JPH04227820A - 連続式同位元素分離装置 - Google Patents
連続式同位元素分離装置Info
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- JPH04227820A JPH04227820A JP3115332A JP11533291A JPH04227820A JP H04227820 A JPH04227820 A JP H04227820A JP 3115332 A JP3115332 A JP 3115332A JP 11533291 A JP11533291 A JP 11533291A JP H04227820 A JPH04227820 A JP H04227820A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は同位元素の分離に関し、さらに
詳細には平衡イオンマイグレーションとクロマトグラフ
ィーとを組み合わせてジルコニウム同位元素を連続して
分離する装置及び方法に関する。
詳細には平衡イオンマイグレーションとクロマトグラフ
ィーとを組み合わせてジルコニウム同位元素を連続して
分離する装置及び方法に関する。
【０００２】原子燃料の燃料棒被覆を形成するためジル
コニウムを用いるのが当該技術分野において周知である
。ジルコニウムは、ジルコニウム９０、ジルコニウム９
１、ジルコニウム９２、ジルコニウム９４及びジルコニ
ウム９６を含む同位元素の混合物として存在する。これ
らの同位元素のうち、ジルコニウム９１は熱中性子吸収
断面積が比較的大きく稼働中の燃料棒集合体に望まれる
ウラニウム核分裂反応を妨げるため、かかる燃料棒被覆
の形成に最も望ましくないものである。自然に存在する
ジルコニウムでは、ジルコニウム９１はその金属の全重
量の約１１％を占めるにすぎず、残りのほとんどはジル
コニウム９０（５１．５％）、ジルコニウム９２（１７
％）、及びジルコニウム９４（１７．５％）である。 しかしながら、ジルコニウム９１の熱中性子吸収断面積
はジルコニウム９０の１５８倍（ジルコニウム９２の６
倍、ジルコニウム９６の１６倍、ジルコニウム９４の１
８倍）であるため、自然に存在するジルコニウムの重量
で１１％のジルコニウム９１が自然に存在するジルコニ
ウムの全熱中性子吸収断面積の７３％を占める。
コニウムを用いるのが当該技術分野において周知である
。ジルコニウムは、ジルコニウム９０、ジルコニウム９
１、ジルコニウム９２、ジルコニウム９４及びジルコニ
ウム９６を含む同位元素の混合物として存在する。これ
らの同位元素のうち、ジルコニウム９１は熱中性子吸収
断面積が比較的大きく稼働中の燃料棒集合体に望まれる
ウラニウム核分裂反応を妨げるため、かかる燃料棒被覆
の形成に最も望ましくないものである。自然に存在する
ジルコニウムでは、ジルコニウム９１はその金属の全重
量の約１１％を占めるにすぎず、残りのほとんどはジル
コニウム９０（５１．５％）、ジルコニウム９２（１７
％）、及びジルコニウム９４（１７．５％）である。 しかしながら、ジルコニウム９１の熱中性子吸収断面積
はジルコニウム９０の１５８倍（ジルコニウム９２の６
倍、ジルコニウム９６の１６倍、ジルコニウム９４の１
８倍）であるため、自然に存在するジルコニウムの重量
で１１％のジルコニウム９１が自然に存在するジルコニ
ウムの全熱中性子吸収断面積の７３％を占める。
【０００３】ジルコニウム９１の熱中性子吸収断面積が
自然に存在するジルコニウムの全熱中性子吸収断面積の
ほとんど４分の３にも当たるということから、自然に存
在するジルコニウムからジルコニウム９１を取り除くか
或いは少なくともその量を減らす種々の同位体分離法が
開発されている。その１つとして、ジルコニウム化合物
を蒸発させ、ジルコニウム９０或いは９１とジルコニウ
ムに結合した他の構成原子との間の結合の振動数に同調
させた炭酸ガスレーザーからのパルス光にさらす方法が
ある。このような同調光パルスを当てると、これらの結
合が共振して壊れ、選択した光の周波数によりジルコニ
ウム９０またはジルコニウム９１が解放される。
自然に存在するジルコニウムの全熱中性子吸収断面積の
ほとんど４分の３にも当たるということから、自然に存
在するジルコニウムからジルコニウム９１を取り除くか
或いは少なくともその量を減らす種々の同位体分離法が
開発されている。その１つとして、ジルコニウム化合物
を蒸発させ、ジルコニウム９０或いは９１とジルコニウ
ムに結合した他の構成原子との間の結合の振動数に同調
させた炭酸ガスレーザーからのパルス光にさらす方法が
ある。このような同調光パルスを当てると、これらの結
合が共振して壊れ、選択した光の周波数によりジルコニ
ウム９０またはジルコニウム９１が解放される。
【０００４】かかるレーザー誘起による同位体分離法は
その所期の目的を満足するものであるが、残念ながらコ
ストが高くあたえられた任意の時間においてジルコニウ
ム同位元素を比較的少量分離できるにすぎない。従って
、新しい燃料集合体及び燃料容器の製造に毎年必要とさ
れる、ジルコニウム９１が除去されたジルコニウムを多
量且つ安価に提供できる大規模な大量分離法としては役
に立たない。
その所期の目的を満足するものであるが、残念ながらコ
ストが高くあたえられた任意の時間においてジルコニウ
ム同位元素を比較的少量分離できるにすぎない。従って
、新しい燃料集合体及び燃料容器の製造に毎年必要とさ
れる、ジルコニウム９１が除去されたジルコニウムを多
量且つ安価に提供できる大規模な大量分離法としては役
に立たない。
【０００５】カリウムのような他の元素の同位体の分離
に電解力を用いる他の方法が知られている。この方法に
よれば、自然に存在するカリウムイオンが、ＨＣｌの水
溶液である電解質中に導入される。電解質及びそれに溶
解したジルコニウムイオンは不活性粒状物質を充填した
カラムに導入され、このカラムがジルコニウムイオンが
移動する長い曲がりくねった流路を提供して、このカラ
ムに電位が加えられる。この電圧がカリウムイオン及び
水素イオンをカソードの方へ誘引すると同時に塩素イオ
ンのアノードの方への向流を生ぜしめる。この電圧は、
十分な電解力が軽いカリウムイオンに加わりその結果カ
ソードの方へその軽いカリウムイオンが正味移動するほ
ど十分に大きいものであるが、重いイオンをカソードの
方へ正味移動させるほど大きいものではない。カリウム
４１のイオンはカリウム３９のイオンよりほぼ５％重い
ため、電解質の流動する媒体内では易動度はそれ程高く
なく、またカソードにより印加される電解力はブラウン
運動により電解質の周りをランダムに運動させる動力学
的攪拌力を凌駕するほどの大きさではなく、アノードの
方へ流れる負の非カリウムイオンの向流によりこれらの
重いカリウムイオンがアノードに向かって徐々に移動す
る。カソードの方へのカリウム３９イオンの流れとアノ
ードの方へのカリウム４１イオンの向流との間がバラン
スするため、電解質中ではカリウムイオンの正味の流れ
は生じない。最終的には、長い時間おくと、カソード近
辺の電解質領域がカリウム３９で濃縮された状態となり
、それと共にアノード近辺の電解質領域でカリウム４１
が濃縮されてくる。
