JPS5926327B2 - 同位元素を分離する方法並びに装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般に同位元素を互いに分離すること、特に
、略中性の密度の高いプラズマ内で同位元素を分離する
一層低廉な方法に関する。

現在、ウラニウムの同位元素を商業的に分離する主な手
段は、気相拡散方法である。

この様な拡散工場の能力を高めるには、年間何憶ドルの
規模にも及ぶような相当の資本の投下が必要である。

他方、最近、多くの国に於ける多くの人の研究により、
プラズマの性質について格段の知識並びに見通しが得ら
れるようになった。

特に、密度の高いプラズマの挙動に関する知識は著しく
増加した。

密度の高いプラズマ内で同位元素を分離すれば、所望の
同位元素をずっと多量に、一層安いコストで然もエネル
ギ消費を一層少なくして分離出来る筈である。

更に、密度の高いプラズマ内で同位元素を分離すること
は、同様な方法の為に使うことが出来るプラズマ装置が
存在していることによっても容易になる。

こう云う装置の中には、所謂Ｑマシンがある。

荷電粒子のビームは、荷電粒子が互いに反撥する傾向が
ある為、成る密度を越えることが出来ないことがよく知
られている。

他方、中性のプラズマ内では、どれ程密度が高くても、
個々の荷電粒子が反対の電荷を持つ他の粒子によって中
和される。

この為、荷電ビームよりもプラズマを一層密度の高いも
のにすることが出来る。

同位元素を分離する一層低廉な方法があれば、従来は値
段が高すぎるとみられていた目的にも、同位元素を利用
することが可能になる。

例えば、この様な同位元素は医薬に多（の用途がある。

これは単色光、即ち適当な元素の１種類の同位元素によ
って発生される光を発生する光源にも有用である。

同様に、適当な元素の１種類の同位元素をレーザ動作が
可能な材料として含むレーザを製造するのが望ましいこ
ともある。

単一種類の同位元素は原子炉にも使われることがある。

この場合、中性子吸収断面積が特に大きいとか小さいと
か云うように、原子炉に対する最良の中性子特性を持つ
特別の同位元素を利用するのが望ましいことがある。

従来、気相拡散方法の他に、同位元素を分離する種々の
方法が提案されている。

こう云う方法の中には、１種類の同位元素の特定のエネ
ルギ・レベルを励振し、他の同位元素を励振しない為に
レーザを使うものがある。

この為には、例えばウラン２３５の同位元素をウラン２
３８の同位元素に対して選択的に光学的に励振する同調
可能なレーザを必要とすることがある。

励振されたウラン原子は、励振されないイオンと異なり
、イオン化が一層容易になり、この為、帯電した同位元
素並びに中性の同位元素の分離を容易に行なうことが出
来る。

この様な分離方法が例えば米国特許第３５５８８７７号
に記載されている。

同様に、選ばれた同位元素を励振し、その後でイオン化
する２光子力式が米国特許第３７７２５１９号に記載さ
れている。

集束されたレーザ・ビームによる電界によってガスのイ
オン化を行なう為にレーザを使うことが、米国特許第３
４７８２０４号に記載されている。

プラズマを形成する為、又は微粒子の衝撃の為にレーザ
・ビームを使うことが、米国特許第３３６０７３３号及
び同第３６７９８９７号に記載されている。

磁気ミラーを持つプラズマ局限装置も周知である。

その１例としては、米国特許第３２５７５７９号がある
。

磁気ノズルと呼ぶこともある発散形磁界を使うことが、
米国特許第３８４５３００号に於て、少なくとも２種類
の同位元素を分離する為に提案されている。

最後に、「フィジカル・レビュー・レタース」誌１９７
４年１２月２３日号、第３３巻第２６号、第１５３７頁
乃至第１５４０頁所載のヒデクマ他の論文がある。

この論文は、所望のイオン種目を突込み又は保持してお
いて、他のものが容器から逃出すことが出来るようにす
ることを提案している。

これは適当な磁界によって作られた尖端形磁界によって
行なわれる。

この実験の目的は、所望の粒子を保存しながら、炉内に
ある不純物を逃出させる為であった。

この発明の目的は、種々の元素の同位元素を分離するも
のとして、従来公知の方法よりも実質的に一層低廉な新
規な方法並びに装置を提供することである。

この発明の別の目的は、比較的密度の大きいプラズマを
利用し、こうして方法の収率を高める同位元素を分離す
る新規な方法を提供することである。

この発明の別の目的は、２種類以上の同位元素を持つ多
（の元素に適用し得る様な、回章元素を分離する方法並
びに装置を提供することである。

この発明の方法は基本的には３つの工程から成る。

最初、問題の同位元素を含む略中性の密度の高いプラズ
マを発生する。

例えばプラズマは正のイオンとそれを中和する電子とで
構成することが出来る。

他方、分離しようとする同位元素を含む負のイオンを発
生することが必要になることもある。

その場合、プラズマは適当な正のイオンによって中性に
しなげればならない。

最後に、正及び負のイオン及び電子の中性の混合物を使
うことが出来る。

次の工程はこの中性の密度の高いプラズマを磁界内に注
入することである。

この磁界内で、１種類の同位元素には他のものよりも一
層多くのエネルギが与えられる。

然し、プラズマを注入しなくてもよいように、磁界内で
プラズマを発生することも可能であることを述べておき
たい。

与えるエネルギに差をつげることは、例えば所望の同位
元素を、その同位元素のサイクロトロン振動数に近いが
、それとは異なるその共振振動数で選択的に駆動すれば
よい。

然し、多数種目の同位元素の対応する集団共振振動数は
、それ自身の特定のサイクロトロン振動数から実質的に
異なっていてもよい。

一般に集団共振振動数はプラズマの密度、プラズマに電
子があれば電子の相対的な濃度、磁界の強さ、特定の同
位元素の電荷と質量との比、並びに場合によってはプラ
ズマ柱の長さとその半径との比の様な、プラズマ装置自
体の物理的なパラメータに関係する。

最後に、選ばれた同位元素がエネルギの差に基づいて他
のものから分離される。

これは例えばイオンを磁界にかげてその拡散の差によっ
て行なうことが出来る。

或いは一層多くのエネルギを持つ種目を局限する磁気ミ
ラーを利用してもよい。

エネルギ依存性を持つ化学反応を含めて、１種類の同位
元素を他のものからエネルギの差に基づいて分離する他
の多（の方法を後で説明する。

また、所要のプラズマを発生すると共に植種の同位元素
に差別的なエネルギを与える多（の方法を後で説明する
。

この発明に特有と考えられる新規な特徴は、特許請求の
範囲に具体的に記載しであるが、この発明の構成並びに
作用、及びその他の目的並びに利点は、以下図面につい
て説明する所から、最もよく理解されよう。

