JPH04371217A - 同位体分離方法及び装置 - 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】

【産業上の利用分野】本発明は、同位体分離方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】同位体分離の一つに、レーザ光を利用し
た方式がある。このレーザ光を利用した同位体分離は、
レーザ光を使用して同位体を選択的にイオン化し、該イ
オン化した同位体を、一の同位体と他の同位体とに電気
的に分離する方式である。

【０００３】このようなレーザ光を利用した同位体分離
の一例として、例えば、Ｋｕｒｔ　Ｄ．Ｋｅｒｋｅｌｅ
ｙ　による米国特許明細書４，０３５，５７４　号で示
された発明がある。この特許又は他の公知化されている
レーザ光を利用した同位体分離の原理を以下説明する。 すなわち、複数種類の同位体を含む原料は、原料容器に
収納される。この原料に対して、電子銃から発射された
電子ビームが連続的に照射される。電子ビームの照射を
受けた原料は、高温に加熱される。高温に加熱された原
料は、溶融状態になって蒸発する。これにより、同位体
の蒸気流が連続的に生成されることになる。この蒸気流
に対して、回収すべき特定の同位体のみが選択的に励起
され得るべく選ばれたレーザ光が照射される。また回収
すべき特定の同位体には、さらに電離用レーザ光が照射
される。そうすると、電離用レーザ光が照射された特定
の同位体は、電子を放出して正電荷を有するイオン化同
位体となる。このイオン化同位体である蒸気流は、陽電
極と陰電極との間に形成された電界空間を通過する。こ
の通過の際に、イオン化同位体のみが陰電極の表面に偏
向され、吸着回収される。一方、イオン化されない同位
体等の中性原子は、電界の影響を受けずに電極間を直進
し、電極を通過したところに配設した蒸気回収板により
回収される。

【０００４】しかし、このような従来のレーザ光を利用
した同位体分離においては、原料容器内に収納した原料
に対して電子ビームを照射して該原料を加熱蒸発させる
ものであるため、次のような問題点がある。

【０００５】第１の問題点。加熱溶融した原料を保持す
るための原料容器は、当該容器を構成する材料の耐熱性
、耐食性などの制限から冷却する必要がある。このため
、必要な電子ビームエネルギーの量は、原料を溶融する
ためのエネルギー量と、原料容器の冷却によって失われ
るエネルギー量とが必要とである。この原料容器の冷却
によって失われるエネルギー量は、本来の目的には無関
係の無駄なエネルギーである。結局、エネルギーの有効
利用が図れていない、という問題がある。

【０００６】第２の問題点。原料表面に入射した電子ビ
ームの一部は、原料表面において反射し、装置内に散逸
してしまう。このため、当該電子ビームの一部は、原料
の蒸発に寄与せず、エネルギーの有効利用が図れていな
い、という問題がある。

【０００７】第３の問題点。電子ビームで原料を蒸発さ
せる場合、加熱により生成された蒸気と電子ビームとが
衝突することにより、当該蒸気はイオン化してしまう。 そして、イオン化した蒸気は、電極間へ流れ込む。この
ため、イオン化した蒸気は、レーザ光により電離された
特定同位体イオンと共に電界の作用で回収されてしまう
。これは同位体の分離度を低下させることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のレ
ーザ光を利用した同位体分離にあっては、熱源としての
電子ビームにより、原料を蒸発させる方式を採用してい
るため、エネルギーロスが大きく、同位体の回収に関し
ても電子が悪影響を及ぼす等多くの問題があった。

【０００９】そこで本発明の目的とするところは、エネ
ルギー効率の向上を図り得且つ高い分離度を達成する同
位体分離方法及び装置を提供することにある。

【００１０】また、本発明の目的とするところは、エネ
ルギー効率の向上を図り得且つ高い分離度を達成すると
共に、常に、原料の有効な活用と最適な分離条件で効率
的に同位体分離を行うことが可能な同位体分離装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る方法発明
は、複数種類の同位体を含む線状原料、棒状原料、ワイ
ヤー及び溶融原料、ジェット流化原料の如き原料体を，
真空容器内に配置された電極の間に供給する第１ステッ
プと、この第１ステップにより供給された原料体に対し
て電流を流してジュール熱を発生させる第２ステップと
、この第２ステップにより発生された熱により前記原料
体を加熱蒸発させて蒸気流を生成する第３ステップと、
この第３ステップにより生成された蒸気流に対してレー
ザ光を照射して蒸気流中の特定の同位体のみを選択的に
イオン化する第４ステップと、この第４ステップにより
イオン化された同位体を，少なくとも電界及び磁界のう
ち少なくとも一方によって分離する第５ステップと、か
らなる。

【００１２】請求項２に係る装置発明は、内部に複数の
電極を配置してなる真空容器と、複数種類の同位体を含
む線状原料、棒状原料、ワイヤー及び溶融原料、ジェッ
ト流化原料の如き原料体を前記電極間に供給する原料体
供給手段と、前記電極を介して前記原料体に電流を流す
ことにより加熱して前記原料体を蒸発させるための電源
と、前記原料体による蒸気流中の特定の同位体を選択的
にイオン化するべく当該蒸気流に対してレーザ光を照射
するレーザ光学系と、このイオン化した同位体に電界及
び磁界のうち少なくとも一方を印加して当該イオン化し
た同位体を分離するイオン分離手段と、を具備する。