に電解力を用いる他の方法が知られている。この方法に
よれば、自然に存在するカリウムイオンが、ＨＣｌの水
溶液である電解質中に導入される。電解質及びそれに溶
解したジルコニウムイオンは不活性粒状物質を充填した
カラムに導入され、このカラムがジルコニウムイオンが
移動する長い曲がりくねった流路を提供して、このカラ
ムに電位が加えられる。この電圧がカリウムイオン及び
水素イオンをカソードの方へ誘引すると同時に塩素イオ
ンのアノードの方への向流を生ぜしめる。この電圧は、
十分な電解力が軽いカリウムイオンに加わりその結果カ
ソードの方へその軽いカリウムイオンが正味移動するほ
ど十分に大きいものであるが、重いイオンをカソードの
方へ正味移動させるほど大きいものではない。カリウム
４１のイオンはカリウム３９のイオンよりほぼ５％重い
ため、電解質の流動する媒体内では易動度はそれ程高く
なく、またカソードにより印加される電解力はブラウン
運動により電解質の周りをランダムに運動させる動力学
的攪拌力を凌駕するほどの大きさではなく、アノードの
方へ流れる負の非カリウムイオンの向流によりこれらの
重いカリウムイオンがアノードに向かって徐々に移動す
る。カソードの方へのカリウム３９イオンの流れとアノ
ードの方へのカリウム４１イオンの向流との間がバラン
スするため、電解質中ではカリウムイオンの正味の流れ
は生じない。最終的には、長い時間おくと、カソード近
辺の電解質領域がカリウム３９で濃縮された状態となり
、それと共にアノード近辺の電解質領域でカリウム４１
が濃縮されてくる。
【０００６】平衡イオンマイグレーションにより同位元
素を分離する方法は多量のかかる同位元素を安価に分離
できる可能性を持つものであるが、かかる多量の同位元
素を分離する方法の有効性は多数の要因による制限を受
ける。たとえば、カリウム３９と４１との重量差は約５
％であるが、自然に存在する全てのジルコニウムのうち
の５０％よりも僅かに大きい割合を占めるジルコニウム
９０とジルコニウム９１との重量差は僅か１％である。 従って、マイグレーション力と機械的攪拌力とをバラン
スさせ、その関係を維持するのは、一層困難である。さ
らに、カリウム同位元素の場合と同じ程度にジルコニウ
ム同位元素を分離するにはカラム長を長くしマイグレー
ション時間を長くする必要がある。ジルコニウム同位元
素分離に従来のカリウム同位元素分離法を応用する際の
さらに別の問題は、従来技術では単一カラムの装置を用
いることに原因がある。かかる単一カラムでは、回分処
理が可能であるが、ジルコニウム９１の欠けたジルコニ
ウムの大規模生産を実用化するに必要な連続式のジルコ
ニウム同位元素の分離は行えない。従来技術の方法を応
用する場合、ジルコニウムでは４つの同位元素のうちの
最も軽いものまたは最も重いものでは無くてこれらの同
位元素のうちの２番目に軽いものを除去しようとするた
め問題はさらに複雑となる。最も軽いあるいは最も重い
同位元素でなくて中間重量の同位元素の１つを除去する
必要があるため、分離時間が長くなると共にマイグレー
ション力の発生に用いる電位と電解質内の熱攪拌力との
間に微妙なバランスを維持する必要がある。
素を分離する方法は多量のかかる同位元素を安価に分離
できる可能性を持つものであるが、かかる多量の同位元
素を分離する方法の有効性は多数の要因による制限を受
ける。たとえば、カリウム３９と４１との重量差は約５
％であるが、自然に存在する全てのジルコニウムのうち
の５０％よりも僅かに大きい割合を占めるジルコニウム
９０とジルコニウム９１との重量差は僅か１％である。 従って、マイグレーション力と機械的攪拌力とをバラン
スさせ、その関係を維持するのは、一層困難である。さ
らに、カリウム同位元素の場合と同じ程度にジルコニウ
ム同位元素を分離するにはカラム長を長くしマイグレー
ション時間を長くする必要がある。ジルコニウム同位元
素分離に従来のカリウム同位元素分離法を応用する際の
さらに別の問題は、従来技術では単一カラムの装置を用
いることに原因がある。かかる単一カラムでは、回分処
理が可能であるが、ジルコニウム９１の欠けたジルコニ
ウムの大規模生産を実用化するに必要な連続式のジルコ
ニウム同位元素の分離は行えない。従来技術の方法を応
用する場合、ジルコニウムでは４つの同位元素のうちの
最も軽いものまたは最も重いものでは無くてこれらの同
位元素のうちの２番目に軽いものを除去しようとするた
め問題はさらに複雑となる。最も軽いあるいは最も重い
同位元素でなくて中間重量の同位元素の１つを除去する
必要があるため、分離時間が長くなると共にマイグレー
ション力の発生に用いる電位と電解質内の熱攪拌力との
間に微妙なバランスを維持する必要がある。
【０００７】従って、ここで必要とされるのは、重量差
が約１％に過ぎない元素の同位元素を連続して分離する
方法及び装置であることが明らかである。かかる装置及
び方法は、理想的には、ジルコニウム９１のすべてまた
は少なくともその大部分を自然界に存在するジルコニウ
ム同位元素の残りのものから経済的且つ効率的に分離で
き、しかも製造及び運転が比較的簡単でコストの低い装
置により実現可能なものである。かかる装置及び方法は
ジルコニウム９１を含まないジルコニウムを短時間に大
量に生成できるよう運転速度が速いものである必要があ
る。最後に、かかる装置及び方法の運転が外部からのシ
ョック或いは周囲温度の変化により容易に影響を受けな
いものであることが望ましい。
が約１％に過ぎない元素の同位元素を連続して分離する
方法及び装置であることが明らかである。かかる装置及
び方法は、理想的には、ジルコニウム９１のすべてまた
は少なくともその大部分を自然界に存在するジルコニウ
ム同位元素の残りのものから経済的且つ効率的に分離で
き、しかも製造及び運転が比較的簡単でコストの低い装
置により実現可能なものである。かかる装置及び方法は
ジルコニウム９１を含まないジルコニウムを短時間に大
量に生成できるよう運転速度が速いものである必要があ
る。最後に、かかる装置及び方法の運転が外部からのシ
ョック或いは周囲温度の変化により容易に影響を受けな
いものであることが望ましい。
【０００８】一般的に、本発明は、従来技術に付随する
制約を解消するか或いは軽減する、元素の重い同位元素
を軽い同位元素から連続して分離するための装置及び方
法である。本発明の装置は、各々が充填材を含んだ複数
の直立分離セルを有するカラム組立体と、ジルコニウム
のような元素の種々の同位元素イオンを含む供給電解質
を各セルへ周期的に導入するための各分離セルの上端部
に関し可動である出口手段を備えた供給電解質源と、各
セルへ不用電解質を周期的に導入するための各分離セル
の上端部に関し同様に可動である出口手段を備えた不用
電解質源とよりなる。上部及び下部電極が各直立分離セ
ルの上端部と下端部との間に電圧を印加して下部電極の
方へジルコニウムまたは他の元素のイオンのマイグレー
ションを生ぜしめ、また例えば塩素のような他のイオン
の上部電極の方への向流を発生させる。最後に、この装
置はカラム組立体の各分離セルの下端部に関し可動であ
る排出手段を備えた排出組立体を有し、この組立体がマ
イグレーションによりジルコニウムまたは他の同位元素
のうちの１つが濃縮された電解質を連続して収集する。