前に述べた様に、選ばれた同位元素の分離又は濃縮には
、基本的に３つの相異なる且つ相次ぐ工程が必要である
。

第１に、略中性で比較的密度の高いプラズマを作ること
が必要である。

プラズマの密度は、１立方センチ当りの粒子の数で云っ
て、１０１０乃至１０１２個程度にすべきである。

プラズマは正のイオンを電子で中性にしたものであって
もよいし、或いは負のイオンを適当な正のイオンで中性
にしたものであってもよい。

この代りに、プラズマを正のイオンで中性にした電子並
びに負のイオンの混合物で構成してもよい。

イオンは、分離しようとする元素で構成するか、又は分
離しようとする元素を含む化合物で構成することが出来
る。

方法の次の工程として、分離しようとする同位元素に差
別的なエネルギを与えることが必要である。

これはいろいろな方法で行なうことが出来るが、それは
後で説明する。

例えば、少数同位元素、即ち一層希である同位元素には
多数同位元素より一層多くのエネルギを与えることが出
来る。

これを行なう方法を後で説明する。

最後の工程として、それまでに差別的なエネルギを獲得
した２種類の同位元素をそのエネルギの差に基づいて分
離する。

これもいろいろの方法で行なうことが出来るが、それも
後で説明する。

同位元素に差別的なエネルギを与えるこの発明の装置並
びに方法を説明する前に、次にプラズマの発生について
説明する。

密度の高い中性のプラズマの発生 最も簡単な１つの場合は、アルカリ金属で構成されるプ
ラズマを発生することである。

即ち、カリウムで構成されるプラズマは次の様にして容
易に発生することが出来る。

カリウムを真空にした空間内の適当な炉の中で加熱する
。

次にカリウム原子又はカリウムのビームを熱い電極に向
ける。

これは例えばタングステン、タンタル又はレニウムで構
成することが出来る。

カリウム原子が熱い電極に衝突すると、イオン化されて
正のカリウム・イオンを生ずる。

熱い電極によって電子が連続的に放出される。

これらの電子が、形成されたイオンを中和する。

電子の数は、イオンによって発生された電界に関係する
が、この電界が温度の関数である。

カリウムを蒸発させる代りに、塩化カリウムから始める
ことも可能である。

塩化カリウムを十分に加熱して分子結合を破り、こうし
て若干の中性のカリウム原子、塩素原子並びにカリウム
及び塩素イオンを作る。

その後、前に述べたプロセスを続けることが出来る。

他のアルカリ金属を含むプラズマを発生する為に他の多
（の方法を容易に利用することが出来る。

このプラズマは、Ｑマシンの様に、縦方向の定常磁界内
で発生してもよいし、或いはプラズマを磁界内に後で導
入してもよい。

この後の方の方法は、例えばフィラメントによって熱い
元素を発生する場合に必要である。

フィラメントを磁界の外へ拡げ、隣合ったフィラメント
の間に十分な空間を作ることが出来る。

同位元素”Ｋを分離する１つの方法は、化学的な分離方
法である。

Ｋ＋を今述べた様にプラズマ内に発生することが出来る
。

下記の反応は吸熱であり、同位元素の内、エネルギの多
い方へ進む。

” Ｋ十＋ ＣＦ４−→”ＫＦ＋ＣＦ３＋ （１）
この後、弗化カリウムは化学的な方法によって容易に分
離することが出来る。

同様に、Ｋ＋を含む中性のプラズマから塩素の同位元素
３７ Ｃｌを作ることが出来る。

例えば、４塩化炭素をプラズマに加えると、下記の反応
が起る。

ｅ ＋ＣＣｌ４→ＣＣｌ３＋ＣＩ−（２）この後、Ｃ
Ｈ３Ｂｒを加えると、ＣＨ３Ｃｌが形成され、下記の反
応が行なわれる。

Ｃ１＋ＣＨ３Ｂｒ→ＣＨ３Ｃｌ ＋ Ｂｒ （３
）反応（３）は発熱であり、エネルギに基づいてイオン
を分離する為に利用することが出来る。

即ち、質量３５及び３７の塩素の同位元素を差別的に加
熱して、塩素３７の方のエネルギが少なくなると、反応
は３７Ｃ１−だけについて進行する。

ＣＨ３Ｆについても同様な反応が行なわれる。

一般にウランを含むプラズマも同様に発生される。

例えば、ウランは次の様に分離することが出来る。

Ｕ十＋ＡＢ→ＵＡ 十Ｂ＋ （４−）上の
反応で、Ａは弗化物、塩素、窒素、酸素、炭素等である
。

吸熱反応の場合、所望の同位元素のイオンを選択的に加
熱することにより、分離を行なうことが出来る。

他方、発熱反応の場合、同位元素の残りの種目を選択的
に加熱することにより、所望の同位元素のイオンを発生
することが出来る。

エネルギに関係する夫々の断面積に基づいて選択的な反
応を利用することも可能である。

これは反応のエネルギ閾値が重要でない場合でもそうで
ある。

一層将来性のある別の方法は、揮発性のウラン化合物で
あるＵＦ６（６弗化ウラニウム）から発生された負のイ
オンを使って、選択的な反応を行なうことである。

６弗化ウランは、室温で１００トルに達する比較的高い
蒸気圧を有する。

更に、６弗化ウランは高い電子付着エネルギを持ち、従
って容易に負のイオンを形成する。

例えば下記の反応が起る。

ＵＦ６ ＋ ｅ−→ＵＦ５＋ Ｆ （５）
こ又でＵＦ５は５弗化ウランである。

この場合、正のイオンの代りに、負のイオンが発生され
、これはに十の様な適当な正のイオンによって中性にし
なければならないことが認められよう。

５弗化ウランは６弗化ウランと共に下記の様な電子伝達
発熱反応をすることが出来る。

ＵＦ５−十ＵＦ６→ＵＦ６ ＋ＵＦ５ （６
）ウランの同位元素のイオンは、例えば下記の様に、所
望の同位元素を含むエネルギを有する分子の適当な衝突
による解離によって分離することが出来る。

ＵＦａ ＋Ｘｅ→ＵＦ「−ｎ ＋ｎＦ ＋ Ｘｅ
ｍこ〜でｎは６より小さい整数を表わす。

この場合も化学的な分離を行なうことが出来る。

６弗化ウランをキセノンと衝突させる代りに、この衝突
にアルゴン又はその他の希ガス、或いは不活性粒子を使
うことも可能である。

５弗化ウランのイオンをＢＦ３と下記の反応を行なわせ
ることも可能である。

ＵＦ５ ＋ ＢＦ３→ＵＦ４ ＋ ＢＦ４ （
８）この他に利用し得る別の反応により、下記の様にＵ
Ｆ５ＣＮ−が形成される。

ＵＦ６ ＋ ＨＣＮ→ＵＦ５ＣＮ−＋ ＨＦ （
９）１種類の同位元素を他のものから化学的に分離する
ことが出来るようにする、ウランを伴う他の化学変化は
、ウランと塩素、臭素又は沃素の様な他のハロゲンとの
同様な化合物を用いる。

例えば、下記の反応を行なわせることが出来る。

ＵＣｌ４＋Ｘｅ→ＵＣｌ３＋ ＣＩ （１
０）この解離過程に他の希ガス又は不活性粒子や、６塩
化ウランの様なウランと塩化物の他の化合物を使うこと
も出来ることは云う迄もない。

