JPH01249128A - Isotope separator - Google Patents

Isotope separator

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JPH01249128A
JPH01249128A JP7601888A JP7601888A JPH01249128A JP H01249128 A JPH01249128 A JP H01249128A JP 7601888 A JP7601888 A JP 7601888A JP 7601888 A JP7601888 A JP 7601888A JP H01249128 A JPH01249128 A JP H01249128A
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JP
Japan
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isotope
metal atoms
electric field
magnetic field
vapor flow
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Application number
JP7601888A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Shioda
和則 塩田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce the amt. of ionized isotopes as the impurities to be incorporated into the product by imparting a DC electric field orthogonal to a DC deflection magnetic field before a metal vapor current is introduced into an isotope collector. CONSTITUTION:The metal atoms 1 contg. plural isotopes are charged in a vessel 2 with the upper surface opened and having thermochemical resistance. A DC deflection magnetic field 6 orthogonal to an electron beam 5 from its generator 4 is generated by a magnetic field generating means to project the beam onto the surface of the metal atoms 1. The vapor current 7 formed by the metal atoms 1 heated and melted by the electron beam 5 is induced in a vapor passage 17. The laser light 11 for selectively exciting and ionizing the specified isotope contained in the metal atoms 1 is emitted in an irradiation means, and injected into the vapor current 7. An electric field is generated by the electrode 15, and exerted on the ionized isotope to adsorb and recover the isotope. A DC electric field 18 orthogonal to the DC deflection magnetic field 6 is imparted by the electric field generator 21 provided in the vapor passage 17.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はレーザ法による金属原子の同位体分離装置に係
わり、特に不純物イオンの混入を防止し同位体の分離性
能を向上させた同位体分離装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an isotope separation device for metal atoms using a laser method, and in particular prevents the incorporation of impurity ions and improves isotope separation performance. Regarding the isotope separation device.

(従来の技術) 一般に複数の同位体を含む物質の中から特定の同位体を
分離し、この特定の同位体の特性を引出す等して利用す
ることがしばしば行なわれるゆ一例として、天然に産出
する金、I2!c原子がたとえば質量数の軽い第1の同
位体を少量含み、残りの大部分が質量数の重い第2の同
位体であって、この金属原子から第1の同位体を分離し
て利用する場合がある。
(Prior art) In general, it is often done to separate a specific isotope from a substance containing multiple isotopes and utilize it by extracting the characteristics of this specific isotope. Money to do, I2! For example, the c atom contains a small amount of a first isotope with a lighter mass number, and most of the remainder is a second isotope with a higher mass number, and the first isotope is separated from this metal atom and used. There are cases.

従来、このような同位体を含む金属原子から第1の同位
体を分離し、所定濃度レベルまで高める分離濃縮手段と
してはガス拡散法、遠心分離法、レーザ法などがあり、
いづれも同位体の化学特性又は物理特性の相違を利用し
て分離濃縮操作を実施している。
Conventionally, gas diffusion methods, centrifugation methods, laser methods, etc. have been used to separate the first isotope from metal atoms containing such isotopes and increase the concentration to a predetermined concentration level.
In both cases, separation and concentration operations are performed using differences in the chemical or physical properties of isotopes.

ここに、レーザ法による同位体分離装置について述べれ
ば、複数の同位体を含む金属原料を加熱溶融して蒸発さ
せ、生成した金属蒸気流にレーザ光を照射し、蒸気流中
の特性の同位体、例えば第1の同位体を選択的に陽イオ
ン化し、陽イオン化した第1の同位体に電界を作用させ
て分離回収するように構成されている。
Here, we are talking about an isotope separation device using the laser method. A metal raw material containing multiple isotopes is heated and melted and evaporated, and the generated metal vapor flow is irradiated with laser light to separate characteristic isotopes in the vapor flow. For example, the first isotope is selectively cationized, and an electric field is applied to the cationized first isotope to separate and recover it.

このレーザ法による同位体分離装置の一例を第4図及び
第5図を参照して説明する。
An example of an isotope separation apparatus using this laser method will be explained with reference to FIGS. 4 and 5.