【００１３】請求項３に係る装置発明は、内部に複数の
電極を配置してなる真空容器と、複数種類の同位体を含
む線状原料、棒状原料、ワイヤー及び溶融原料、ジェッ
ト流化原料の如き原料体を前記電極間に供給する原料体
供給手段と、前記電極を介して前記原料体に電流を流す
ことにより加熱して前記原料体を蒸発させるための電源
と、前記原料体による蒸気流中の特定の同位体を選択的
にイオン化するべく当該蒸気流に対してレーザ光を照射
するレーザ光学系と、このイオン化した同位体に電界及
び磁界のうち少なくとも一方を印加して当該イオン化し
た同位体を分離するイオン分離手段と、前記電極の間に
おける原料体の残量を検出するセンサと、前記蒸気流に
照射されるレーザ光の光量及び強度のうち少なくとも一
方を検出するセンサと、前記蒸気流の密度を検出するセ
ンサと、これらセンサの出力に基づき前記原料体の供給
，前記電源の電圧の調整，前記蒸気流の密度低下を知ら
せる警報制御のうち少なくとも一つを行う制御手段と、
を具備する。

【００１４】

【作用】請求項１に係る方法発明によれば、線状原料、
棒状原料、ワイヤー及び溶融原料、ジェット流化原料の
如き原料体に電流を流してジュール熱を発生させ、その
熱により当該原料体を加熱蒸発させて蒸気流を生成して
いるので、投入されたエネルギーの殆ど全てが蒸発のた
めのエネルギーとして有効に利用することができ、原料
体の蒸発効率を向上させることが可能となる。また、電
子ビームを使用していないので、電子と蒸気の衝突によ
るイオンの発生もなく、分離性能に優れたものとなり、
高い濃縮度で同位体を分離することができる。

【００１５】請求項２に係る装置発明によれば、原料体
供給手段により線状原料、棒状原料、ワイヤー及び溶融
原料、ジェット流化原料の如き原料体を電極間に供給し
て電源により通電するだけで原料体が加熱蒸発するので
、原料体を保持するための原料容器を必要とせず、しか
も無駄なエネルギーの要因となる原料容器の冷却が不要
となり、装置の構成が非常に単純化できると共に長寿命
化を図ることが可能となり、信頼性の高い装置となし得
る。

【００１６】請求項３に係る装置発明によれば、請求項
２に係る装置発明に加え、次のような作用を奏する。す
なわち、レーザ光の光量及び強度のうち少なくとも一方
が、所定値よりも小さい場合、蒸気密度は、照射すべき
レーザ光の光量及び強度のうち少なくとも一方に比較し
て高い状態となっており、このため分離されずに回収さ
れる同位の割合が増すので、前記電源の電流値を小さく
して原料体の蒸発量を低下させる。また、警報によって
も上述した状態を操作員に知らせ、最適化のための調整
を促するものとなる。これらにより、原料の有効な活用
と最適な分離条件で効率的に同位体分離を行うことが可
能とし得る。

【００１７】

【実施例】以下本発明の好ましい実施例を図面を参照し
て説明する。先ず、第１の実施例装置を図１〜図４を参
照して説明する。図１及び図２において、円筒状の真空
容器１０は、両端開口部が閉塞板１２によりそれぞれ閉
塞されている。この真空容器１０内には、円筒状の蒸気
回収板１４が同軸的に配設されている。円筒状の蒸気回
収板１４は、真空容器１０内にあって想定される中心軸
から最も離れた位置に配置されている。この蒸気回収板
１４の上部の開口部の近傍には、電極支持部材１６が配
置されている。電極支持部材１６の略中心部には、上部
電極１８が配置されている。

【００１８】また、蒸気回収板１４の下部の開口部の近
傍には、電極支持部材２０が配置されている。この電極
支持部材２０の略中心部には、下部電極２２が配置され
ている。これら上部電極１８及び下部電極２２は、該上
部電極１８及び下部電極２２に所定の大電流が流れて発
熱した場合であっても、該上部電極１８及び下部電極２
２が溶融しないように、所定の高融点材料から作られて
いる。この高融点材料としては、後述する線状原料２０
０がウラニウムの場合は、ウラニウムよりも融点が高く
且つ電気抵抗が小さいタングステン，モリブデン，イリ
ジウム等を採用することができる。

【００１９】さらに、蒸気回収板１４の内周部には、複
数個の電極板２４が、その中心軸に対して放射状に配設
されている。さらに、電極板２４の下方部には、特定同
位体回収容器２６が設けられている。また、蒸気回収板
１４の下方部には、回収容器２８が設けられている。

【００２０】また、ワイヤ供給機構３０は、真空容器１
０の外部であって且つ上部閉塞板１２の近傍に設けられ
ている。このワイヤ供給機構３０は、ワイヤドラム３２
及びワイヤ送り装置３４からなる。ワイヤ送り装置３４
は、ロール回転を利用した機械的送り装置、あるいは、
移動磁界と誘導電流との電磁気力により駆動力を発生す
るリニアモータを採用することができる。ワイヤドラム
３２には、ワイヤの如き線状に形成された原料体である
原料２００が巻取られている。

【００２１】この線状原料２００は、複数種類の同位体
を含むオリジナル原料に対して、所定の加工を施すこと
により細線状にしたものである。この線状原料２００は
、ワイヤ送り装置３４により真空容器１０内に供給され
る。すなわち、上部閉塞板１２の中心部には、ワイヤ導
入部３６が形成されている。このワイヤ導入部３６には
貫通孔が形成されている。従って、ワイヤ送り装置３４
により付勢された線状原料２００は、ワイヤ導入部３６
の貫通孔を通って真空容器１０内に送出される。ワイヤ
導入部３６の貫通孔には、図面には示されない非接触形
真空シールが設けられている。この非接触形真空シール
は、磁性流体で真空をシールする如き手段を採用するこ
とができる。非接触形真空シールを使用する理由は、線
状原料２００は、ワイヤ導入部３６の貫通孔を高速で移
動するため、Ｏリング等の接触形の真空シールは使用で
きないからである。