制約を解消するか或いは軽減する、元素の重い同位元素
を軽い同位元素から連続して分離するための装置及び方
法である。本発明の装置は、各々が充填材を含んだ複数
の直立分離セルを有するカラム組立体と、ジルコニウム
のような元素の種々の同位元素イオンを含む供給電解質
を各セルへ周期的に導入するための各分離セルの上端部
に関し可動である出口手段を備えた供給電解質源と、各
セルへ不用電解質を周期的に導入するための各分離セル
の上端部に関し同様に可動である出口手段を備えた不用
電解質源とよりなる。上部及び下部電極が各直立分離セ
ルの上端部と下端部との間に電圧を印加して下部電極の
方へジルコニウムまたは他の元素のイオンのマイグレー
ションを生ぜしめ、また例えば塩素のような他のイオン
の上部電極の方への向流を発生させる。最後に、この装
置はカラム組立体の各分離セルの下端部に関し可動であ
る排出手段を備えた排出組立体を有し、この組立体がマ
イグレーションによりジルコニウムまたは他の同位元素
のうちの１つが濃縮された電解質を連続して収集する。
【０００９】好ましい実施例では、このカラム組立体は
円形であり、複数の直立分離セルが円筒形ハウジングの
境界内において並置されている。ハウジングは、各直立
分離セルの上端部が周期的に回転されて供給電解質源の
出口の下方へ、次いで不用電解質源の複数の出口の１つ
の下方へ来るように回転自在に取り付けられている。排
出組立体の排出部は、好ましくは、直立分離セルと同数
の収集部を形成するよう分離された環状トレイより成り
、このトレイは分離セルを支持する回転ハウジングに関
し一定の位置関係にある。
円形であり、複数の直立分離セルが円筒形ハウジングの
境界内において並置されている。ハウジングは、各直立
分離セルの上端部が周期的に回転されて供給電解質源の
出口の下方へ、次いで不用電解質源の複数の出口の１つ
の下方へ来るように回転自在に取り付けられている。排
出組立体の排出部は、好ましくは、直立分離セルと同数
の収集部を形成するよう分離された環状トレイより成り
、このトレイは分離セルを支持する回転ハウジングに関
し一定の位置関係にある。
【００１０】各直立分離セル内に用いる充填材は完全に
不活性であるが、好ましくはクロマトグラフィー力或い
はイオン交換力により同位元素分離プロセスを促進させ
ることが可能な材料で形成される。従って、充填材は砂
、イオン交換樹脂或いは陽イオン交換樹脂から形成する
ことができる。
不活性であるが、好ましくはクロマトグラフィー力或い
はイオン交換力により同位元素分離プロセスを促進させ
ることが可能な材料で形成される。従って、充填材は砂
、イオン交換樹脂或いは陽イオン交換樹脂から形成する
ことができる。
【００１１】本発明の方法では、このカラム組立体が供
給電解質源と不用電解質源の両方の出口に関し回転を始
める。不用電解質源の出口が各分離セルを電解質で飽和
させる。次いで、供給電解質源の出口が各直立分離セル
の上端部においてある量の供給電解質を次々に導入する
。この供給溶液は例えば塩化ジルコニウムの形のジルコ
ニウムの０．１−３．０モル溶液とＨＣｌの２．０モル
またはそれ以下の溶液とを混合したものである。ＨＣｌ
の濃度を上げるとジルコニウム溶液に２つの影響がでる
、つまりジルコニウムの溶解度とジルコニウムの錯化／
水化がＨＣｌ濃度の増加に従って減少することに注意さ
れたい。ジルコニウムの溶解度を減少させると、分離容
器のサイズ及び投下資本並びに運転コストが増加する。 ジルコニウムの水化特性を減少させることにより、同位
元素間の質量差を最大限にして分離性能を改善すること
ができる。これら２つの相反する現象は分離の最適化を
行うにつきバランスさせる必要がある。
給電解質源と不用電解質源の両方の出口に関し回転を始
める。不用電解質源の出口が各分離セルを電解質で飽和
させる。次いで、供給電解質源の出口が各直立分離セル
の上端部においてある量の供給電解質を次々に導入する
。この供給溶液は例えば塩化ジルコニウムの形のジルコ
ニウムの０．１−３．０モル溶液とＨＣｌの２．０モル
またはそれ以下の溶液とを混合したものである。ＨＣｌ
の濃度を上げるとジルコニウム溶液に２つの影響がでる
、つまりジルコニウムの溶解度とジルコニウムの錯化／
水化がＨＣｌ濃度の増加に従って減少することに注意さ
れたい。ジルコニウムの溶解度を減少させると、分離容
器のサイズ及び投下資本並びに運転コストが増加する。 ジルコニウムの水化特性を減少させることにより、同位
元素間の質量差を最大限にして分離性能を改善すること
ができる。これら２つの相反する現象は分離の最適化を
行うにつきバランスさせる必要がある。
【００１２】供給溶液を導入する間中、各直立分離セル
の上端部及び下端部の周りに位置する電極によりジルコ
ニウムの軽い同位元素を重い同位元素より速い速度でカ
ラム中を流動させる電位を印加する。ジルコニウムの最
も軽い同位元素のイオンが第１の直立分離セルの底部か
ら流出し始める時、そのセルの下端部が排出組立体の特
定の部分上へきて、その同位元素が濃縮された溶離剤が
排出されるようにする。分離セルを収めたハウジングの
回転速度は、第１の同位元素が濃縮され溶離剤が各セル
から流出し始める時間と関連させることにより、各セル
の下端部がジルコニウムの特定同位元素が濃縮された溶
離剤がそのセルの底部から流出するとき排出組立体の同
じ収集部上にくるようにする。従って、その排出組立体
のある特定の選択した排出部は特定のジルコニウム同位
元素が濃縮された溶離剤を連続して受けることになる。
の上端部及び下端部の周りに位置する電極によりジルコ
ニウムの軽い同位元素を重い同位元素より速い速度でカ
ラム中を流動させる電位を印加する。ジルコニウムの最
も軽い同位元素のイオンが第１の直立分離セルの底部か
ら流出し始める時、そのセルの下端部が排出組立体の特
定の部分上へきて、その同位元素が濃縮された溶離剤が
排出されるようにする。分離セルを収めたハウジングの
回転速度は、第１の同位元素が濃縮され溶離剤が各セル
から流出し始める時間と関連させることにより、各セル
の下端部がジルコニウムの特定同位元素が濃縮された溶
離剤がそのセルの底部から流出するとき排出組立体の同
じ収集部上にくるようにする。従って、その排出組立体
のある特定の選択した排出部は特定のジルコニウム同位
元素が濃縮された溶離剤を連続して受けることになる。
【００１３】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明を実施例に
つき詳細に説明する。
つき詳細に説明する。
【００１４】すべての図面に亘り同一の参照番号は同一
部分を指示する、図１及び図２を参照して、本発明の分
離装置１は一般的に、円筒状壁部５、頂部カバー７及び
底部支持プレート９を有するハウジング３よりなる。好
ましい実施例において、ハウジングの構成要素５、７、
９の各部分を例えばステンレススチールのような耐腐食
性金属で構成するのが好ましい。
部分を指示する、図１及び図２を参照して、本発明の分
離装置１は一般的に、円筒状壁部５、頂部カバー７及び
底部支持プレート９を有するハウジング３よりなる。好
ましい実施例において、ハウジングの構成要素５、７、
