JPH01310725A - 同位体分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ光によって同位体蒸気を照射して、目
的とする同位体を電離せしめて分離・回収する装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

第６図はこの種の同位体分離装置を示す概念図である。

分離用同位体（回収目的である同位体と、回収目的でな
い同一体との混合物）１２はルツボ３に入れられて、電
子銃２により発生された電子ビーム１５の照射によって
分離用同位体蒸気４となり、ルツボ３の上方へ拡散する
。同位体蒸気４は、製品回収板５の間を通過する際、レ
ーザ光６の照射により、特定の同位体のみ電離される。

電離された該同位体は、製品回収板５に印加された電場
により加速され、製品回収板５に付着する。分離用同位
体蒸気４のうち、レーザ光６により電離されなかった同
位体は、製品回収板５の間を通過して廃品回収板７に付
着する。このような過程により、分離用同位体１２から
、特定の同位体を製品回収板５に付着させることにより
、目的とする同位体を分離・回収しうる。

分離用同位体蒸気４から特定の同位体のみを電離するこ
とは、以下の理由により可能となる。

原子の電子エネルギー準位には、同一原子の同位体では
、僅かな相異が存在する。この相異は、原子核の質量の
相異、或いは、原子核スピンの相異に依るものである。

従って、電離し、回収することを目的とする（同位体の
電子エネルギー準位の差に対応する波長を持つ）レーザ
光の照射により、目的とする同位体のみレーザ光のエネ
ルギーを吸収し電離されてイオン化する。入射されたレ
ーザ光の波長に対応する電子エネルギー準位の差を有し
ない同位体は、レーザ光のエネルギーを吸収出来ず電離
されないので、中性原子として、製品回収板５の間を通
過し、廃品回収板７に付着する。一方電離された同位体
は、製品回収板５に印加された電場を感じ、製品回収板
５に向けて加速され、製品回収板５に付着する。

分離用同位体蒸気４は、電子銃２で発生された電子ビー
ム１５を分離用同位体１２に入射することにより発生さ
れる。電子＠２は、発生された分離用同位体蒸気４の直
撃を避けるため、第６図に示すように、ルツボ３の側面
近傍に設置される。

第７図は、上記従来例の構成（第６図）が分離用チェン
バ１内に設置されている状態を描いた、従来技術の説明
図である。

上記分離用チェンバ１の外部にコイル８が設けられてい
て、磁界（矢印Ｂ）を生じる。この磁界により、第２図
の電子ビーム１５は図示の如く曲げられてルツボ３に入
射する。この技術は、例えば特願昭５９−２２９２３６
号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第８図は前記の製品回収板５の付近を抽出して描いた拡
大斜視図である。

発生された分離用同位体蒸気４の大部分は、製品回収板
５と同５′との間に流入するが、その−部は、製品回収
用トイ１１の下面１４．１４’　に付着し、レーザ光６
の照射を受けない。即ち、従来の装置では、発生された
分離用同位体蒸気４の中で、レーザ光６の照射を受けな
い部分が必ず存在する。これは、分離用同位体蒸気４の
利用率の低下を意味する。この利用率の低下の原因は、
第８図に示したように、従来の同位体分離装置が分離用
同位体蒸気４の蒸気流中に製品回収板５を配置すること
によるものである。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、分離用同
位体蒸気の利用率を向上せしめた同位体分離装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために創作した本発明の分離装置
について、先ず、その基本的原理を略述する。

従来技術において同位体蒸気の利用率が低下する原因は
、該同位体蒸気の流路中に製品回収板が設置されている
こと、即ち、同位体蒸気流の一部がレーザ光の照射を受
けずに製品回収板に付着してしまう為である。

こうした不具合を防止する為、本発明は製品回収板を同
位体蒸気流の側方に設けると共に、外部から電場、磁場
を印加して目的同位体の分離・回収を行う。

上述の原理を実用面に適用するための具体的な構成とし
て、本発明に係る同位体分離装置は、（ａ）前記中性同
位体蒸気回収手段の蒸気回収面」二の各点と、前記溶融
・蒸発手段の蒸気発生部の各点とを結ぶ直線経路を想定
し、 （ｂ）前記の電離同位体回収手段は、上記直線経路から
離間した位置に設置し、かつ、 （ｃ）前記分離チェンバの外部にコイルを設置し、（ｄ
）上記のコイルによって生じる磁力線を前記の電離同位
体回収手段の同位体回収面に交わらしめたものである。

ただし、上記（ａ）項において想定される直線経路は無
数に存在する。従って、（ｂ）項における「直線経路か
ら離間した位置」とは、「直線経路が分布している空間
領域外Ｊの意である。