【００２２】また、真空容器１０内に供給される線状原
料２００は、ガイドローラ３８によりガイドされること
により、上部電極１８に形成された貫通孔を通して垂直
方向に移動し、その先端が下部電極２２と接触する。

【００２３】さらに、上部及び下部閉塞板１２の周面部
には、各回収電極２４間に対応させて窓４０がそれぞれ
設けられている。この各窓４０はガラス体４２により閉
塞されている。従って、図示しないレーザ光発振源から
放出されるレーザ光４４は、ガラス体４２を透過して真
空容器１０内に導入され得る。また、ガラス体４２に対
応させて複数の反射鏡４６がそれぞれ設けられている。 反射鏡３８は、真空容器１０の外部に配置されている。 これらの反射鏡４６により、レーザ光４４は、図９又は
図１０に示すように、真空容器１０にあって、次々に円
周方向又は径方向に反射を繰返すことになる。なお、真
空容器１０内におけるレーザ光４４の存在位置は、線状
原料２００による蒸気流２０２が所定の蒸気密度になっ
ている状態にて、当該蒸気流２０２に対してレーザ光４
４が照射されるような関係となっている。

【００２４】一方、電源４８は、上部電極１８と下部電
極２２とに接続されている。この電源４８は、上部電極
１８及び下部電極２２間が線状原料２００により電気的
に接続されると、線状原料２００に電流を流すためのも
のである。これにより線状原料２００は、ジュール熱を
発生させる。線状原料２００は、このジュール加熱によ
り蒸発され得る。

【００２５】次に上述した第１の実施例の同位体分離装
置の作用について述べる。先ず、ワイヤ供給機構３０に
より線状原料２００が、真空容器１０内に送り出される
。線状原料２００は、ガイドローラ３８により垂直方向
にガイドされる。線状原料２００は、上部電極１８の貫
通孔を通して高速移動する。

【００２６】そして、線状原料２００の先端が下部電極
２２に接触する。これにより、電源４８と、上部電極１
８と、線状原料２００と、下部電極２２とによる電気回
路が形成される。従って、電源４８より線状原料２００
に大電流を流すことができる。そうすると、線状原料２
００は、自らが有する電気抵抗によりジュール熱を発生
し、瞬時に加熱蒸発する。この蒸発した原料は、放射方
向に急速に拡散する蒸気流２０２となる。この時、図示
しないレーザ光発振源より放出されたレーザ光４４は、
ガラス体４２を通して真空容器１０内に導入される。こ
のレーザ光４４は、図９又は図１０に示すように、反射
鏡４６により反射されながら電極板２４相互間を、次々
に円周方向又は径方向に反射を繰返すことになる。

【００２７】蒸気流２０２は放射方向に進に従い膨脹す
る。従って、蒸気流２０２の密度は放射方向に進に従い
低下する。蒸気流２０２が所定の蒸気密度になっている
状態にて、当該蒸気流２０２に対してレーザ光４４が照
射される。従って、レーザ光４４が照射されると、蒸気
流２０２中の特定同位体のみが電離する。なお、線状原
料２００は、通電により蒸気流２０２となるが、ガイド
ローラ３８により真空容器１０内に高速に供給され得る
。従って、電源４８と、上部電極１８と、線状原料２０
０と、下部電極２２とによる電気回路は実質的に常時形
成されることになる。

【００２８】また、蒸気流２０２中の電離した特定電離
体は、電極板２４によって発生される電界、磁界により
偏向加速されて電極板２４の表面に付着する。電極板２
４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、電極板２４の下部に設置されている特定同位
体回収容器２６に回収される。

【００２９】さらに、蒸気流２０２から電離されなかっ
た中性原子は、電極板２４の外周に配設された蒸気回収
板１４の表面に付着する。この蒸気回収板１４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、蒸
気回収板１４の下部に設置されている回収容器２８に回
収される。このように回収された特定同位体及び中性原
子は、適切な形状に形成されて容器外に搬出される。

【００３０】このように第１の実施例装置では、原料を
蒸発させるために電子ビームを使用せずに、線状原料２
００に電流を流してそのジュール熱により加熱蒸発させ
ているので、従来装置のように溶融した原料を保持する
ための原料容器及び原料容器を冷却するための冷却設備
が不要である。これにより、装置全体を簡単な構成にな
し得ると共に装置の寿命を長くできる。また、投入エネ
ルギーの殆どすべてを線状原料２００を蒸発させるため
のエネルギーとして利用できる。

【００３１】一方、電極板２４を円周方向に３６０°の
全方位に配置できるため、蒸気流２０２の大部分が回収
部へ流入し利用することが可能となり、蒸気流２０２の
利用効率を高めることができる。さらに、電子ビームを
使用していないため、電子と蒸気流２０２との衝突によ
るイオンの発生もなく、特定同位体の分離性能を向上さ
せることができる。一方、本実施例においては、線状原
料２００を供給する原料供給機構３０を、真空容器１０
の外部に配設しているので、線状原料２００の追加は容
易であり、また、原料供給機構３０の保守を容易に行な
える。

【００３２】また、上部電極１８及び下部電極２２の材
質は、線状原料２００に電流を流したときに生じるジュ
ール熱よって溶融しない所定の高融点材料であって、ま
た、線状原料２００がウラニウムの場合は、ウラニウム
よりも融点が高く且つ電気抵抗が小さいタングステン，
モリブデン，イリジウム等であるから、上部電極１８及
び下部電極２２における発熱は前記ジュール熱よりも低
いものとなる。従って、熱による上部電極１８及び下部
電極２２の損傷は低く抑えることができ、長寿命化が図
られる。