９の各部分を例えばステンレススチールのような耐腐食
性金属で構成するのが好ましい。
【００１５】分離装置１は、ハウジング３の円筒状壁部
５内に収納されるカラム組立体１１より成る。好ましい
実施例のカラム組立体１１はガラス製の内壁１３を、そ
の上にガラス製の外壁１５が同心的に配置してある。複
数の直立分離セル１７はカラム組立体１１のガラス製内
壁１３と外壁１５との間の環状空間内に画定されている
。これらの各分離セル１７は一対の平行な直立不透過性
隔壁１９の間に収納された粒状充填剤１８よりなる。 各隔壁１９はガラスのような不活性で不透過性の材料或
いはテフロンのような多数の不活性プラスチックのうち
の任意のものから作るのが好ましい。
５内に収納されるカラム組立体１１より成る。好ましい
実施例のカラム組立体１１はガラス製の内壁１３を、そ
の上にガラス製の外壁１５が同心的に配置してある。複
数の直立分離セル１７はカラム組立体１１のガラス製内
壁１３と外壁１５との間の環状空間内に画定されている
。これらの各分離セル１７は一対の平行な直立不透過性
隔壁１９の間に収納された粒状充填剤１８よりなる。 各隔壁１９はガラスのような不活性で不透過性の材料或
いはテフロンのような多数の不活性プラスチックのうち
の任意のものから作るのが好ましい。
【００１６】本発明者等は、各分離セル１７の長さを約
３ｍかそれ以上で、最大約３０ｍにすることにした。充
填剤１８は１００メッシュの砂のような不活性の粒状物
質から構成するだけでよい。かかる粒状物質は分離セル
１７を介するジルコニウムを含んだ電解質の流れを妨げ
て電解質がセルを流れるに必要な時間を引き延ばすとい
う利点がある。加えて、充填剤１８を形成する砂または
他の不活性物質の種々の粒体間の隙間により画定される
曲がりくねった流路が、対流または他の望ましくない外
乱による液体の運動を減衰或いは妨げることにより、マ
イグレーションによる前述の分離プロセスの効率を増加
させる。しかしながら、好ましい実施例では、この充填
剤１８は不活性でなくて、その性質としてクロマトグラ
フィー作用を有し、従ってカラム組立体１１の分離セル
１７を流れる間ジルコニウムイオンを化学的に吸着でき
ることが好ましい。好ましいクロマトグラフィー作用を
有する適当な充填剤の例として、イオン交換樹脂、特に
商標ＤＩＡＬ−Ｘで販売されている樹脂のような陽イオ
ン交換樹脂がある。かかる陽イオン交換樹脂をただ不活
性なだけの充填剤の代わりに充填剤１８として用いると
、ジルコニウムイオンはこれらの樹脂内に周期的に吸着
されてそれらから脱着されるが、種々のジルコニウム同
位元素の原子量の相違によるイオン電荷密度の相違が軽
い同位元素の吸着及び脱着を重い同位元素と比べて速い
速度で生起させるものと思われる。かかる吸着及び脱着
により、電解質が各分離セル１７を垂直に流下する間、
充填剤を形成するビードへのまたはビードからの個々の
同位元素の物質移動係数の相対的な差により、ジルコニ
ウムの軽い同位元素を重い同位元素に比べて先に移動さ
せる上述のマイグレーション機構の効率が増大するはず
である。理想的には、元素または同位元素が軽ければ軽
いほどその移動速度は速い。これを分析すると、ｋはＤ
ｘ＊［ｆ（ｍ，ｏ，ｒ，ｖ，ｔ．．．）］に比例する。 上式において ｋ＝物質移動係数 Ｄ＝拡散率 ｍ＝粘度 ｏ＝表面張力 ｒ＝密度 ｖ＝速度 ｔ＝温度 ．．．＝幾何学的影響を含む他の変数 さらに、Ｄはまた（１／分子量）ｙにも比例する。従っ
て、ｋ９０＞ｋ９１＞ｋ９２＞ｋ９４＞ｋ９６である。 これは、種々の同位元素が充填剤に対し同じ化学的相互
作用（即ち捕捉時間）を有する系では特にそうである。 重い同位元素が軽い同位元素に比べて充填剤に密に付着
する（長い捕捉時間を有する）場合には、分離はさらに
促進される。もし軽い同位元素の相互作用がより強力な
場合、分離は妨げられる。陽イオン交換樹脂が好ましい
が、逆相充填剤のような任意のタイプのクロマトグラフ
ィー用充填剤を用いることも本発明の範囲内である。
３ｍかそれ以上で、最大約３０ｍにすることにした。充
填剤１８は１００メッシュの砂のような不活性の粒状物
質から構成するだけでよい。かかる粒状物質は分離セル
１７を介するジルコニウムを含んだ電解質の流れを妨げ
て電解質がセルを流れるに必要な時間を引き延ばすとい
う利点がある。加えて、充填剤１８を形成する砂または
他の不活性物質の種々の粒体間の隙間により画定される
曲がりくねった流路が、対流または他の望ましくない外
乱による液体の運動を減衰或いは妨げることにより、マ
イグレーションによる前述の分離プロセスの効率を増加
させる。しかしながら、好ましい実施例では、この充填
剤１８は不活性でなくて、その性質としてクロマトグラ
フィー作用を有し、従ってカラム組立体１１の分離セル
１７を流れる間ジルコニウムイオンを化学的に吸着でき
ることが好ましい。好ましいクロマトグラフィー作用を
有する適当な充填剤の例として、イオン交換樹脂、特に
商標ＤＩＡＬ−Ｘで販売されている樹脂のような陽イオ
ン交換樹脂がある。かかる陽イオン交換樹脂をただ不活
性なだけの充填剤の代わりに充填剤１８として用いると
、ジルコニウムイオンはこれらの樹脂内に周期的に吸着
されてそれらから脱着されるが、種々のジルコニウム同
位元素の原子量の相違によるイオン電荷密度の相違が軽
い同位元素の吸着及び脱着を重い同位元素と比べて速い
速度で生起させるものと思われる。かかる吸着及び脱着
により、電解質が各分離セル１７を垂直に流下する間、
充填剤を形成するビードへのまたはビードからの個々の
同位元素の物質移動係数の相対的な差により、ジルコニ
ウムの軽い同位元素を重い同位元素に比べて先に移動さ
せる上述のマイグレーション機構の効率が増大するはず
である。理想的には、元素または同位元素が軽ければ軽
いほどその移動速度は速い。これを分析すると、ｋはＤ
ｘ＊［ｆ（ｍ，ｏ，ｒ，ｖ，ｔ．．．）］に比例する。 上式において ｋ＝物質移動係数 Ｄ＝拡散率 ｍ＝粘度 ｏ＝表面張力 ｒ＝密度 ｖ＝速度 ｔ＝温度 ．．．＝幾何学的影響を含む他の変数 さらに、Ｄはまた（１／分子量）ｙにも比例する。従っ
て、ｋ９０＞ｋ９１＞ｋ９２＞ｋ９４＞ｋ９６である。 これは、種々の同位元素が充填剤に対し同じ化学的相互
作用（即ち捕捉時間）を有する系では特にそうである。 重い同位元素が軽い同位元素に比べて充填剤に密に付着
する（長い捕捉時間を有する）場合には、分離はさらに
促進される。もし軽い同位元素の相互作用がより強力な
場合、分離は妨げられる。陽イオン交換樹脂が好ましい
が、逆相充填剤のような任意のタイプのクロマトグラフ
ィー用充填剤を用いることも本発明の範囲内である。
【００１７】図２及び図４を参照して、カラム組立体１
１の上端部と下端部とは平らな環状電極２１ａ、２１ｂ
で覆われている。環状電極２１ａはアノード、環状電極
２１ｂはカソードである。図４に最もよく示すように、
平らな環状電極２１ａ、２１ｂの両側部はガラスまたは
プラスチック製の絶縁層２３ａ、２３ｂの間に挟まれて
いる。かかる絶縁製層２３ａ、２３ｂを用いると電極２
１ａ、２１ｂを白金または金のような高価な貴金属で作
る必要がない。従って、好ましい実施例では、各電極２
１ａ、２１ｂを銅またはアルミニウムで形成してもよい