第4図はレーザ法による同位体分離装置の構成を模式的
に示す斜視図を表し、第5図は第4図の1−1線を矢視
した断面図を表す。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing the configuration of an isotope separation apparatus using a laser method, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 1-1 in FIG. 4.

第4図および第5図において、同位体を含む金属原子1
は熱化学的耐性を有する例えば坩堝などの蒸発用容器2
内に装荷される。この蒸発用容器2は、はぼ真空状態に
維持された密封容器3の内底部に設置されている。次に
リニア電子銃4から発射される電子ビーム5を図示しな
い外部磁場コイルによって印加される直流磁場6により
偏向して蒸発用容器2内の金属原子1に照射する。電子
ビーム5の照射を受けた金属原子1は高温に加熱されて
蒸発し、蒸気流7を形成する。蒸気流7には、金属原子
1を構成するたとえば2種類の同位体が含まれている。
In FIGS. 4 and 5, metal atoms containing isotopes 1
is a thermochemically resistant evaporation container 2, such as a crucible.
loaded inside. This evaporation container 2 is installed at the inner bottom of a sealed container 3 that is maintained in a nearly vacuum state. Next, the electron beam 5 emitted from the linear electron gun 4 is deflected by a DC magnetic field 6 applied by an external magnetic field coil (not shown) and irradiated onto the metal atoms 1 in the evaporation container 2. The metal atoms 1 irradiated by the electron beam 5 are heated to a high temperature and evaporated, forming a vapor flow 7 . The vapor flow 7 contains, for example, two types of isotopes constituting the metal atoms 1.

一方、蒸発用容器2の上方には、帯状の陽電極8と陰電
極9とが交互に配設され、これらの電極間にそれぞれ光
反応部10が設けられ、この光反応部10の長手方向に
2種類のうちの第1の同位体のみを選択的に励起電離さ
せるレーザ光11がレーザ発生装置12により発生、入
射され、蒸気流7と光反応を行なう。レーザ光11の波
長は上記した第1の同位体の共鳴電離波長に調整されて
おり、光反応部10に導入された蒸気流7に含まれる第
1の同位体の原子のみがレーザ光11と共鳴し、一定の
確率で選択的に電離される。
On the other hand, above the evaporation container 2, band-shaped positive electrodes 8 and negative electrodes 9 are arranged alternately, and a photoreaction section 10 is provided between each of these electrodes. A laser beam 11 that selectively excites and ionizes only the first isotope of the two types is generated and incident by a laser generator 12, and undergoes a photoreaction with the vapor flow 7. The wavelength of the laser beam 11 is adjusted to the resonant ionization wavelength of the first isotope described above, and only the atoms of the first isotope contained in the vapor flow 7 introduced into the photoreaction section 10 interact with the laser beam 11. It resonates and is selectively ionized with a certain probability.

電離された第1の同位体のイオンは陽電極8と陰電極9
との間に、レーザ光11と同期した電極電圧を印加する
ことにより形成された電場によって回収電極となる陰電
極9の表面に吸着回収される8一方、電離せずに光反応
部11を通過した第1の同位体及び第2の同位体の混合
蒸気流は、光反応部lOの外縁部に配設された蒸気回収
板13に吸引回収される。回収された蒸気粒子は、別途
の手段により蒸発用容器2に還流される。
The ionized first isotope ions are transferred to the positive electrode 8 and the negative electrode 9.
8 is adsorbed and collected on the surface of the cathode 9, which serves as a collection electrode, by an electric field created by applying an electrode voltage synchronized with the laser beam 11 between the 8 and 8, while passing through the photoreaction part 11 without being ionized. The mixed vapor flow of the first isotope and the second isotope is suctioned and collected by the vapor recovery plate 13 disposed at the outer edge of the photoreaction section IO. The collected vapor particles are returned to the evaporation container 2 by a separate means.

