JPS60244327A - レ−ザ光による同位体分離装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、レーザ光によってウラン２３５とウラン２３
８等の同位体を分離する装置に関する。

［発明の技術的背景］ 同位体たとえばウラン２３５とウラン２３８とを分離す
る方法は、質量の差を利用する遠心分離法等の他にレー
ザ光による分離方法がある。この方法は、ウランを蒸発
させてウラン原子のビームを生成し、このビームに分離
すべきウラン２３５の原子の吸収波長に対応した波長の
レーザ光を照射し、このウラン２３５の原子のみを選択
的に励起し、さらにこの励起されたウラン２３５の原子
にレーザ光を照射してこれを電離し、この電離したウラ
ン２３５の原子を電界などで偏向させてこのウラン２３
５を分離捕集するものである。このようなレーザ法は１
段で高い効率の分離ができ、また分離に要するエネルギ
が少なくてすむ長所がある。

そして、このようなレーザ光による分離装置は従来は第
１図に示す如く構成されていた。すなわち、図中の５は
原子遊離機構である。この原子遊ａｌ１機構５はるつぼ
１を備え、このるつぼ１内には分離すべき同位体を含ん
だ材料例えば金属ウラン２が収容されている。また、こ
の原子遊離機構５には電子ビーム照射機構３が備えられ
、この電子ビーム照射機構３から照射された電子ビーム
は電子ビーム偏向機構４内の磁界によって偏向され、上
記のるつぼ１内に収容されている金属ウラン２に側方か
ら照射されるように構成されている。そして、この電子
ビームによってこの金属ウラン２がたとえば２０００’
　Ｋないし３０００’　Ｋに加熱さく、この金属ウラン
２が蒸発し、その原子が遊離状態となる。そして、この
遊離したウラン原子６．７はコリメータ、加速機構（い
ずれも図示せず）によって原子ビームとなって上方に移
動する。

そして、このウラン原子６．７には選択励起用レーザ発
振器１０から選択励起用のレーザ光が照射される。この
選択励起用のレーザ光は、上記のウラン原子６．７のう
ちウラン２３５原子７の吸収波長に対応した波長のレー
ザ光であり、このレーザ光によってウラン２３５原子７
のみが励起されるように構成されている。また、このウ
ラン原子６，７のビームにはさらに電離用レーザ発振器
１１から電離用のレーザ光が照射され、上記の励起され
たウラン２３５原子７のみを電離するように構成されて
いる。なお、ウラン２３８原子６は励起および電離はさ
れない。また、このウラン原子６．７のビームは分離回
収機構９内を通過するように構成されている。この分離
回収機構９には接地電極１２および陰電極１３が互いに
対向して設けられている。そして、上記の接地電極１２
は接地され、また上記の陰電極１３は電源１４に接続さ
れている。しがって、これらの電極１２，１３間には電
界が形成され、上記の電離用レーザ発振器から発振され
た電離用レーザによって電離されたイオン化ウラン２３
５原子７−はこの電界によって偏向されて上記の陰電極
１３に吸着され、このウラン２３５の分離がなされる。

また、電気的に中性のウラン２３８原子６は中性原子捕
集プレート１５上に捕集される。

［背景技術の問題点］ ところで、上記のものでは金属ウランが消耗した場合、
またはこの金属ウランに照射される電子ビームがずれた
場合にはこの電子ビームがるつぼ１の底部や縁部を衝撃
し、このるつぼ１を構成している材料たとえばタングス
テン、銅、タンタル等の原子が遊離し、上記のウラン原
子のビーム内に不純物として混入する。このような不純
物はウラン２３５の分離効率を低下させるばかりでなく
、上記の中性原子捕集プレート１５に捕集されてウラン
２３８中に不純物として混入する。また、このような状
態を放置しておくとるっぽ１の形状が変化し、ウラン原
子のビームの方向性が悪くなり、このウラン原子のビー
ムの利用効率が低下し、また電極１２，１３の周囲にウ
ランが蒸着され、絶縁不良等が発生する不具合があった
。

このような不具合を解消するには、金属ウランの遊離用
の電子ビームがるつぼ１等を衝撃しているか否かを検出
し、このような状態が発生したら直ちに電子ビームの照
射を停止すればよい。しかし、従来はこの電子ビーム等
が衝撃すべき金属ウラン等を正しく衝撃しているが否か
を確実に検出する方法がなかった。