。また、図４を参照して、環状電極２１ａ、２１ｂの内
端部は導電性トラック２５と一体的に形成するのが好ま
しく、このトラック内に接触輪２７を嵌入させる。接触
輪２７は導電性金属で形成したスピンドル２８に回転自
在に取り付けられており、このスピンドルは端子組立体
３０により電圧源２９に接続されている。以下において
さらに詳しく説明するように、導電性トラック２５と接
触輪２７とにより、カラム組立体１１が装置１のハウジ
ング３に関し回転する間環状電極２１ａ、２１ｂへ一定
の電位を印加できる。環状電極２３ａ、２３ｂは共に、
均一な間隔をもつ複数の流体導入用開口３１ａ、３１ｂ
を有する。これらの開口３１ａ、３１ｂはそれぞれカラ
ム組立体１１のセル１７の１つの上にあるため、供給電
解質または不用電解質をセル１７へ導入しそのセルから
排出することができる。上部環状電極２１ａに設けた各
開口３１ａは、供給電解質源３４または不用電解質源４
３からの電解質をセル１７内へ連続して流入させるよう
にカラム組立体１１の周面に沿って細長いものである。 下部環状電極２１ｂの各開口３１は排出用ニップル３３
に結合され、このニップルがセル１７の底部から流出す
る電解質または溶離剤を以下においてさらに詳しく説明
するように排出組立体５４内へ向ける。
１の上端部と下端部とは平らな環状電極２１ａ、２１ｂ
で覆われている。環状電極２１ａはアノード、環状電極
２１ｂはカソードである。図４に最もよく示すように、
平らな環状電極２１ａ、２１ｂの両側部はガラスまたは
プラスチック製の絶縁層２３ａ、２３ｂの間に挟まれて
いる。かかる絶縁製層２３ａ、２３ｂを用いると電極２
１ａ、２１ｂを白金または金のような高価な貴金属で作
る必要がない。従って、好ましい実施例では、各電極２
１ａ、２１ｂを銅またはアルミニウムで形成してもよい
。また、図４を参照して、環状電極２１ａ、２１ｂの内
端部は導電性トラック２５と一体的に形成するのが好ま
しく、このトラック内に接触輪２７を嵌入させる。接触
輪２７は導電性金属で形成したスピンドル２８に回転自
在に取り付けられており、このスピンドルは端子組立体
３０により電圧源２９に接続されている。以下において
さらに詳しく説明するように、導電性トラック２５と接
触輪２７とにより、カラム組立体１１が装置１のハウジ
ング３に関し回転する間環状電極２１ａ、２１ｂへ一定
の電位を印加できる。環状電極２３ａ、２３ｂは共に、
均一な間隔をもつ複数の流体導入用開口３１ａ、３１ｂ
を有する。これらの開口３１ａ、３１ｂはそれぞれカラ
ム組立体１１のセル１７の１つの上にあるため、供給電
解質または不用電解質をセル１７へ導入しそのセルから
排出することができる。上部環状電極２１ａに設けた各
開口３１ａは、供給電解質源３４または不用電解質源４
３からの電解質をセル１７内へ連続して流入させるよう
にカラム組立体１１の周面に沿って細長いものである。 下部環状電極２１ｂの各開口３１は排出用ニップル３３
に結合され、このニップルがセル１７の底部から流出す
る電解質または溶離剤を以下においてさらに詳しく説明
するように排出組立体５４内へ向ける。
【００１８】再び図１及び図２を参照して、本発明の分
離装置１は供給用出口３６を有する供給電解質源３４を
有し、この出口は上部環状電極２１ａの上述した液体導
入用開口３１と整列させることができる。この供給出口
３６は頂部カバー７に取り付けたカップリング４０によ
り環状導管３８に連結されている。流れ制御弁４２が供
給電解質源３４から出口３６への供給電解質の流速を調
節する。この装置１内にはさらに不用電解質源４３が設
けられている。この電解質源４３はハブ状マニホルド４
７からスポークのように放射状に延びる複数の供給出口
４５ａ−４５ｋを有する。各供給出口４５ａ−４５ｋの
端部間の周方向の距離は２つの隣接する分離セル１７の
間の周方向の距離に等しい。この間隔と上部環状電極２
１ａの流体導入用開口３１ａの細長い形状とにより、不
用電解質源４３が各分離セル１７へ不用電解質をほとん
ど連続的に導入できることになる。装置１全体の動作を
さらに詳しく説明するように、各供給出口４５ａ−４５
ｌへの不用電解質の流速を各セル１７の底部から排出さ
れる電解質の量と平衡させることにより、各分離セル１
７に電解質が連続して流れるようにする。このハブ状マ
ニホルド１７は頂部カバー７に取り付けたカップリング
５０により導管４９に連結されている。流れ制御弁５１
はマニホルド４７への不用電解質の流速を制御する。ジ
ルコニウムの分離に用いる好ましい電解質が塩化水素Ｈ
Ｃｌであることから、供給電解質源３４及び不用電解質
源４３の全ての構成要素をガラス或いは適当なプラスチ
ックのような耐腐食性材料で形成するのが好ましい。
離装置１は供給用出口３６を有する供給電解質源３４を
有し、この出口は上部環状電極２１ａの上述した液体導
入用開口３１と整列させることができる。この供給出口
３６は頂部カバー７に取り付けたカップリング４０によ
り環状導管３８に連結されている。流れ制御弁４２が供
給電解質源３４から出口３６への供給電解質の流速を調
節する。この装置１内にはさらに不用電解質源４３が設
けられている。この電解質源４３はハブ状マニホルド４
７からスポークのように放射状に延びる複数の供給出口
４５ａ−４５ｋを有する。各供給出口４５ａ−４５ｋの
端部間の周方向の距離は２つの隣接する分離セル１７の
間の周方向の距離に等しい。この間隔と上部環状電極２
１ａの流体導入用開口３１ａの細長い形状とにより、不
用電解質源４３が各分離セル１７へ不用電解質をほとん
ど連続的に導入できることになる。装置１全体の動作を
さらに詳しく説明するように、各供給出口４５ａ−４５
ｌへの不用電解質の流速を各セル１７の底部から排出さ
れる電解質の量と平衡させることにより、各分離セル１
７に電解質が連続して流れるようにする。このハブ状マ
ニホルド１７は頂部カバー７に取り付けたカップリング
５０により導管４９に連結されている。流れ制御弁５１
はマニホルド４７への不用電解質の流速を制御する。ジ
ルコニウムの分離に用いる好ましい電解質が塩化水素Ｈ
Ｃｌであることから、供給電解質源３４及び不用電解質
源４３の全ての構成要素をガラス或いは適当なプラスチ
ックのような耐腐食性材料で形成するのが好ましい。
【００１９】次に図２及び図４を参照して、本発明の装
置１にはさらに分離カラム１１の各分離セル１７の排出
ニップル３３から流れ出る電解質を排出する排出組立体
５４が設けられている。この目的で、排出組立体５４は
環状収集トレイ５６を有し、このトレイはカラム組立体
１１の隣接する分離セル１７と同じ距離だけ離隔した収
集部５８ａ−５８ｋを備える。分離装置１の前述した他
の構成要素と同様、この排出組立体５４全体をガラスま
たは適当なプラスチックのような耐腐食性材料で形成す
るのが好ましい。
置１にはさらに分離カラム１１の各分離セル１７の排出
ニップル３３から流れ出る電解質を排出する排出組立体
５４が設けられている。この目的で、排出組立体５４は
環状収集トレイ５６を有し、このトレイはカラム組立体
１１の隣接する分離セル１７と同じ距離だけ離隔した収
集部５８ａ−５８ｋを備える。分離装置１の前述した他
の構成要素と同様、この排出組立体５４全体をガラスま
