励起法または3段階励起法により電
離し、それらのイオンを第1のイオン回収電極板4aで
回収して除去した上で、第2の光反応部7bでGd15
7およびGd155の奇数核同位体原子の超超微細構造
光吸収スペクトルをカバーする光周波数変調幅のレーザ
光8bを照射して2段階励起法または3段階励起法によ
りそれらの原子を電離し、第2のイオン回収電極板4b
で回収することにより、前記Gd156,Gd158お
よびGd154,Gd160等の他の同位体原子から効
率良く分離することができる。なお、ここで、2本の周
波数モードのレーザ光はシングルモードレーザ光を音響
光学素子または電気光学素子を用いた光周波数変調器に
より変換して得ることができる。
That is, of the two ion recovery electrode plates 4a, 4b and the photoreactors 7a, 7b provided along the vapor beam flow path shown in FIG. 2, the first photoreactor 7a close to the vapor generator is provided. Then, two frequency mode laser beams 8a tuned to the two light absorption wavelengths of Gd156 and Gd158
And ionization is performed by a two-step excitation method or a three-step excitation method, and those ions are collected and removed by the first ion collection electrode plate 4a, and then Gd15 is collected by the second photoreaction unit 7b.
7 and Gd155 are irradiated with laser light 8b having an optical frequency modulation width covering the ultra-fine structure light absorption spectrum of the odd nuclear isotope atoms to ionize the atoms by a two-step excitation method or a three-step excitation method. 2 ion recovery electrode plate 4b
, Gd156, Gd158, Gd154, and Gd160 can be efficiently separated from other isotope atoms. Here, the two frequency mode laser beams can be obtained by converting a single mode laser beam by an optical frequency modulator using an acousto-optic device or an electro-optic device.

【0051】さらに、本発明によれば、多数の同位体の
光吸収波長が交錯する場合にも同様の方法により原子蒸
気流路に沿ったイオン回収電極および光反応部の箇所を
増加することによって目的とする同位体を分離回収する
ことができる。
Further, according to the present invention, even when the light absorption wavelengths of a large number of isotopes intersect, the number of the ion recovery electrodes and the photoreactive portions along the atomic vapor flow path is increased by the same method. The desired isotope can be separated and recovered.

【0052】また、本実施例では、ガドリニウムGd原
子の同位体分離について説明したが、本発明は、同位体
分離対象の原子としては、ジルコニウム(Zr),ウラ
ニウム(U),プルトニウム(Pu)等単一の元素には
勿論、複数の元素が混合して光吸収スペクトルが複雑に
なっている場合にも適用できる。
In this embodiment, the isotope separation of the gadolinium Gd atom has been described. However, in the present invention, zirconium (Zr), uranium (U), plutonium (Pu), etc. The invention can be applied not only to a single element but also to a case where a plurality of elements are mixed to complicate the light absorption spectrum.

【0053】次に、本発明により、ジルコニウム(Z
r)の特定の同位体(例えばZr91)を減損する方法
の一例について説明する。
Next, according to the present invention, zirconium (Z
An example of a method for depleting a specific isotope of r) (for example, Zr91) will be described.

【0054】ジルコニウム(Zr)は熱中性子吸収断面
積が小さく、良好な冶金学的特性を持っているため、原
子炉燃料棒被覆管,圧力管等炉心材料として広く用いら
れている。天然のZrは質量数が90,91,92,9
4,96の5つの同位体からなり、このうちZr91は
天然組成比が約11%であるが、全Zrの約75%の熱
中性子吸収断面積を持つ。このZr91を他の同位体と
分離し、組成割合を下げることにより、実効的な熱中性
子吸収断面積を下げることができ、炉心の運転特性,中
性子経済の改善,燃料サイクルの延長等に役立つ。
Since zirconium (Zr) has a small thermal neutron absorption cross section and good metallurgical properties, it is widely used as a core material for a fuel rod cladding tube, a pressure tube and the like of a reactor. Natural Zr has a mass number of 90, 91, 92, 9
Consisting of 4,96 five isotopes, Zr91 has a natural composition ratio of about 11%, but has a thermal neutron absorption cross section of about 75% of the total Zr. By separating Zr91 from other isotopes and reducing the composition ratio, the effective thermal neutron absorption cross section can be reduced, which is useful for improving the operating characteristics of the reactor core, improving the neutron economy, extending the fuel cycle, and the like.

