JPH0747235A - 同位体分離装置 - Google Patents
同位体分離装置Info
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- JPH0747235A JPH0747235A JP6110903A JP11090394A JPH0747235A JP H0747235 A JPH0747235 A JP H0747235A JP 6110903 A JP6110903 A JP 6110903A JP 11090394 A JP11090394 A JP 11090394A JP H0747235 A JPH0747235 A JP H0747235A
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- isotope
- enclosure
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- separated
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/02—Separation by phase transition
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 生産率の高い、エネルギー経済を向上させる
同位体分離装置を提供する。 【構成】 本装置は、垂直なエンクロージャー２と、そ
の中に均質な垂直磁場を生成する装置６と、分離しよう
とする同位体のプラズマをエンクロージャーの中央部に
生成するプラズマ源８と、前記磁場に直角で、同位体の
イオンサイクロトロン周波数で振動する電場を生成する
装置１０と、前記同位体の組成が大、小になった混合体
を回収するための収集装置１２とによって構成される。
前記プラズマ源は分離しようとする同位体を含んだ要素
２０を収納する要素１４と、要素の原子をイオン化させ
るための装置１８とを有する。
同位体分離装置を提供する。 【構成】 本装置は、垂直なエンクロージャー２と、そ
の中に均質な垂直磁場を生成する装置６と、分離しよう
とする同位体のプラズマをエンクロージャーの中央部に
生成するプラズマ源８と、前記磁場に直角で、同位体の
イオンサイクロトロン周波数で振動する電場を生成する
装置１０と、前記同位体の組成が大、小になった混合体
を回収するための収集装置１２とによって構成される。
前記プラズマ源は分離しようとする同位体を含んだ要素
２０を収納する要素１４と、要素の原子をイオン化させ
るための装置１８とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンサイクロトロン
共鳴による同位体分離装置において、一つの方向におい
て細長い形状を有する密閉囲繞ないしエンクロージャー
と、前記エンクロージャー内に真空を形成するための装
置と、前記エンクロージャーの中央部において、前記方
向と平行に均質な磁場を生成するための装置と、前記エ
ンクロージャー内に、分離しようとする同位体のイオン
を含むプラズマを生成するためのプラズマ源と、前記エ
ンクロージャーの中央部において、前記磁場に対して直
角で、かつ分離しようとする同位体のイオンサイクロト
ロンの周波数に近く分離しようとする前記同位体の質量
の関数として調節された周波数で振動する電場を生成す
る装置と、一方において前記同位体で濃縮された混合物
を、他方で前記同位体の少なくなった混合物を回収する
ための収集装置とを有する同位体分離装置に関する。
共鳴による同位体分離装置において、一つの方向におい
て細長い形状を有する密閉囲繞ないしエンクロージャー
と、前記エンクロージャー内に真空を形成するための装
置と、前記エンクロージャーの中央部において、前記方
向と平行に均質な磁場を生成するための装置と、前記エ
ンクロージャー内に、分離しようとする同位体のイオン
を含むプラズマを生成するためのプラズマ源と、前記エ
ンクロージャーの中央部において、前記磁場に対して直
角で、かつ分離しようとする同位体のイオンサイクロト
ロンの周波数に近く分離しようとする前記同位体の質量
の関数として調節された周波数で振動する電場を生成す
る装置と、一方において前記同位体で濃縮された混合物
を、他方で前記同位体の少なくなった混合物を回収する
ための収集装置とを有する同位体分離装置に関する。
【０００２】本発明は、特に、金属イオンの安定な同位
体分離に関する。これらの同位体分離は研究目的（核物
理学および化学）と医療目的（治療および診療）との両
方に関心がある。
体分離に関する。これらの同位体分離は研究目的（核物
理学および化学）と医療目的（治療および診療）との両
方に関心がある。
【０００３】本発明は、なかでも、亜鉛、カドミウム、
錫、カルシウム、特にガドリニウムのような金属の同位
体の分離に適用される。
錫、カルシウム、特にガドリニウムのような金属の同位
体の分離に適用される。
【０００４】一般的な言い方をすると、本発明は特に金
属要素の同位体分離に適しており、その融点は十分に低
くて、液体還流が可能で、ジュール効果による蒸発が可
能である、即ち、融点は約１５００℃以下であり、蒸気
圧力は前記温度において、あるいはそれに近い温度にお
いて、適当な圧力（少なくとも約１０-3パスカル）であ
る。
属要素の同位体分離に適しており、その融点は十分に低
くて、液体還流が可能で、ジュール効果による蒸発が可
能である、即ち、融点は約１５００℃以下であり、蒸気
圧力は前記温度において、あるいはそれに近い温度にお
いて、適当な圧力（少なくとも約１０-3パスカル）であ
る。
【０００５】同位体分離をしようとする金属の融点が高