たは適当なプラスチックのような耐腐食性材料で形成す
るのが好ましい。
【００２０】特に図４を参照して、本発明の分離装置１
はカラム組立体１１全体を供給電解質源３４、不用電解
質源４３及び排出組立体５４に関して回転させる回転式
駆動組立体６４を有する。回転式駆動組立体６４は底部
支持プレート９に接続されている電動機６７を有する。 電動機６６の出力軸に取り付けた駆動列６８により電動
機６６の出力を１０時間につき１回転のオーダーの適当
な値に減少する。駆動列６８の出力軸７０は取り付けバ
ー７４の開口７２内に嵌入させることが可能であり、こ
の取り付けバー７４は図３に最もよく示すようにカラム
組立体１１の内壁１３を横断してそれに接続されている
。出力軸７０は螺設部分があり、上部及び下部ナット７
６、７８により取り付けバー７４に固定される。
はカラム組立体１１全体を供給電解質源３４、不用電解
質源４３及び排出組立体５４に関して回転させる回転式
駆動組立体６４を有する。回転式駆動組立体６４は底部
支持プレート９に接続されている電動機６７を有する。 電動機６６の出力軸に取り付けた駆動列６８により電動
機６６の出力を１０時間につき１回転のオーダーの適当
な値に減少する。駆動列６８の出力軸７０は取り付けバ
ー７４の開口７２内に嵌入させることが可能であり、こ
の取り付けバー７４は図３に最もよく示すようにカラム
組立体１１の内壁１３を横断してそれに接続されている
。出力軸７０は螺設部分があり、上部及び下部ナット７
６、７８により取り付けバー７４に固定される。
【００２１】本発明の方法は図２及び図５Ａ及び５Ｄを
参照すれば最もよく理解できる。本発明方法の第１ステ
ップにおいて、電圧源２９が作動されて例えば５ボルト
の電位が環状電極２１ａと２１ｂとの間に印加される。 次いで、回転式駆動組立体６４が作動され、不用電解質
源４３が、分離セルが回転して供給出口３６を通過する
間、各セル１７が不用電解質で飽和状態になるまで各分
離セルの上端部内へ不用電解質をゆっくりと導入する。 この目的のため、不用電解質源の流れ制御弁５１を複数
の出口４５ａ−４５ｋからの電解質の流れが各分離セル
１７を介する電解質の流速に等しくなるように調節する
。好ましい方法において、不用電解質はＨＣｌの２．０
モル溶液であるが、最大６．０モルの濃度を持つＨＣｌ
水溶液を用いることも可能である。回転式駆動組立体６
４の回転速度は、第１のセルが不用電解質で完全に飽和
状態になるや否や供給電解質源３４の出口３６の下方へ
回転されるように調節されている。次いで、この出口３
６がセル１７内へある量の供給電解質を導入する。本発
明の好ましい実施例では、この供給電解質はＨＣｌの２
．０モル％水溶液とジルコニウムの０．１−３．０モル
溶液を混合したものである。かかるジルコニウムの濃度
は溶液１リットルにつきジルコニウム約１０−２７０グ
ラムの密度に匹敵する。多数の水溶性ジルコニウム化合
物の任意のものを用いてかかる溶液を作ることが可能で
あるが、稀釈ＨＣｌ水溶液に対する比較的高い溶解度及
び重量当りの価格が比較的低いことにより塩化ジルコニ
ウムが好ましい。
参照すれば最もよく理解できる。本発明方法の第１ステ
ップにおいて、電圧源２９が作動されて例えば５ボルト
の電位が環状電極２１ａと２１ｂとの間に印加される。 次いで、回転式駆動組立体６４が作動され、不用電解質
源４３が、分離セルが回転して供給出口３６を通過する
間、各セル１７が不用電解質で飽和状態になるまで各分
離セルの上端部内へ不用電解質をゆっくりと導入する。 この目的のため、不用電解質源の流れ制御弁５１を複数
の出口４５ａ−４５ｋからの電解質の流れが各分離セル
１７を介する電解質の流速に等しくなるように調節する
。好ましい方法において、不用電解質はＨＣｌの２．０
モル溶液であるが、最大６．０モルの濃度を持つＨＣｌ
水溶液を用いることも可能である。回転式駆動組立体６
４の回転速度は、第１のセルが不用電解質で完全に飽和
状態になるや否や供給電解質源３４の出口３６の下方へ
回転されるように調節されている。次いで、この出口３
６がセル１７内へある量の供給電解質を導入する。本発
明の好ましい実施例では、この供給電解質はＨＣｌの２
．０モル％水溶液とジルコニウムの０．１−３．０モル
溶液を混合したものである。かかるジルコニウムの濃度
は溶液１リットルにつきジルコニウム約１０−２７０グ
ラムの密度に匹敵する。多数の水溶性ジルコニウム化合
物の任意のものを用いてかかる溶液を作ることが可能で
あるが、稀釈ＨＣｌ水溶液に対する比較的高い溶解度及
び重量当りの価格が比較的低いことにより塩化ジルコニ
ウムが好ましい。
【００２２】マイグレーション力及びクロマトグラフィ
ー力によりジルコニウムイオンに分離合力が加わる結果
、ジルコニウムの最も軽い同位元素であるジルコニウム
９０が供給出口３６から供給電解質を受け取った各分離
セル１７を最も速い速度で流下する。これは図５Ａ−５
Ｄにおいて最もよく示されている。図５Ａは、ある量の
供給電解質をその上端部へ導入した直後において分離セ
ル１７の１つの上端部におけるジルコニウムイオンの分
布状態を示す。ある時間が経つと、その溶液の前端部が
ジルコニウム９０で漸増的に濃縮された状態となるが、
この溶液の後端部はジルコニウム９６と中間重量同位元
素であるジルコニウム９１、９２、９４とが供給溶液の
前端部と後端部との間に展開された状態となる。最後に
、約１０時間であろう一定期間のあと、ジルコニウム９
０のイオンが分離セル７０の底部に到達し、この特定の
分離セル１７と連携する排出ニップル３３を介して流出
し始める。回転式駆動組立体６４がカラム組立体１１を
排出組立体５４に関し回転させる回転速度は、特定の分
離セル１７がジルコニウム９０が濃縮された溶離剤を排
出し始めるや否やその特定の排出ニップル３３が環状収
集トレイ５６の同じ収集部５８上にくるように調節され
ている。環状トレイ５６の種々の収集部５８は添付図面
では同じ弧長を持つものとして示されているが、特定の
ジルコニウム同位元素が濃縮された溶離剤が排出中にお
いて特定セルの排出ニップル３３が同じトレイ部分５８
上に維持されるように調整すると有利であることが分か
る。
ー力によりジルコニウムイオンに分離合力が加わる結果
、ジルコニウムの最も軽い同位元素であるジルコニウム
９０が供給出口３６から供給電解質を受け取った各分離
セル１７を最も速い速度で流下する。これは図５Ａ−５
Ｄにおいて最もよく示されている。図５Ａは、ある量の
供給電解質をその上端部へ導入した直後において分離セ
ル１７の１つの上端部におけるジルコニウムイオンの分
布状態を示す。ある時間が経つと、その溶液の前端部が
ジルコニウム９０で漸増的に濃縮された状態となるが、
この溶液の後端部はジルコニウム９６と中間重量同位元
素であるジルコニウム９１、９２、９４とが供給溶液の
前端部と後端部との間に展開された状態となる。最後に
、約１０時間であろう一定期間のあと、ジルコニウム９
０のイオンが分離セル７０の底部に到達し、この特定の
分離セル１７と連携する排出ニップル３３を介して流出
し始める。回転式駆動組立体６４がカラム組立体１１を
排出組立体５４に関し回転させる回転速度は、特定の分