【0055】しかし、図5のZr原子の光吸収スペクト
ルの一例に示すように、ZrではZr91の分散した光吸
収スペクトルの中に、Zr90,Zr92,Zr94,
Zr96の偶数核同位体の光吸収ピークが含まれてい
る。
However, as shown in an example of the light absorption spectrum of Zr atom in FIG. 5, in the case of Zr, the dispersed light absorption spectrum of Zr91 includes Zr90, Zr92, Zr94, and Zr90.
The light absorption peak of the even nuclear isotope of Zr96 is included.

【0056】そこで、Zrの蒸気発生源に近い第1の光
反応部では、図5中Dの周波数のレーザ光を照射して、
Zr90をまず電離して回収電極に回収する。次の第2
の光反応部で、図中Eの延長領域の周波数変調幅のレー
ザ光を照射して、Zr92,Zr94,Zr96の同位体
を電離して回収電極に回収する。これにより、残りのZ
r91を分離除去することができる。
Therefore, the first photoreaction section near the Zr vapor generation source irradiates a laser beam having a frequency D in FIG.
First, Zr90 is ionized and collected on the collection electrode. The next second
Is irradiated with a laser beam having a frequency modulation width in the extended region of E in the figure, and the isotopes of Zr92, Zr94, and Zr96 are ionized and collected by the collection electrode. As a result, the remaining Z
r91 can be separated and removed.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る同位
体分離方法によれば、複数の同位体が混入する例えばガ
ドリニウム金属原子のように同位体シフトが十分大きく
なく、しかも、超微細構造を有する奇数核同位体と、超
微細構造を持たない偶数核同位体の光吸収波長が一部重
複して交錯している場合であっても、Gd157等特定
の同位体原子を効率よく分離し、濃縮することができ
る。
As described above, according to the isotope separation method according to the present invention, the isotope shift is not sufficiently large as in the case of gadolinium metal atoms in which a plurality of isotopes are mixed, and the ultrafine structure Even if the optical absorption wavelengths of the odd nuclear isotopes having the above and the even nuclear isotopes without the hyperfine structure are partially overlapped and intersected, the specific isotope atoms such as Gd157 can be efficiently separated. Can be concentrated.

【0058】また、本発明に係る同位体分離装置によれ
ば、光反応部を金属蒸気流路に沿って複数設けるだけで
よく、金属蒸気発生装置を含め分離セルを複数設ける必
要がないので、コストアップを最少限に抑えることがで
きる。
Further, according to the isotope separation device of the present invention, it is only necessary to provide a plurality of photoreactors along the metal vapor flow path, and there is no need to provide a plurality of separation cells including the metal vapor generator. Cost increase can be minimized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図2または図3の同位体分離装置で分離される
分離対象のガドリニウム原子の光吸収スペクトルの一例
を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a light absorption spectrum of gadolinium atoms to be separated separated by the isotope separation device of FIG. 2 or FIG.

【図2】本発明に係るガドリニウム同位体分離方法およ
び分離装置の原理を示す原理図。
FIG. 2 is a principle view showing the principle of a gadolinium isotope separation method and a separation apparatus according to the present invention.

【図3】本発明に係るガドリニウム同位体分離装置の一
実施例を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing one embodiment of a gadolinium isotope separation apparatus according to the present invention.

【図4】本発明の他の実施例における分離対象であるガ
ドリニウム原子の光吸収スペクトル図。
FIG. 4 is a light absorption spectrum diagram of a gadolinium atom to be separated in another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例における分離対象ジルコニ
ウム原子の光吸収スペクトル図。
FIG. 5 is a light absorption spectrum diagram of zirconium atoms to be separated in another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 分離セル 2 レーザ装置システム 3 蒸気発生器 4a,4b 第1,第2イオン回収電極 5 中性原子回収板 6 原子蒸気流 7a,7b 第1,第2光反応部 8a,8b 合成レーザ光 8a1 ,8b1 選択励起用レーザ光 8a2 ,8b2 電離用レーザ光 9 るつぼ 10 金属原料 11 電子銃 12 電子ビーム 13 偏向用磁場コイル 14 ポンピングレーザ 15 波長可変レーザ 16 周波数変調装置 17 レーザパルス増幅器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separation cell 2 Laser system 3 Steam generator 4a, 4b 1st, 2nd ion recovery electrode 5 Neutral atom recovery plate 6 Atomic vapor flow 7a, 7b 1st, 2nd photoreaction part 8a, 8b Synthetic laser beam 8a1 , 8b1 Laser light for selective excitation 8a2, 8b2 Laser light for ionization 9 Crucible 10 Metal raw material 11 Electron gun 12 Electron beam 13 Magnetic field coil for deflection 14 Pumping laser 15 Wavelength variable laser 16 Frequency modulator 17 Laser pulse amplifier

