JPS5926126A - プラズマ遠心分離法およびその装置 - 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】 発明の′ｆＩ用 発明の分野 本発明は、プラズマ遠心分離１幾を用い“Ｃ１異なった
原子団を持つ物質を分離り−る方法およびその装置に関
するｂ（Ｄで、特に、レーザによって点弧された真空ア
ークを用いてイオン化を行ない、分離ずべき物質のプラ
ズマを形成づる多段法おＪ：びその装置に関Ｊるもので
ある。

先行技術の説明 異なった原子用を待つ物質の分子１ｌｌｌを、これらの
物質を含むプラズマを回転して行くｒうごとは、先Ｔ１
技術にｉ！’３い°も知ら４゛シているところである。

先行技術にＪ３りるに法は、分Ｆｉｌｌされるべさ゛物
質を含む中性ガスを、イの中に電流を通りことにＪ−っ
てイオン化している。しかしながら、これらの先行技術
においては、ガス放電プラズマはその一部しかイオン化
されない。し１ζがって、イオン化されたプラズマ成分
は′、そのプラズマを回転さける電磁場に応答覆るもの
の、回転しているプラズマの内外に存在する中性原子の
妨害によってその回転速度は限界を持つことになり、し
たがってまた、このような従来の遠心分離機にｄ３す８
賀簿分岨の達成度も限界を持つものである。中性原子の
粘性によって、プラズマ回転速度は、対応り−る軽い質
量の分離にお１）るΔ１ｒｖａｎ臨界速度より十分低く
抑えられる。部分的にイオン化されたプラズマにおいて
は、イＡ〕ｌの回転エネルギが中性原子のイオン化１ネ
ルギに等しくなったとき、Ａ　＋ｒｖｅｎ速度限界に達
Ｊ８゜回転しでいるプラズマにさらにエネルギを入ツノ
すると、これ′は主として残りの中性原子のイオン化に
使用される。

異なった原子量を持つ物質に加えられる遠心力は、回転
速度の関数となっているために、中性原子の■１止作用
によって生ずる回転速度の限界は、実質的に遠心力、し
たがってまた従来の装置にお【ノる分離音間を減少さぜ
る。

参照づることによｐ′（ここに援用する、１９８１年６
月２２　ＩＩ　ｉこ我々によって先に出願されたアメリ
カ合衆国特許出願連続番号２７６．０８７号におい゛Ｃ
１プラズマ遠心分離機を用いて異なった原子量を持つ物
質を分１１１［する））法とその装置が開示され（いる
。てこで開示された方法および装置は、単一の分熱の手
法を用い、そこ（゛は分１！１１１されるべき物質はコ
レクタ上に集められる。この方法は、単・−の分断のｌ
ｉの分断物５（（の蓄積量が商業的使用には不十分であ
る棚台がある、という欠点を有している。しｌどかって
、蓄積物質を二ルクタから取除き、新たなターゲットを
形成し、そして分断を１！！返Ｊことが必９２である。

商業的な目的のために番、１、これは何バ［となく繰返
されることが必要である。この分断法を繰返づことは費
用もかかり、また時間的にも浪費である。

１里−９ＷＬＬ 本弁明の主たる目的は、分離されるべき物′ｐｉを含む
ブラノ７が充分イオン化され、それによって、プラズマ
が磁力の印加によってプラズマが回転した際にａ３１プ
る阻止効果を１減させるにうな、異なった原子量を持つ
物質の分離を行なうための多段法ｄｊよびその装置を提
供することにある。

本発明の他の目的は、分１ｌｌｌ１１を数段階行ない、
完全にイオン化された回転プラズマをそのソースからコ
レクタへど移動させて、分離された物質を収集Ｊる、異
なった原子量を持つ物質の分１！Ｓｌｔの方法Ｊ５　Ｊ
：び二Ｃの装置を提供することにある。

