JPH03262517A - 同位体分離装置用電子の回収方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は複数種の同位体を含んだ金属原料を加熱して蒸
発させその蒸気中の特定の同位体のみをレーザー光によ
って選択的に励起しイオン化した同位体を電磁場により
分離し回収する同位分離装置用電子の回収方法に関する
。

（従来の技術） 一般に、レーザー法の原子法による同位体分離装置は複
数種の同位体を含む例えばウラン金属原料等の金属原料
を加熱溶融して蒸発させ、この金属蒸気流にレーザー光
を照射し、蒸気流中の特定の同位体、例えばＵ−２３５
を選択的に陽イオン化し、陽イオン化した同位体に電界
を与えて分離し、回収するように構成されている。

従来のこの種の同位体分離装置を第４図を参照しながら
説明する。

すなわち、第４図において、真空排気された真空容器１
内の底部上には蒸発用るつぼ２が設置されている。

蒸発用るつぼ２は熱化学的耐性に優れており、その内部
には複数種の同位体を含むウラン金属原料等の金属原料
３が収容されている。

この金属原料３には電子銃４から発射されて偏向磁場に
より曲げられた電子ビーム５が照射され、加熱溶融して
蒸発し、蒸気流６が発生する。

この蒸気流６は上方に向けて拡径する扇形状の蒸気封入
容器７内に封入されており、蒸気封入容器７内の上部の
蒸気流６の流路には製品回収電極８が配設されている。

製品回収電極８は正電位が印加される複数の陽電極８ａ
と、負電位が印加される複数の陰電極８ｂとを蒸気流６
の垂直方向に対向させて所要のピッチで交互に並設して
いる。

それぞれの陽電極８８と各陰電極８ｂとの間にはそれぞ
れ電界が形成され、それぞれの電界空間には蒸気流６と
垂直方向（第４図では紙面に垂直方向）にレーザー光９
がそれぞれ照射される。このレーザー光９によって蒸気
流６中の特定の同位体、例えばＵ−２３５のみが励起さ
れて電離し、陽イオン化された特定の同位体が陰電極８
ｂにより吸引され、その外面に付着される。

陰電極８ｂの外面に付着した金属蒸気はその外面に沿っ
て滴下し、各陰電極８ｂの下方で開口する樋状の製品回
収トレイ１０によりそれぞれ受けられ、貯蔵される。

一方、レーザー光９の照射によりイオン化しなかった同
位体、例えばＵ−２３８および中性金属原子等を含む蒸
気流１１は製品回収電極８の電界により影響を受けずに
直進して通過し、上方に向けて凸弧状に湾曲する円弧板
状の廃品回収板１２の下面に衝突する。

一般的に蒸気流６を光反応等により選択的に励起電離を
を行なう場合には、蒸気流６が分子流の領域であるため
に金属蒸気間の衝突は無視してもよく、廃品回収板１２
に衝突する蒸気流１１の金属蒸気はこの廃品回収板１２
の下面（内面）に付着し、または反射する。

そして、廃品回収板１２の内面に付着した金属蒸気は液
体金属１３に液化し、円弧状湾曲内面に案内されて湾曲
端（第３図では左右端）へ流下し、軒樋状の廃品回収ト
レイ１４により受けられ、廃品として回収される。

（発明が解決しようとする課題） レーザー光を使用する金属原子の同位体分離装置におい
て、電子ビーム法で金属原料を加熱蒸発させる場合、入
射電子の一部は金属原料の表面で反射される。従来の電
子ビームによる金属原料の加熱方法では入射電子およσ
反射電子が他の金属と衝突して発生した二次電子は吸収
されないで、真空容器１内の分離セルに存在している。

分離セル内に電子が存在すると、金属原料の原子蒸気と
衝突し金属原料をイオン化する場合がある。この場合、
レーザー光による選択的なイオン化をしても、この電子
と衝突して作られた無選択なイオンが混ざり同位体の分
離効率が低下する。また、金属原料の原子を衝突によっ
て励起することも考えられる。この場合には基底状態の
原子数を減少させるので、選択的に励起する原子の数す
なわち生成イオン量を減らし分離効率を低下する課題が
ある。

そこで、この種の同位体分離装置において、分離セル内
の電子数を減少させ、金属原料の蒸気への影響を減らす
ことは同位体の分離効率を低下させないために重要であ
る。このためには、金属原料の表面で反射した電子を効
率よく回収しなければならない課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、金
属原料の表面からの電子ビームの反射電子または、二次
電子を効率よく取り除くことができる同位体分離装置用
電子の回収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） 本発明は複数種の同位体を含む金属原料に電子ビームを
照射し加熱して蒸気流を発生し、この蒸気流に所定波長
を有するレーザー光を照射して蒸気流中の特定の同位体
を選択的に励起し、かつ電離過程を経てイオン化し、こ
のイオン化した同位体を電磁場によって分離する同位体
分離装置における金属原料の加熱時に発生する電子の回
収方法において、前記金属原料を電子銃で加熱して蒸発
させる加熱時に発生する該金属原料の表面から反射およ
び飛び出した電子を該金属原料の近傍に電子回収電極を
設けて回収することを特徴とする。