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 59/00 - 59/50 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B01D 59/00-59/50

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 単一光吸収ピーク波長を有する偶数核同
位体と、この偶数核同位体の単一光吸収ピーク波長を含
光吸収波長領域を有する奇数核同位体と、を含む金属
原料を加熱して蒸発せしめ、この蒸気流にレーザ光を照
射して前記同位体をそれぞれ分離せしめる同位体分離方
法において、前記蒸気流の流路に沿って少なくとも2箇
所の光反応部を設け、前記蒸気流発生源に近い方の光反
応部には、前記単一光吸収ピーク波長に同調した周波数
のレーザ光、またはその単一光吸収ピーク波長のドップ
ラー幅程度の狭い周波数変調幅のレーザ光を照射して前
記偶数核同位体を励起し、さらに、レーザ光多段階励起
法により電離してこの偶数核同位体を分離する一方、前
記他方の光反応部には、前記単一光吸収ピーク波長を含
む前記波長領域に亘る広い周波数幅のレーザ光を照射
し、さらに、前記奇数核同位体を多段階励起法により励
起して電離せしめて回収することを特徴とする同位体分
離方法。
And 1. A even-nuclear isotope with a single light absorption peak wavelength, the single optical absorption peak wavelength of the even-nuclear isotopes including
And odd nuclear isotopes having no light absorption wavelength region, vaporized by heating the metal material containing, in isotope separation method in which separate each said isotope by irradiating a laser beam to the vapor stream, the vapor stream At least two photoreaction portions are provided along the flow path of the laser beam, and the photoreaction portion closer to the vapor flow generation source is provided with a laser beam having a frequency tuned to the single light absorption peak wavelength, The even nuclear isotope is excited by irradiating laser light having a frequency modulation width as narrow as the Doppler width of the light absorption peak wavelength, and further, the even nuclear isotope is separated by ionization by a laser light multi-step excitation method. The other photoreactor is irradiated with a laser light having a wide frequency width over the wavelength region including the single light absorption peak wavelength, and further, the odd-numbered nuclear isotope is excited by a multi-step excitation method. Let it ionize Isotope separation method characterized by yield.
【請求項2】 偶数核同位体がGd156とGd158
の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1記載
の同位体分離方法。
2. The even nuclear isotopes are Gd156 and Gd158.
The isotope separation method according to claim 1, wherein the method is at least one of the following.
【請求項3】 奇数核同位体がGd157とGd155
の少なくとも一方であることを特徴とする請求項1また
は2記載の同位体分離方法。
3. Odd nuclear isotopes are Gd157 and Gd155.
The isotope separation method according to claim 1, wherein the method is at least one of the following.
【請求項4】 単一光吸収ピーク波長を有する偶数核同
位体と、この偶数核同位体の単一光吸収ピーク波長を含
光吸収波長領域を有する奇数核同位体と、を含む金属
原料を加熱して蒸発せしめ、この蒸気流にレーザ光を照
射して前記同位体をそれぞれ分離せしめる同位体分離装
置において、前記蒸気流の流路に沿って少なくとも2箇
所に設けられた光反応部と、前記蒸気流発生源に近い方
の前記光反応部には、前記単一光吸収ピーク波長に同調
した周波数のレーザ光、またはその単一光吸収ピーク波
長のドップラー幅程度の狭い周波数変調幅のレーザ光を
照射して前記偶数核同位体を励起し、さらに、レーザ光
多段階励起により電離してこの偶数核同位体を分離する
一方、前記他方の光反応部には、前記単一光吸収ピーク
波長を含む前記波長領域に亘る広い周波数幅のレーザ光
を照射し、さらに、前記奇数核同位体を多段階励起によ
り電離せしめるレーザシステムと、前記電離された各同
位体をそれぞれ回収する同位体回収手段とを有すること
を特徴とする同位体分離装置。
4. A even-nuclear isotopes having a single light absorption peak wavelength, the single optical absorption peak wavelength of the even-nuclear isotopes including
And odd nuclear isotopes having no light absorption wavelength region, vaporized by heating the metal material containing, in isotope separation apparatus allowed to separate each said isotope by irradiating a laser beam to the vapor stream, the vapor stream A light reaction portion provided at at least two places along the flow path, and the light reaction portion closer to the vapor flow generation source, a laser beam having a frequency tuned to the single light absorption peak wavelength, or The even nuclear isotope is excited by irradiating laser light having a frequency modulation width as narrow as the Doppler width of the single light absorption peak wavelength, and further ionizing by laser light multi-step excitation to separate this even nuclear isotope. On the other hand, the other photoreaction portion is irradiated with laser light having a wide frequency width over the wavelength region including the single light absorption peak wavelength, and further, the odd nuclear isotope is ionized by multi-step excitation. Les The system and, isotope separation apparatus characterized by having a isotope recovery means for recovering the ionized each isotope was respectively.
【請求項5】 偶数核同位体がGd156とGd158
の少なくとも一方であることを特徴とする請求項4記載
の同位体分離装置。
5. An even nuclear isotope comprising Gd156 and Gd158.
The isotope separation device according to claim 4, wherein the isotope separation device is at least one of the following.
【請求項6】 奇数核同位体がGd157とGd155
の少なくとも一方であることを特徴とする請求項4また
は5記載の同位体分離装置。
6. Odd nuclear isotopes are Gd157 and Gd155.
The isotope separation device according to claim 4, wherein the device is at least one of the following.
JP30681593A 1993-12-07 1993-12-07 Isotope separation method and apparatus Expired - Fee Related JP3340211B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30681593A JP3340211B2 (en) 1993-12-07 1993-12-07 Isotope separation method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30681593A JP3340211B2 (en) 1993-12-07 1993-12-07 Isotope separation method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07155557A JPH07155557A (en) 1995-06-20
JP3340211B2 true JP3340211B2 (en) 2002-11-05