〔作用〕

上記の構成によれば、同位体蒸気の経路内に電離同位体
回収手段を設けていないので、レーザ未照射の同位体蒸
気が該回収手段に付着して利用率を低下させる虞れが無
い。

而して目的とする同位体は外部からの電場、磁場によっ
て分離・回収される。

〔実施例〕

第１図は本発明の１実施例を一部破断して描いた斜視図
である。第２図は、第１図に示した構成から、分離チェ
ンバ１、及びコイル８．８’　。

８”、８″を取り除いた部分を模式的に描いた説明図で
ある。

（第２図参照）４は、ルツボ３から発生して廃品回収板
７に向かう分離用同位体蒸気の経路を模式的に示したも
のである。

上記の経路から離間させて製品回収板５ａ。

５ｂを設ける。本発明を実施する場合、ルツボ３内の分
離用同位体１２の溶融液面と廃品回収板７の内面とを結
ぶ直線が存在し得る空間領域を想定して、この領域外に
製品回収板５ａ、５ｂを配設すれば良い。

第２図に示した磁力線１３は、第１図に示したコイル８
′、８″′に同方向の電流を流し、コイル８’　、８″
′に逆方向の電流を流すことにより生成される。分離用
同位体蒸気４がレーザ光（本図において省略、第６図参
照）で照射される領域では、磁力線１３は、はぼ−様に
分布するが、製品回収板５ａ、５ｂの付近の領域では磁
力線１３が該製品回収板５ａ、同５ｂを横切る形となる
。磁力線１３の向きは、第２図に示すようなものとする
。

そして、製品回収板５ｂに正の電圧、製品回収板５ａに
負の電圧を印加することにより、磁力線１３と同じ向き
の電場が発生する。

分離用同位体蒸気４に、レーザ光６を照射することによ
り、電離生成された回収を目的である同位体のイオン１
７は、前述の電場と磁場から力を受ける。電場と磁場か
ら同位体のイオン１７が受ける力は Ｆ＝ｅＥ＋ｅｖＸＢ　　　　　　　　　−（１）と表わ
される。ここで、Ｅは電場、■は荷電粒子の速度、Ｅの
電場、Ｂは磁場、Ｆは力である。今分離用同位体蒸気４
が、レーザ光６に照射される領域に注目しているので、
磁場は、はぼ−様とみなしうる。

説明の便宜上、第２図に示す如く直交３軸Ｘ。

Ｙ、Ｚを想定する。Ｚ軸は磁力線１３の平行部の方向と
等しくし、Ｙ軸は水平軸であり、Ｘ軸は垂直軸である。

電場のベクトルＥ、及び磁場のベクトルＢは、Ｅ＝’（
０，Ｏ，Ｅ）　　　　　　　　　・（２）Ｂ＝　（０，
Ｏ，Ｂ）　　　　　　　　　・・（３）この時、磁力線
に垂直な方向の同位体のイオン１７のＸ軸方向の速度■
つ（ｔ）、及びＹ軸方向の速度ｖｙ（ｔ）は、それぞれ ｖｘ（ｔ）＝ｖヶ（０）ＣＯ３Ωｔ　＋　ｖ　ｙ　（ｏ
）ｓｉｎΩｔ・・・（４）ｖ　ｙ　（ｔ）　＝　−ｖ　
ｘ　（ｏ）ｓｊｎΩｔ　＋　ｖ　ｙ（ｏ）ｃｏｓΩｔ・
・・（５） となる。ここでｖｘ（ｏ）、　ｖ−（ｏ）は、ＶｘｇＶ
９の初期値、ΩはΩ＝ｅＢ／ｍ（ｍ：荷電粒子の質量）
である。式（４）、　（５）は、同位体のイオン１７が
、磁力線１３のまわりを円運動することを示している。

一方、磁力線１３と同方向、即ち２方向の同位体のイオ
ン１７の速度ｖｚ（ｔ）は、ｖｚ（ｔ）＝　（ｅＥ／ｍ
）　ｔ　　　　　　　　−（６）である。これは、同位
体のイオン１７が、Ｚ方向には、加速されることを示し
ている。

式（４）、　（５）、　（６）に、同位体分離装置に用
いられる典型的な、物理量として、次の諸量を用いて、
同位体のイオン１７の運動を調へる。

分離用蒸気流４は、ルツボ３からほぼ上方に向かって拡
散することから、ｖｙ（ｏ）＝Ｑとする。

ｖ　ｘ（ｔ）　＝　５００　（ｍ　／　ｓ　）とするが
、これは、２５００にの温度での熱速度に対応する。Ｂ
＝０．０１　（Ｔ）　、　Ｅ　＝　１００　（Ｖ／ｃｍ
）　、とじ、同位体のイオン１７が、ウラニウム２３５
であるとするならば、同位体のイオン１７は、第５図に
示すように、磁力線１３のまわりを回転しつつ、製品回
収板５ａの方向へ磁力線に沿って加速されつつ移動する
。この時、同位体のイオン１７の回転運動の半径は、数
センチメートルとなる。このようにして、回収目的であ
る同位体は、電離され、製品回収板５ａへ回収される。