【００３３】次に本発明の第１の実施例装置の変形例に
ついて説明する。すなわち、図１及び図２に示す実施例
では、高融点材料の固体金属で作られた上部電極１８を
採用した。この理由は、電極の消耗や抵抗を低減するた
めである。従って、同じ理由から、上部電極１８及び下
部電極２２のうち少なくとも一方を液体金属である溶融
金属にて構成することができる。この場合、上部電極１
８及び下部電極２２のうち少なくとも一方の電極材料は
、蒸発させる線状原料２００と同じ材料を用い、予め融
点以上に加熱して溶融した状態で使用されるものである
。

【００３４】このように上部電極１８及び下部電極２２
のうち少なくとも一方を溶融金属にて作ることにより、
線状原料２００は、当該溶融金属によく濡れるため、接
触抵抗も少なく、溶融金属である上部電極１８及び下部
電極２２における損失が少なくなる。この場合、溶融金
属である上部電極１８及び下部電極２２の一部は、加熱
されて蒸発することもある。しかし、当該溶融金属であ
る上部電極１８及び下部電極２２と線状原料２００とは
同じ材質であるため、不純物とはならない。しかも、溶
融金属は、線状原料２００と電極との間に存在する隙間
から下部へ少し洩れることがあるが、溶融金属は線状原
料２００と同じ材質なので何等問題は生じない。

【００３５】また、溶融金属である上部電極１８及び下
部電極２２の一部は、蒸発する。しかし、線状原料２０
０から生じる蒸気流２０２の一部は、溶融金属である上
部電極１８及び下部電極２２に付着するため、当該溶融
金属である上部電極１８及び下部電極２２は実質的に消
耗しない。さらに、上部電極１８及び下部電極２２が溶
融金属であっても、線状原料２００から生じた蒸気流２
０２は、高速且つ短時間にて上部電極１８及び下部電極
２２を通過するため、溶融金属である上部電極１８及び
下部電極２２そのものは溶けることはない。

【００３６】次に、本発明の第２実施例装置を図３及び
図４を参照して説明する。すなわち、図１及び図２に示
す実施例は、原料供給機構３０を、真空容器１０の外部
の上部に設けた構成である。従って、原料体である線状
又は棒状原料２０４を真空容器１０の外部から真空容器
１０の内部に送出すものである。これに対し、図３及び
図４に示す第２の実施例装置は、原料送り機構５０を、
真空容器１０の内部であり且つ蒸気回収板１４の側方部
位に設けている。この原料送り機構５０は、所定の長さ
を有する複数の線状又は棒状原料２０４を、真空容器１
０の内部にあって並列に配設している。なお、第２の実
施例装置における上部電極１８及び下部電極２２あって
も、その材質は、線状又は棒状原料２０４がウラニウム
の場合は、ウラニウムよりも融点が高く且つ電気抵抗が
小さいタングステン，モリブデン，イリジウム等を採用
することができる。

【００３７】ここで、原料送り機構５０は、線状又は棒
状原料２０４を順次水平方向に移動させるためのスライ
ド機構５２を有している。線状又は棒状原料２０４それ
ぞれは順次水平方向に移動される。これにより、線状又
は棒状原料２０４個々は順次中心軸上に送り出される。 この場合、一つの線状又は棒状原料２０４が、下部電極
２２に到達したとき、電源４８から電流が供給され、当
該線状又は棒状原料２０４が加熱蒸発される、ことは前
述の例と同様である。

【００３８】また、このような原料供給方式によると、
各線状又は棒状原料２０４の所定の上下方向の位置は予
め確保されているので、通電時には各線状又は棒状原料
２０４を単に水平方向に移動するだけである。従って、
線状又は棒状原料２０４を更新する時間が短縮され得る
。また、第１の実施例装置と同様に、上部電極１８及び
下部電極２２の材質は、線状又は棒状原料２０４に電流
を流したときに生じるジュール熱よって溶融しない所定
の高融点材料であって、また、線状又は棒状原料２０４
がウラニウムの場合は、ウラニウムよりも融点が高く且
つ電気抵抗が小さいタングステン，モリブデン，イリジ
ウム等であるから、上部電極１８及び下部電極２２にお
ける発熱は前記ジュール熱よりも低いものとなる。従っ
て、熱による上部電極１８及び下部電極２２の損傷は低
く抑えることができ、長寿命化が図られる。

【００３９】次に、本発明の第３の実施例装置を図５及
び図６を参照して説明する。すなわち、第３の実施例装
置は、原料供給方式に特徴がある。先ず、第１の実施例
装置とほぼ同じ原料送り機構３０は、線状原料２００に
代えて高耐熱性ワイヤ２０６を真空容器１０内に供給す
る。当該ワイヤ２０６は、液体ウラニウムの如き原料体
である液体原料２０８を流すためのガイドとしてのみ機
能させる。またワイヤ２０６は、後述するジュール発熱
に耐え得る耐熱特性を有する材料により作られている。

【００４０】新規の上部電極支持板５４及び下部電極支
持板５６が、真空容器１０内に配置されている。上部電
極支持板５４の略中央部には、液体原料２０８を溜める
ためであり且つ上部電極である上部原料容器５８が設け
られている。また、液体原料２０８を上部原料容器５８
に供給するための原料供給系６４を有する。下部電極支
持板５６の略中央部には、下部電極である下部原料容器
６０が設けらる。上部電極支持板５４及び上部原料容器
５８の略中央部には、貫通孔６２が形成されている。こ
の貫通孔６２の直径は、ワイヤ２０６の直径よりも大き
い。

【００４１】従って、ワイヤ２０６の先端は、上部原料
容器５８、貫通孔６２を通って、下部電極容器６０に到
達し得る。また、上部原料容器５８に溜められた液体原
料２０８は、ワイヤ２０６を覆いながら、下部原料容器
６０に流れ落ちる。なお、ワイヤ２０６を覆っている液
体原料２０８を、膜状化原料２１０と称する。この場合
、液体原料２０８がウラニウムの場合、上部電極である
上部原料容器５８及び下部電極である下部原料容器６０
の材質は、ウラニウムよりも融点が高く且つ電気抵抗が
小さいタングステン，モリブデン，イリジウム等を採用
することができる。