他の原子又は分子との選択的な電荷の交換も行なうこと
が出来る。

この場合、反応はエネルギに基づいて行なうべきである
。

６弗化ウランの２種類の同位元素２３５及び２３８の間
で電子の交換を行なわせることも可能である。

適当なエネルギを選ぶことにより、反応は所望の向きに
行なわせることが出来る。

負のウラン・イオン及び正のイオンの両方を含む中性の
プラズマは下記の反応をなし得る。

Ｃｓ ＋ ＵＦａ→Ｃｓ 十＋ ＵＦ６ （
ｌυこうすると、中性の所望のプラズマが直接的に得ら
れる。

この反応は２種類の上記の直接的な接触によって行なう
ことが出来る。

６弗化ウランに電子を付は加える付着エネルギは４ｅＶ
（電子ボルト）である。

同様に、セシウムから電子を取去るには３．８ｅＶが必
要である。

セシウムに関する上の反応は、電荷の伝達を含む。

この種の反応は、隔たりが大きくてもよいので、典型的
には、大きな断面積を持つ。

即ち、この種の反応はＣｓ 十ＵＦ６−＋ ＣｓＦ 十
ＵＦ５ （１２）の様な他の反応に優先する
と期待することが出来る。

今挙げた反応は、分子間の接触を必要とする。セシウム
に関係するその他の反応も可能である。

同位元素に差別的なエネルギを与えること前に説明した
様に、この発明の方法に於ける第２の工程は、特定の元
素の同位元素に差別的なエネルギを与えることである。

これは例えば、問題の同位元素のサイクロトロン振動数
の近（で集団共振を利用することによって行なうことが
出来る。

この方法は比較的密度の高いプラズマ内で行なわれるの
で、サイクロトロン振動数が、プラズマ内の粒子の数、
磁界の強さ、同位元素の電荷と質量との比、並びにプラ
ズマの物理的な寸法の様なその他の因子の影響によって
修正される。

プラズマの成分の電荷の分離により、多数同位元素の集
団共振振動数がそれ自身のサイクロトロン振動数から実
質的にずれることがある。

同時に、少数同位元素の集団共振振動数からもずれるが
、少数同位元素は、それ自身の特定のサイクロトロン振
動数に幾分か一層近い。

この様な集団共振分離効果又は電荷分離効果の正味の結
果として、共振振動数の分離の内、イオン・サイクロト
ロン振動数だけの差による部分が一層強められることが
ある。