Family

ID=17961601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30681593A Expired - Fee Related JP3340211B2 (en) 1993-12-07 1993-12-07 Isotope separation method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3340211B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101083320B1 (en) * 2011-03-11 2011-11-14 한국기계연구원 Curing system and method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07155557A (en) 1995-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mourou Nobel Lecture: Extreme light physics and application
Zuo et al. Phase control of molecular ionization: H 2+ and H 3 2+ in intense two-color laser fields
JP3340211B2 (en) Isotope separation method and apparatus
Mourou Extreme light physics and application
RU2390375C2 (en) Method for extraction of ytterbium isotope
JP3264568B2 (en) Gadolinium isotope separation method and apparatus
JP3575869B2 (en) Method for separating gadolinium or zirconium isotopes
JP3487900B2 (en) Gadolinium isotope separation method and apparatus
US7323651B2 (en) Method for isotope separation of thallium
DE2349437A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR ISOTOPE SEPARATION BY SELECTIVE IONIZATION
EP0444336B1 (en) Laserisotope separation apparatus
JP2851144B2 (en) Isotope separation system
JPH03186321A (en) Selective excitation of isotope
JP3085716B2 (en) Laser isotope separation method
JP3335712B2 (en) Gadolinium isotope separation method and apparatus
JPH01194932A (en) Separation of hydrogen isotope
JPH04239785A (en) Multistage excitation of metal atom
JPS62125829A (en) Method for isotope separation by laser
JPH03258328A (en) Method for selectively exciting isotope
JPH06134262A (en) Separation of isotope
Solarz Physics overview of AVLIS
Yamashita et al. Method for separation and enrichment of lithium isotopes by laser
DE3914856A1 (en) Cold fusion of hydrogen isotopes - by heated plasma discharge adsorption on solid catalyst material
JPH0581288B2 (en)
JPS60208035A (en) Ion beam generator

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070816

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080816

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090816

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees