JPH04313332A - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明はレーザー法により例えば
ウランなどの同位体を分離する同位体分離装置に関する
。

【０００３】

【従来の技術】近年、レーザー光により特定の同位体を
選択的にイオン化し、分離するレーザー法による同位体
分離装置が注目されている。レーザー法の中でも原料を
原子蒸気として扱う原子レーザー法による同位体分離装
置では、原料を電子ビームで加熱することにより原子蒸
気を得る方法が一般的であるが、本願出願人は先に特開
平２−１６２７１３号「同位体分離方法及び装置」にお
いて、複数種の同位体を含んだ原料を線状、つまり針金
状に引伸ばしたワイヤ、または液体金属を細長く線状に
流下させて形成したものをワイヤ原料として使用し、こ
のワイヤ原料に電流を流すことによりジュール加熱して
原子蒸気を得る方法を提案した。

【０００４】図２は上記特開平２−１６２７１３号明細
書及び図面で開示した同位体分離装置の構成例を示す断
面図である。図示のように、真空容器２１の中にワイヤ
原料３３を供給するワイヤ原料供給機構３０，上部電極
２３，下部電極２５，回収電極板２７などが収納されて
いる。

【０００５】複数種の同位体を含むワイヤ原料３３はワ
イヤ原料供給機構３０により上部電極２３の貫通孔を通
して真空容器２１内に高速供給される。そして、ワイヤ
原料３３が下部電極２５に接触すると、上・下部電極２
３，２５間にワイヤ原料３３を電路とする電気回路が形
成され、電源３９から電圧を印加するとワイヤ原料３３
に大電流が流れる。すると、このワイヤ原料３３はその
電気抵抗によりジュール熱を発生して瞬時に加熱蒸発し
、放射軸方向に蒸気流４０を生成する。このとき、レー
ザー光３６が真空容器２１内に導入されると、蒸気流４
０中の特定電離体が電離する。この特定電離体は電界ま
たは磁界により偏向加速されて回収電極板２７の表面に
付着し、高温加熱により液化して製品回収容器２８に回
収される。また、蒸気流４０中から電離されなかった中
性原子は廃品回収板２２の表面に付着し、高温加熱によ
り液化して廃品回収容器２９に回収される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先願に
記載された同位体分離装置においては、一旦ワイヤ原料
が加熱蒸発された後、再びワイヤ原料が上部から供給さ
れ、下部電極に到達するまでの間は原料の蒸発が起こら
ないため、蒸気の供給が断続的となり、次のような課題
がある。

【０００７】（１）　蒸気が供給されていない時間は同
位体分離の作用は停止しているため、実質的に装置の稼
動率が低下する。 （２）　目的とする特定電離体を得るためには、蒸気が
供給されている時間にレーザー光を導入しなければなら
ない。従って、パルスレーザーを用いた場合はレーザー
光導入のタイミングを蒸気供給のタイミングと精度よく
同期させる必要があるため、装置が複雑化する。 （３）　連続発振レーザーを用いた場合、上記　（２）
項のようなタイミング同期の必要はないが、蒸気が供給
されていない時間に導入されたレーザー光は無駄になっ
てしまい、装置全体のエネルギー効率が低下する。 （４）　供給される蒸気流はパルス状となるが、主にパ
ルス内の各時刻においてのワイヤ原料による蒸気源の表
面積が異なるために、蒸気流の先端，中央，後尾のそれ
ぞれの部位において蒸気密度が異なる。蒸気密度の差異
が著しいとレーザー光の透過率が不均一となり、レーザ
ー光の利用率が低下する。 （５）　蒸気密度の差異が著しいと、目的とする特定電
離体の密度に著しい不均一を生ずると、電界または磁界
による回収電極板への偏向加速運動も不均一となり、回
収効率が低下する。

【０００８】以上のように、ワイヤ原料を用いた同位体
分離装置においては蒸気の供給が断続的となるために、
装置全体の効率低下をもたらすという課題がある。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、装置全体としての効率の高い、つまり、装置
稼動率の向上，装置の簡素化を図り、エネルギー効率，
レーザー光利用率及び製品回収効率の低下がない同位体
分離装置を提供することにある。 ［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は真空容器と、こ
の真空容器内の所定の電極間に複数種の同位体を含んだ
線状に形成された原料を供給する原料供給手段と、前記
電極を介して前記原料を通電加熱して前記原料を蒸発さ
せる電源と、この電源により加熱蒸発した原料の蒸気流
にレーザー光を照射して蒸気流中の特定の同位体を選択
的にイオン化するレーザー光学系と、このレーザー光学
系でイオン化した同位体に電界または磁界を印加して分
離するイオン分離手段とを備えた同位体分離装置におい
て、前記電極間に前記原料を液化した状態で保持するた
めの原料支持機構を設けてなることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明に係る同位体分離装置では原料が液化し
た状態で原料支持機構に保持されるため、常時加熱蒸発
することが可能であり、装置の稼動率向上，簡素化，エ
ネルギー効率向上が可能となる。

【００１２】また蒸発中、蒸気源の表面積が一定となる
ため、蒸気密度が均一化され、レーザー光の利用率，特
定電離体の回収効率を向上することができる。

【００１３】

【実施例】本発明に係る同位体分離装置の一実施例を図
面を参照して説明する。図１は本発明による同位体分離
装置の構成例を示す断面図である。図１において、符号
２１は両端開口部が閉塞板２１ａにより閉塞された円筒
状の真空容器で、この真空容器２１内には円筒状の廃品
回収板２２が同軸的に配設されている。この廃品回収板
２２の上部開口部近傍の中心軸線上に上部電極２３が電
極支持部材２４に支持され、下部開口部近傍の中心軸線
上にも下部電極２５が電極支持部材２６に支持されてい
る。この場合、電極の材料としては大電流による発熱に
対しても溶けない高融点材料が用いられる。また、両電
極２３，２５間には液化した原料を保持するための原料
支持機構４１が設けられている。この場合、原料支持機
構４１の材料は電極と同様に高融点材料の棒状体が用い
られる。また、液化したワイヤ原料３３が原料支持機構
４１の周囲に膜状に保持されるためには、原料支持機構
４１の材料は原料物質に対する濡れ性のよいものとする
必要がある。

【００１４】廃品回収板２２の内周部に複数個の回収電
極板２７が中心軸線を中心に放射状に配設されている。 回収電極板２７の下方部に製品回収容器２８が設けられ
、廃品回収板２２の下方部には廃品回収容器２９が設け
られている。

【００１５】一方、３０は真空容器２１外部の上部閉塞
板２１ａ近傍に設けられたワイヤ原料供給機構で、この
ワイヤ原料供給機構３０はワイヤドラム３１及びワイヤ
送り装置３２から構成されている。ワイヤ送り装置３２
としては、ロールの回転による機械的送り装置、あるい
は移動磁界と誘導電流の電磁気力により駆動するリニア
モータによる方法が可能である。ワイヤドラム３１には
複数種の同位体を含む原料を細線状に加工したワイヤ原
料３３が巻き取られており、このワイヤ原料３３はワイ
ヤ送り装置３２により上部閉塞板２１ａの中心部を貫通
させて設けられたワイヤ導入部３４の導入孔を通して真
空容器２１内に繰出し、供給させるようになっている。 この場合、真空容器２１の上部閉塞板２１ａを貫通させ
て設けられたワイヤ導入部３４の導入孔にはワイヤ原料
３３が高速で移動するため、Ｏリングなどの接触形の真
空シールは使用できず、ここでは非接触形の真空シール
として磁性流体で真空をシールする磁性流体シールが使
用されている。ワイヤ導入部３４の導入孔を通して真空
容器２１内に供給されるワイヤ原料３３は上部電極２３
の貫通孔を通して原料支持棒に沿って垂直方向に移動し
、その先端が下部電極２５と接触するようにガイドロー
ラ３５によりガイドされる。

【００１６】真空容器２１の上部及び下部閉塞板２１ａ
の周面部には各回収電極間に対応させて窓２１ｂがそれ
ぞれ設けられ、各窓２１ｂには図示しないレーザー発振
源から放出されるレーザー光３６を透過するガラス体３
７により密閉されている。下部閉塞板２１ａ側のガラス
体３７に対応させて反射ミラー３８がそれぞれ設けられ
、これらの反射ミラー３８によりレーザー光３６を図３
に示すように反射しながら、次々に回収部円周方向に位
置を替えて通過するようにしてある。

【００１７】他方、３９は真空容器２１内の上部電極２
３及び下部電極２５に接続された電源で、この電源３９
は上部電極２３及び下部電極２５間がワイヤ原料３３に
より電気的に接続されると、ワイヤ原料３３に電流を流
してジュール熱を発生させ、ワイヤ原料３３を加熱蒸発
させるためのエネルギー供給源である。

【００１８】次に上記のように構成された同位体分離装
置の作用について述べる。今、ワイヤ供給機構３０のワ
イヤ送り装置３２によりワイヤ原料３３が上部閉塞板２
１ａに設けられたワイヤ導入部３４の導入孔を通して真
空容器２１内に繰出し供給されると、ワイヤ原料３３は
ガイドローラ３５により原料支持機構４１に沿って垂直
方向にガイドされ、上部電極２３の貫通孔を通して高速
移動する。そして、ワイヤ原料３３の先端が下部電極２
５に接触すると、上・下部電極間にワイヤ原料３３を電
路とする電気回路が形成され、電源３９よりワイヤ原料
３３に大電流が流れる。すると、このワイヤ原料３３は
その電気抵抗によりジュール熱を発生して加熱変化し、
表面張力によって原料支持機構４１の周囲に膜状に保持
される。膜状の原料は蒸発し、放射軸方向に拡散し、連
続的な蒸気流４０となる。さらに、ジュール熱により加
熱蒸発する。この場合、レーザー発振源から放出された
レーザー光３６がガラス体３７を通して真空容器２１内
に導入されると、このレーザー光３６は反射ミラー３８
により反射されながら回収電極板２７相互間を次々に回
収部円周方向に位置を替えて通過する。

【００１９】蒸気流４０の密度は外周部へ蒸気が膨張す
るに従い低下していき、最適な蒸気密度になった位置で
レーザー光３６が照射されるので、蒸気流４０中の特定
同位体が電離する。

【００２０】また、蒸気流４０中の電離した特定電離体
は電界または磁界により偏向加速されて回収電極板２７
の表面に付着する。回収電極板２７に付着した特定同位
体は高温加熱により液化して下部へ流れ、回収電極板２
７の下部に設置されている製品回収容器２８に回収され
る。さらに、蒸気流４０から電離されなかった中性原子
は回収電極板２７の外周に配設された廃品回収板２２の
表面に付着する。この廃品回収板２２に付着した中性原
子は高温加熱により液化して下部へ流れ、廃品回収板２
２の下部に設置されている廃品回収容器２９に回収され
る。このように回収された製品，中性原子は適切な形状
に形成されて容器外に搬出される。

【００２１】このように本実施例では、原料が液化した
状態で表面張力により原料支持機構４１の表面に保持さ
れるため、常時加熱蒸発することが可能であり、蒸気流
４０が連続的に供給される。従って、装置運転中は常に
同位体分離を行うことが可能であり、蒸気流４０を断続
的に供給する場合に比べ実質的装置稼動率は向上する。 パルスレーザーを用いる場合、レーザー光導入のタイミ
ングを蒸気供給のタイミングと同期させるような機構を
必要としないため、装置を単純化することができる。ま
た、連続発振レーザーを用いる場合も、導入されたレー
ザー光３６は全て蒸気流４０に照射されるため、装置全
体のエネルギー効率は向上する。

【００２２】さらに、本実施例では蒸気中を通して蒸発
源の表面積が一定となり蒸気密度が均一化されるため、
レーザー光透過率が均一化されることによりレーザー光
の利用率が向上するほか、目的とする特定電離体の密度
が均一化され、電界，磁界による回収電極板への偏向加
速運動も均一化されることにより回収効率が向上する。

【００２３】以上のように本実施例のような同位体分離
装置においては、蒸気を連続的に供給することにより、
装置全体の効率向上を図ることが可能となる。

【００２４】次に本発明の他の実施例について述べる。 上述の実施例では原料支持機構として棒形状の高融点材
料を用いているが、多孔質の高融点材料を棒状体に成型
したものを用いることにより、毛細管圧力により原料の
保持機能をより高める方法をとってもよい。

【００２５】さらに、多孔質の高融点材料を中空の棒状
体に成型したものを用いて、ワイヤ原料をその中空を通
して上部電極から下部電極へ向かって供給することによ
り、原料支持機構への原料供給をより確実とする方法を
とってもよい。

【００２６】また、原料支持機構の高融点材料として導
電性材料を用いて、原料支持機構にも電流を流すことに
より、原料自身のジュール熱に加えて原料支持機構のジ
ュール熱により原料を加熱する方法をとってもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、原料が液化した状態で
原料支持機構に保持されるため、常時加熱蒸発すること
が可能であり、蒸気流が連続的に供給される。従って、
装置運転中は常に同位体分離を行うことが可能であり、
蒸気流を断続的に供給する場合に比較して実質的装置稼
動率は向上する。パルスレーザーを用いる場合、レーザ
ー光導入のタイミングを蒸気供給のタイミングと同期さ
せるような機構を必要としないため、装置を単純化する
ことができる。また、連続発振レーザーを用いる場合も
導入されたレーザー光は全て蒸気流に照射されるため、
装置全体のエネルギー効率は向上する。

【００２８】さらに、本発明によれば蒸気中を通して蒸
発源の表面積が一定となり、蒸気密度が均一化されるた
め、レーザー光透過率が均一化されることによりレーザ
ー光の利用率が向上するほか、目的とする特定電離体の
密度が均一化され、電界，磁界による回収電極板への偏
向加速運動も均一化されることにより回収効率が向上す
る。

【００２９】このように、本発明による同位体分離装置
によれば、装置全体の効率向上を図ることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による同位体分離装置の一実施例を示す
縦断面図。

【図２】先願の同位体分離装置を示す縦断面図。

【符号の説明】

２１…真空容器、２２…廃品回収板、２３…上部電極、
２５…下部電極、２７…回収電極板、２８…製品回収容
器、２９…廃品回収容器、３０…ワイヤ原料供給機構、
３３…ワイヤ原料、３６…レーザー光、３８…反射ミラ
ー、３９…電極、４０…蒸気流、４１…原料保持機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　真空容器と、この真空容器内の所定の
   電極間に複数種の同位体を含んだ線状に形成された原料
   を供給する原料供給手段と、前記電極を介して前記原料
   を通電加熱して前記原料を蒸発させる電源と、この電源
   により加熱蒸発した原料の蒸気流に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イオン化するレー
   ザー光学系と、このレーザー光学系でイオン化した同位
   体に電界または磁界を印加して分離するイオン分離手段
   とを備えた同位体分離装置において、前記電極間に前記
   原料を液化した状態で保持するための原料支持機構を設
   けてなることを特徴とする同位体分離装置。