過ぎる（例えば１５００℃超過）場合には、融点がそれ
より低くて、蒸気圧力が適当な前記金属の合金を用いる
ことも可能である。
過ぎる（例えば１５００℃超過）場合には、融点がそれ
より低くて、蒸気圧力が適当な前記金属の合金を用いる
ことも可能である。
【０００６】本発明による装置のプラズマ源はその様な
要素に適している。
要素に適している。
【０００７】本発明による装置は、特別な実施例におい
て、昇華性のある要素（特に亜鉛、イッテルビウム、カ
ルシウム）を扱うこともできる。
て、昇華性のある要素（特に亜鉛、イッテルビウム、カ
ルシウム）を扱うこともできる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は超遠心分離機
を用いた同位体分離の欠点、即ち、室温に近い状態にお
いて安定で、非腐食的な気体状混合物を有する要素にし
か用いることができず、また関連する原子（分離しよう
とする要素の原子以外）は単一の同位体しか含まず、実
際に比較的大部分の要素は除外されているという欠点を
有していない。
を用いた同位体分離の欠点、即ち、室温に近い状態にお
いて安定で、非腐食的な気体状混合物を有する要素にし
か用いることができず、また関連する原子（分離しよう
とする要素の原子以外）は単一の同位体しか含まず、実
際に比較的大部分の要素は除外されているという欠点を
有していない。
【０００９】本発明はまたカルトロンとして知られてい
る電磁的な同位体分離装置の欠点、即ち、極めて低い生
産率と、極めて大きなエネルギー消費を、従って生産に
かかる禁止的な影響を有しているという欠点を有してい
ない。
る電磁的な同位体分離装置の欠点、即ち、極めて低い生
産率と、極めて大きなエネルギー消費を、従って生産に
かかる禁止的な影響を有しているという欠点を有してい
ない。
【００１０】
【従来の技術】イオンサイクロトロン共鳴同位体分離装
置は、次のような書類から既に知られている。ＦＲ−Ａ
−２，３０５，２２１、ＦＲ−Ａ−２，３６３，３６
４、ＵＳ−Ａ−４，０５９，７６１、ＵＳ−Ａ−４，０
６６，８９３、ＵＳ−Ａ−４，０８１，６７７、ＵＳ−
Ａ−４，０９３，８５６、ＵＳ−Ａ−４，２０８，５８
２、ＵＳ−Ａ−４，２１３，０４３、ＰＣＴ／ＵＳ８３
／０００５０（１９８３年１月１３日出願、１９８４年
７月１９日国際公開、国際公開番号Ｗ０８４／０２８０
３）。
置は、次のような書類から既に知られている。ＦＲ−Ａ
−２，３０５，２２１、ＦＲ−Ａ−２，３６３，３６
４、ＵＳ−Ａ−４，０５９，７６１、ＵＳ−Ａ−４，０
６６，８９３、ＵＳ−Ａ−４，０８１，６７７、ＵＳ−
Ａ−４，０９３，８５６、ＵＳ−Ａ−４，２０８，５８
２、ＵＳ−Ａ−４，２１３，０４３、ＰＣＴ／ＵＳ８３
／０００５０（１９８３年１月１３日出願、１９８４年
７月１９日国際公開、国際公開番号Ｗ０８４／０２８０
３）。
【００１１】１９８９年７月１０日から１２日までフラ
ンスのヴェルサイユで開催された、液体および気体にお
ける分離雰囲気に関する第２ワークショップにおける、
“同位体分離のプラズマ処理の見直し”と題するピー・
ルーヴェによる文献。
ンスのヴェルサイユで開催された、液体および気体にお
ける分離雰囲気に関する第２ワークショップにおける、
“同位体分離のプラズマ処理の見直し”と題するピー・
ルーヴェによる文献。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は同位体分離に使
用される材料をより有効に使い、既知のイオンサイクロ
トロン共鳴による同位体分離装置では達成できなかっ
た、前記材料のより多量の充填と、より長い生産サイク
ルとを得ようとするものである。
用される材料をより有効に使い、既知のイオンサイクロ
トロン共鳴による同位体分離装置では達成できなかっ
た、前記材料のより多量の充填と、より長い生産サイク
ルとを得ようとするものである。
【００１３】この目的のために、本発明による装置は、
前記囲繞ないしエンクロージャーが垂直方向に位置し、
従って、いわゆる下部部分といわゆる上部部分とを有
し、前記磁場が垂直方向になっており、また前記エンク
ロージャーの上部部分には収集装置が位置し、エンクロ
ージャーの下部部分にはプラズマ源が位置し、前記エン
クロージャーが、前記エンクロージャーの上部部分に面
した開口を有し、同位体を分離しようとする要素を収納
する導電性容器であって、前記容器が、分離装置の運転
中は、少なくともその外部を固体状に維持することがで
きるように構成されている、その導電性容器と、前記要
素の原子をイオン化するための装置と、前記運転中は、
容器底部の近くにおける容器の内容物の部分を、前記要
素の溶融あるいは昇華をもたらすことのできる運転温度
に維持するが、容器の上部部分は要素の融点より低い温
度に残しておく維持装置とを備えていることを特徴とす
る。
前記囲繞ないしエンクロージャーが垂直方向に位置し、
従って、いわゆる下部部分といわゆる上部部分とを有
し、前記磁場が垂直方向になっており、また前記エンク
ロージャーの上部部分には収集装置が位置し、エンクロ
ージャーの下部部分にはプラズマ源が位置し、前記エン
クロージャーが、前記エンクロージャーの上部部分に面
した開口を有し、同位体を分離しようとする要素を収納
する導電性容器であって、前記容器が、分離装置の運転
中は、少なくともその外部を固体状に維持することがで
きるように構成されている、その導電性容器と、前記要
素の原子をイオン化するための装置と、前記運転中は、
容器底部の近くにおける容器の内容物の部分を、前記要
素の溶融あるいは昇華をもたらすことのできる運転温度
に維持するが、容器の上部部分は要素の融点より低い温