本発明は、異なった原子量を持つ物質を遠心的に分子１
１゛づる方法およびその装置を対象にしている。

分断されるべき一物質は、長さ方向の軸を持つ真空容器
中に置かれている。真空容器中に、その容器の長さ方向
の軸に平行に磁界が加えられ、分断すべき物質によって
構成されたターゲットはその容器中の一端に置かれ、コ
レクタは容器の他端に置かれ（いる。パルス状の１７−
ザのエネルギを分離されるべき物質上に集光し、それに
よって少なくともこの物ｌトの一部を完全にイオン化し
、それにＪ：つＣプラズマを形成する。レーザエネルギ
が到達した直後に、分離されるべき物質を通して電流を
流し、それによってこの物質をさらに完全にイオン化し
、この過程によってプラズマをさらに形成づる。完全に
イオン化された〕°ラスマＩＪＳ磁界を印加づ”ること
ににって回転し、分−１されるべき物質のターグツ１〜
からコレクタへと移動する。磁界によるプラズマの回転
から生ずる遠心ノｊによって、少なくどしイオン化され
た物質の一部分が分離される。容器中のターゲットとコ
レクタの間に、複数の収集器（ｓｋｉ＋＋ｖｅｒ　）を
設（づ、回転しくいるプラズマの一部がこの収集器に当
たり、この上−Ｃ収集されるＪ、うにづる。プラズマの
残りの部分は引き続ぎコレクタの方向移動する６最終的
に」レクタに当たる物質は、出発物質の陣か１％である
が、高度のｉ１偵またＩ：）凝集を受【Ｊる。

良好な実ｍ例の訂細な説明 ｆｆ１１図ｄ３Ｊ：び第２図を参１廊すると、容器１は
拡散ポンプ３を用いて真空とされている。容器゛１を囲
んでいる？８磁コイル５は、たとえば、円筒形とされる
。コイル５の軸は、容器１の長さ方向の軸△−Δに対応
している。分離すべき物質を含む固体のターゲット７１
よ、容器の一端にぢＥｌｌ￥（）、電源９０１つの端子
がこれに接続されＣいる。この良好な実施例にＪ３いて
は、ターゲットは固体である。

真空＋ｌ］に固体夕・−ゲットを用いることは、完全に
イオン化されたプラズマの生成を促進さ１する。しかし
ながら、液体または気体のターゲットを用いることもで
きる。レーザ１１はターグツ１−７上に集光され、それ
からのレーザエネルギはターグツ１〜７　（１＞　ｊ−
に５えられる。

この装置の）■転にあたつＣは、レーザ１′１はパルス
どされ、パルス化されたレーザエネルギはターグツ１〜
７の上に集光される。このレー＋ｆは、たとえば、パル
ス化されたレーリーと覆ることがＣきる。この１ノーリ
゛パルスは、ターゲットの一部をイオン化させ、プラズ
マを形成さける。レーザパルスが存在づる問およびその
後において、コンチン１ノ／ｉＱ　’ＦＩＩＷ＃源９の
コンデンサ９ａの上に蓄えられた重荷はターグツ１−７
を通して放電し、それを通して流れる電流を生じさせる
。この電流は分離されるべき物質の一部分をざらにイＡ
′ン化し、それによつ−（さらにプラズマを増加させる
。

ターゲラ１〜７を通した、電源９からの電流の放電の最
後に、レーｔＪ’１１は再びパルスどされ、電源は古び
放電し、循環ザイクルを形成する。

この１ラズマは、動径方向に関して内側を向いている電
５ＩｉＩＥを生じさせる。さらに、磁界コイル５によっ
Ｃ生じた磁界Ｂの間の電流がプラズマ上に１Ｏｒｅｌｌ
ｔＺ体積力を生じさけ、これによって円柱状のプラズマ
は長さ方向の軸へ−へのまわりに自転または回転りる。

まｌζ、この磁界はプラズマを容器の中心部分に閉じ込
め、プラズマを端面コレクタ１７の方向へ流ず。このプ
ラズマは自転または回転し１いるために、より大きな原
子間を持つ物質１、丈、より小さな原子量を持つ物質に
比べ【大きな遠心力が加わる結果、動径方向を外側に向
け゛（°移動しようとする。

ターゲット７からコレクタ１７へと移動する、イオン化
されたプラズマの経路に沿って、複数の補助磁界コイル
または鉄のリング１３ａ　、　１３ｂ・・・１３１１を
、予め定められた間隔で容器１中に配＠づる。回転して
いるプラズマは動径方向を外側に運動するため、それの
外側の部分は収集器゛１３ａの部分１５ａに当る。部分
１５ａに当たり、その上で収集されたプラズマの部分は
、プラズマ中の重い物質に冨ｌυだものとなっている。