離セル１７がジルコニウム９０が濃縮された溶離剤を排
出し始めるや否やその特定の排出ニップル３３が環状収
集トレイ５６の同じ収集部５８上にくるように調節され
ている。環状トレイ５６の種々の収集部５８は添付図面
では同じ弧長を持つものとして示されているが、特定の
ジルコニウム同位元素が濃縮された溶離剤が排出中にお
いて特定セルの排出ニップル３３が同じトレイ部分５８
上に維持されるように調整すると有利であることが分か
る。
【００２３】図２は、十分な時間が経過すると、そして
カラム組立体１１が定常状態に達した後において、本発
明の分離装置１がジルコニウムの５つの異なる同位元素
の任意のものが濃縮した溶離剤を生成できることを示し
ている。さらに詳細には、図５Ａ−５Ｄに示した分離セ
ルを円形配列に且つ互いに直ぐ隣に配置した場合、特定
のジルコニウム同位元素に関連する溶離剤の流れが、ほ
ぼ螺旋状であるカラム組立体１１の円筒状本体の周りの
螺旋階段状の流路を辿る。そして、特定のジルコニウム
同位元素に関連する各螺旋の端部が排出組立体５４の環
状収集トレイ５６の特定の収集部５８の上に維持される
。このようにして、ジルコニウムの特定同位元素が濃縮
された溶離剤を連続的に収集することができる。
カラム組立体１１が定常状態に達した後において、本発
明の分離装置１がジルコニウムの５つの異なる同位元素
の任意のものが濃縮した溶離剤を生成できることを示し
ている。さらに詳細には、図５Ａ−５Ｄに示した分離セ
ルを円形配列に且つ互いに直ぐ隣に配置した場合、特定
のジルコニウム同位元素に関連する溶離剤の流れが、ほ
ぼ螺旋状であるカラム組立体１１の円筒状本体の周りの
螺旋階段状の流路を辿る。そして、特定のジルコニウム
同位元素に関連する各螺旋の端部が排出組立体５４の環
状収集トレイ５６の特定の収集部５８の上に維持される
。このようにして、ジルコニウムの特定同位元素が濃縮
された溶離剤を連続的に収集することができる。
【図１】図１は、本発明に用いるカラム組立体を示すた
めハウジングの壁の一部を破断した本発明の装置の斜視
図である。
めハウジングの壁の一部を破断した本発明の装置の斜視
図である。
【図２】図２は、カラム組立体、排出組立体及び供給電
解質源及び不用電解質源の構造全体を示すためにハウジ
ングを完全に取り外した、第１図の分離装置を示す全図
である。
解質源及び不用電解質源の構造全体を示すためにハウジ
ングを完全に取り外した、第１図の分離装置を示す全図
である。
【図３】図３は、第２図の線３−３に沿う分離装置の断
面図である。
面図である。
【図４】図４は、第２図の線４−４に沿う分離装置の側
断面図である。
断面図である。
【図５】図５Ａ乃至５Ｄは供給電解質がカラム組立体の
各直立分離セルの上端部から下端部へ移動するにつれて
ジルコニウムの種々の同位元素がその供給電解質内にお
いて徐々に分離される態様を概略的に示す。
各直立分離セルの上端部から下端部へ移動するにつれて
ジルコニウムの種々の同位元素がその供給電解質内にお
いて徐々に分離される態様を概略的に示す。
１ 分離装置
３ ハウジング
５ 円筒状壁部
７ 上部カバー
９ 下部支持プレート
１１ カラム組立体
１３ 内壁
１５ 外壁
１７ 分離セル
１８ 粒状充填剤
１９ 隔壁
２１ａ、２１ｂ 環状電極
２３ａ、２３ｂ 絶縁層
２５ 導電性トラック
２７ 接触輪
２８ スピンドル
２９ 電圧源
３０ 端子組立体
３１ａ、３１ｂ 流体導入用開口
３３ 排出ニップル
３４ 供給電解質源
３６ 供給出口
４３ 不用電解質源
４５ａ−４５ｋ 供給出口
４７ ハブ状マニホルド
５４ 排出組立体
５６ 環状収集トレイ
６４ 回転式駆動組立体
６７ 電動機
６８ 駆動列
７０ 出力軸
Claims (21)
- 【請求項１】 元素の重い同位元素を軽い同位元素か
ら連続して分離する装置であって、各々が充填剤を含む
複数の直立分離セルより成るカラム組立体と、元素の両
方の同位元素のイオンを含む供給電解質を前記各セルへ
周期的に導入するための、前記各分離セルの上端部に関
し可動である出口手段を備えた供給電解質源と、前記元
素のイオンを含まない不用電解質を前記各セルへ周期的
に導入するための、前記各分離セルの上端部に関し可動
である出口手段を備えた不用電解質源と、前記カラム組
立体の各セルの上端部と下端部との間に電圧を印加する
ための上部及び下部電極であって、下部電極の方へ前記
元素のイオンのマイグレーションを生ぜしめると共に前
記上部電極の方への他のイオンの向流を発生させて前記
元素の重い同位元素と軽い同位元素とを分離させる上部
及び下部電極と、前記元素の同位元素の１つが濃縮され
た電解質を連続的に収集するための、前記カラム組立体
の各セルの下端部に関し可動であるトレイ手段を備えた
排出組立体とよりなることを特徴とする連続式同位元素
分離装置。 - 【請求項２】 前記充填剤がまたクロマトグラフィー
により前記同位元素のイオンを分離することを特徴とす
る請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記充填剤がイオン交換樹脂であるこ
とを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記充填剤が陽イオン交換樹脂、陰イ
オン交換樹脂及びゲルろ過媒質よりなる群の１つから選
択されることを特徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 前記充填剤が逆相充填剤であることを
特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項６】 前記カラム組立体がハウジング内に回
転自在に取り付けられており、前記供給電解質源及び前
記不用電解質源の出口手段がカラム組立体の上方のハウ
ジング上部に取り付けられていることを特徴とする請求
項１に記載の装置。 - 【請求項７】 前記分離セルが円形に配列されている
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項８】 前記カラム組立体が、管状内壁と、管
状外壁と、前記複数の直立分離セルを画定する不透過性
の隔壁手段とよりなることを特徴とする請求項７に記載
の装置。 - 【請求項９】 前記供給電解質が１．０−２．０モル
のＨＣｌ溶液と混合された０．１−３．０モルのジルコ
ニウムイオン溶液であることを特徴とする請求項１に記
載の装置。 - 【請求項１０】 前記不用電解質がＨＣｌの１−６モ
ル溶液であることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項１１】 ジルコニウムの重い同位元素を軽い
元素から連続して分離する装置であって、ハウジングと
、各々が充填剤を含む円形に配列された複数の直立分離
セルを備え、前記ハウジング内に回転自在に取り付けら
れたカラム組立体と、ジルコニウムの重い同位元素と軽
い同位元素のイオンを含んだ供給電解質を前記分離セル
の上端部へ連続して導入するための前記ハウジングに取
り付けた出口手段を有する供給電解質源と、ジルコニウ
ムイオンを含まない不用電解質を前記各セルへ連続して
導入するための前記ハウジングに取り付けた出口手段を