度に残しておく維持装置とを備えていることを特徴とす
る。
【００１４】従って、本発明による装置は垂直方向に位
置し、垂直方向の液体還流を可能とし、また同位体分離
のための材料を良好に利用することも可能にし、利用効
率は１に近く、また同位体分離の特性に影響を与えるこ
ともない。
置し、垂直方向の液体還流を可能とし、また同位体分離
のための材料を良好に利用することも可能にし、利用効
率は１に近く、また同位体分離の特性に影響を与えるこ
ともない。
【００１５】本発明はまたその様な材料の充填量を増加
させ、かつ生産サクイルを長期化させることも可能にし
ている。
させ、かつ生産サクイルを長期化させることも可能にし
ている。
【００１６】本発明はまた、既知のイオンサイクロトロ
ン共鳴同位体分離装置と比べて、プラズマ源のエネルギ
ーの経済性を十分発揮させている。
ン共鳴同位体分離装置と比べて、プラズマ源のエネルギ
ーの経済性を十分発揮させている。
【００１７】イオンの温度もまた、本発明に用いられる
プラズマ源の場合の方が、スパッタリング源よりも低
く、従って、より良好なスパッタリング効果が得られ
る。
プラズマ源の場合の方が、スパッタリング源よりも低
く、従って、より良好なスパッタリング効果が得られ
る。
【００１８】磁場は、プラズマを閉じ込めて、エンクロ
ージャーの長さ（従って、クーロン衝突の有害な影響）
を制限し、望みの分離効果を得るために、十分な強度に
なっていなければならない。その値は１テスラないし５
テスラであり、分離しようとする要素ないし元素の関数
である。その値は分離しようとする元素のモル質量が大
きくなればなる程、また前記元素の同位体の質量差が小
さくなればなる程、大きくなる。この理由のために、前
記装置は、前記磁場を生成するために、好ましくは、超
伝導コイルで作られている。
ージャーの長さ（従って、クーロン衝突の有害な影響）
を制限し、望みの分離効果を得るために、十分な強度に
なっていなければならない。その値は１テスラないし５
テスラであり、分離しようとする要素ないし元素の関数
である。その値は分離しようとする元素のモル質量が大
きくなればなる程、また前記元素の同位体の質量差が小
さくなればなる程、大きくなる。この理由のために、前
記装置は、前記磁場を生成するために、好ましくは、超
伝導コイルで作られている。
【００１９】本発明による装置の好ましい実施例による
と、磁場を生成するための装置は、エンクロージャーを
取り囲んだ磁気コイルを組み込んでおり、容器はコイル
の軸線の周りで回転するシリンダー状の形状をしてい
る。この形状によって、生成された磁場の対称性を確保
することができる。
と、磁場を生成するための装置は、エンクロージャーを
取り囲んだ磁気コイルを組み込んでおり、容器はコイル
の軸線の周りで回転するシリンダー状の形状をしてい
る。この形状によって、生成された磁場の対称性を確保
することができる。
【００２０】本発明による装置の特別な実施例による
と、前記容器は導電性のある非磁性（ａｍａｇｎｅｔｉ
ｃ）材料でできており、その融点は運転温度より高い。
と、前記容器は導電性のある非磁性（ａｍａｇｎｅｔｉ
ｃ）材料でできており、その融点は運転温度より高い。
【００２１】他の特別な実施例によると、同位体分離し
ようとする要素は金属であり、前記容器は前記金属ある
いはその合金から作られ、本装置の運転中は、外部を前
記要素あるいは合金の融点より低い温度に維持する適当
な厚さを有している。
ようとする要素は金属であり、前記容器は前記金属ある
いはその合金から作られ、本装置の運転中は、外部を前
記要素あるいは合金の融点より低い温度に維持する適当
な厚さを有している。
【００２２】本発明の特別な実施例においては、前記維
持装置は非磁性（ａｍａｇｎｅｔｉｃ）材料でできた熱
遮蔽体であり、これは容器の上部部分を除いて容器を取
囲んでいる。これらの熱遮蔽体はまたエネルギー経済を
向上させる。
持装置は非磁性（ａｍａｇｎｅｔｉｃ）材料でできた熱
遮蔽体であり、これは容器の上部部分を除いて容器を取
囲んでいる。これらの熱遮蔽体はまたエネルギー経済を
向上させる。
【００２３】本発明による装置はまた容器を加熱するた
めの装置を有していてもよい。前記装置はまた容器の底
部を加熱するための装置を有していてもよい。
めの装置を有していてもよい。前記装置はまた容器の底
部を加熱するための装置を有していてもよい。
【００２４】前記装置はまた容器を負の分極にするため
の装置を有していてもよい。
の装置を有していてもよい。
【００２５】本発明は、さらに特に、金属の同位体分離
に適用され、前記容器は前記金属あるいはその合金を収
納し、その飽和蒸気圧力は、前記金属あるいはその合金
の融点より少し高い温度において、１０-3パスカルない
し１０パスカルである。
に適用され、前記容器は前記金属あるいはその合金を収
納し、その飽和蒸気圧力は、前記金属あるいはその合金
の融点より少し高い温度において、１０-3パスカルない
し１０パスカルである。
【００２６】本発明はまた１０-3パスカルないし１０パ
スカルの飽和蒸気圧力と１５００℃以下の温度において
昇華する金属の同位体分離にも適用される。
スカルの飽和蒸気圧力と１５００℃以下の温度において
昇華する金属の同位体分離にも適用される。
【００２７】
【実施例】本発明は、非限定的に与えられた例示実施例
に関する以下の説明を、単一の図面を参照しながら読む
ことによってより良く理解されるであろう。図面は、金
属、例えばガドリニウムを同位体分離することのでき
る、本発明による装置の特別な実施例の概略断面図であ
る。
に関する以下の説明を、単一の図面を参照しながら読む
ことによってより良く理解されるであろう。図面は、金