なお、上記の金属ウラン等を蒸発、遊離させる方法は、
上記の電子ビームによる衝撃の他にヘリラム等のイオン
ビームの衝撃によるもの、またはアーク放電によるもの
等がある。このような場合にも上記のイオンビームがる
つぼ等を衝撃したり、アークがるつぼ等に移行し、この
るつぼを構成する材料の原子が遊離して不純物として混
入する場合があり、このような状態も上述と同様に従来
は検出できなかった。

［発明の目的コ 本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、その目
的は分離すべき被分離材料以外の物質が遊離して不純物
として混入した場合にこの不純物の混入を確実に検出す
ることができ、分離効率の低下やるつぼ等の損傷を未然
に防止することができるレーザ光による同位体分離装置
を提供することにある。

［発明の概要］ すなわち本発明は、分離すべき同位体を含んだ被分離材
料にエネルギを与えてこの被分離材料を構成する原子を
遊離させる原子遊離機構と、分離すべき同位体の原子の
吸収波長に対応した波長のレーザ光を上記原子遊ｍ機構
から発生する遊ｌ原子に向けて照射しこの分離すべき同
位体の原子のみを選択的に励起する選択励起用レーザ発
振器と、この選択的に励起された同位体の原子にざらに
レーザ光を照射してこの同位体の原子を電離する電離用
レーザ発振器と、この電離した同位体の原子を静電界ま
たは磁界によって偏向させて分離回収する分離回収機構
と、上記原子遊離機構から発生する遊離原子に不純物と
して混入する可能性のある物質の吸収波長に対応した波
長のレーザ光を照射する不純物検出用レーザ発振凍構と
、この不純物検出用レーザ発振機構から発振されたレー
ザ光を受けこのレーザ光の減衰から不純物の存在を検出
する検出機構とを具備したものである。したがって、た
と、えば被分離材料を収容するるつぼの材料が遊離して
不純物として混入した場合にはこの不純物の原子によっ
て不純物検出用レーザ発振機構から発振される不純物の
原子の吸収波長に対応した波長のレーザ光が吸収されて
減衰するので、このレーザ光の減衰によってこの不純物
の存在を直ちに検出することができ、分離効率の低下等
の不具合を未然に防止できるものである。

［発明の実施例Ｊ 以下、第２図ないし第４図を参照して本発明の詳細な説
明する。第２図および第３図は本発明の第１実施例を示
す。この実施例は天然金属ウランなどからウラン２３５
を分離するものである。

すなわち、図中の１０５は原子遊離機構である。

この原子遊離機構１０５はるつは１０１を備え、このる
つぼ１０１内には分離すべき同位体を含んだ材料例えば
金属ウラン１０２が収容されている。

また、この原子遊離機構１０５には電子ビーム照射機構
１０３が備えられ、この電子ビーム照射機構１０３から
照射された電子ビームは電子ビーム偏向機構１０４内の
磁界によって偏向され、上記のるつぼ１０１内に収容さ
れている金属ウラン１０２に側方から照射されるように
構成されている。

そして、この電子ビームによってこの金属ウラン１０２
がたとえば２０００°にないし３０ｏＯ。

Ｋに加熱され、この金属ウラン１０２が蒸発し、その原
子が遊離状態となる。そして、この遊離したウラン原子
１０６，１０７はコリメータ、加速機ａ＜いずれも図示
せず）によって原子ビームとなって上方に移動する。

そして、このウラン原子１０６．１０７には選択励起用
レーザ発振器１１０から選択励起用のレーザ光が照射さ
れる。この選択励起用のレーザ光は、上記のウラン原子
１０６．１０７のうちウラン２３５原子１０７の吸収波
長に対応した波長のレーザ光であり、このレーザ光によ
ってウラン２３５原子１０７のみが励起されるように構
成されている。また、このウラン原子１０６，１０７の
ビームにはざらに電離用レーザ発振器１１１から電離用
のレーザ光が照射され、上記の励起されたウラン２３５
原子１０７のみを電離するように構成されている。なお
、ウラン２３８原子１０６は励起および電離はされない
。また、このウラン原子１０６．１０７のビームは分離
回収機構１０９内を通過するように構成されている。こ
の分離回収機構１０９には接地電極１１２および陰電極
１１３が互いに対向して設けられている。そして、上記
の接地電極１１２は接地され、また上記の陰電極１１３
は電源１１４に接続されている。しがって、これらの電
極１１２．１１３間には電界が形成され、上記の電離用
レーザ発振器から発振された電離用レーザによって電離
されたイオン化ウラン２３５原子１０７′はこの電界に
よって偏向されて上記の陰電極１１３に吸着され、この
ウラン２３５の分離がなされる。また、電気的に中性な
ウラン２３８原子１０６は中性原子捕集プレート１１５
上に捕集される。