【００４２】このような第３の実施例装置によると、先
ず、ワイヤ供給機構３０によりワイヤ２０６が、真空容
器１０内に送り出される。ワイヤ２０６は、ガイドロー
ラ３８により垂直方向にガイドされる。ワイヤ２０６は
、上部電極５８の貫通孔６２を通して高速移動する。 そして、ワイヤ２０６の先端が下部電極６０に接触する
ものとなる。これにより、電源４８と、上部電極５８と
、ワイヤ２０６及び膜状化原料２１０と、下部電極６０
とによる電気回路が形成される。

【００４３】以上によると、電源４８よりワイヤ２０６
及び膜状化原料２１０に大電流を流すことができる。そ
うすると、ワイヤ２０６及び膜状化原料２１０は、自ら
が有する電気抵抗によりジュール熱を発生し、瞬時に加
熱蒸発する。この蒸発した膜状化原料２１０は、放射方
向に急速に拡散する蒸気流２１２となる。これ以降の現
象は、第１の実施例装置の場合と同様である。なお、ワ
イヤ２０６の一部は、通電により焼損するが、該焼損分
はガイドローラ３８により真空容器１０内に高速に供給
され得る。よって、電源４８と、上部電極５８と、ワイ
ヤ２０６及び膜状化原料２１０と、下部電極６０とによ
る電気回路は実質的に常時形成されることになる。また
、第１，第２の実施例装置と同様に、上部電極である上
部原料容器５８及び下部電極である下部原料容器６０の
材質は、膜状化原料２１０に電流を流したときに生じる
ジュール熱よって溶融しない所定の高融点材料であって
、また、液体原料２０８及び膜状化原料２１０がウラニ
ウムの場合は、ウラニウムよりも融点が高く且つ電気抵
抗が小さいタングステン，モリブデン，イリジウム等で
あるから、上部電極である上部原料容器５８及び下部電
極である下部原料容器６０における発熱は前記ジュール
熱よりも低いものとなる。従って、熱による上部電極で
ある上部原料容器５８及び下部電極である下部原料容器
６０の損傷は低く抑えることができ、長寿命化が図られ
る。

【００４４】次に、本発明の第３の実施例装置の変形例
を図７を参照して説明する。すなわち、本実施例は、ワ
イヤ供給機構３０及び原料供給系６４を共に真空容器１
０内に配置した構成である。

【００４５】次に、本発明の第４の実施例装置を図８を
参照して説明する。すなわち、前述した各実施例では、
いずれも、複数種類の同位体を含む原料を細線状に加工
した原料他体である線状原料を、所定の位置に配設され
た上部電極と下部電極との間に送り出す構成である。こ
れに対し第４の実施例装置は、図８に示すように、上部
電極支持部材６４と下部電極体６６を真空容器１０内に
配置している。上部電極支持部材６４の略中央部には、
貫通孔６４Ａが形成されている。上部電極支持部材６４
には、るつぼ６８が配置されている。るつぼ６８の端部
には、ノズル７０が形成されている。ノズル７０は、貫
通孔６４Ａ内に配置されている。るつぼ６８は溶融原料
２０８を収容している。この溶融原料２０８はノズル７
０を介してジェット状に噴出させる。このジェット流化
原料２１４に対して電流を流すことで、当該ジェット流
化原料２１４を蒸発させるようにしている。

【００４６】さらに第４の実施例装置を詳細に説明する
。すなわち、複数種類の同位体を含む原料を、真空容器
１０内の上部に配設されたるつぼ６８で加熱溶融する。 るつぼ６８に付設した加圧装置７２により当該るつぼ６
８の内部に圧力をかけることにより、溶融原料２０８は
、ノズル７０を通してジェット状に噴出する。なお、る
つぼ６８及びノズル７０は、上部電極として機能する。 このジェット流化原料２１４は、真空容器１０の下部電
極６６に到達すると、電源４８より電流が供給され、ジ
ェット流化原料２１４は瞬時に蒸発する。この場合、ジ
ェット流化原料２１４は連続的にノズル７０より噴射す
るため、蒸発間隔はジェット流化原料２１４が電極間を
通過する速度で決定される。なお、本実施例においても
、溶融原料２０８がウラニウムの場合、上部電極として
機能するつぼ６８及びノズル７０及び下部電極６６の材
質は、ウラニウムよりも融点が高く且つ電気抵抗が小さ
いタングステン，モリブデン，イリジウム等を採用する
ことができる。

【００４７】このような第４の実施例に係るジェット方
式同位体分離装置によると、高速にて原料供給が可能で
あり、運転効率を向上させることができる。また、原料
供給機構のメカニズムが不要となり、装置の構造を単純
化できると共に、装置の寿命及び信頼性も大幅に向上さ
せることができる。さらに、第１，第２，第３の実施例
装置と同様に、上部電極として機能するるつぼ６８及び
ノズル７０と下部電極６６の材質は、ジェット流化原料
２１４に電流を流したときに生じるジュール熱よって溶
融しない所定の高融点材料であって、また、溶融原料２
０８及びジェット流化原料２１４がウラニウムの場合は
、ウラニウムよりも融点が高く且つ電気抵抗が小さいタ
ングステン，モリブデン，イリジウム等であるから、上
部電極として機能するるつぼ６８及びノズル７０と下部
電極６６における発熱は前記ジュール熱よりも低いもの
となる。従って、熱による上部電極として機能するるつ
ぼ６８及びノズル７０の損傷は低く抑えることができ、
長寿命化が図られる。