属、例えばガドリニウムを同位体分離することのでき
る、本発明による装置の特別な実施例の概略断面図であ
る。
【００２８】図１に示した装置は、垂直方向に位置し
た、細長い密閉されたエンクロージャー２ないし真空囲
繞と、前記エンクロージャー２内に真空を形成するため
のポンプ装置４と、垂直方向の超伝導コイルであって、
その軸線は図面の中でＸで表され、エンクロージャー２
の中央領域（分離の行われる領域）において軸線Ｘに沿
って均質な磁場を生成し、前記コイルは図示していない
装置によって制御される、そのコイル６と、前記エンク
ロージャーの中で、同位体分離させようとする金属の同
位体のイオンを含むプラズマを生成するためのプラズマ
源であって、前記源はエンクロージャーの下部部分にお
いて前記磁場の発散部分の中に位置している、そのプラ
ズマ源８と、前記エンクロージャーの中央部において、
前記磁場に対して直角で分離しようとする同位体のイオ
ンサイクロトロンの周波数に近く、分離しようとする前
記同位体の質量の関数として調節された周波数で振動す
る電場を生成する装置１０と、一方で前記同位体で濃縮
された混合物を、他方で前記同位体の含有率の少ない混
合物を回収するための収集装置１２とを有する。
た、細長い密閉されたエンクロージャー２ないし真空囲
繞と、前記エンクロージャー２内に真空を形成するため
のポンプ装置４と、垂直方向の超伝導コイルであって、
その軸線は図面の中でＸで表され、エンクロージャー２
の中央領域（分離の行われる領域）において軸線Ｘに沿
って均質な磁場を生成し、前記コイルは図示していない
装置によって制御される、そのコイル６と、前記エンク
ロージャーの中で、同位体分離させようとする金属の同
位体のイオンを含むプラズマを生成するためのプラズマ
源であって、前記源はエンクロージャーの下部部分にお
いて前記磁場の発散部分の中に位置している、そのプラ
ズマ源８と、前記エンクロージャーの中央部において、
前記磁場に対して直角で分離しようとする同位体のイオ
ンサイクロトロンの周波数に近く、分離しようとする前
記同位体の質量の関数として調節された周波数で振動す
る電場を生成する装置１０と、一方で前記同位体で濃縮
された混合物を、他方で前記同位体の含有率の少ない混
合物を回収するための収集装置１２とを有する。
【００２９】前記収集装置１２はエンクロージャーの上
部に配置されている。
部に配置されている。
【００３０】前記プラズマ源８は導電性のある容器１４
を有し、これはエンクロージャーの上部に向かって開放
しており、同位体分離しようとする金属を収納するよう
になっている。前記容器１４は回転シリンダー状の形状
をしており、その軸線はコイル６の軸線Ｘである。
を有し、これはエンクロージャーの上部に向かって開放
しており、同位体分離しようとする金属を収納するよう
になっている。前記容器１４は回転シリンダー状の形状
をしており、その軸線はコイル６の軸線Ｘである。
【００３１】金属を、その融点以上の温度で、それを収
納している容器の底部近くに保持し、その一方で容器１
４の上部部分を前記融点以下の温度にしておくために、
容器１４の周囲を、その上部部分を除いて、熱遮蔽体１
６が取り囲んでいる。
納している容器の底部近くに保持し、その一方で容器１
４の上部部分を前記融点以下の温度にしておくために、
容器１４の周囲を、その上部部分を除いて、熱遮蔽体１
６が取り囲んでいる。
【００３２】前記プラズマ源はまた、金属の原子をイオ
ン化させるための装置１８を有している。
ン化させるための装置１８を有している。
【００３３】良好な同位体分離を可能にするために適当
に生成された磁場は、分離しようとする領域（装置１０
で占有された領域）の中で、金属の同位体の質量の相対
的な変化を十分上回る高度な均質性を有している。
に生成された磁場は、分離しようとする領域（装置１０
で占有された領域）の中で、金属の同位体の質量の相対
的な変化を十分上回る高度な均質性を有している。
【００３４】分離しようとする金属は容器１４の中で１
あるいはそれ以上のインゴット２０の形で持ち込まれ、
前記インゴット（単数あるいは複数）は、好ましくは容
器の底部全体を覆っている。前記容器１４は非磁性金属
で作られており、その融点は分離しようとする金属の融
点より高い。
あるいはそれ以上のインゴット２０の形で持ち込まれ、
前記インゴット（単数あるいは複数）は、好ましくは容
器の底部全体を覆っている。前記容器１４は非磁性金属
で作られており、その融点は分離しようとする金属の融
点より高い。
【００３５】その変形例として、前記容器は分離しよう
とする金属で作ってもよく、前記容器は容器の外部を金
属の融点以下の温度に保つために、適当な厚さを有して
いる。
とする金属で作ってもよく、前記容器は容器の外部を金
属の融点以下の温度に保つために、適当な厚さを有して
いる。
【００３６】エンクロージャー２は非磁性材料で作られ
ており、接地されている。
ており、接地されている。
【００３７】前記熱遮蔽体１６は、例えばその最高温度
の部分に対してはタンタルのような非磁性（ａｍａｇｎ
ｅｔｉｃ）耐火金属から作られるが、他の部分は非磁性
ステンレス鋼から作ることができる。
の部分に対してはタンタルのような非磁性（ａｍａｇｎ
ｅｔｉｃ）耐火金属から作られるが、他の部分は非磁性
ステンレス鋼から作ることができる。
【００３８】金属還流の存在する容器１４の側壁を高温
に維持するために必要なエネルギーはエッジプラズマと
高速粒子の到達とによって供給される。
に維持するために必要なエネルギーはエッジプラズマと
高速粒子の到達とによって供給される。
【００３９】添付図面に示した装置が普通の方法で起動