(発明が解決しようとする課題) 上述した同位体分離装置によれば、同位体の分離操作の
前処理において、強力な電子ビームを照射して高温下で
金属原子を溶融後蒸発せしめて蒸気流を生成する工程を
有するため、生成した蒸気流には、高温条件下で発生し
た各種の不純物イオンが含まれる。
(Problems to be Solved by the Invention) According to the above-described isotope separation apparatus, in the pretreatment for isotope separation operation, metal atoms are irradiated with a powerful electron beam to melt and evaporate them at high temperatures to form a vapor stream. Since the method includes a step of generating , the generated vapor flow contains various impurity ions generated under high temperature conditions.

不純物イオンとしては、金属原子の加熱源である電子ビ
ームと金属蒸気流とが衝突して発生する第2の同位体の
衝突電離イオンや、金属蒸気流が高温熱源と接触して発
生する第2の同位体、その他の金属の熱電離イオンがあ
る。
Examples of impurity ions include collision ionized ions of a second isotope generated when an electron beam, which is a heating source for metal atoms, collides with a metal vapor flow, and secondary isotope ions generated when a metal vapor flow contacts a high-temperature heat source. isotopes and thermoionized ions of other metals.

従って、これらの不純物イオンを含む金属蒸気流が流れ
る陽電極と陰電極との間に直流電場を印加した場合は、
不純物イオンが第1の同位体のイオンに同伴して回収電
極となる陰電極に吸収される。
Therefore, when a DC electric field is applied between the positive and negative electrodes through which a metal vapor flow containing these impurity ions flows,
The impurity ions are absorbed along with the first isotope ions into the negative electrode, which serves as the collection electrode.

そのため、目的とする同位体の分離係数が低下して濃縮
度が小さくなり1回収された第1の同位体の純度品質を
低下させる原因となっていた。
As a result, the separation coefficient of the target isotope decreases and the degree of enrichment decreases, causing a decrease in the purity quality of the recovered first isotope.

本発明は上記した問題点を解決するためになされたもの
であり、金属蒸気流が同位体捕集装置に導入される前の
段階で、含まれる不純物イオンを排除する手段を設ける
ことにより、不純物となるイオン化された同位体の製品
への混入量を低減し、分離効率の指標となる分離係数を
高く維持し、製品の純度が高い同位体分離装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by providing a means for eliminating impurity ions contained in a metal vapor flow before it is introduced into an isotope collection device, impurity ions can be removed. The purpose of the present invention is to provide an isotope separation device that reduces the amount of ionized isotopes mixed into a product, maintains a high separation coefficient that is an indicator of separation efficiency, and provides a product with high purity.

〔発明の構成〕 (課題を解決するための手段) 本発明においては、複数の同位体を含む金属原子が収容
された熱化学的耐性を有する上面開放容器と、この容器
の側方に配設された電子ビームの発生手段と、電子ビー
ムに直交してこれを金属原子の表面に投射させる直流偏
向磁場を与える磁場発生手段と、容器の上方に配設され
、且つ電子ビームによって加熱融解された金属原子が発
生する蒸気流を誘導する蒸気流通路と、この蒸気流通路
の上方ら配設され、且つ蒸気流に入射されて金属原子に
含まれる特定の同位体を選択的に励起電離可能とされた
レーザ光を発する照射手段と、電離された同位体に電界
を作用させ、これを吸着回収する電極とを有する同位体
分離装置について、これに、蒸気流通路に設けられ、且
つ直流偏向磁場に直交する直流電場を与える電場発生装
置を設けた。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides a thermochemically resistant top open container containing metal atoms containing a plurality of isotopes, and a container disposed on the side of the container. a magnetic field generating means for providing a DC deflection magnetic field perpendicular to the electron beam and projecting it onto the surface of the metal atoms; A vapor flow path that guides a vapor flow in which metal atoms are generated, and a vapor flow path that is arranged from above the vapor flow path and that is incident on the vapor flow to selectively excite and ionize specific isotopes contained in the metal atoms. An isotope separation device has an irradiation means that emits ionized laser light, and an electrode that applies an electric field to the ionized isotope and adsorbs and collects it. An electric field generator was installed to provide a DC electric field perpendicular to the .