【００４８】前述した各実施例は、線状の原料が下部電
極に到達することにより、線状の原料が下部電極に電気
的に接触することをもって、上部電極であるつぼ６８及
びノズル７０、下部電極６６、電源４８、ジェット流化
原料２１４との間にて通電回路が形成される構成である
。これに対し、電源側に図示しないスイッチを設け、原
料が上部電極であるつぼ６８及びノズル７０から下部電
極６６に到達しているか否かを確認してから、当該スイ
ッチをオン、オフして、通電回路を形成するようにして
もよい。

【００４９】次に、本発明の同位体分離装置に使用され
るレーザ光学系の第１例を図９を参照して説明する。す
なわち、図９に示す第１例のレーザ光学系は、レーザ発
生器７４から発生されるレーザ光４４は、真空容器１０
内に導入される。このレーザ光４４は、反射鏡４６で反
射されることにより、図９に示すように、レーザ光４４
を、次々に円周方向に位置を替えながら通過させるよう
にしている。

【００５０】このようなレーザ光照射方式とすれば、真
空容器１０内にあってレーザ光４４を略円周方向に細か
く引き回すことが可能なため、レーザ光４４の利用率を
大幅に高めることができる。

【００５１】次に、本発明の同位体分離装置に使用され
るレーザ光学系の第２例を図１０を参照して説明する。 すなわち、図１０に示す第２例のレーザ光学系は、レー
ザ発生器７４から発生されるレーザ光４４は、真空容器
１０内に導入される。このレーザ光４４は、反射鏡４６
で反射されることにより、図１０に示すように、レーザ
光４４を、次々に放射方向に位置を替えながら通過させ
るようにしている。レーザ光４４は、図示符号Ｓ１　〜
Ｓ３１に従って照射される。このようなレーザ光照射方
式である第２例は、第１例における反射鏡４６の配置を
変更することにより実現される。

【００５２】このようなレーザ光照射方式とすれば、真
空容器１０内にあってレーザ光４４を略放射方向に細か
く引き回すことが可能なため、レーザ光４４の利用率を
大幅に高めることができる。

【００５３】次に、本発明の第５の実施例装置を図１１
及び図１２を参照して説明する。すなわち、第５の実施
例装置は、第１の実施例装置に対して第３例のレーザ光
学系を組合せた構成である。第１，第２の例のレーザ光
学系は、真空容器１０内にあってレーザ光４４による多
数の伝搬路が形成される。このレーザ光４４の伝搬路は
、円周方向又は放射方向である。第３例のレーザ光学系
は、断面が円形の一つ太いレーザ光７６が真空容器１０
内に導入されるだけである。図１１及び図１２において
、円筒状の真空容器１０は、上部開口部は新規な上部閉
塞板７８により閉塞されている。

【００５４】この上部閉塞板７８にはレーザ光の出入り
のための窓は形成されていない。真空容器１０の下部開
口部は新規な下部閉塞板７８により閉塞されている。こ
の閉塞板７８の略中心部には、大きな窓８２が形成され
ている。この大きな窓８２は、ガラス体８２で密閉され
ている。この大きな窓８２に臨んで反射板８６が配置さ
れている。真空容器１０内の上部電極支持部材１６には
、反射板８８が設けられている。第１の実施例と同様に
、真空容器１０内には、円筒状の蒸気回収板１４が同軸
的に配設されている。円筒状の蒸気回収板１４は、真空
容器１０内にあって想定される中心軸から最も離れた位
置に配置されている。電極支持部材１６の略中心部には
、上部電極１８が配置されている。また、蒸気回収板１
４の下部の開口部の近傍には、電極支持部材２０が配置
されている。この電極支持部材２０の略中心部には、下
部電極２２が配置されている。

【００５５】これら上部電極１８及び下部電極２２は、
該上部電極１８及び下部電極２２に所定の大電流が流れ
て発熱した場合であっても、該上部電極１８及び下部電
極２２が溶融しないように、所定の高融点材料から作ら
れている。また、蒸気回収板１４の内周部には、複数個
の新規な電極板９０が、その中心軸に対して放射状に配
設されている。さらに、電極板９０の下方部には、特定
同位体回収容器２６が設けられている。また、蒸気回収
板１４の下方部には、回収容器２８が設けられている。 電極板９０は、第１の実施例装置のものよりも幅が大き
いものであり、線状原料２００に近接して配置されてい
る。他の構造は、第１の実施例装置と実質的に同じであ
る。

【００５６】このような、第５の実施例装置によっても
第１の実施例と同様の動作が得られる。ただし、第５の
実施例装置は、第１例，第２例のレーザ光学系には無い
次の利点がある。すなわち、第３例のレーザ光学系で使
用されるガラス体及び反射鏡は１組である。これに対し
、第１例，第２例のレーザ光学系で使用されるガラス体
及び反射鏡は多数組である。従って、レーザ光伝搬中に
おける減衰量は、第３例のレーザ光学系の方が第１例，
第２例のレーザ光学系よりも格段に小さい。これは、第
５の実施例装置においては、第１の実施例装置よりもレ
ーザ光の高効率化が実現されていることを示している。

【００５７】次に、本発明の第６の実施例装置を図１３
を参照して説明する。すなわち、第６の実施例装置は、
第４の実施例装置に対して第３例のレーザ光学系を組合
せた構成である。この第６の実施例装置においても、第
４の実施例装置よりもレーザ光の高効率化が実現される
ことを示すことは、容易に理解できるだろう。