できることに注目すべきである。しかしながら、プラズ
マ形成の起動時には、従来からの、ジュール効果による
予熱装置２２を用いることができるが、その後はプラズ
マの均質性に影響を与えないようにするために、切り離
される。
できることに注目すべきである。しかしながら、プラズ
マ形成の起動時には、従来からの、ジュール効果による
予熱装置２２を用いることができるが、その後はプラズ
マの均質性に影響を与えないようにするために、切り離
される。
【００４０】これらの予熱装置２２は、例えば、図示し
ていない装置によって制御され、かつ熱遮蔽体１６の中
に位置されている容器１４の部分を取り囲んでいる、加
熱コイルによって構成されている。
ていない装置によって制御され、かつ熱遮蔽体１６の中
に位置されている容器１４の部分を取り囲んでいる、加
熱コイルによって構成されている。
【００４１】図からわかるように、熱遮蔽体の中に位置
していない容器１４の上部部分には加熱コイルは設けら
れていない（この部分は、容器の残りの部分より低温で
あり金属凝縮領域に対応している）。
していない容器１４の上部部分には加熱コイルは設けら
れていない（この部分は、容器の残りの部分より低温で
あり金属凝縮領域に対応している）。
【００４２】図に示した装置には、この装置を使用して
いる間は、容器の底部の温度を容器の側壁の温度より高
く維持するために、容器１４の底部を加熱するための装
置２４を設けることができ、この容器底部の加熱が、前
記加熱装置の配置が原因で、磁場の均質性に対する影響
をより少なくするようになっている（ガドリニウムの場
合には５×１０-4を越えることができる）。
いる間は、容器の底部の温度を容器の側壁の温度より高
く維持するために、容器１４の底部を加熱するための装
置２４を設けることができ、この容器底部の加熱が、前
記加熱装置の配置が原因で、磁場の均質性に対する影響
をより少なくするようになっている（ガドリニウムの場
合には５×１０-4を越えることができる）。
【００４３】図示した実施例に於ては、加熱装置２４
は、図から分かるように、ジュール効果による加熱コイ
ルによって構成されている。前記ジュール効果による加
熱コイルのための制御装置は図示されていない。これら
のコイルは、分離領域においては磁場の均質性に影響を
与えることがある。
は、図から分かるように、ジュール効果による加熱コイ
ルによって構成されている。前記ジュール効果による加
熱コイルのための制御装置は図示されていない。これら
のコイルは、分離領域においては磁場の均質性に影響を
与えることがある。
【００４４】この危険性を最小限にまで減少させるため
には、単にバイファイラーコイルを用いるだけでよく、
その２本のコイルには、同じ強度の、しかし向きの反対
な電流がそれぞれ流され、従って前記コイルによって生
成される磁場は実質的に零である。
には、単にバイファイラーコイルを用いるだけでよく、
その２本のコイルには、同じ強度の、しかし向きの反対
な電流がそれぞれ流され、従って前記コイルによって生
成される磁場は実質的に零である。
【００４５】容器１４の上部部分の温度の最低値は、イ
ンゴット２０の融点より１００℃低くすることができ、
それによって容器内の金属の上昇を防ぐことが可能であ
る。インゴット２０の温度は、インゴットを約１０-3パ
スカルないし１０パスカルの圧力で蒸発させるように調
節される。この温度は、ガドリニウムの場合には、約１
３７０℃でなければならない。このようにして形成され
た金属の蒸気は、電子サイクロトロン共鳴イオン化装置
１８によってイオン化される。これらの装置は極超短波
（ＵＨＦ）を生成し、電子を加熱し、電子はエネルギー
を得て、この電子が形成された蒸気の中性原子をイオン
化させることができるようになる。
ンゴット２０の融点より１００℃低くすることができ、
それによって容器内の金属の上昇を防ぐことが可能であ
る。インゴット２０の温度は、インゴットを約１０-3パ
スカルないし１０パスカルの圧力で蒸発させるように調
節される。この温度は、ガドリニウムの場合には、約１
３７０℃でなければならない。このようにして形成され
た金属の蒸気は、電子サイクロトロン共鳴イオン化装置
１８によってイオン化される。これらの装置は極超短波
（ＵＨＦ）を生成し、電子を加熱し、電子はエネルギー
を得て、この電子が形成された蒸気の中性原子をイオン
化させることができるようになる。
【００４６】イオン化効率は１ではなく、容器１４の側
壁にはイオン化されなかった金属原子がデポジットない
し沈積される。それらは、再蒸発されるか、あるいは図
の矢印（Ｆ）で示したように液体還流し、容器１４の底
部に向かって降下し、続いて再蒸発される。
壁にはイオン化されなかった金属原子がデポジットない
し沈積される。それらは、再蒸発されるか、あるいは図
の矢印（Ｆ）で示したように液体還流し、容器１４の底
部に向かって降下し、続いて再蒸発される。
【００４７】形成されたイオンはそのイオンの出てくる
中性原子の温度に近い温度を有し、それは約０．１５ｅ
Ｖである。この低温は非常に高い分離ファクターを得る
ことを可能にする。
中性原子の温度に近い温度を有し、それは約０．１５ｅ
Ｖである。この低温は非常に高い分離ファクターを得る
ことを可能にする。
【００４８】飽和蒸気圧力が不適当であるか、あるいは
金属インゴット２０の液化温度に近い場合には、容器１
４を接地したり、あるいは適当な分極装置２６によって
前記容器１４を、エンクロージャーと比較して負の電位
にまで容器１４を上昇させることにより、中性原子の率
を増加させることが可能である。
金属インゴット２０の液化温度に近い場合には、容器１
４を接地したり、あるいは適当な分極装置２６によって