(作  用) 電子ビームを投射されて加熱融解された金属原子の蒸発
流中に含まれ、レーザ光によって電離された特定の同位
体は、反対極性の電極に吸着され回収される。ここで蒸
気流中には、回収を特徴とする特定の同位体のイオン以
外に、熱電離あるいは電子ビームと衝突してイオン化さ
れた同位体、およびこのイオン化された同位体から遊離
した熱電子、さらに電子ビームが容器に収容された金属
原子上で反射散逸した高速電子等の荷電粒子を含有して
いるが、蒸気流通路には直流偏向磁場に直交する直流電
場が与えられているため、これらの荷電粒子は、直流偏
向磁場と直流電場による電磁的ドリフトによる偏向を受
けて蒸気流から疎外され、同位体を吸着回収する電極ま
で到達するものは極めて希になる。したがって電極には
、はとんどレーザ光によって電離された特定の同位体の
みが捕集され、不純物の混入量は極めて少なくすること
ができる。
(Function) Specific isotopes contained in the evaporated flow of metal atoms heated and melted by the electron beam and ionized by the laser beam are adsorbed and collected by electrodes of opposite polarity. In addition to ions of specific isotopes that are characterized by recovery, the steam flow contains isotopes that have been ionized by thermal ionization or collision with electron beams, and thermoelectrons liberated from these ionized isotopes. Furthermore, the electron beam contains charged particles such as high-speed electrons that are reflected and dissipated on the metal atoms housed in the container, but since a DC electric field orthogonal to the DC deflection magnetic field is applied to the vapor flow path, these The charged particles are deflected by the electromagnetic drift caused by the DC deflection magnetic field and the DC electric field, and are alienated from the vapor flow, making it extremely rare for them to reach the electrodes that adsorb and collect isotopes. Therefore, only the specific isotope ionized by the laser beam is collected in the electrode, and the amount of impurities mixed in can be extremely reduced.

(実 施 例) 以下1本発明の一実施例について第1図を参照して説明
する。第1図は本発明に係る同位体分前装置の一実施例
の構成を示す断面図である。尚、第4図及び第5図に示
す従来例と同一の構成要素、部品には同一の符号を付し
ている。
(Example) An example of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an embodiment of an isotope dispensing device according to the present invention. Note that the same components and parts as in the conventional example shown in FIGS. 4 and 5 are given the same reference numerals.

同位体分離装置は、金属原子1を収容した蒸発用容器2
と、蒸発用容器2に収容された金属原子1にリニア電子
銃4から発する電子ビーム5を照射して金属原子1を加
熱蒸発せしめ、蒸気流7を生成する蒸気生成装置14と
が備えられている。この蒸気生成装置14の上方には、
陽電極8と陰電極9を交互に並置して形成した同位体捕
集装置15が設けられている。陽電極8と陰電極9との
間には光反応部10が形成され、この光反応部10を流
れる蒸気流7に電離用レーザ光11が照射されるように
なっている。電離用レーザ光11の照射によってイオン
化された同位体は、電源袋[16によって陽電極8と陰
電極9間に形成された電場によって回収電極側に偏向さ
れ÷分離されるようにされている。
The isotope separation device includes an evaporation container 2 containing metal atoms 1
and a vapor generation device 14 that heats and evaporates the metal atoms 1 by irradiating the metal atoms 1 housed in the evaporation container 2 with an electron beam 5 emitted from a linear electron gun 4 to generate a vapor flow 7. There is. Above this steam generator 14,
An isotope collection device 15 formed by alternately arranging positive electrodes 8 and negative electrodes 9 is provided. A photoreaction section 10 is formed between the positive electrode 8 and the cathode 9, and the vapor flow 7 flowing through this photoreaction section 10 is irradiated with an ionizing laser beam 11. The isotope ionized by the irradiation with the ionizing laser beam 11 is deflected toward the recovery electrode by an electric field formed between the positive electrode 8 and the negative electrode 9 by the power supply bag [16] and separated.

蒸気生成装置14と同位体捕集装置15との間には。between the steam generator 14 and the isotope collector 15.