【００５８】次に、本発明の第７の実施例装置を図１４
を参照して説明する。すなわち、第７の実施例装置は、
第１の実施例装置に対して新規な制御系を組合せた構成
である。先ず、線状原料２００の残量を検知するセンサ
９０を下部電極２２の近傍に配置している。このセンサ
９０の出力は、コントローラ９２に与えられる。コント
ローラ９２は、センサ９０の出力に基づきワイヤ送り装
置３４を制御する。これは、上部電極１８と下部電極２
２と間に線状原料２００が常に存在するように制御して
いる。

【００５９】また、蒸気流２０２の密度を検知するセン
サ９４を上部電極１８と下部電極２２と間の空間内に配
置している。このセンサ９４の出力は、コントローラ９
６に与えられる。コントローラ９６は、センサ９４の出
力が予め定めた値よりも小さいときに当該コントローラ
９６に接続した警報器９８を鳴動させる。これは、蒸気
流２０２の密度が所定値よりも小さいとき、警報するよ
うにしている。

【００６０】さらに、レーザ光４４の光量や強度を検出
するセンサ１００を、真空容器１０の窓４０の外側に配
置している。センサ１００は、図９及び図１０の例で示
す、レーザ光４４の最下流部位に配置することが好まし
い。このセンサ１００の出力は、電源４８に与えられる
。電源４８は、センサ１００の出力が予め定めた値より
も大きいときには電源４８の出力電圧を大きくし、セン
サ１００の出力が予め定めた値よりも小さいきには電源
４８の出力電圧を小さくする。これにより、レーザ光４
４の光量又は強度に見合った蒸気流２０２が供給され得
る。これは、レーザ光発生装置は時間の経過と共に出力
が低下する傾向があることに対処したものである。なお
、線状原料２００の残量を検知するセンサ９０及びその
制御系と、蒸気流２０２の密度を検知するセンサ９４及
びその制御系と、レーザ光４４の光量や強度を検出する
センサ１００及びその制御系とはそれぞれ単独で機能さ
せることができ、また、全体が一体で機能させることが
できる。

【００６１】次に、本発明の第８の実施例装置を図１５
を参照して説明する。すなわち、第８の実施例装置は、
第４の実施例装置に対して新規な制御系を組合せた構成
である。線状原料２００の残量を検知するセンサ９０を
下部電極２２の近傍に配置している。このセンサ９０の
出力は、コントローラ９２に与えられる。コントローラ
９２は、センサ９０の出力に基づき圧力装置７２のため
の駆動装置１０４を制御する。これは、上部電極１８と
下部電極２２と間にジェット流化原料２１４が常に存在
するように制御している。また、蒸気流２０２の密度を
検知するセンサ９４、及びレーザ光４４の光量や強度を
検出するセンサ１００は、第７の実施例装置の場合と同
じである。

【００６２】ここまでの説明では単体の同位体分離装置
の各種実施例を開示してきた。しかし、現実の使用にあ
っては、このような同位体分離装置を一つの分離ユニッ
トとし、該分離ユニット複数個を多段積みに重ねたシス
テムが使用に供される。

【００６３】図１６はこのようなシステム全体の構成例
を示す立面図である。図１６に示すように、本システム
は、分離チャンバー真空容器１１０を有する。分離チャ
ンバー真空容器１１０は、入口側ハンドリングチェンバ
１１４を有する。この入口側ハンドリングチェンバ１１
４は、分離モジュール１１２を搬入するための前室とし
て機能する。

【００６４】分離モジュール１１２は、分離チャンバー
真空容器１１０内に真空バルブ１１６を介して設置され
ている。この入口側ハンドリングチェンバ１１４には、
交換用の新しい分離モジュール１１２が収納される。入
口側ハンドリングチェンバ１１４に、分離モジュール１
１２を収納した後、当該チェンバ１１４の内部を真空排
気して待機状態にしておく。また、分離チャンバー真空
容器１１０の反対側には出口側ハンドリングチェンバ１
１８が真空バルブ１１６を介して設置されている。この
出口側ハンドリングチェンバ１１８は、保守の必要とな
った分離モジュール１１２のみを引出すことができる。

【００６５】このように図１６に示すシステムは、複数
の分離モジュールを横方向及び縦方向に連結した構成で
あるから、分離チャンバー真空容器１１０を大気に開放
することなく、分離モジュール毎に、分離モジュール１
１２を保守作業を実施することができる。

【００６６】上記の例は、分離ユニット複数個を多段積
みに重ねたシステムであるが、図１６は平面図として認
識することができる。この認識の下では、分離ユニット
複数個を横に配列したシステムとなる。また、分離ユニ
ット複数個を横に配列してモジュールを構成し、該モジ
ュール複数個を多段積みに重ねたシステムとしてもよい
。

【００６７】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施
できるものである。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明方法及び装置によれ
ば、線状原料、棒状原料、ワイヤー及び溶融原料、ジェ
ット流化原料の如き原料体に電流を流してジュール熱を
発生させ、その熱により当該原料体を加熱蒸発させて蒸
気流を生成しているので、投入されたエネルギーの殆ど
全てが蒸発のためのエネルギーとして有効に利用するこ
とができ、原料体の蒸発効率を向上させることが可能と
なる。また、電子ビームを使用していないので、電子と
蒸気の衝突によるイオンの発生もなく、分離性能に優れ
たものとなり、高い濃縮度で同位体を分離することがで
きる。また、本発明装置によれば、原料体供給手段によ
り原料体を電極間に供給して電源により通電するだけで
原料体が加熱蒸発するので、原料体を保持するための原
料容器を必要とせず、しかも無駄なエネルギーの要因と
なる原料容器の冷却が不要となり、装置の構成が非常に
単純化できると共に長寿命化を図ることが可能となり、
信頼性の高い装置となし得る。よって、本発明方法及び
装置によれば、エネルギー効率の向上を図り得且つ高い
分離度を達成する同位体分離方法及び装置を提供できる
ものである。

