JPH03232961A

JPH03232961A - 金属蒸気の発生方法

Info

Publication number: JPH03232961A
Application number: JP2526090A
Authority: JP
Inventors: Isao Imamura; 功今村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1991-10-16

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は例えば金属ウラン濃縮用レーザ式同位体分離装
置等に使用する金属蒸気の発生方法に関する。

（従来の技術）従来よく知られているように、原子炉用燃料として使用
されるウラン２３５　　（Ｕ−２３５）は天然ウラン中
に０．７％程度しか含まれず、天然ウランの残りの大部
分は同位体としてのウラン２３８　　（Ｕ２３８）であ
る。原子炉用燃料としてはＵ　−２３５が通常２〜３％
必要であるため、原料となる天然ウランまたは使用済燃
料等からＵ−２３５が分離され、濃縮工程を経て燃料と
される。

これまでのウランの濃縮方法としてはガス拡散法および
遠心分離法が主であったが、分離効率の向上、設備規模
のコンパクト化等の点から近年、レーザーによる同位体
分離法が着目されている。

この方法は同位体混合物としての金属ウランの蒸気を作
り、これに特定波長のレーザ光を照射してＵ　−２３５
を励起、イオン化し、これを電界分離する方法である。

第２図にこの方法を実施するためのレーザ式同位体分離
装置の概略的構成例を示している。

天然ウランまたはその濃縮過程において副生ず廃品ウラ
ンなどの金属ウラン１は熱化学的耐性に優れた蒸気用る
つぼ２内に収容される。次にリニアミ子銃３から発射さ
れる電子ビーム４を図示しない外部磁場コイルにより偏
向して、るつぼ２内の金属ウラン１に照射する。電子ビ
ーム４の照射を受けた金属ウラン１は２５００〜２７０
０’に程度まで加熱されて蒸発し、蒸気流５を形成する
。なお、蒸気流５の組成は、例えば金属ウラン１として
天然ウランを使用した場合は重量比でＵ　−２３５が０
．７％、Ｕ　−２３８が９９．３％となる。

一方、るつぼ２の上方には帯状の陽電極６と陰電極７と
が交互に配設され、その電極６．７間にそれぞれ光反応
部８が設けられ、この光反応部８の長手方向にＵ−２３
５のみを選択的に励起電離させるレーザー光９がレーザ
ー発振装置１１から入射され、蒸気流と光反応を行なう
。レーザー光９の波長はＵ−２３５の共鳴電離波長に調
整されており、光反応部８に導入された蒸気流５に含ま
れるＵ２３５原子のみがレーザー光９と共鳴し、一定の
確率で選択的に電離されイオン化同位体となる。

イオン化されたＵ−２３５の同位体は陽電極６と陰電極
７との間に電圧を印加することにより形成された電界に
よって回収電極となる陰電極７の表面に吸着回収される
。一方、電離せずに光反応部８を通過したＵ−２３５お
よびＵ−２３８の混合蒸気流は、光反応部８の外縁側に
配設した回収板ｌＯ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ってるつぼ２に環流される。

（発明が解決しようとする課題）このような構成によると、電子銃３からの電子ビーム４
が金属原料１の上面に照射された場合、るつぼ２の上面
の開口部２ａが拡開形状であるため、電子ビーム４によ
って与えられる熱が周囲に拡散し易く、それだけエネル
ギ損失が大きくなり、過大な電子銃３の出力を要し、電
力消費量も増大する。また金属原料１の上面では、電子
ビーム４が照射された部分が局部的に加熱されて多量に
溶融する。いわゆる穴掘効果が生じ、溶融状態が不均一
となる。さらに、溶融金属飛沫または金属ウラン蒸気が
、るつぼ２の周囲に飛散し易く、これにより金属原料お
よび蒸気の無駄も生じ易い。

また、るつぼの材料の融点は金属原料の融点以上でなけ
ればならず特に金属材料の融点が高い場合にはるつぼの
材料選定に非常に制約を受ける。

このようにレーザー式同位体分離装置等に用いられる従
来の金属蒸気の発生方法ではるつぼが非常に高温状態に
なるため、材料選定、冷却方法に課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたちので金属
原料の供給を容易にすると同時にエネルギ損失の低減、
電子銃の消費電力の減少等を図ることができる金属蒸気
の発生方法を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は電子銃から発生する金属原料加熱用電子ビーム
の導入と、この電子ビームまたはレーザー光による加熱
溶融作用で前記金属原料の表面から金属蒸気流を発生さ
せる金属蒸気の発生方法において前記金属原料を上方か
ら落下させて空中状態で電子ビームまたはレーザー光を
照射し加熱溶融作用を行わせることを特徴とする。

（作　用）金属原料は粉末状または粒状となって落下装置から落下
するが、金属原料が空中状態の時に電子ビームが照射さ
れて加熱溶融し、金属蒸気が発生する。したがって、金
属原料を溶融するためのるつぼが不要になる。るつぼへ
の熱拡散によるエネルギー損失が減小し、電子銃の出力
効率が向上するため、出力抑制が可能となり電力消費量
の低下を図ることができる。