（作　用） 原料金属に電子ビームが照射されると、電子の一部は運
動エネルギーを熱に変換し金属原料を加熱する。他の電
子は金属原料の表面で反射するが、この電子は回収電極
に回収される。この電子の回収によって同位体分離しよ
うとする金属原料の蒸気をイオン化または励起して、濃
縮効率を低下させる原因を取り除くことができる。

また、電子ビームが照射されると、反射電子は金属原料
の表面でほぼ完全反射するので、装置により決められた
入射電子の軌道およびエネルギーから反射電子の軌道が
推定できるので、電子回収電極の取り付は位置をあらか
じめ決めることができる。

ただし、この電子回収電極上には金属原料の表面に比べ
て電子ビームの照射幅が広くなるので、単位面積当りに
与えられるエネルギーは小さくなるが、電子−個当りは
金属原料を加熱するものと同じエネルギーを持っている
ので、電子回収電極は十分な冷却をすることが望ましい
。

（実施例） 第１図から第３図を参照しながら本発明方法の各実施例
を説明する。

なお、各図とも第４図と同一部分には同一符号を付して
同位体分離装置の主要部のみ縮少して示している。第１
図は第１の実施例を示しており、同位体分離装置は本体
をほぼ真空状態で気密に収容する真空容器１と本体を構
成する各機器（図示せず）からなっている。複数種の同
位体を含む金属原料３は熱化学的耐性を有する蒸発用る
つぼ２に収容される。このるつぼ２の近傍には電子回収
電極１６が設けられている。この電極Ｉ６は導電線１７
によって電源１８に接続されている。電源１８は接地さ
れている。

一方、リニア電子銃４から発射された電子ビーム５が、
偏向磁場により偏向されて蒸発用るつぼ２内に収容した
金属原料３に照射される。電子ビーム５の照射を受けた
金属原料３は加熱され溶融状態を経て蒸発し、金属の蒸
気流６を形成する。

また、電子ビーム５は金属原料３の表面でほぼ完全反射
した電子ビーム５ａは偏向磁場により偏向され電子回収
電極１６に入射し吸収される。

生成された蒸気流６は光反応部１５に導かれレザー光９
を照射し選択的にイオン化して製品回収板８に電磁場で
回収される。他の蒸気は廃品回収板１２で回収する。

第２図は電子回収電極１６を冷却する冷却装置１９を設
けた第２の実施例を示している。回収電子５ａは原料に
入射するものと同程度の運動エネルギーを持っているの
で十分に冷却する必要がある。

第３図はボッド２０に直接電子回収電極１６を取り付け
た第３の実施例である。この場合は面積も大きく、表面
に付着したウランが再蒸発することを避けるために冷却
装置１９が必要である。

なお、第２図および第３図は第１図と同一部分には同一
符号を付して重複する部分の説明を省略する。

以上の各実施例による電子の回収方法によれば金属原料
の表面で反射した電子を電子回収電極を接地または電圧
を印加することによって前記電子回収電極に入射した電
子を取り除き、中性原子の電子との衝突を減少させ、も
って同位体の分離効率の低下を避けることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、金属原料の表面で反射した加熱用電子
を直ちに回収でき、金属原料の表面で反射した電子が他
の金属と衝突して二次電子を生成することを避けること
ができる。

これによって加熱蒸発して得られた金属原料の蒸気原子
をイオン化、または励起することによる選択的イオン量
の減少が避けられる。また、レーザー光により得たイオ
ンと電子衝突により生成されたイオンとが混ざることに
よる選択率低下を避けることができる。

したがって、濃縮率を低下させる要因の一つである電子
衝突による影響を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図はそれぞれ本発明に係る同位体電離装
置用電子の回収方法の実施例に使用するための同位体分
離装置を概略的に示す配置図、第４図は従来例を実施す
るための同位体分離装置を示す配置図である。 １・・・真空容器 ２・・・蒸発用るつぼ ３・・・金属原料 ４・・・電子銃 ５・・・電子ビーム ６・・・蒸気流 ７・・・蒸気封入容器 ８・・・製品回収電極 ９・・・レーザー光 ０・・・製品回収トレイ ト・・蒸気流 ２・・・廃品回収板 ３・・・液体金属 ４・・・廃品回収トレイ ５・・・光反応部 １６・・・電子回収電極 １７・・・導電線 １８・・・電源 １９・・・冷却装置 ２０・・・ボッド （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数種の同位体を含む金属原料に電子ビームを照射し加
   熱して蒸気流を発生し、この蒸気流に所定波長を有する
   レーザー光を照射して蒸気流中の特定の同位体を選択的
   に励起し、かつ電離過程を経てイオン化し、このイオン
   化した同位体を電磁場によって分離する同位体分離装置
   用電子の回収方法において、前記金属原料を電子銃で加
   熱して蒸発させる加熱時に発生する該金属原料の表面か
   ら反射および飛び出した電子を該金属原料の近傍に電子
   回収電極を設けて回収することを特徴とする同位体分離
   装置用電子の回収方法。