蒸発用容器2から放射状に流れる蒸気流7の蒸気流通路
17が設けられ、さらにこの蒸気流通路17に、電子ビ
ーム5を偏向するための直流磁場6と交差する直流電場
18を印加するための電源装置119、及び蒸気流通路
17の両側に配した補助電極(陽極)20a及び補助電
極(陰極)20bから成る直流電場発生袋W121を備
えている。
A vapor flow passage 17 for the vapor flow 7 flowing radially from the evaporation vessel 2 is provided, and a DC electric field 18 for applying a DC electric field 18 intersecting the DC magnetic field 6 for deflecting the electron beam 5 to the vapor flow passage 17 is provided. It is equipped with a power supply device 119 and a DC electric field generating bag W121 consisting of an auxiliary electrode (anode) 20a and an auxiliary electrode (cathode) 20b arranged on both sides of the steam flow path 17.

すなわち直流電場発生袋@21は蒸気流通路17に、蒸
気流7の方向及び直流磁場6の方向に直交する直流電場
18を形成するようにされている。
That is, the DC electric field generating bag @21 is configured to generate a DC electric field 18 in the steam flow path 17 that is perpendicular to the direction of the steam flow 7 and the direction of the DC magnetic field 6.

次にこれの作用について述べる。Next, the effect of this will be described.

は 蒸気生成装置14から生成される蒸気流7−!−1熱電
離もしくは電子ビーム5との衝突電離によりイオン化さ
れた同位体及びこのイオン化同位体から遊離した熱電子
、さらには電子ビーム5が金属原子1上で反射散逸した
高速電子等の荷電粒子を含有している。
is the steam flow 7-! generated from the steam generator 14. -1 Isotopes ionized by thermal ionization or collision ionization with the electron beam 5, thermal electrons liberated from the ionized isotopes, and charged particles such as high-speed electrons that are reflected and dissipated by the electron beam 5 on the metal atoms 1. Contains.

すなわち、蒸気生成装置14から副産する不純物イオン
及び電子は、蒸気流通路17に流入するや否や、直流電
場18及び直流磁場6の影響を受けることになる。互い
に交差する直流電磁場における荷電粒子の挙動は、第2
図及び第3図に図示する如く電磁場におけるドリフト運
動として記述され。
That is, the impurity ions and electrons by-produced from the steam generator 14 are influenced by the DC electric field 18 and the DC magnetic field 6 as soon as they flow into the steam flow path 17 . The behavior of charged particles in mutually crossing DC electromagnetic fields is
It is described as a drift motion in an electromagnetic field as shown in FIG.

本実施例の構成では不純物イオン流22a、 22b及
び電子流23は蒸気生成装置14の方へ押しもどされ。
In the configuration of this embodiment, the impurity ion streams 22a, 22b and the electron stream 23 are pushed back toward the steam generator 14.

蒸気流7と共に同位体捕集装置15へ到達することはな
い。
It does not reach the isotope collector 15 together with the vapor stream 7.

以下第2図及び第3図を参照して上記した作用を詳述す
る。第2図は第1図に於ける蒸気流通路17での粒子挙
動を示すものであり、蒸気流7の大部分を占める中性原
子24は、中性原子同士の衝突散乱を受けない限り、電
磁場の影響とは無関係に直進する軌道25上を運動する
。こNで中性原子24の平均速度Paは1例えば操作温
度Tを2700に、原子質ff1mを3.952X10
−”kg、ボルツマン定数kを1.381 X 1O−
23J/にとすれば下記0式のようになる。
The above operation will be explained in detail below with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows particle behavior in the steam flow path 17 in FIG. 1, and the neutral atoms 24 that make up the majority of the steam flow 7 will not be affected by collision scattering between neutral atoms. It moves on a straight trajectory 25 regardless of the influence of electromagnetic fields. With this N, the average velocity Pa of the neutral atoms 24 is 1. For example, when the operating temperature T is 2700, the atomic substance ff1m is 3.952X10
−”kg, Boltzmann constant k is 1.381 × 1O−
If it is set to 23J/, it becomes the following formula 0.