それは、回転しているプラズマに遠心ノノフメ加わるか
らである。したがつＣ１収集器１３ａの中央の聞［」部
１６ａを通るプラズマの部分は、軽い物質に冨ｌνでい
る。収集器１３ａを通った後、このプラズマは回転を統
（プ、−７の回転にＪ、つ”Ｃ再び外側へ向かう遠心力
が加えられる。その後、プラズマは収集器１３ｂに当た
り、重い物ｒ４がＪ：り凝集し１こ物質が再び取り除か
れ、さらにＭ積まｌごは凝集を受【〕だ軽い物質が開口
部１６１）を通って第３の段階に移動覆る。この＃１＊
統的な蓄積は、Ｗ数の段階を通じ−（持続し、最後の収
ｆ！器１３ａを通った後、このプラズマが」レクタ１７
土に案められるまで行なわれる。

第２Ｂ図は、プラズマ・アークの外周部上における軸方
向の磁界の形態を示ジグ゛ラフである。これかられかる
ように、磁界は斉収集器１３の場所ひ窪みを持つ（いる
。この窪みによつ℃、プラズマは、収集器１３の中心に
ある間し１部を通過するとき若干の拡がりを呈９−る。

これかられかるように、グラフ７を形成づる物質の一部
が：〔れぞれの収集器の上に集められるため、コレクタ
に到着する物！１の量は最初の原物質にり少なくなって
いる。コレクタに到着する物質の寡は゛カッｌ−（ｃｕ
ｔ　）　”と呼ばれる。一般に、段階の数が増加づると
、一定の蓄積に対しでカッ１へは増加Ｊる：またｔよ段
階の数が増加Ｊるとカット・一定で蓄積が増大する。さ
らに、それぞれの収集器の」二に集められた物ｔ’ｔの
割合は１−（Ｒ／ＲＶ）’の関数である。ここで、Ｒは
リングの半径、Ｒｖは内壁の半径である。、第３図は、
段階の数とβどの関係を示づグラフである。ここで。

βは円柱状のプラズマの平均直径の二乗の逆数である。

第１図６３　Ｊ：び第２図に示された実施例は、出発物
質またはターゲットの中の、より小さな原子間を持り物
質を蓄積し凝集り゛ることが必要である場合に用いられ
る。こＩＬかられかるように、収集器によ−）−も取り
除かれるのはＪ、り大きな原子用を持つ物’Ｒであり、
１ノたがってより小さな原子間を持つ物ｙ１は：ルクタ
上にＮ１ｎされる。しかしながら、ターゲット中に存在
覆るより人さな原子υうを持つ物ｙ４　ｏ）累積が必鍛
とされるときは、これとは異なった一部の収Ｕ′器を用
い４りればならない。

第１１図を１メ照りると、これに代わる実施例が示され
、＊’、’　Ｌ−（、二Ｊ３いて（ｊ、１゛れぞれの収
県器ｉ　’ｉ　３　ａ　。

１１３１１・・・１　’１　、’３　＋１１ｔ外側のリ
ング状の部分おＪ、び中火の部分１１５ａ、１１５Ｌ＋
・・・１１５１１から構成され゛（いる。プラズマが回
転すると、４ｆい物質の方が（ＩＹい物＞Ｓ！（Ｊ：す
ｂＪ、り多く外側に移動し、したが＞Ｕ、７ンズ７はＩ
ＩＳ！　小器１１，３８４）〜ると、プラズマ・ノンー
イｌの中Ｉ［，１部にある軽い物質が収集器１１３ａの
部分１１５ａに当ｌ〔す、その上に集められ／：）。（
−の１．：め、収集器１１３ａを通ると、プラズマは大
きな原子量を持つ物質をより多く含んだものどなってい
る。収集器を′通った後、この物１′（の一部は中心に
向かう方向に内側に移動づる。

しかしながら、プラズマが回転し゛（いるために、再び
用い物ν１を、回転しでいるプラズマ・アークの外側の
部分に向かっ−（移動させにつとする。このアークがコ
レクタ１１７の方向に移動すると、敗ｇ３器１１３ｂを
通過づる。プラス゛マの回転によって、プラズマの中心
部に再び凝集された軽い物質は、収集器１１３ｂの部分
１１５ｂに当たり、その」二に集められる。このプラズ
マは、収集器１１３０を通り、コレクタ１１７上で集め
られるまで、設置されている他の段階によって継続的に
分離される。