一方、電離されなかった同位体、即ち、回収を目的とし
ない同位体は、電場からも磁場からも力を受けないので
、第２図に示した軸Ｘ方向へ速度Ｖｘ　＝５００　（ｍ
／ｓ）で移動を続け、廃品回収板７に付着する。

第３図に、前記と異なる実施例を示す。この実施例は、
特にレーザ光６の照射方向に特徴が有る。

本例においては、レーザ光６を、円柱凸レンズ１０で収
束し分離用同位体蒸気４を照射することにより、回収を
目的とする同位体の回収率の向上を図った。

第８図について説明したように、従来の分離装置では、
回収の目的である同位体のイオンは、製品回収板５と同
５′との間を移動するにすぎない。

この距離は、数センチメートルから数十センチツー１−
ルと見積られている。これに対し、本発明の実施例では
、第３図に示すように、回収目的である同位体のイオン
は、分解用同位体の蒸気４がレーザ光６に照射される領
域から製品回収板５まで移動するので、その移動距離は
、第８図に示した従来の装置と比較して長くなる虞れが
有る。回収目的である同位体のイオンの移動距離が長く
なる場合、そのイオンは、衝突により再び中性化され、
電場、磁場による回収が不可能となる。第３図に示した
ようにレーザ光６を、円柱凸レンズ１０で収束すること
により、衝突で中性化したイオンを再イオン化し、回収
可能とする。第４図に、上記の過程の詳細を示す。回収
目的である同位体のイオンが、衝突により中性化された
ならば、イオンは、中性化される直前の速度で、中性粒
子として電場、磁場の影響を受けることなく移動する。

しかし、中性粒子として移動中、再びレーザ光６に照射
されて再イオン化されたならば、再び電場。

磁場により回収可能となる。この様な再イオン化による
回収を可能とするには、出来る限り製品回収板５の近傍
でイオン化される同位体の数が多くなる様、レーザ光６
の形状を決定すれば良い。第３図の実施例は上記の考察
に基づいて具体的に構成したものである。

第５図には、本発明の、前記と異なる実施例を示す。第
５図の実施例の特徴は、第５図中に示すように、磁力線
が収束する様な磁場を配位した点にある。第３図に示し
た実施例では、レーザ光６により分離用同位一体蒸気４
が照射される領域で磁場は、はぼ−様であるが、第５図
に示した実施例では、レーザ光６で照射される領域にお
いても。

磁力線は第５図の様な形となる。この様な形状の磁力線
の採用により、衝突によって中性化されたイオンの、再
イオン化による回収の効率が向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、分離用同位体蒸気中に製品回取板を設
置することなく、電場、磁場により目的同位体の回収を
行うので、ルツボがら発生した分離用同位体の蒸気の利
用率が向上するという優れた実用的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例におけ鳴一部破断斜視図、第
２図は上記実施例の内部構造の模式図る、第３図は上記
と異なる実施例の模式図、第４図は同要部の説明図、第
５図は更に異なる実施例の一部破断斜視図、第６図及び
第７図は従来の同位体分離装置の概念図、第８図はその
不具合の説明図である。 １・・・分離チェンバ、２電子銃、３・・ルツボ、４・
・・分離用同位体蒸気、５．５’　、５ａ、５ｂ・・・
製品回収板、６・・・レーザビーム、７・廃品回収廃、
８゜８’　、８’　、８１Ｍ−コイル、９　・ｆｉ　タ
ー１１０−円柱凸レンズ、１１・・・製品回収用トイ、
１２・・・分離用同位体、１３・・・磁力線、１４．１
４’・・・製品回収用トイの下面、１５・・電子ビーム
、１６・・・レーザ光導入窓、１７・・・回収を目的と
する同位体のイオン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光導入孔を設けた分離チエンバの中に、同位
   体を溶融・蒸発させる手段、前記レーザ光によつて電離
   した同位体を回収する手段、及び、レーザ光によつて電
   離しない中性同位体蒸気を回収する手段を設置した同位
   体分離装置において、 （ａ）前記中性同位体蒸気回収手段の蒸気回収面上の各
   点と、前記溶融・蒸発手段の蒸気発生部の各点とを結ぶ
   直線経路を想定し、 （ｂ）前記の電離同位体回収手段は、上記直線経路から
   離間した位置に設置し、かつ、 （ｃ）前記分離チエンバの外部にコイルを設置し、（ｄ
   ）上記のコイルによつて生じる磁力線を前記の電離同位
   体回収手段の同位体回収面に交わらしめたことを特徴と
   する同位体分離装置。 ２、前記の電離同位体回収手段は、電圧を印加する手段
   を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の
   同位体分離装置。 ３、前記の分離チエンバは、該分離チエンバに設けたレ
   ーザ光導入孔から入射するレーザ光を集束して分離用同
   位体の蒸気を照射せしめる手段を設けたものであること
   を特徴とする請求項１に記載の同位体分離装置。