また、プラズマの相異なる領域に於けるこの振動数の変
化の為、多数種目の共振効果が最小限になることがある
。

この効果は、時にレゾナンス・ブロードニングと呼ばれ
ることを誘起する幾つかの効果の内の１つである。

次に、第１ａ図及び第１ｂ図について、カリウムの場合
に１種類の同位元素を差別的に励振することについて説
明する。

第１ｂ図は特定のプローブを例として示しており、これ
は後で説明する。

第１ａ図は、普通のＱマシンを変更したものを示してお
り、これは例えば両端が端板１１によって閉じられた円
筒形の外被１０で構成することが出来る。

外被は、この管を真空ポンプ並びにその他の補助装置に
接続する為の横管１２を持っていてよい。

管１０の周囲にコイル１４が配置される。

コイル１４は環状であってよく、管１０を取囲む。

コイル１４を付勢すると、縦方向の定常磁界が発生され
る。

１５に示す様に、コイルの両端は一層密になっていて、
通常磁気ミラーとして知られている密度の高い磁界を発
生する。

１６に概略的に示したがまからカリウムを蒸発させるこ
とが出来る。

このかまば２５０℃程度の温度に保つことが出来る。

蒸発したカリウムが熱板１７にあたる。

この熱板は２０００℃程度の温度に保つことが出来る。

板１７はフィラメント１８によって加熱することが出来
、その電源は図を見易くする為に図示してない。

かま１６と熱板１γの相対的な温度により、電子放出と
カリウム・イオンの発生との比率が決定される。

云い換えれば、熱板１７に当ったカリウム原子が電子を
失って正のカリウム・イオンを発生する。

熱板の熱電子効果により、電子が連続的に放出される。

熱板は例えばタングステン、タンタル又はレニウムで構
成することが出来る。

この時密度の高い中性のプラズマを構成するイオン及び
電子が、その熱速度に従って、第１ａ図の左に向って移
動し、遮蔽体２０内の円形開口２１を通抜ける。

プラズマは１立方センチあたりの粒子の数で１０１０乃
至１０１２個の密度を持っていてよい。

圧力は約１０−２乃至１５４気圧であってよく、温度は
１０００乃至２００００℃であってよい。

この為、プラズマが左へ進行し、そこで集電子２２によ
って収集される。

集電子２２゛に対するプラズマの電圧（ま、かま１６及
び熱板１７の温度に応じて、０乃至＋３ボルトであって
よい。

遮蔽体２０と集電子２２との間の電圧は＋０．１乃至＋
０．５ボルト程度であってよい。

イオンが熱板１７から電子を抽出しなければならないか
ら、プラズマ自体は、大地電位にあると考えてよい板１
７に対し、正の電位を持つ。

プラズマの通路内で遮蔽体２０と集電子２２との間にグ
ローブ２５が配置され、一層高いエネルギを獲得した同
位元素、今の場合はカリウム４１の同位元素を収集する
。

この装置では、成る範囲の振動数が可能である。

これは両方のイオン種目の集団共振振動数を含む。

成る同位元素が共振式に駆動され又は「加熱」される間
、他方の同位元素の個々のイオンは駆動電磁界によって
周期的に付勢並びに脱勢される。

この正味の結果として、イオン化した同位元素の内、共
振性のものと非共振性のものとの間に分数比で云っても
大きなエネルギ差が生ずる。

遮蔽体２０と集電子２２との間の空間に、プラズマがそ
の中を通過する別の磁界を発生するコイル２６を設ける
。

これは振動磁界であり、コイル２６を振動発生器２７に
接続することによって発生することが出来る。

コンデンサ２８を、発生器２７をコイル２６に接続する
一方の導線の途中に入れ、発生器２７の振動数で振動す
る傾向を持つ直列共振回路を作ることが出来る。

この結果、プラズマの移動方向に対して横方向に振動性
誘導磁界が発生される。

これは後で更に詳しく説明する。

遮蔽体２０は熱遮蔽体として作用し、外被１０の壁を熱
板１７の高い温度から遮蔽する。

外被１０の壁を冷却することにより、低い蒸気圧を保つ
ことが出来、この為略中性のプラズマが得られる。

更に、管１０の内部に、大体管の全長に沿って冷却コイ
ル３０を設げることが出来る。

コイル３０は、冷水によって室温又はそれより低い温度
に保つことが出来、或いは冷凍にしてもよい。

振動電界と縦方向磁界及びイオンの熱速度との組合せの
磁界により、イオンは第１ａ図で見て、右から左へ螺旋
形通路をたどる。

プローブ２５が第１ｂ図に更に詳しく示されており、次
にこれについて説明する。

これは例えば円筒形遮蔽体３１を含む。

遮蔽体３１は例えばタンタルで作ることが出来る。

この遮蔽体が例えばアルミナで構成することが出来る２
つの絶縁円筒３２．３３によって絶縁されている。

円形の板状集電子３５が遮蔽体３１の内部でその外縁３
６より下方に配置されている。

曲線３７は、横方向の運動が非常に小さく、その為、集
電子３５に達することが出来ない電子の通路を例示して
いる。

曲線３８は、横方向の運動がずっと太き（、その為遮蔽
体３１の縁３６を越えて集電子３５に衝突し得るイオン
の通路を示している。

集電子３５は脱ガス用の加熱線４０によって支持するこ
とが出来、絶縁棒４１によって絶縁することが出来る。

然し、同位元素を分離する際、捕捉されたイオンが再び
蒸発しないように、集電子２５を集電子３５と同じく、
低温に保つべきである。

この為、集電子３５を任意の普通の方法で冷却すること
が出来る。

次に、第１ａ図の装置で発生される種類のプラズマ内で
のイオン並びに電子の運動の影響について説明する。

最初に、磁界の作用の下に荷電粒子が受けるサイクロト
ロン運動を説明するのが便利であろう。

磁力が荷電粒子の速度に対して直角に作用する。

この為、力並びに速度のベクトルが９０°の角度をなす
。

サイクロトロン振動数は、粒子の電荷と質量との比に、
磁界を乗じ、且つ光速で除去することによって決定され
る。

ラーモア半径は粒子のエネルギの平方根をサイクロトロ
ン振動数で除した値に比例する。

荷電粒子に、サイクロトロン共振振動数に近いが、それ
とは異なる振動数を持つ振動電界をかげることにより、
荷電粒子を励振することが出来る。

この場合、互いに直角な磁界並びに電界の両方がなげれ
ばならない。

電界は粒子の運動と平行な成分を持っている。

電界が変化する周波数は、粒子のエネルギ又は速度が増
加するようになっていなければならない。

この為、粒子が螺旋形通路又はサイクロイド通路に沿っ
て加速される。

この結果、粒子が電界に対して直角の並進速度を持つ。

粒子がそれ自身の共振振動数によって駆動される場合、
粒子は引続いてエネルギを獲得する。

他方、共振状態にない粒子又はイオンは、正弦関数の自
乗によって決まる形で、そのエネルギが変化する。

他方、絶えず同相のイオンは時間の自乗に従ってそのエ
ネルギを増加する。

この結果、振動電界と共振している粒子はエネルギを獲
得し、即ち「加熱」される。

この時間の長さは、共振状態にある粒子のエネルギと共
振状態にない別の粒子のエネルギとの平均の差が最大に
なるように選ぶことが出来る。

こうして１種類の同位元素を励振することが出来る。

これはイオン化したアイソトープ全体のポピュレイショ
ンの小さな百分率として、その集団共振振動数で行なわ
れるが、この振動数はサイクロトロン共振振動数の近く
であってよい。

然し、この場合でも、サイクロトロン振動数とは異なる
集団共振振動数は、それと近くてよい。

他方の同位元素はその集団共振振動数の作用を受ける時
だけ加熱される。

２種類のイオン種目の挙動に差が出る理由は、一層豊富
な同位元素の集団運動が、電荷の分離の為、プラズマの
内部に電気的な力を誘起するからである。

この為、定常磁界だけによって行なわれるイオンの円形
運動が修正される。

他方、少数同位元素の運動では、起る電荷の分離がずっ
と少な（、従って電界も一層小さく、共振振動数のずれ
も一層小さい。

少数同位元素の運動による電荷の分離は、大部分が、多
数同位元素の殆んど等しいが反対の分離によって相殺さ
れる。

然し、この多数種目の運動は、少数種目の運動と釣合せ
るのに多数種目のごく僅かな運動しか必要としないので
、殆んどエネルギを要しない。

従って、この現象を詳しく説明するには、プラズマ装置
の具体的なパラメータを考えなげればな坤＊らない。

然し、下記の定量的な表式は、平面状の無制限の２つの
面によって局限された薄板形プラズマに適用し得る。

これは集団イオン運動に対する共振振動数の依存性と云
うこの最も重要な特徴を例示するのに役立つ。

乙で１は荷電粒子の種目を表わし、ωｐ１ は１番目
の粒子又は対応するイオン種目に関連したプラズマ振動
数で、次の様に決定される。

０υ及び０２）式で、Ｅｘは平面状の境界に対して垂直
な方向に於ける薄板形プラズマ内部の電界、ｅは電子の
電荷、ｎｌ は１番目の同位元素又は種目に対する数で
表わした粒子の密度、ｍｌは１番目の同位元素の質量、
更に０１式で、ω。