【００６９】また、前記本発明装置に加え、レーザ光の
光量及び強度のうち少なくとも一方が、所定値よりも小
さい場合、蒸気密度は、照射すべきレーザ光の光量及び
強度のうち少なくとも一方に比較して高い状態となって
おり、このため分離されずに回収される同位の割合が増
すので、前記電源の電流値を小さくして原料体の蒸発量
を低下させる。また、警報によっても上述した状態を操
作員に知らせ、最適化のための調整を促するものとなる
。これらにより、原料の有効な活用と最適な分離条件で
効率的に同位体分離を行うことが可能となる。

【００７０】よって、本発明装置によれば、エネルギー
効率の向上を図り得且つ高い分離度を達成すると共に、
常に、原料の有効な活用と最適な分離条件で効率的に同
位体分離を行うことが可能な同位体分離装置を提供でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による同位体分離装置の第１の実施例を
示す縦断面図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う水平断面図。

【図３】本発明の第２の実施例装置におけるワイヤー原
料送り機構の配置を示す水平断面図。

【図４】第２の実施例装置におけるワイヤー原料と上部
電極と下部電極との関係を示す要部縦断面図。

【図５】本発明による同位体分離装置の第３の実施例を
示す縦断面図。

【図６】第３の実施例装置における要部詳細図。

【図７】本発明の第３の実施例装置の変形例を示すもの
であって、原料供給機構を真空容器の外側に設置した構
成を示す縦断面図。

【図８】本発明による同位体分離装置の第４の実施例を
示す縦断面図。

【図９】本発明による同位体分離装置に適用されるレー
ザ光学系の第１例を模式的に示す斜視図。

【図１０】本発明による同位体分離装置に適用されるレ
ーザ光学系の第２例を模式的に示す斜視図。

【図１１】第３例のレーザ光学系を第１の実施例装置に
適用した本発明による同位体分離装置の第５の実施例を
示す縦断面図。

【図１２】図１１のＸＩＩ　−ＸＩＩ　線に沿う水平断
面図。

【図１３】第３例のレーザ光学系を第４の実施例装置に
適用した本発明による同位体分離装置の第６の実施例を
示す縦断面図。

【図１４】制御系を第１の実施例装置に付設した本発明
による同位体分離装置の第７の実施例を示す縦断面図。

【図１５】制御系を第４の実施例装置に付設した本発明
による同位体分離装置の第８の実施例を示す縦断面図。

【図１６】本発明の各実施例におけるいずれかの同位体
分離装置を一つの分離ユニットとし、該分離ユニットの
複数を連結してなる同位体分離システムの構成例を示す
図。

【符号の説明】

１０…真空容器、１２…閉塞板、１４…蒸気回収板、１
６…電極支持部材、１８…上部電極、２０…電極支持部
材、２２…下部電極、２４…電極板、２６…特定同位体
回収容器、２８…回収容器、３０…ワイヤ供給機構、３
２…ワイヤドラム、３４…ワイヤ送り装置、３６…ワイ
ヤ導入部、３８…ガイドローラ、４０…窓、４２…ガラ
ス体、４４…レーザ光、４６…反射鏡、４８…電源、２
００…線状原料、２０２…蒸気流、２０４…棒状原料、
２０６…ワイヤ、２０８…液体原料、２１０…膜状化原
料、２１２…蒸気流、２１４…ジェット流化原料。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数種類の同位体を含む原料体を，真
   空容器内に配置された電極の間に供給する第１ステップ
   と、この第１ステップにより供給された原料体に対して
   電流を流してジュール熱を発生させる第２ステップと、
   この第２ステップにより発生された熱により前記原料体
   を加熱蒸発させて蒸気流を生成する第３ステップと、こ
   の第３ステップにより生成された蒸気流に対してレーザ
   光を照射して蒸気流中の特定の同位体のみを選択的にイ
   オン化する第４ステップと、この第４ステップによりイ
   オン化された同位体を，少なくとも電界及び磁界のうち
   少なくとも一方によって分離する第５ステップと、から
   なる同位体分離方法。
2. 【請求項２】　　内部に複数の電極を配置してなる真空
   容器と、複数種類の同位体を含む原料体を前記電極間に
   供給する原料体供給手段と、前記電極を介して前記原料
   体に電流を流すことにより加熱して前記原料体を蒸発さ
   せるための電源と、前記原料体による蒸気流中の特定の
   同位体を選択的にイオン化するべく当該蒸気流に対して
   レーザ光を照射するレーザ光学系と、このイオン化した
   同位体に電界及び磁界のうち少なくとも一方を印加して
   当該イオン化した同位体を分離するイオン分離手段と、
   を具備する同位体分離装置。
3. 【請求項３】　　内部に複数の電極を配置してなる真空
   容器と、複数種類の同位体を含む原料体を前記電極間に
   供給する原料体供給手段と、前記電極を介して前記原料
   体に電流を流すことにより加熱して前記原料体を蒸発さ
   せるための電源と、前記原料体による蒸気流中の特定の
   同位体を選択的にイオン化するべく当該蒸気流に対して
   レーザ光を照射するレーザ光学系と、このイオン化した
   同位体に電界及び磁界のうち少なくとも一方を印加して
   当該イオン化した同位体を分離するイオン分離手段と、
   前記電極の間における原料体の残量を検出するセンサと
   、前記蒸気流に照射されるレーザ光の光量及び強度のう
   ち少なくとも一方を検出するセンサと、前記蒸気流の密
   度を検出するセンサと、これらセンサの出力に基づき前
   記原料体の供給，前記電源の電圧の調整，前記蒸気流の
   密度低下を知らせる警報制御のうち少なくとも一つを行
   う制御手段と、を具備する同位体分離装置。