前記容器１４を、エンクロージャーと比較して負の電位
にまで容器１４を上昇させることにより、中性原子の率
を増加させることが可能である。
【００４９】従って、前記容器１４の壁部は液体金属の
層（あるいは、昇華性の金属の場合には前記金属の固体
層）で急速に被覆され、次にこの層はプラズマのイオン
によってスパッタリングされ、中性原子を再放出させ
る。
層（あるいは、昇華性の金属の場合には前記金属の固体
層）で急速に被覆され、次にこの層はプラズマのイオン
によってスパッタリングされ、中性原子を再放出させ
る。
【００５０】図に示した層のもっとも興味ある使い方の
１つは、融点が１３１３℃のガドリニウムの同位体分離
である。
１つは、融点が１３１３℃のガドリニウムの同位体分離
である。
【００５１】ガドリニウムは熱伝導度が非常に小さいの
で、モリブデンあるいはガドリニウムのいずれかから作
った容器を用いることが可能であり、この場合、厚さは
少なくとも３cmになり、容器は適当な厚さの固体部分を
確実に有することになる。
で、モリブデンあるいはガドリニウムのいずれかから作
った容器を用いることが可能であり、この場合、厚さは
少なくとも３cmになり、容器は適当な厚さの固体部分を
確実に有することになる。
【００５２】容器の底部の温度は約１３７０℃に調節さ
れ、飽和蒸気気圧は１０-1パスカルないし１０パスカル
となる。
れ、飽和蒸気気圧は１０-1パスカルないし１０パスカル
となる。
【００５３】ガドリニウムの熱伝導率が小さいので、点
火相の後には加熱を必要とせず、熱エネルギーは極超短
波イオン化装置１８の損失によって供給される。
火相の後には加熱を必要とせず、熱エネルギーは極超短
波イオン化装置１８の損失によって供給される。
【００５４】ガドリニウム蒸気をイオン化するための、
周波数が約３７ギガヘルツから１１０ギガヘルツの極超
短波は、ジャイロトロンによって従来的な方法で生成さ
れ、密度が約１０12個／cm3 である最大の均質プラズマ
を生成するために、準光学的（ｑｕａｓｉ−ｏｐｔｉｃ
ａｌ）モードのアンテナによって、エンクロージャーの
中へ導入される。
周波数が約３７ギガヘルツから１１０ギガヘルツの極超
短波は、ジャイロトロンによって従来的な方法で生成さ
れ、密度が約１０12個／cm3 である最大の均質プラズマ
を生成するために、準光学的（ｑｕａｓｉ−ｏｐｔｉｃ
ａｌ）モードのアンテナによって、エンクロージャーの
中へ導入される。
【００５５】前記極超短波は、コイル６によって生成さ
れた磁場に対して準平行的（ｑｕａｓｉ−ｐａｒａｌｌ
ｅｌ）に導入され、極超短波の周波数が電子のサイクロ
トロン周波数に近い領域において、最大の吸収効率を有
することができる。
れた磁場に対して準平行的（ｑｕａｓｉ−ｐａｒａｌｌ
ｅｌ）に導入され、極超短波の周波数が電子のサイクロ
トロン周波数に近い領域において、最大の吸収効率を有
することができる。
【００５６】前記波の吸収モードは、好ましくは、異常
波モード、即ち、波の電場がコイル６によって生成され
た磁場に対し、また波の伝幡ベクトルに対して直角にな
るモードである。
波モード、即ち、波の電場がコイル６によって生成され
た磁場に対し、また波の伝幡ベクトルに対して直角にな
るモードである。
【００５７】図示してはいないが、他の可能性として
は、コイルによって生成された磁場に対して直角な波を
導入することである。
は、コイルによって生成された磁場に対して直角な波を
導入することである。
【００５８】良好な均質性を有するプラズマを得るため
には、プラズマ源の壁部における多段反射を用いて、ア
ンテナによって放出された極超短波が、電子が電子サイ
クロトン共鳴によって加熱され、激しく吸収されること
がなく、従って大きな半径方向の密度傾斜を生成するよ
うな領域を直接貫通するのを防ぐことが適当である。
には、プラズマ源の壁部における多段反射を用いて、ア
ンテナによって放出された極超短波が、電子が電子サイ
クロトン共鳴によって加熱され、激しく吸収されること
がなく、従って大きな半径方向の密度傾斜を生成するよ
うな領域を直接貫通するのを防ぐことが適当である。
【００５９】従来的な方法においては、アンテナ１８は
角の形をしていてもよく、あるいはプラズマを取り囲
み、かつ放射状のスリットを有した長方形のガイドであ
ってもよく、あるいは鏡に関するヴラソフフィーダーと
して知られるシステムであってもよい。
角の形をしていてもよく、あるいはプラズマを取り囲
み、かつ放射状のスリットを有した長方形のガイドであ
ってもよく、あるいは鏡に関するヴラソフフィーダーと
して知られるシステムであってもよい。
【００６０】情報を得る目的で言うと、コイルによって
生成される磁場は約３テスラないし５テスラであり、磁
性コイル６の直径は約１．３ｍであり、この磁場が均質
であるコイルの長さは約５ｍである。
生成される磁場は約３テスラないし５テスラであり、磁
性コイル６の直径は約１．３ｍであり、この磁場が均質
であるコイルの長さは約５ｍである。
【００６１】図に示された装置はまた、分離しようとす
る昇華性のある金属要素ないし元素と共に用いることが
できる。この場合には、熱遮蔽体は中性原子の蒸気圧力
を、例えば約１パスカルに維持する。再蒸発しない原子
は、加熱装置２２によって周期的に還流することができ
る。
る昇華性のある金属要素ないし元素と共に用いることが
できる。この場合には、熱遮蔽体は中性原子の蒸気圧力
を、例えば約１パスカルに維持する。再蒸発しない原子
は、加熱装置２２によって周期的に還流することができ
る。
【００６２】振動電界を生成するための装置１０がらせ
ん状アンテナからなっており、これは図示していない装