■は１番目の種目に対するサイクロトロン振動数、ω。

は駆動振動数、Ｖｌ は１番目の種目に対する実効衝
突振動数、ｉはＶゴ〒である。

（１１）式の分母をＯに等しいとおけば、共振条件が得
られる。

電子、Ｕ２３５及びＵ２３８のイオンから成るプラズマ
がポンプされると仮定すれば、この式を簡単にすること
が出来る。

更に、ポンピングがＵ２３５の共振振動数で行なわれ、
衝突振動数が２種類のウラン同位元素に対するサイクロ
トロン振動数の差よりずっと小さいと仮定する。

この時、共振状態について次の式が得られる。

上の式で、ｎｊ は種目ｊの所望の数であり、ｎｊは
種目ｊの質量である。

上の式でω、はやはりプラズマ振動数を表わし、添字ｅ
は電子を表わし、２３５及び２３８は、２種類のウラン
同位元素に対する夫々の値を表わす。

上の式では、簡単なイオンの代りに分子質量のすイクロ
トロン振動数に対する影響を簡単の為に省略しである。

次に、イオン密度ｎ ＝ ｉ ｏｌｌ、磁界Ｂ＝１０’
ガウスと仮定すると、次の関係が得られる。

従って、 ωｃ２３５＝４０ Ｂ＝ ４ Ｘ Ｉ Ｑ縦方向の定常
磁界が電子を実質的に拘束するが、イオンを拘束しない
ことに注意されたい。

云い換えれば、イオンはかなりの横方向の運動をとるこ
とが出来る。

従って、プラズマがイオンと電子とで構成される場合、
電子が管の軸線に沿った細い円筒内に収容され、この為
、電荷が大体中和される。

然し、イオンはこの円筒の外へ横方向に飛出すことが出
来る。

特に加熱された時、即ち、エネルギを獲得した時はそう
である。

電子によって正のイオンに加えられる引力が、イオンを
管の軸線に向けて戻すように作用する。

多数同位元素の横方向の運動により、ずっと大きな電荷
の分離が起る。

これが、相異なる同位元素に対して集団共振振動数が異
なる理由の１つである。

この場合も、電子が軸方向にプラズマから脱出し、他の
電磁力線に沿って戻ることがないように、プラズマはず
っと大きな長さにわたっていなげればならない。

他方、プラズマが正及び負のイオンで構成される場合、
プラズマはこの様な大きな長さを持つ必要はない。

印加された振動数と共振する同位元素は、一層大きな並
進速度をとる傾向があり、この為、軸線から一層遠くへ
移動する。

少数種目が励振されると、多数種目の運動は反対方向に
向う傾向があり、こうして電荷の分離を補償する。

この発明では、この効果を同位元素の分離に利用するこ
とが出来る。

相異なる並進速度を第１ｂ図のプローブで利用する。

集電子３５に電位を印加し、一層多くのエネルギを持つ
同位元素だけが集電子に到達することが出来るようにす
ることが出来る。

第１ａ図及び第１ｂ図の装置は、カリウム並びに塩素の
両方の同位元素の富化に用いて成功した。

第１ａ図の装置のプラズマは、直径５センチ、長さ１メ
ートルの柱５で構成された。

粒子の数は１立方センチあたり１０９乃至１０１０個で
あった。

イオン並びに電子の温度は０．２ ｅＶのエネルギに対
応する。

イオン速度は７Ｘ１０’センチ／秒であった。

定常磁界は２乃至３．５キロガウス（ＫＧ）であった。

振動磁界はピークピーク値で１５Ｇ又は３０Ｇであった
。

ラーモア半径は１．５ミＩＪであり、少数同位元素の集
団共振振動数は７０乃至７３．６ＫＨｚ である。

プラズマを４１にの集団共振振動数で駆動した時、３ｅ
Ｖまでのエネルギを持てイオンが観察された。

第１ｂ図のプローブは、イ、ン・エネルギ解析装置とみ
ることが出来るが、このグローブで観察された電流を種
々のプローブ電位に対し、振動磁界の周波数の関数とし
てグラフに描いた。