最初にプラズマが形成されたどきには、軽い物質と重い
物質はプラズマ全体にわたってランダムに分布している
ことに注意されたい。プラズマが回転すると、重い物質
は外部に向か）方向に移動しようとし、軽い物質はプラ
ズマの中心部に留まろうとする。しかしながら、すべて
の重い物質がプラズマの外側の部分に移動し、軽い物質
のづべ（が１ラズマの中心部に凝集りるということは甲
に即用的状況を述べ（いるに留まるのＣあって、現実に
はｔ）０ろん、プラズマの中心部に二重い物質のかなり
の吊が存在し、またブラダ７の外側の部分に軽い物質が
かなりのか存在することは理解し”℃おかＩＫ１ノれば
ならない。したがって、ブラダ７が分ｎ（段階の連鎖を
通り抜け、端面の］レクタに当たるどきには、集められ
た物質全体は、確かに甲い１カ質ｌ、たは軽い物質（い
ずれの実施例を採用覆るかにＪ：って異なる）に富んだ
ものであるが、さらに、端面の二ルクタの動径方向に関
しく外部の部分に向かう方向には重い物質が多く凝集さ
れ、畑面の二ルクタの動径方向に関して内側の部分には
軒い物質が多く凝集゛する結果となる。

本発明は、本発明の精神または本質的な特徴を失わなり
れば、他の特定の形態で具体化りることがｅきる。した
がっＣ１ここに開示した実施例は、例示的であっ”Ｃ限
定的ではないど青えられるべきものであり、本発明の範
囲は前述の説明ではなく、添付し１＝請求の範囲によっ
て示されるものであり、請求の範囲と同等な意義Ｊ５よ
び範囲に属するすべての変形はその中に包含されるべき
もの゛（゛ある。

【図面の簡単な説明】

ｗ４１図は、本発明のブラスマ遠心分１１ｔ１ｍを示す
図である。第２Δ図は、８８１図に示した装置の部分拡
大図である。第２Ｂ図は、第２八図中のプラズマ・アー
クの周縁上の軸方向の磁界の形態を示１図である。、第
３図は、分断段階の数と、βとの関係を示すグラノであ
る。第４図は、本発明の収集器についηの他の実施例を
承り図である。 図に４３いで、１は容器を、３は拡１３４ボンゾを、５
はＬ］−（ルを、７は分１１＋　ＩＪへさ物質を含むタ
ーゲットを、９は電諒を、９ａは」ンγンリを、１１は
レーリ”を、１３Δ、１３Ｌ３．・・・、１３Ｎは収集
器を、１５ａ、’１５１１．・・・１５１）は収集器の
収集部・と、１（３△、１６１３．・・・、１６Ｎは収
集器の間口部を、１７は」レクタを、１１３△、１１３
１３゜・・・、＋１３Ｎは収集器を、１１５Δ；１１５
Ｂ。 ・・・、’ｌｉ！ｊＮは収集器の部分を、１１７は」レ
クタを、それぞれ示づ。 特許出願人　エール・ユニバーシティ 旧１１脅Ｈ− 代　　理　　人　　弁理士　　深　　見　　久　　部（
ほか２名） 手続補正ＩＩ（方式） １、事件の表示 ■イ和５８年特訂顆第　７９９８９　　Ｆ３２、発明の
名称 プラズマ遠心力ｌ１１１法およびイの鼓謂３、補正をづ
る者 事件どの関係　特許出願人 住　所　　ｊ１メリカ合衆国、コネ・ヂカット州、ニュ
ー・ヘブンカレッジ・ストリー１−１４５１ 名　称　　エール・ユニバージｙ−イ 代表者　　エイ・バー１〜レツ１−・シアマツティ４、
代即人 住　所　大阪市北区天神橋２丁目３番９月　八千代用−
ビル自発補正 ６、補正の２１１象 如何の４．特δ１出願人の住所および代表者の爛、図面
、委任状、Ｊ３よび訳文、法人（ＸＩ釉証明書Ｊ３よび
訳文 ７、補正の内容 （１）　願書の４．特許出願人の住所の欄に［アメリカ
合衆国、コネヂカット州、ニュー・ヘブン、カレッジ・
ス１−リート、４５１」および代表者の欄に［゛エイ・
バー１〜レッ１−・シアマツティ」を補充致しまＪｏそ
の目的で新たに調製した訂正願書を添付致しまず。 （２）　讃墨で描いた図面を別紙のとおり補充致します
°。 （３）　委任状および訳文を補充致しま′１Ｊ、。 （４）　法人国籍証明ｍ　Ａ３よび訳文を補充致しまづ
。 以上