また、るつぼが不要になることによって融点の高いるつ
ぼ材料を選定する必要がなくなる。

さらに、金属原料は連続的に供給できるためプランドの
運転効率上昇にもつながる。

（実施例）本発明に係る金属蒸気の発生方法の一実施例を第１図を
参照して説明する。

この実施例はレーザー式同位体分離装置について適用の
ものであるが、本発明方法の用途はとくに限定されるも
のではない。

第１図において、真空容器１２内は排気装置１３で所定
の圧力に減圧維持されている。真空容器１２の側面には
金属原料たとえば金属ウランを該容器１２内に所定の速
度で落下するための虜下装置ｚ２が取着されている。ま
た、真空容器１２の底部には電子銃２３が接続されて該
容器１２内に電子ビーム２４を入射するようになってい
る。

天然ウランもしくは濃縮過程において副生ずる廃品ウラ
ンなどの金属ウラン２１の粒は落下装置２２内に収納さ
れており、真空容器１２内に落下供給される。

次にリニア電子銃２３から発射される電子ビーム２４を
図示しない外部磁場コイルにより偏向して、真空容器１
２内を落下する金属ウラン粒２１に照射する。計測装置
３１により金属ウラン粒２１の落下位置を計測し、タイ
ミングをとって電子ビームを照射する。電子ビーム２４
の照射を受けた金属ウラン２１粒は２５００〜２７００
°に程度まで加熱されて蒸発し、蒸気流２５を形成する
。なお、蒸気流２５の組成は、例えば金属ウラン２１と
して天然ウランを使用した場合は重量比でＵ　−２３５
が０，７％、Ｕ　−２３８が９９．３％となる。

一方、真空容器１２内の上方には、帯状の陽電極２６と
陰電極２７とが交互に配設され、その電極間にそれぞれ
光反応部２８が設けられ、この光反応部２８の長手方向
にＵ−２３５のみを選択的に励起電離させるレーザー光
２９が入射され、蒸気流と光反応を行なう。レーザー光
２９の波長はＵ　−２３５の共鳴電離波長に調整されて
おり、光反応部２８に導入された蒸気流２５に含まれる
Ｕ−２３５原子にみがレーザー光２９と共鳴し、一定の
確率で選択的に電離されイオン化同位体となる。

イオン化されたＵ　−２３５の同位体は陽電極２３と陰
電極２７との間に電圧を印加することにより形成された
電界によって回収電極となる陰電極２７の表面に吸着回
収される。一方、電離せずに光反応部２８を通過したＵ
−２３５およびＵ　−２３８の混合蒸気流は、光反応部
２８の外縁側に配設した回収板３０に吸引回収される。

このような構成にした場合には、高温になるウラン金属
に接するるつぼが存在しないため、るっぼへの熱拡散に
よるエネルギ損失が低減し電子銃の出力効率が向上する
。したがって、出力の抑制が可能となり、電力消費量の
低下を図ることができる。また、高温に耐えるるつぼが
存在しないため、融点の高いるつぼ材料を選定する必要
もなくなる。

さらに原料となるウラン金属粒を連続的に供給できるこ
とになり、プラントの運転効率の上昇にもつながる。

なお、前記実施例では電子ビームを用いて金属ウランを
蒸気化させたが、電子ビームの代りにレーザー光を用い
ても上記実施例と同様の効果を得ることかできる。

［発明の効果］本発明によれば、落下する金属を直接蒸気化することか
できる。才た、るつぼが存在しないため、るつぼ周囲へ
の熱放散を抑制し、かつ原料と連続供給可能、とするこ
とができる。

さらに、エネルギの損失の低減、電子銃またはレーザー
発振器の消費電力の減少、プラントの運転動率の向上、
高温に耐えるるつぼ材料の選定の不要等を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属蒸気の発生方法の一実施例を
説明するための装置を示す断面図、第２図は従来の金属
蒸気の発生方法を説明するための同位体分離装置を示す
断面図である。１ｚ・・・真空容器２０・・・金属ウラン粒跡２２・・・落下装置２４・・・電子ビーム２６・・・陽電極２８・・・光反応部３０・・・回収板１３・・・排気装置２１・・・金属ウラン粒２３・・・電子銃２５・・・蒸気流２７・・・陰電極２９・・・レーザー光３１・・・計測装置（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名）０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子銃から発生する金属原料加熱用電子ビームま
たはレーザ光の導入と、この電子ビームまたはレーザ光
による加熱溶融作用で前記金属原料の表面から金属蒸気
流を発生させる金属蒸気の発生方法において、前記金属
原料を上方から落下させて空中状態で電子ビームまたは
レーザ光を照射し加熱溶融作用を行わせることを特徴と
する金属蒸気の発生方法。