プラズマの密度が増加するにつれ、２種類のイオン種目
の集団共振振動数の間のずれが増加する。

共振のピークの幅は２％程度であるが、これは走行時間
の拡がりによるものであるかも知れない。

プラズマの雑音レベルが増加すると、更に増加する。

３９Ｋについて得られた共振を外挿法により、”Ｋの共
振の方に対称的に移すことにより、富化率を計算するこ
とが出来る。

このデータから、第１ｂ図のプローブに印加される減速
電位に応じて、２０乃至８３％の富化率が得られること
が判った。

プローブの電位が低ければ低い程、富化率が高くなる。

振動磁界を突然オフに転すると、エネルギを持つイオン
が消滅するのに約１ミリ秒を要する。

このことから、観察された共振が、プローブの近くに於
ける局部的な共振ではなく、バルクのプラズマの共振で
あることが判る。

ポンプ・エネルギを増加することにより、収集の割合を
高めることが出来る。

更に、２つの共振振動数の間の差の周波数が磁界に伴っ
て直線的に増加するので、磁界を強くすれば、更によい
分解能が得られる。

Ｋ＋、Ｃ１−及び電子の混合物についても、同様な結果
が得られた。

前に述べた様にして、Ｃ１３５及びＣ１３７の分離が観
察された。

中性のプラズマのイオンは、第１ａ図及び第１ｂ図に示
すのとは異なる装置によっても励振又は加熱することが
出来る。

この装置が第２図に示されており、次にこれについて説
明する。

第２図の装置も変形Ｑマシンであり、密閉容器４５を含
む。

これは例えば４角又は矩形断面を持っていてよく、容器
４５を端板４６によって密閉することが出来る。

第１ａ図に示したかま１６及び熱板１７と同一であって
よい箱４７によって概略的に示す様に、イオンを発生す
ることが出来る。

いづれの場合も、箱４７からは正のカリウム・イオン又
はその他の適当なイオンが出て来る。

それが加速格子４８によって加速される。

この格子には適当な負の電圧を印加する。

中性のプラズマを発生する為に、電子源も用意しなげれ
ばならない。

この電子源は周知であり、その為図には示してない。

容器４５の内部に縦方向の定常磁界が発生される。

これは例えば容器４５を取巻くコイル５０によって発生
することが出来る。

容器４５内の両側に１対の平行な導電板５１．５２が配
置される。

振動発生器５３を板５１．５２に接続し、前に説明した
様に、所望の共振振動数で振動電界を発生する。

第２図の装置の振動電界は、第１ａ図の実施例に於ける
振動磁界と同じ目的に役立つ。

この時、イオンは熱運動により、第２図で見て左から右
へ移動し、プローブ５４によって収集することが出来る
。

このグローブは、例えば第１ｂ図のプローブの形にする
ことが出来る。

ビームの方向が矢印５５で示されている。

その他の点では、第２図の実施例は、前に述べた第１図
の実施例と同じ様に作用する。

との発明では、選ばれた同位元素に異なる形でエネルギ
を与えることも可能である。

これが第３図及び第４図に示されており、次にこれらの
図面について説明する。

第３図の実施例では、ウラン・イオンを矢印５８で示す
様に、管５７に左側から導入すると仮定している。

正又は負のいづれのイオンでも使うことが出来る。

負のウラン・イオンは前述の様に発生することが出来る
。

それが１対の加速格子６０によって加速される。

これらの格子には、正のイオンに対しては負の電圧、負
のイオンに対しては正の電圧が印加されており、この為
、加速されたイオンが右へ移動する。

前に述べた様に、適当に帯電したイオン又は電子により
、プラズマが中和されることは云う迄もない。

一組の相隔たるコイル６１，６２・・・・・・・−・・
・・により、リップル磁界が発生される。

管の端で、コイル６３によって磁気ミラーが発生される
。

この磁界の模様が第４図に示されており、この図でＢは
磁界を表わし、ｄは距離を表わす。

曲線６４によってはっきりと示される様に、磁界はリッ
プル状即ち波形である。

この結果、矢印５８の方向に移動するイオンは、波形の
又は振動性の磁力線の作用を受け、これは第１ａ図及び
第２図の装置と同等の効果を持つ。

云い換えれば、移動するイオンが波形の磁界の作用を受
ける。

もしこの時イオンの速度が磁界の起伏と適正な関係にあ
れば、イオンからみて共振振動数となり、これは所望の
同位元素の複合共振振動数になり得る。

更に、コイル６５によって縦方向の一様な磁界が維持さ
れ、こうしてプラズマを管５７の軸線方向に拘束する。

第３図の装置の変形が第５図に示されており、この図で
も同じ部分には同じ参照数字を用いている。

第５図の実施例が第３図の実施例と異なる点は、一組の
螺旋形コイル６７を設けたことである。

これらの螺旋形コイルが螺旋形コイルを発生し、ウラン
・イオンを矢印５８の方向に伝播させるのを助ける。

これらのコイルは、前に説明した様に、同位元素が違う
と異なるイオンの横方向の運動をも促通し、こうして最
終的に同位元素を分離し易くする。

同位元素の分離 これ迄の説明で、成る元素の同位元素をどの様にして差
別的に加熱するか、即ち異なるエネルギを持つようにす
ることが出来るかを説明した。

以下、異なるエネルギを持つ同位元素をどの様に互いに
物理的に分離し、同位元素の富化又は分離を行なうかを
説明する。

例として、これは第１ａ図のプローブ２２又は第１ｂ図
のプローブによって行なうことが出来る。

然し、同位元素をそのエネルギの差に基づいて互いに分
離する方法はこの他にも数多くある。

例えば、これは電磁界のない空間によって隔てられた磁
気障壁の源によって行なうことが出来る。

これにより、相次ぐ磁界の間の電磁界のない空間で、一
層多くのエネルギを持つイオンを一層急速に拡散させる
ことが出来る。

この発明のこの様な実施例が第６図及び第７図に例示さ
れており、次にこれについて説明する。

第６図は、密閉容器７０を概略的に示している。

この中に適当なコイルが設けられるが、図を見易くする
為に示していない。

コイルが、矢印γ１で示す下向きの磁界Ｂと、矢印７２
で示す上向きの別の磁界とを発生する。

２つの磁気区域が電磁界のない空間７３によって隔てら
れている。

記号７４はコイルの電流が下向きに流れることを表わし
、記号７５はコイルの電流が紙面から上向きに流れるこ
とを表わしている。

第７図は１例として、下向きの磁界７１を持つ空間７７
にイオン７６が入った時の通路を１例として示している
。

７８に示す様に、粒子が別の粒子と衝突し、その通路が
変わり、下向きの螺旋８０になる。

８１に示す様なこの後の衝突により、粒子が次に電磁界
のない空間７３に入り、その後、２番目の磁界の空間８
２に入り、最終的に８３に示す様に出て行く。

粒子７６の拡散時間は、螺旋８００半径であるラーモア
半径に関係する。

粒子の毎回の衝突により、イオンの軌道が８０に示す様
な螺旋の直径まで移動する。

毎回の衝突の結果として、粒子が右へ移動する代りに、
左へ移動する確率も大体同じであることは勿論である。

然し、図を見易くする為、と又で関心がある衝突だけを
例示しである。

更に多（のエネルギを持つ第２の粒子８４の同様な通路
も示しである。

中性の粒子との衝突が支配的であって、その為、散乱断
面積のエネルギに対する依存性がごく弱い場合、一層多
（のエネルギを持つイオン種目は、一層少ないエネルギ
を持つイオンより、磁気空間７７．８２を一層急速に拡
散することに注意されたい。

磁気ミラーを使って、一層高温の種目を局限すると共に
、一層低温又は一層少ないエネルギを持つイオンがミラ
ー空間から出て行くようにすることも可能である。

この発明のこの様な実施例が第８図に示されており、次
にこれについて説明する。

第８図に示す装置は容器９０を持ち、これは円形断面で
あってよいが、図に示してないけれども両端を密閉すべ
きである。

例えばウラン同位元素を含む適当な密度の高い中性のプ
ラズマを円筒９０内に導入する。

円筒９０を取巻くコイル９１により、縦方向の磁界が発
生される。

９２に示す様に、両端に別の磁気コイルを設け、管９０
の両端に磁気ミラーを作る。

勿論、プラズマは前に説明した様に磁気空間内に導入し
、イオンを差別的に加熱しなげればならない。

磁力線を９３に概略的に示しである。

エネルギを持つイオン並びにその螺旋形通路を９４に示
しである。

イオンがミラー領域に入ると、その縦方向の運動を犠牲
にして、横方向の運動が強くなる。

最初の横方向の運動が長ければ長い程、この効果は一層
強力である。

この為、横方向に加熱されたイオンは、右側の端に達し
た時、ミラーを通過する程の縦方向の運動エネルギを持
っていないので、９５に示す様に、左へ反転する。

一層少ないエネルギを持つイオンの通路が９６に示しで
ある。

このイオンはエネルギが一層少ないので、その横方向の
運動は一層小さく、従って、相対的に云って、縦方向の
運動が一層大きい。

縦方向のエネルギが一層大きい為、これは９７に示す様
に、磁気ミラーを脱出することが出来る。

この結果、一層少ないエネルギを持つイオンがミラーを
脱出するが、一層多くのエネルギを持つイオンは２つの
ミラーによって局限される。

これは、一層少ないエネルギを持つイオンから一層大き
なエネルギを持つイオンを分離する１つの方法である。

プラズマを２つのミラーの間に局限する代りに、多数の
ミラーにわたってプラズマを拡散させることも出来る。

この様な構造が第９図に示されている。

この場合も、プラズマは円筒形の管９０内に収容される
。

管９０の末端は密閉することが出来る。

コイル９１によって縦方向の磁界が発生され、定常磁界
を作る。

複数個の相隔たるコイル１００によって磁気ミラーが作
られる。

この結果生ずる磁力線を１０１に示しである。

ミラーを構成する各々のコイル１０００所で磁力線が収
斂することが認められよう。

この為、この構造により、一層少ないエネルギを持つイ
オンを多数のミラー１００にわたって差別的に拡散させ
ることが出来る。

他方、一層多くのエネルギを持つイオンは、前に述べた
様に、各々の磁気ミラーによって保持される傾向がある
。

エネルギの差に基づいて同位元素を分離する別の方法を
所謂磁気ノズルによって行なうことも出来る。

第１０図に示す様に、全体的にトランペット又は鐘の形
をした外向きに拡がる管１０５の中にプラズマを導入す
る。

鐘形管１０５はやはり円筒形断面であってもく、１０６
に示す様に相隔たる磁気コイルを設げることが出来る。

コイル１０７は、鐘形管１０５の形に合せて一層大きな
直径を有する。

この結果、磁力線１０８は外向きに彎曲し、磁気ノズル
となる。

エネルギを持つ粒子の通路を１１０に示しである。

これは横方向の速度成分が比較的大きいのが特徴である
。

管１０５の左側では、磁界が比較的強く、右側では相対
的に小さい。

この為、左側に於ける一層多くのエネルギを持つイオン
の垂直方向の速度が、右側で＋ｉ、１１１に示す様に、
一層平行な速度に変換される。

この為、一層多くのエネルギを持つ粒子は、基本的には
、縦方向の対称軸線に対して成る角度をもって投出され
る。

他方、非共振性の同位元素、即ちエネルギが一層少ない
同位元素は１１２に示す様な通路をとる。

これは、前に説明した様に、横方向の速度が一層小さい
。

エネルギが小さいイオンの平行な即ち軸方向のエネルギ
も、第１０図の右に向って増加するが、合計エネルギ、
即ち平行なエネルギと横方向のエネルギとを保存しなけ
ればならないので、その程度は一層小さい。

例えばミラー融合装置で直接的なエネルギ変換の為に提
案されているものと同様なエネルギ選択性装置を使うこ
と等により、相異なる同位元素を軸方向のエネルギに基
づいて分離することが出来る。

単に同位元素を適当なバイアスを加えた格子に通すこと
によっても、同位元素を分離することが出来る。

空間的な分離も可能である。

勿論、イオンはその前に加熱され即ち差別的なエネルギ
を与えられていると仮定する。

一般に、第１０図の磁気ノズルは、エネルギを持つ同位
元素の磁力線に対して垂直なエネルギを、磁力線に対し
て平行なエネルギに変換し、これを利用して同位元素を
分離することが出来る。

この代りに、飛行時間の差により、一層多くのエネルギ
を持つイオンを一層少ないエネルギを持つイオンから分
離することも可能である。

これは第１１図の装置で行なうことが出来る。

やはりプラズマが管１１５内に局限され、イオンを差別
的に加熱し、一層多くのエネルギを持つイオンが一層速
く移動する、即ちエネルギの小さいイオンより一層高い
速度を持つようにする。