また、上記の分離回収機構１０９と中性原子捕集プレー
ト１１５との間には不純物検出用レーザ発振機構１１６
が設けられている。この不純物検出用レーザ発振機構１
１６は上記のるつぼＩ　Ｃ）　１−を構成する材料の原
子すなわち不純物原子１０８の吸収波長に同調した波長
のレーザ光をこの原子ビームに向けて発振するとともに
、このレーザ光の波長を周期的に変化させるように構成
されている。たとえば、上記のるつぼ１０１の構成材料
がタングステンの場合にはこのタングステンの原子の吸
収波長のひとつである５０５４人の波長のレー・ザ光を
発振し、また上記のるつぼ１０１の材料がタンタルの場
合にはその原子の吸収波長のひとつである３３１６人の
波長のレーザ光を発振する。

そして、この不純物検出用レーザ発振機構１１６はこれ
らの波長を中心としてその波長を±０．１人の範囲で周
期的に変化させるように構成されている。

そして、この不純物検出用レーザ発振機構１１６から放
射されたレーザ光は検出機構１２０によって検出される
ように構成されている。この検出機構１２０は上記の不
純物検出用レーザ発振機構１１６から発振されたレーザ
光を検出する光検出器１１７と、この光検出器１１７か
らの信号を増幅する増幅器１１８と、この信号を処理し
、上記の不純物検出用レーザ発振機構１１６から発振さ
れたレーザ光の減衰を検知し、上記の原子ビーム中に不
純物が存在するか否かを判定する信号処理回路１１９と
から構成されている。そして、この信号処理回路１１９
は上記の原子ビーム中に不純物が混入していると判定し
た場合は前記の原子遊離機構１０５の電子ビーム照射機
構１０３信号を送りこの電子ビーム照射機構１０３を停
止させるように構成されている。

また、上記の不純物検出用レーザ発振機構１１６は第３
図に示す如く構成されている。この不純物検出用レーザ
発振機構１１６は色素レーザ装置であって、図中２０１
はキセノンランプや銅蒸気レーザー発振器等の励起光源
であって。この励起光源２０１から色素セル２０２にポ
ンピング光が照射され、この色素セル２０２内の色素た
えばローダミン６Ｇ等が励起する。そして、この色素セ
ル２０２から放射された光はビームエキスパンダ２０３
で広げられ、ファブリペローエタロン２゜４および回折
格子２０５で分光される。また、この装置の一端部には
レーザ窓２１１が形成されこレーザ窓２１１から色素レ
ーザ光が放射される。

また、この装置のファブリペローエタロン２０４および
回折格子２０５等はチャンバ２１０内に収容され、この
チャンバ内には窒素ガス等が封入されている。そして、
このチャンバ２１０にはシリンダ２０７が接続されてお
り、このシリンダ２゜７内にはピストン２０８が摺動自
在に嵌合している。そして、このピストン２０８はピス
トン駆動１！ｔｌ１２０９によって駆動されるように構
成され、このピストン２０８が駆動されることによって
上記のチャンバ２１０内の窒素ガスの圧力を変化するよ
うに構成されている。なお、２０６はこのチャンバ２１
０内の圧力を検出する圧力計である。

そして、このチャンバ２１０内の窒素ガスの圧力が変化
することによって、共振周波数が変化し、この装置から
発振されるレーザ光の波長がたとえば０．１人変化する
。なお、この波長の変化は所定の周期で時間とともに周
期的に変化するように構成されている。