イオン26は0式と同程度の平均速度を有するが、直流
電場18をE = IOV/m、直流磁場6をB=10
−”iib/ rr?とすると、イオン26の軌道22
aは図示する様な螺旋運動となり、電場Σと磁束密度B
の場におけるドリフト速度tdとして0式の通り与えら
れる速度で、中性原子24と逆向きの運動をする。
The ions 26 have an average velocity similar to that of formula 0, but the DC electric field 18 is set to E = IOV/m, and the DC magnetic field 6 is set to B = 10.
−”iib/rr?, then orbit 22 of ion 26
a becomes a spiral motion as shown in the figure, and the electric field Σ and magnetic flux density B
It moves in the opposite direction to the neutral atom 24 at a drift velocity td in the field given by the equation 0.

但しBはBの大きさを表す。However, B represents the size of B.

電子27についてもイオン26と同一方向、同一速度の
ドリフト運動をすることになり、軌道28の様な螺旋運
動をして荷電粒子が上方の同位体捕集装置へ流入するの
を阻止している。厳密には、中性原子24とイオン26
との衝突散乱によりイオン26は軌道22aの様な単純
な螺旋運動をしないが、(3)式の様にドリフト速度/
dを原子速度Paよりも充分大きく設定することにより
、イオン阻止効果を維持することができる。
The electrons 27 also drift in the same direction and at the same speed as the ions 26, making a spiral motion similar to the orbit 28 and preventing charged particles from flowing into the isotope collection device above. . Strictly speaking, neutral atoms 24 and ions 26
Due to collision scattering with
By setting d sufficiently larger than the atomic velocity Pa, the ion blocking effect can be maintained.

?d>?a               00式及び
0式は0式を満足しているので、本実施例ではイオン2
6は蒸気流7から除去され、蒸気生成装置14へもどさ
れる。このとき、電子27は電磁場中での易動度がイオ
ン26に比べて極めて大きい為、イオン26に随判する
動きをし、荷電粒子流としての電気的中性を保持しよう
とする。
? d>? Since a 00 formula and 0 formula satisfy 0 formula, in this example, ion 2
6 is removed from steam stream 7 and returned to steam generator 14 . At this time, since the mobility of the electrons 27 in the electromagnetic field is extremely greater than that of the ions 26, the electrons 27 move in accordance with the ions 26 and try to maintain electrical neutrality as a charged particle flow.

また、イオン26のドリフト運動を記述するパラメータ
としてドリフト速度?dの他に旋回半径γ。
Also, the drift velocity as a parameter describing the drift motion of the ion 26? In addition to d, the turning radius γ.

がある、イオン26の質量Jをほぼ原子質量m=3.9
52 X 10−” kgに等しいとし、イオン26の
磁場6と直交する速度成分V、がほぼ0式に等しいとし
、イオン26の荷電量を矛としてイオン26が1価イオ
ンと考えてf = 1.602 X 10−” cとす
ることによりイオン26の旋回半径γCは(イ)式の通
り与えられる。
, the mass J of ion 26 is approximately atomic mass m = 3.9
52 x 10-" kg, the velocity component V of the ion 26 perpendicular to the magnetic field 6 is approximately equal to the equation 0, and assuming that the ion 26 is a monovalent ion using the charge amount of the ion 26 as a spear, f = 1. By setting .602 x 10-''c, the radius of gyration γC of the ions 26 is given by equation (A).