実際には、イオンは管１１５の左側に配置した１対の格
子１１６によって最初に簡単に加速することが出来る。

パルス発生器１１７によって格子１１６０間に適当なパ
ルスを印加する。

これらのパルスを第１２図の１１８に示しである。

各々のパルス１１８の持続時間並びにオフ時間が、加速
されるイオンの所望の速度によって決定される。

一層軽いイオンの速度は、一層重いイオンの速度より幾
分高いので、軽いイオンが最初に第２の１対の格子１２
０に到達する。

この時、パルス発生器１１１によって適当な減速電圧が
減速格子１２０に印加される。

これらのパルスを第１２図の１２１に示してあり、加速
パルス１１８とは反対の極性である。

これらのパルスは、加速パルス１１８に対し、速いイオ
ンが通過出来るようにするが、遅いイオンを反撥するよ
うなタイミングになっている。

然し、各々の加速パルス１１８の持続時間が比較的短（
且つ加速電圧が比較的低くない限り、管１１５の所要の
長さは比較的太き（なることがある。

共振性の同位元素に対するサイクロトロン波の波圧を利
用することによって同位元素を分離することも出来る。

この場合、ウランの他に別のガスを含め、サイクロトロ
ン波の伝播を容易にすることが出来る。

これは第１３図の装置で行なうことが出来る。

この場合も、プラズマが円筒形の管９０内に局限される
。

一連のコイル１２５が管１９０を取巻いて縦方向の磁界
を発生する。

螺旋形コイル１２６も管２０を取巻くように配置され、
螺旋形の磁界を発生する。

これは、コイル１２６を第１ａ図及び第２図に示す様な
適当な振動発生器に接続することにより、振動させる。

定常磁界が平行な矢印１２７によって示されている。

振動磁界が矢印１２８によって示されている。

この結果得られる電界が１３０に示されており、これは
勿論振動する。

平行な力のベクトルを１３１に示してあり、粒子の速度
を１３２に示しである。

サイクロトロン波によってイオンに対し縦方向の力が加
えられる。

共振性のイオンは比例的に一層強い力を受ける。

この一層強い力は、電圧源１３４から電圧を印加する格
子１３３で概略的に示した静電障壁を克服するのに十分
である。

この為、電気障壁を形成する電気的な反撥により、一層
多（のエネルギを持つイオンを−Ｎｉ少ないエネルギを
持つイオンから分離することが出来る。

所謂高温イオンは右へ向って脱出し、他のイオンは局限
されている。

一層速い又は一層軽い同位元素を捕捉する為に音響波を
利用することも出来る。

これが第１４図に示されており、この場合も９０はプラ
ズマを局限した円筒形の管を示す。

発生器１４１から振動電圧が印加される格子１４０によ
り、音響波が発射される。

これによってイオンの振幅の大きい音響波が作られる。

この音響波を１４２に概略的に示しである。

一層軽い同位元素のイオンは、一層速く、従って一層波
の速度に近い速度で移動し、この為、１４４に示す様に
、波の谷１４３に捕捉することが出来る。

プラズマは比較的高温の電子と比較的低温のイオンとを
含む。

音響波はイオンの平均熱速度より速く移動する。

然し、一層軽いイオンは僅かながら一層高い熱速度を持
ち、一層音響波の速度に近い速度で移動する。

音響波の速度で移動するイオンが右に向って移動する波
によって捕捉される。

この為、一層多くの軽いイオンが捕捉される。

他方、一層重ないエネルギを持つイオンは取残される。

最後に、第１５図に示す様に、一層重いイオンが通過出
来るようにしながら、一層軽いイオンを散乱する為に、
衝突なしの衝撃を利用することが出来る。

プラズマが容器９０に収容され、この容器が適当な密閉
格子又はケージ１４５ ａ、１４６ａによって２つの領
域１４５，１４６に分割される。

ウラン又はその他の成る同位元素を含むプラズマが本質
的にケージ１４５ａ内に収容される。

２つのケージ１４５ａ、１４６ａは例えば線格子で構成
することが出来るが、パルス１４８を発生するパルス発
生器からパルス駆動することが出来る。

この時２つのケージが異なる電位を持つので、１５０に
概略的に示す様に、一方の部分の中に衝撃波面が発射さ
れる。

衝撃波面が矢印１５１で示す様に左に向って移動する。

この衝撃波面１５０が、１５２に示す様に、一層軽いイ
オンを選択的に散乱する。

矢印１５３で示す一層重いイオンは比較的影響を受けず
、後に残されたま〜になる。

この為、一層軽いイオンが管９０の左側の端に選択的に
集中し且つ収集される。

２つのゲージ１４５．１４６の電位がプラズマの電位を
決定する。

以上、同位元素を分離し又は所望の同位元素を富化する
方法並びに装置を説明した。

これが密度の高い中性のプラズマ内で行なわれる。

例えばアルカリ金属或いはウランで構成されるこの様な
プラズマを発生する種々の方法も説明した。

例えば電界の下に同位元素を加速して、それらの速度が
その質量に依存するようにすること等により、同位元素
に差別的なエネルギを与えることが出来る。

この代りに、同位元素に各々の同位元素について異なる
共振振動数を加えることにより、同位元素に差別的なエ
ネルギを与えることが出来る。

最後に、エネルギの差に基づいて所望の同位元素を物理
的に分離し又は富化する種々の装置を説明した。

これは例えば磁界又は磁気ミラーの中に差別的な拡散を
行なわせることにより、或いは磁気ノズルを利用するこ
とによって行なうことが出来る。

この代りに、選ばれた同位元素を音響波の中に捕捉する
ことが出来るし、或いは衝突なしの衝撃によって、同位
元素をその質量に応じて差別的に散乱することが出来る
。

最後に、同期的な波の圧力を利用して同位元素を分離す
ることが出来る。

エネルギを持つ同位元素は一層重ないエネルギを持つ同
位元素から、前述のエネルギ依存性を持つ化学反応によ
っても分離することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は振動電界を誘導的に発生する為の振動磁界を
利用して、カリウムの同位元素を互いに分離するように
変形された普通のＱマシンの簡略断面図、第１ｂ図は第
１ａ図の装置で利用し得るプローブの拡大断面図で、イ
オン及び電子の通路をも示している。 第２図は所望の元素の同位元素を互いに分離する為に振
動電界を利用する別の変形Ｑマシンの簡略断面図、第３
図はリップル磁界又は変化磁界を発生する為の複数個の
磁気コイルを含んでいて、管の縦軸線に沿って移動する
イオンに差別的なエネルギを与えるようにしたこの発明
による別の装置の簡略断面図、第４図は移動するイオン
からみた磁界のリップル又は起伏を示す為、第３図の装
置の磁界を距離の関数として示すグラフ、第５図は同位
元素の分離の為に利用することが出来る螺旋形摂動磁界
を発生する第３図と同様な装置の断面図、第６図は所望
の同位元素に差別的な拡散を行なわせて同位元素を互い
に分離する為に、その間に電磁界のない空間を持つ隣接
した磁界を作る装置の簡略断面図、第７図は第６図の装
置に於ける粒子の挙動を例示した簡略断面図で、差別的
な拡散を例示している。 第８図は一層多くのエネルギを持つ同位元素を押えてお
きながら、一層重ないエネルギを持つ同位元素をそれを
介して拡散させる為の磁気ミラーを両端に備えた管を示
す簡略断面図、第９図は多重磁気ミラーを持つ別のマシ
ンの簡略断面図で、同位元素を分離する為の装置内の同
位元素の差別的な拡散を例示している。 第１０図は同位元素をそのエネルギに従って分離する為
の発散形磁界を発生する磁気ノズルを構成する装置の断
面図、第１１図は電界の為に速度に差が生じ、その結果
飛行時間に差が出ることに基づいて同位元素を互いに分
離する更に別の装置の簡略断面図、第１２図はプラズマ
のイオンを加速する為に使われる一組のパルス、並びに
イオンをその飛行時間の差に従って分離する為の別の一
組のパルスを示すグラフ、第１３図は定常磁界並びに螺