次にこの実施例の作用を説゛明する。まず、上記の電子
ビーム照射機構１０３から電子ビームが照射され、この
電子ビームは電子ビーム偏向機１１１０４内の磁界によ
って偏向され、側方がら上記のるつぼ１０１内に収容さ
れている金属ウラン１０２に照射される。そして、この
電子ビームの照射によってこの金属ウラン１０２は蒸発
し、このウランの原子が遊離する。このウラン原子１０
６゜１０７はコリメータおよび加速機構くいずれも図示
せず）によってビーム状に上方に移動される。

そして、この原子ビーム１０６’、１０７に選択励起用
レーザ発振器１１０から選択励起用のレーザ光が照射さ
れ、ウラン２３５原子１０７のみが選択的に励起される
。また、さらに電離用レーザ発振器１１１から電離用の
レーザ光が照射され、励起されているウラン２３５原子
１０７のみが電離される。そして、この電離されたウラ
ン２３５原子１０７′は分離回収機構１０９の陰電極１
１３に吸着され、分離捕集される。また、ウラン２３８
原子１０６は励起および電離はされないので、この分離
回収機構１０９を通過して中性原子捕集用プレート１１
５に捕集される。

そして、例えば金属ウラン１０２が消耗した場合等には
上記の電子ビーム照射機構１０３からの電子ビームがる
つぼ１０１の底部を衝撃し、このるつぼ１０１を構成し
ている材料たとえばタングステンの原子が遊離し、この
タングステンの原子は不純物原子１０８として原子ビー
ム中に混入する。この不純物原子１０８は前記のウラン
２３８原子１０６と同様に電離されないので、この不純
物原子１０８は分離回収機構１０９を通過する。

そして、上記不純物検出用レーザ発振機構１１６から発
振されるレーザ光の波長はこの不純物原子１０８の吸収
波長に同調されているので、このレーザ光はこの不純物
原子１０８に吸収され減衰する。そして、このレーザ光
の強さは光検出器１１８によって検出され、信号処理回
路１１９でこのレーザ光の減衰が検知され、この減衰が
あった場合には不純物原子が混入していると判定され、
電子ビーム照射機構１０３に信号が送られ、この電子ビ
ーム照射機構１０３が停止し、るつぼ１０１の損傷を防
止するとともにこの不純物原子の発生を防止し、この不
純物原子による分離効率の低下を未然に肺止する。

なお、原子ビーム中を通過するレーザ光はその波長がこ
の原子ビーム中の原子の吸収波長に合一していなくても
散乱によって減衰する。したがって、上記の不純物検出
用レーザ発振機構１１６がら発振されたレーザ光が減衰
しても、この減衰が不純物原子１ｏ８の存在による吸収
によるものが、あるいは原子ビーム中の原子の密度が増
大したために散乱が大きくなって減衰が増加したもので
あるかが判別できない。しかし、この実施例のものは、
上記の不純物検出用レーザ発振機構１１６がら発振され
るレーザ光の波長が周期的に変化するので、このレーザ
光の波長が不純物原子１０の吸収波長からずれた場合に
はこの不純物原子の吸収による減衰は生じない。よって
、この不純物検出用レーザ発振機構から発振されている
レーザ光の波長が不純物原子の吸収波長からずれている
場合の減衰と合致している場合の減衰との差をめれば、
この不純物原子１０８の吸収による減衰量がめられる。

よって、この不純物原子１０８の存在を確実に検出する
ことができる。

なお、本発明は上記の第１実施例には限定されない。た
とえば第４図には本発明の第２実施例を示す。この第２
実施例は不純物検出用レーザ発振機構１１６−として２
台の、レーザ発振器１１６ａ。

１１６ｂを設け、一方のレーザ発振器１１６ａがらは不
純物原子の吸収波長に同調した波長のレーザ光を発振、
し、また他方のレーザ発振器１１６ｂらは不純物原子の
吸収波長には合致しない波長のレーザ光を発振するよう
に構成されている。また、これら２台のレーザ発振器１
１６ａ、１１６ｂにそれぞれ対応して光検出器１１７ａ
、１１７ｂおよび増幅器１１８ａ、１１８ｂがそれぞれ
２個設けられている。

この第２実施例のものは、前記第１実施例のものと同様
に不純物原子の吸収波長に同調しているレーザ光と同調
していないレーザ光の減衰の差から不純物原子の吸収に
よる減衰弁をめることができる。