miy上 γC: B mすa α□ユ0.12m            (イ)B すなわち(イ)式に示す旋回半径γ。は蒸気流通路17
の幅に比べて充分小さい為、旋回運動を妨げる形状要因
はない。さらに旋回運動を阻害するものとして中性原子
24との衝突過程があるが、衝突過程に於ける平均自由
行程λは、衝突断面積σを5、Ox 1O−19rrr
、原子数密度nを101m、−3とすると0式の通り得
られ、本実施例では0式の様に平均自由行程λが旋回半
径γ。よりも大きくなり、衝突による旋回運動の阻害は
あまり有効でない。
miy upper γC: B msu α□yu0.12m (a) B In other words, the turning radius γ shown in equation (a). is steam flow passage 17
Since it is sufficiently small compared to the width of Furthermore, there is a collision process with the neutral atom 24 that inhibits the swirling motion, but the mean free path λ in the collision process is 5, Ox 1O-19rrr, where the collision cross section σ is 5.
, when the atomic number density n is 101 m, -3, it is obtained as shown in equation 0, and in this example, the mean free path λ is the radius of gyration γ, as shown in equation 0. , and the inhibition of turning motion due to collision is not very effective.

λ〉γ。                    0
また。中性原子24の平均速度vaとして0式の通り与
えられるが、厳密には中性原子24の速度は速度分布関
数により決定され、0式の速度は統計的平均値に過ぎな
い、従って確率的には高速の中性原子も存在し得るし、
イオンについても同様である。高速イオンについてこの
挙動を図示するのが第3図であり、旋回半径γ。が大き
くなり、軌道22bの様な運動をする。このとき蒸気流
通路17の幅、すなわち補助電極20a、bの間隙長よ
りも旋回半径γ。が大きくなり、もはや高速イオンにつ
いては蒸気生成装置14の方へのドリフト運動はできず
に補助電極20bに捕集されてしまう。
λ〉γ. 0
Also. The average velocity va of the neutral atoms 24 is given as shown in the formula 0, but strictly speaking, the velocity of the neutral atoms 24 is determined by the velocity distribution function, and the velocity in the formula 0 is only a statistical average value, so it is stochastic. There may also be fast neutral atoms in
The same applies to ions. Figure 3 illustrates this behavior for fast ions, with radius of gyration γ. becomes larger and moves like the orbit 22b. At this time, the turning radius γ is larger than the width of the steam flow passage 17, that is, the gap length of the auxiliary electrodes 20a and 20b. becomes large, and the high-speed ions are no longer able to drift toward the steam generator 14 and are collected by the auxiliary electrode 20b.

以上の如く電子ビーム5の照射によって発生し、蒸気流
7に混入した不純物イオン及び電子は、蒸気流通路17
に配設された直流電場発生装置21により予め除去され
る。このため光反応部lOに流入する蒸気流7には不純
物となる荷電粒子は含まず、電気的に中性な成分のみか
ら成る蒸気流7を供給することができる。従って同位体
捕集装置15の回収電極に吸引される不純物量を大幅に
低減することが可能となり、装置全体としての同位体の
分離係数が改善され、純度品質が優れた同位体を効率よ
く得ることができる。尚、蒸気流7を光反応部10へ導
入した後の操作手順は従来の装置におけるものと同様で
ある。
As described above, impurity ions and electrons generated by the irradiation of the electron beam 5 and mixed into the vapor flow 7 are removed from the vapor flow path 17.
It is removed in advance by a DC electric field generator 21 disposed at. Therefore, the vapor flow 7 flowing into the photoreaction part 1O does not contain charged particles as impurities, and can be supplied with a vapor flow 7 consisting only of electrically neutral components. Therefore, it is possible to significantly reduce the amount of impurities attracted to the collection electrode of the isotope collection device 15, improving the isotope separation coefficient of the device as a whole, and efficiently obtaining isotopes with excellent purity quality. be able to. Note that the operating procedure after introducing the vapor stream 7 into the photoreaction section 10 is similar to that in conventional devices.

また本実施例によれば既存の同位体分離装置の機器構成
に抜本的な改造変更は要しない、すなわち蒸気流通路に
直流電場発生装置を新たに装備するだけで蒸気流に含ま
れる電子、イオン化同位体、金属イオンなどの荷電粒子
を容易に除去することができる。
Furthermore, according to this embodiment, there is no need to make any drastic modifications to the equipment configuration of the existing isotope separation device; in other words, simply by newly equipping the steam flow path with a DC electric field generator, the electrons contained in the steam flow can be ionized. Charged particles such as isotopes and metal ions can be easily removed.