置によって冷却され、図示していない冷気装置によって
強い電流を循環させるように作られており、周波数が選
択された同位体のイオンサイクロトロン共鳴周波数に近
いが、（ドップラー効果によって）異なる電磁波を作り
だすことができる。
ん状アンテナからなっており、これは図示していない装
置によって冷却され、図示していない冷気装置によって
強い電流を循環させるように作られており、周波数が選
択された同位体のイオンサイクロトロン共鳴周波数に近
いが、（ドップラー効果によって）異なる電磁波を作り
だすことができる。
【００６３】エンクロージャー２の上部部分における収
集装置１２は、タンタルで作られ、その巾が約１mmない
し６mmであるフェンスとして知られている装置であっ
て、前記フェンスが輻射によって冷却され、電子の流れ
を収集することによってプレート３０上の電位を固定し
やすくし、前記プレート３０によって不必要な同位体が
集められるのを防いでいる、その装置２８と、前記フェ
ンスの後方に配置され、分離しようとする同位体の組成
の濃い混合物を収集するために軸線（Ｘ）に平行で、ふ
るいとして知られているプレート３０であって、グラフ
ァイトあるいはタンタルで作られ、図示されていない支
持体によって、輻射及び伝導によって冷却され、前記支
持体が水で冷却され、前記プレート３０が図示されてい
ない分極装置によって負の電位にまで上昇される、その
プレートと、分離しようとしている同位体の組成の少な
い混合物を収集するために、前記ふるいの端部に位置し
たプレート３２であって、ステンレス鋼あるいは銅で作
られており、その背部を図示されていない水循環によっ
て冷却され、エンクロージャーからは電気的に絶縁され
ており、前記プレート３２とこれが収集する原子とのス
パッタリングを防ぐために、プラズマの電位に近い電位
まで上昇させられている、そのプレート３２とを有す
る。
集装置１２は、タンタルで作られ、その巾が約１mmない
し６mmであるフェンスとして知られている装置であっ
て、前記フェンスが輻射によって冷却され、電子の流れ
を収集することによってプレート３０上の電位を固定し
やすくし、前記プレート３０によって不必要な同位体が
集められるのを防いでいる、その装置２８と、前記フェ
ンスの後方に配置され、分離しようとする同位体の組成
の濃い混合物を収集するために軸線（Ｘ）に平行で、ふ
るいとして知られているプレート３０であって、グラフ
ァイトあるいはタンタルで作られ、図示されていない支
持体によって、輻射及び伝導によって冷却され、前記支
持体が水で冷却され、前記プレート３０が図示されてい
ない分極装置によって負の電位にまで上昇される、その
プレートと、分離しようとしている同位体の組成の少な
い混合物を収集するために、前記ふるいの端部に位置し
たプレート３２であって、ステンレス鋼あるいは銅で作
られており、その背部を図示されていない水循環によっ
て冷却され、エンクロージャーからは電気的に絶縁され
ており、前記プレート３２とこれが収集する原子とのス
パッタリングを防ぐために、プラズマの電位に近い電位
まで上昇させられている、そのプレート３２とを有す
る。
【図１】金属、例えばガドリニウムを同位体分離するこ
とのできる、本発明による装置の特別な実施例の概略断
面図。
とのできる、本発明による装置の特別な実施例の概略断
面図。
２ エンクロージャー（囲繞） ４ 真空装置 ６ 磁場生成装置 ８ プラズマ源 １０ 電界生成装置 １２ 収集装置 １４ 導電性容器 １６ 温度維持装置 ２０ 要素 ２２ 容器加熱装置 ２４ 容器底部加熱装置 ２６ 分極化装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピエール ルヴェ フランス国パレソ，リュ パルマンチェ 30
Claims (10)
- 【請求項１】 イオンサイクロトロン共鳴による同位体
分離装置において、 一つの方向において細長い形状を有する密閉エンクロー
ジャー（２）と、 前記エンクロージャー内に真空を形成するための装置
（４）と、 前記エンクロージャーの中央部において、前記方向と平
行に均質な磁場を生成するための装置（６）と、 前記エンクロージヤー内に、分離しようとする同位体の
イオンを含むプラズマを生成するためのプラズマ源
（８）と、 前記エンクロージャーの中央部において、前記磁場に対
して直角で、かつ分離しようとする同位体のイオンのサ
イクロトロン周波数に近く分離しようとする前記同位体
の質量の関数として調節された周波数で振動する電場を
生成する装置（１０）と、 一方において前記同位体で濃縮された混合物を、他方で
前記同位体の少なくなった混合物を回収するための収集
装置（１２）とを有し、 前記エンクロージャー（２）が垂直方向に位置して、い
わゆる下部部分といわゆる上部部分とを有し、前記磁場
が垂直方向になっており、また前記エンクロージヤーの
上部部分には収集装置（１２）が位置し、エンクロージ
ャーの下部部分にはプラズマ源（８）が位置し、前記エ
ンクロージャーが、 前記エンクロージャーの上部部分に面した開口を有し、
同位体を分離しようとする要素（２０）を収納する導電
性容器であって、前記容器が、分離装置の運転中は、少
なくともその外部を固体状に維持することができるよう
に構成されている、その導電性容器（１４）と、 前記要素の原子をイオン化するための装置（１８）と、 前記運転中は、容器底部の近くにおける容器の内容物の
部分を、前記要素の溶融あるいは昇華をもたらすことの
できる運転温度に維持するが、容器の上部部分は要素の
融点より低い温度に残しておく維持装置（１６）とを備
えている同位体分離装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の装置において、磁場を生