さらに、本発明は上記の実施例にも限定されない。例え
ば不純物検出用レーザ発振機構は不純物原子の吸収波長
に同調した波長のレーザ光だけを発振するものであって
もよい。この場合にはこのレー゛ザ光の減衰変化を時間
とともに記憶しておき、また電子ビーム照射機構の出力
等から原子ビームの密度変化を判定し、この密度変化と
上記のレーザ光の減衰の変化とを対応させれば、この不
純物原子の吸収よる減衰弁だけを検出することができる
。

また本発明は、上記の原子遊離機構は電子ビームの衝撃
によるものに限らず、イオンビームの衝撃によるもの、
あるいはアーク放電よるもの等であってもよい。

上述の如く本発明は、分離すべき同位体を含んだ被分離
材料にエネルギを与えてこの被分離材料を構成する原子
を遊離させる原子遊離機構と、分離すべき同位体の原子
の吸収波長に対応した波長のレーザ光を上記原子遊離機
構から発生する遊離原子に向けて照射しこの分離すべき
同位体の原子のみを選択的に励起する選択励起用レーザ
発振器と、この選択的に励起された同位体の原子にさら
にレーザ光を照射してこの同位体の原子を電離する電離
用レーザ発振器と、こ−の電離した同位体の原子を静電
界または磁界によって偏向させて分離回収する分離回収
機構と、上記原子遊離機構から発生する遊離原子に不純
物として混入する可能性のある物質の吸収波長に対応し
た波長のレーザ光を照射する不純物検出用レーザ発振機
構と、この不純物検出用レーザ発振機構から発振された
レーザ光を受けこのレーザ光の減衰から不純物の存在を
検出する検出機構とを具備したものである。したがって
、たとえば被分離材料を収容するるつほの材料が遊離し
て不純物として混入した場合にはこの不純物の原子によ
って不純物検出用レーザ発振機構から発振される不純物
の原子の吸収波長に対応した波長のレーザ光が吸収され
て減衰するので、このレーザ光の減衰によってこの不純
物の存在を直ちに検出することができ、分離効率の低下
等の不具合を未然に防止できる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の概略構成図である。第２図および第３
図は本発明の第１実施例を示し、第２図は概略構成図、
第３図は不純物検出用レーザ発振機構の概略構成図であ
る。第４図は本発明の第２実施例の概略構成図である。 １０１・・・るつぼ、１０２・・・金属ウランく被分離
材料）、１０３・・・電子ビーム照射機構、１０５・・
・原子遊離機構、１０９・・・分離回収機構、１１０・
・・選択励起用レーザ発振器、１１１・・・電離用レー
ザ発振器、１１６・・・不純物検出用レーザ発振機構、
’１１７．１１７ａ、　１１７ｂ・・・光検出器、１１
９゜１１９−・・・信号処理回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　分離すべき同位体を含んだ被分離材料にエネル
   ギを与えてこの被分離材料を構成する原子を遊離させる
   原子遊離機構と、分離すべき同位体の原子の吸収波長に
   対応した波長のレーザ光を上記原子遊離機構から発生す
   る遊離原子に向けて照射しこの分離すべき同位体の原子
   のみを選択的に励起する選択励起用レーザ発振器と、こ
   の選択的に励起された同位体の原子にざらにレーザ光を
   照射してこの同位体の原子を電離する電離用レーザ発振
   器と、この電離した同位体の原子を静電界または磁界に
   よって偏向させて分離回収する分離回収機構と、上記原
   子遊離機構から発生する遊離原子に不純物として混入す
   る可能性のある物質の吸収波長に対応した波長のレーザ
   光を照射する不純物検出用レーザ発振機構と、この不純
   物検出用レーザ発振機構から発振されたレーザ光を受け
   このレーザ光の減衰から不純物の存在を検出する検出機
   構とを具備したことを特徴とするレーザ光による同位体
   分離装置。
2. （２）　前記不純物検出用レーザ発振機構は発振するレ
   ーザ光の波長が周期的に変化するものであることを特徴
   とする特許 載のレーザ光による同位体分離装置。
3. （３）　前記不純物検出用レーザ発振機構は前記不純物
   の吸収波長に対応した波長のレーザ光を発　“振すると
   ともに上記不純物の吸収波長以外の波長のレーザ光を発
   振するものであることを特徴とする前記特許請求の範囲
   第１項記載のレーザ光による同位体分離装置。