旋形振動磁界によって発生された同期的な波の圧力によ
って同位元素を分離するこの発明による別の装置の簡略
断面図、第１４図はイオンを音響波によって捕捉するこ
とにより、同位元素を分離する装置の簡略断面図、第１
５図は衝突なしの衝撃により、イオンをその質量に基づ
いて選択的に散乱させる装置の簡略断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同位元素を濃縮した生成物を作る方法に於て、予定
   の縦軸線と略平行に伸びる略一定強度の磁界を発生し、
   １ｄあたりの粒子数が少なくとも１０８個の密度を持っ
   ていて、少なくとも２種類の同位元素を持つ元素の原子
   で構成されたイオンを含む、電気的に略中性のプラズマ
   を前記磁界内に作り、前記プラズマ内の選ばれた同位元
   素イオンの軌道振動数に対応する予定の振動数を持つ交
   番電界を前記プラズマの少なくとも一部分にかげて、前
   記イオンが、前記磁界の磁力線と平行に伸びる軸線の周
   りで、前記プラズマ内を一層大きい運動エネルギ・レベ
   ルをもって拡大直径の軌道を移動するように、差別的に
   加速されるようにし、前記選ばれた同位元素イオンの運
   動エネルギが一層大きいことに基づいて、該選ばれた同
   位元素イオンを他の同位元素イオンからプラズマ内で選
   択的に分離する工程から成る方法。 ２、特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前記プラ
   ズマ内の選ばれた同位元素イオンの軌道振動数が該選ば
   れた同位元素イオンに対する理論的なイオン・サイクロ
   トロン共振振動数と異なり、その差がプラズマ密度及び
   プラズマ柱体の他の物理的なパラメータに関係する方法
   。 ３ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、一定強度
   の磁界に交番磁界を重畳することにより、前記交番電界
   が誘導によって発生されるようにした方法。 ４ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前記縦軸
   線に沿って互いに隔て＼、追加の少なくとも２つの略一
   定のミラー磁界をプラズマ内に発生することにより、一
   層エネルギの高いイオンが縦方向に局限されるが、運動
   エネルギが一層小さい他の同位元素イオンがミラー磁界
   を通過し、こうして分離されるようにした方法。 ５ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前記プラ
   ズマを磁界の縦方向に予定の方向に流れさせ、流れるプ
   ラズマ柱体の両端の間にある一部分に交番電界を印加す
   ることにより、前記選ばれた同位元素イオンが差別的に
   付勢されるようにした方法。 ６ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前記選ば
   れた同位元素イオンがプラズマ内に配置された少なくと
   も１つの収集器によって選択的に収集され、この後、同
   位元素が濃縮した生成物のバルクがプラズマから取出さ
   れる方法。 ７ 特許請求の範囲６に記載した方法に於て、選ばれた
   同位元素イオンが、プラズマ柱体の下流側の近くでプラ
   ズマ内に配置された少な（とも１つの粒子収集器によっ
   て選択的に捕捉され、この後、同位元素が濃縮した大量
   の生成物のバルクがプラズマから取出される方法。 ８ 特許請求の範囲７に記載した方法に於て、前記収集
   器は、一層エネルギの小さいイオンが通過出来るように
   しながら、一層エネルギの大きいイオンを捕捉するよう
   に構成され、配置されている方法。 ９ 特許請求の範囲１乃至８のいずれかに記載した方法
   に於て、磁化されたプラズマの横方向寸法が、前記選ば
   れた同位元素イオンの軌道の最大直径を実質的にこえて
   いる方法。 １０ 特許請求の範囲９に記載した方法に於て、相異
   なる選ばれた同位元素イオンが、プラズマ内の磁力線と
   平行に伸びる多数の横方向に相隔たる軸線の周りを夫々
   別個に移動することにより、前記交番電界が、別々の軌
   道をまわる多数の選ばれた同位元素イオンに同時にエネ
   ルギを与えるようにした方法。 １１ 同位元素を濃縮した生成物を作る装置に於て、
   縦軸線を持つ容器と、少なくとも２種類の同位元素を持
   つ元素の原子で構成されたイオンを含んでいて１ｃｒｉ
   ｌあたりの粒子数が少なくとも１０８個の密度を持つ前
   記容器内の略中性のプラズマと、該プラズマの中を縦方
   向に通る磁界と、前記イオンが一層高い運動エネルギ・
   レベルに差別的に加速されて、磁力線と平行に伸びる軸
   線の周りで、プラズマ内の一層直径の大きい軌道を移動
   するように、プラズマ内にある選ばれた同位元素イオン
   の軌道振動数と対応する予定の振動数を持つ交番電界を
   前記プラズマの少なくとも一部分にかげる手段と、前記
   選ばれた同位元素イオンの運動エネルギが一層高いこと
   に基づいて前記選ばれた同位元素イオンを他の同位元素
   イオンからプラズマ内で選択的に分離する手段とを有す
   る装置。 １２、特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、前記
   交番電界が前記磁界に対して法線方向の実質的な成分を
   持っている装置。 １３ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、選
   ばれた同位元素イオンを選択的に分離する手段がプラズ
   マ内に配置されていて、予定のエネルギ・レベルをこえ
   る運動エネルギを持つイオンを選択的に収集する手段で
   構成されている装置。 １４ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、プ
   ラズマの横方向寸法が前記選ばれた同位元素イオンの最
   大軌道直径をこえ、相異なる前記イオンが、プラズマ内
   の磁界と略平行に伸びる複数個の横方向に相隔たる軸線
   の周りを夫々移動する装置。 １５ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、プ
   ラズマ及び磁界の横方向寸法が前記選ばれた同位元素イ
   オンの最大イオン・サイクロトロン半径を実質的にこえ
   、前記交番電界が前記選ばれた同位元素イオンの回転軸
   線に対して略法線方向である装置。 １６ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、運
   動エネルギを与える手段が、前記プラズマの相隔たる部
   分の電位を制御する１対の相隔たる電極で構成される装
   置。 １７ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、運
   動エネルギを与える手段が、Ｅ−電界ベクトルが前記磁
   界に対して略垂直になるように、プラズマに対して無線
   周波の電界を誘導結合する磁気手段で構成される装置。 １８ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、運
   動エネルギを与える手段が一定強度の磁界に交流磁界成
   分を重畳する手段で構成される装置。 １９ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、前
   記容器内のプラズマが略静止状態である装置。 ２０ 特許請求の範囲１１に記載した装置に於て、プ
   ラズマ内部の密度の変動が約５％に制限されている装置
   。