有する不用電解質源と、前記カラム組立体の各セルの上
端部と下端部との間に電圧を印加するための上部及び下
部電極であって、下部電極の方へジルコニウムイオンの
マイグレーションを生ぜしめると共に前記上部電極の方
への他のイオンの向流を発生させて前記セルの垂直な軸
線に沿ってジルコニウムの重い同位元素と軽い同位元素
とを分離させる上部及び下部電極と、ジルコニウム同位
元素の１つが濃縮された電解質を連続して収集するため
の前記ハウジングに取り付けた排出組立体とよりなるこ
とを特徴とする連続式ジルコニウム同位元素分離装置。 - 【請求項１２】 前記充填剤がまた前記同位元素のイ
オンをクロマトグラフィーにより分離することを特徴と
する請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記充填剤がイオン交換樹脂である
ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１４】 前記充填剤が陽イオン交換樹脂であ
ることを特徴とする請求項１３に記載の装置。 - 【請求項１５】 前記充填剤が逆相充填剤であること
を特徴とする請求項１２に記載の装置。 - 【請求項１６】 前記カラム組立体が、円筒状内壁と
、該内壁に同心的に配設した円筒状外壁と、前記内壁と
外壁との間に配設して前記複数の直立分離セルを画定す
る複数の直立不透過性隔壁手段とよりなることを特徴と
する請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１７】 前記各分離セルがその下端部に排出
口を有し、前記排出組立体が分離セルと同じ数の収集部
を形成するよう円周方向に均一に分離された環状収集ト
レイよりなり、前記分離セルの排出口を前記収集トレイ
の収集部と整列させることができる請求項１１に記載の
装置。 - 【請求項１８】 前記収集トレイの各収集部がその収
集部へ収集された電解質を排出する排出導管を有するこ
とを特徴とする請求項１７に記載の装置。 - 【請求項１９】 前記上部及び下部電極がそれぞれ前
記円筒状内壁及び外壁の上端部及び下端部の上に設けた
導体を有することを特徴とする請求項１６に記載の装置
。 - 【請求項２０】 前記各導体が電気絶縁性材料により
被覆され、前記分離セルの各端部を覆う各導体に設けた
開口から前記セルを介して電解質が導かれることを特徴
とする請求項１９に記載の装置。 - 【請求項２１】 元素の重い同位元素を軽い同位元素
から分離する装置であって、クロマトグラフィー充填剤
を含む少なくとも１つの直立分離セルと、前記元素の両
方の同位元素のイオンを含む供給電解質を前記セルへ周
期的に導入するための前記分離セルの上端部の上方に設
けた出口手段を備える供給電解質源と、前記カラム組立
体のセルの上端部と下端部との間に電圧を印加するため
の上部及び下部電極であって、下部電極の方へ前記元素
のイオンのマイグレーションを生ぜしめると共に上部電
極の方への他のイオンの向流を発生させて前記元素の重
い同位元素イオンと軽い同位元素イオンとを分離させる
上部及び下部電極と、前記元素の同位元素のうちの１つ
が濃縮された電解質を収集するため前記カラム組立体の
セルの下端部の下方に設けたトレイ手段を有する排出組
立体とよりなることを特徴とする分離装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US512238 | 1990-04-20 | ||
| US07/512,238 US5024749A (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | System and method for continuous separation of isotopes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04227820A true JPH04227820A (ja) | 1992-08-17 |
| JP2962434B2 JP2962434B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=24038265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3115332A Expired - Fee Related JP2962434B2 (ja) | 1990-04-20 | 1991-04-19 | 連続式同位元素分離装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5024749A (ja) |
| EP (1) | EP0452826A3 (ja) |
| JP (1) | JP2962434B2 (ja) |
| KR (1) | KR0160134B1 (ja) |
| CA (1) | CA2027358C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5124023A (en) * | 1988-11-28 | 1992-06-23 | Union Oil Company Of California | Continuous removal of polynuclear aromatics from hydrocarbon recycle oil |
| US5183548A (en) * | 1990-04-20 | 1993-02-02 | Westinghouse Electric Corp. | System and method for continuous separation of isotopes |
| US5174971A (en) * | 1990-10-10 | 1992-12-29 | Westinghouse Electric Corp. | Continuous anion exchange chromatography for the separation of zirconium isotopes |
| US5112493A (en) * | 1990-12-10 | 1992-05-12 | Westinghouse Electric Corp. | Zirconium-hafnium production in a zero liquid discharge process |
| US5443732A (en) * | 1994-04-01 | 1995-08-22 | Westinghouse Electric Corporation | Boron isotope separation using continuous ion exchange chromatography |
| US5437795A (en) * | 1994-06-23 | 1995-08-01 | Westinghouse Electric Corporation | Chromatographic separation of erbium isotopes |
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