なお本発明には、直流偏向磁場に対する直流電場の方向
を、直流電場から直流偏向磁場の方向へ右ねじを回転さ
せたとき、この右ねじの進行方向が蒸気流の進行方向(
上昇)と逆向する方向としたものを含む。
In addition, in the present invention, when the right-hand screw is rotated from the direction of the DC electric field to the direction of the DC deflection magnetic field from the DC electric field to the direction of the DC deflection magnetic field, the traveling direction of this right-handed screw is the traveling direction of the steam flow (
(increasing) and in the opposite direction.

本発明によれば、同位体分離装置の蒸気補合装置の回収
電極に吸引される不純物量を大幅に低減することが可能
となる。したがって同位体分離装置の運動効率の指標と
なる分離係数が高く、また分離回収した同位体製品の純
度、品質を大幅に向上することができる。
According to the present invention, it is possible to significantly reduce the amount of impurities attracted to the recovery electrode of the vapor complementation device of the isotope separation device. Therefore, the separation coefficient, which is an index of the motion efficiency of the isotope separation device, is high, and the purity and quality of the separated and recovered isotope products can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を模式的に示す断面図、第2
図および第3図は第1図の作用を説明するための模式図
、第4図は従来の同位体分離装置の要部を示す斜視図、
第5図は第4図の1−1線を矢視した断面図である。 1・・・金属原子     2・・・蒸発用容器4・・
・リニア電子銃   6・・・直流磁場7・・・蒸気流
      9・・・陰電極11・・・レーザ光   
  17・・・蒸気流通路18・・・直流電場    
 21・・・直流電場発生装置代理人 弁理士 則 近
 憲 佑 同  第子丸 健 第1図 第2図 −−−−−−−−−−ベケ〜侶
FIG. 1 is a sectional view schematically showing one embodiment of the present invention, and FIG.
3 and 3 are schematic diagrams for explaining the action of FIG. 1, and FIG. 4 is a perspective view showing the main parts of a conventional isotope separation device.
FIG. 5 is a sectional view taken along line 1-1 in FIG. 4. 1... Metal atom 2... Evaporation container 4...
・Linear electron gun 6...DC magnetic field 7...vapor flow 9...cathode 11...laser light
17... Steam flow path 18... DC electric field
21... DC electric field generator agent Patent attorney Nori Ken Chika Yudo Ken Daishimaru Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、複数の同位体を含む金属原子が収容された熱化学的
耐性を有する上面開放容器と、この容器の側方に配設さ
れた電子ビームの発生手段と、前記電子ビームに直交し
てこれを前記金属原子の表面に投射させる直流偏向磁場
を与える磁場発生手段と、前記容器の上方に配設され且
つ前記電子ビームによって加熱融解された前記金属原子
が発生する蒸気流を誘導する蒸気流通路と、この蒸気流
通路の上方に配設され且つ前記蒸気流に入射されて前記
金属原子に含まれる特定の同位体を選択的に励起電離可
能とされたレーザ光を発する照射手段と、前記電離され
た同位体に電界を作用させこれを吸着回収する電極とを
有する同位体分離装置において、前記蒸気流通路に設け
られ且つ前記直流偏向磁場に直交する直流電場を与える
電場発生装置を設けたことを特徴とする同位体分離装置
1. A thermochemically resistant top-open container containing metal atoms containing a plurality of isotopes; an electron beam generating means disposed on the side of the container; magnetic field generating means for providing a direct current deflection magnetic field that causes the metal atoms to be projected onto the surface of the metal atoms; and a vapor flow passage that is disposed above the container and that guides a vapor flow generated by the metal atoms heated and melted by the electron beam. irradiation means disposed above the vapor flow path and emitting a laser beam that is incident on the vapor flow and capable of selectively exciting and ionizing specific isotopes contained in the metal atoms; an isotope separation device having an electrode that applies an electric field to the isotope and adsorbs and collects the same, an electric field generator provided in the vapor flow path and providing a DC electric field orthogonal to the DC deflection magnetic field. An isotope separation device featuring:
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