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　異なった原子育を持つ物質を遠心的に分Ｎ１ｇ
   る装置であって、前記装置は、（ａ　）　　長さ方向の
   軸を持−）容器、（１））　　前記容器中に真空を作り
   出ず真空手段、（Ｃ）　前記容器中に、前記容器の長さ
   方向の袖に平行Ｚｉ　１７弄を作り出１Ｍ＆界生成手段
   、（（１）　前記容器中の一端に位置し、前記物質Ｊ：
   り構成されるターゲット手段、 （ｅ　）　　前記容器中の他の一端に位置するコレクタ
   手段、 ＜ｒ　）　　レーリ゛エネルギを前記ターゲラ１〜手段
   上に集光し、それによって前記物質の少なくとも一部を
   イオン化し、それをもとにしてプラズマを形成づる、レ
   ーザ手段、 （ｇ）　　前記ターゲット手段に接続されて前記ターグ
   ツ１〜手段に電流を供給し、前記ターグツ１〜手段を通
   った電流が前記物質をさらにイオン化し、それによっで
   前記物質からさらにプラズマを形成するための電源、 （ｈ　’）　　前記容器中において前記イオン化された
   ブラズ（の一部分の経路中に位置する少なくとも１つの
   収集手段ひあって、前記イオン化され／ｊプラズマの前
   ｊｉ、４一部分が前記収集手段に当たり、その上Ｃ収集
   され、前記イオン化されたプラズマの残りの部分は前記
   コレクタに向かつＣ前記容器に沿って移動し続ける収集
   手段、 を備え、前記磁界によって、前記イオン化されたプラズ
   マが回転し、前記ターゲット手段から前記コレクタ手■
   １へと移動し、それによって前記イオン化された物質の
   少ｆａ　くとも一部分が前記ブラズ７の回転から生じる
   遠心力によって分離される、装置。
2. （２）　前記収集手段が前記容器中のリング状の膜から
   なり、前記リング状の膜の軸は前記磁界発生手段の袖に
   一致している特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）　前記収集器がリング状の膜とディスクとにＪ：
   って構成され、前記ディスクは前記リング状の膜の中央
   の部分に位置し、前記ディスクの半径は前記リング状の
   膜の内半径より小さく、前記ディスクと前記リング状の
   膜の軸は前記磁界生成手段の軸と一致している特許請求
   の範囲第２項記載の装置。
4. （４）　前記収集手段が鉄のリンクである特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項記載の装置。
5. （５）　前記収集手段が磁気コイルである特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項記載の装置。
6. （６）　異なった原子量を持つ物質を分離１−！ｌる方
   法Ｃあって、前記方法は、 ＜ａ　＞　　真空中に前記物質を置き、（ｌ］）　　前
   記物質の上にレーザエネルギを集光し、それ１こよて）
   で前記物ｒの一部分をイオン化しＣプラズマを形成、３
   　ｕｌ （Ｃ）　　電流を＃記物質および前記物質のイオン化さ
   れた部分に通すことによって、前記物質をさらにイオン
   化し、それによってさらにプラズマを形成し、 （（１）　　ｖｉＨ’Ｐを前記イオン化されたプラズマ
   にｕｌ加し”Ｃｉｉ＆　ｌ；ｄ　−（Ａン化されたプラ
   ズマを回転さゼ、前記イオン化されたプラズマを前記物
   質のイオン化さ１１．ていない部分から遠ざかる方向へ
   移動させ、前記イオン化されたプラズマの回転が、遠心
   的に少なくとも前記物′ｉＫの一部分を分離させ、（ｅ
   　）　　前記イＪ　＞−化されたプラズマを複数の収集
   手段の中を通し、イれによって前記遠心的に分１１ｋｌ
   されたイオン化されたプラズマの一部分を前記収集′ｆ
   一段のそれぞれの上に集め、（［）　　前記遠心的に分
   離され収集された一ｆオン化されたプラス７をコレクタ
   上に９肴さける、ごどを含む方法。
7. （７）　前記・イノ１−ン化されたプラズマが前記収集
   手段を通り１友りる際に前記磁界を弱めることを含む特
   許請求の範囲第６項記載の方法。
8. （８）　前記遠心的に分Ｎ１された、インＪン化された
   プラズマの中央部分を前記収集手段上で集めることを含
   む特許請求の範囲第６ｉＲ記載の方法。
9. （９）　　ｂＯ記遠心的に分離された、イオン化された
   プラズマの外側の部分を前記収集手段上で集めることを
   含む特許請求の範囲第６項記載の方法。