成するための前記装置が、エンクロージャー（２）を取
囲む磁気コイル（６）からなり、前記容器（１４）がコ
イル（６）の軸線Ｘのまわりで回転するシリンダーに類
似した形状になっている同位体分離装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の装置において、前記容器
（１４）が導電性のある非磁性材料でできており、その
融点が運転温度より高い同位体分離装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の装置において、同位体分
離しようとする要素が金属であり、前記容器（１４）が
該金属あるいはその合金から作られ、本装置の運転中
は、外側部分を前記要素あるいは合金の融点より低い温
度に維持する適当な厚さを有している同位体分離装置。 - 【請求項５】 請求項１記載の装置において、前記維持
装置が非磁性材料でできた熱遮蔽体（１６）であり、こ
れが容器（１４）の上部部分を除いて容器を取囲んでい
る同位体分離装置。 - 【請求項６】 請求項１記載の装置において、さらに、
容器（１４）を加熱するための装置（２２）を有してい
る同位体分離装置。 - 【請求項７】 請求項１記載の装置において、さらに、
容器（１４）の底部を加熱するための装置（２４）を有
している同位体分離装置。 - 【請求項８】 請求項１記載の装置において、さらに、
容器（１４）を負に分極化させるための装置（２６）を
有している同位体分離装置。 - 【請求項９】 請求項１記載の装置を金属の同位体分離
に適用する方法において、前記容器が前記金属あるいは
その合金を収容し、その飽和蒸気圧力が、前記金属ある
いはその合金の融点より少し高い温度において、１０-3
パスカルないし１０パスカルである適用方法。 - 【請求項１０】 請求項１記載の装置の金属の同位体分
離に適用する方法において、前記金属が１０-3パスカル
ないし１０パスカルの飽和蒸気圧力と１５００℃以下の
温度において昇華する適用方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9306305 | 1993-05-26 | ||
| FR9306305A FR2705584B1 (fr) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Dispositif de séparation isotopique par résonance cyclotronique ionique. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0747235A true JPH0747235A (ja) | 1995-02-21 |
| JP3636376B2 JP3636376B2 (ja) | 2005-04-06 |
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ID=9447473
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|---|---|---|---|
| JP11090394A Expired - Fee Related JP3636376B2 (ja) | 1993-05-26 | 1994-05-25 | 同位体分離装置及び同位体分離方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5422481A (ja) |
| JP (1) | JP3636376B2 (ja) |
| FR (1) | FR2705584B1 (ja) |
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| KR102043359B1 (ko) | 2011-11-14 | 2019-11-12 | 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 고성능 frc를 형성하고 유지하는 시스템 및 방법 |
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| EA201991063A1 (ru) | 2016-10-28 | 2019-09-30 | Таэ Текнолоджиз, Инк. | Системы и способы улучшенного поддержания повышенных энергий высокоэффективной конфигурации с обращенным полем, предусматривающие использование инжекторов нейтральных пучков с настраиваемыми энергиями пучков |
| KR20190073544A (ko) | 2016-11-04 | 2019-06-26 | 티에이이 테크놀로지스, 인크. | 다중 스케일 포집 타입 진공 펌핑을 갖는 고성능 frc의 개선된 지속성을 위한 시스템들 및 방법들 |
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1994
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| FR2705584B1 (fr) | 1995-06-30 |
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