JPS61107932A - 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、同位体分離装置に係り、特に、レーザー光線
を用いて分離を行なう同位体分離装置の改良に関する。

〔発明の技術的背、景とその問題点〕

同位体元素を分離する代表的な方法として、従来、ガス
拡散法、遠心分離法、レーザー法が知られている。この
うちレーザー法は、同位体元素間の吸収スペクトルの差
を利用したもので、他の方法に比べて分離比が高く、能
率的な分離が行なえると言う利点を備えている。

しかして、レーザー法にも、被分離物を蒸気化させ、こ
れによって形成された原子ビームにレーザー光線を照射
して分離する方法と、被分離物を気化させ、これによっ
て形成された分子ビームにレーザー光線を照射して１分
離する方法とがある。

ところで、原子ビームにレーザー光線を照射し゛て分離
する方法を採用した装置は、通常、次のようにして分離
している。すなわち、真空容器内にルツボを配置し、こ
のルツボで２種以上の同位体元素からなる被分離物を加
熱蒸気化して原子ビームを発生させる。このようにして
形成された原子ビームの形状をコリメータで規定した後
、この原子ビームに、上記原子ビームを形成している同
位体元素のうちの特定の同位体元素の共鳴励起電圧に等
しいエネルギーを有する波長のレーザー光線を照射し、
上記特定の同位体元素を共鳴単位に励起する。また、励
起用レーザー光線の照射と同時に、共鳴単位に励起され
ている上記特定の同位体元素を電離するのに十分で、し
かも基底単位にある他の同位体元素はｉｉｍｂない波長
の電離用レーザー光線を照射する。このようにして電離
された特定の同位体元素と電離されていない他の同位体
元素とが混在した原子ビームに、静電あるいは電磁偏向
をかけ、特定の同位体元素と他の同位体元素とを別々に
捕集器で捕集するようにしている。

そして、特定の同位体元素を捕集する捕集器としては、
上記特定の同位体元素を静電的に捕集する帯状の電極を
複数枚、原子ビームに平行に並べ、これら電極を円柱状
の回転体に巻取ることによって、連続的な捕集を可能化
している。

しかしながら、上記のように構成された従来の同位体分
離装置にあっては、次のような問題があった。すなわち
、実際に分離運転をするときには、帯状の電極が全部巻
取られた時点で、分離運転を一旦中断させて上記電極を
真空容器外に取出し、これを春戻した後、その表面に付
着している特定の同位体元素を機械的な手段等で掻き落
として集めた後、電極を再びセットして分離運転を再開
すると言う運転方式を採用せざるを得ない。このため、
装置の稼働率を向上させることが困難で、運転コストが
＾くなり、特に多量に分離処理するときには経済的な不
利を免れ得なかった。

（発明の目的） 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、分離された特定の同位体元素と
他の同位体元素とをそれぞれ回収用の容器内に連続的に
回収でき、もって装置の稼働率を向上させることができ
、分離運転に要する費用を軽減できる同位体分離装置を
提供することにある。

（発明の概要） 本発明に係る同位体分離装置は、２種以上の同位体元素
からなる被分離物を蒸気化させるとともに上記蒸気にレ
ーザー光線を照射して特定の同位体元素のみを電離させ
た後、上記特定の同位体元素と他の同位体元素とを分離
捕集するようにした同位体分離装置において、前記特定
の同位体元素を捕集する手段は、電離した上記特定の同
位体元素を静電的に捕集する電極と、この電極を前記被
分離物の溶融温度以上の温度に保持する手段と、前記電
極の表面に付着している前記特定の同位体元素液を案内
する手段と、この手段によって案内された上記特定の同
位体元素液を収容する容器とで構成され、前記他の同位
体元素を捕集する手段は、前記特定の同位体元素を含ま
ない上記他の同位体元素が衝突するように配置され゛た
受け体と、この受け体を前記被分離物の溶融温度以上の
温度に保持する手段と、上記受け体の表面に付着してい
る上記他の同位体元素液を案内する手段と、この手段に
よって案内された上記他の同位体元素液を収容する容器
とで構成されている。

（発明の効果） 本発明に係る同位体分離装置によると、特定の同位体元
素は捕集用の電極の表面で液体状態に変換された後、容
器内へと自動的に収容され、また他の同位体元素も受け
体の表面で液体状態に変換されて別の容器内へと自動的
に収容される。各容器の容積を大きくすることは極めて
簡単なことであることからして、結局、分離運転を連続
的に行なうことができる。このため、装置の稼働率の向
上化を図ることができ、分離コストを低下させることが
できるばかりか、回収後の処理作業の容易化も図ること
ができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１因は、本発明をウラン分離用のものに適用した一実
施例を模式的に示すものである。

すなわち、同図において、１は真空容器を示している。

この真空容器１には、側壁部の一部に図示しない開閉自
在な扉が設けてあり、また側壁部の他の部分には図示し
ない排気系に通じる連絡口２が設けられている。

真空容器１内の底部には、ウラン金屑あるいはウラン化
合物、つまり被分離物Ｐを収容するタンタルあるいはタ
ングステン類のルツボ３が配置されている。このルツボ
３の外面にはルツボの温度上昇を抑えるための冷却管４
が配設してあり、この冷却管４の両端は真空容器１の壁
を気密に貫通して図示しない冷媒供給源に接続されてい
る。ルツボ３の近傍には、真空容器１外に配置されたコ
ントローラ５からの制御を受けてルツボ３内の被分離物
Ｐを電子ビーム加熱して上記被分離物Ｐを蒸気化させる
加熱装Ｍ６が設けられている。

ルツボ３の上方位置には、上記ルツボ３内の被分離物Ｐ
の蒸発によって形成された原子ビームの形状を規定する
スリット状の開口Ｑを有したコリメータ７が水平に配ば
されている。さらに、コリメータ７の上方位置には開口
Ｑと同軸的で、かつ互いに対向する関係に偏向電極８ａ
、８ｂが配置されている。そして、偏向電極８ａは真空
容器１外に設けられた直流電源（図示せず。）の正極に
、また偏向電極８ｂは同電源の負極に接続されている。

真空容器１の側壁で、コリメータ７と偏向電極８ａ、８
ｂとの間に位置する部分には、光学窓９が設けてあり、
この先学窓９に対向させてレーザ装置１０．１１が配置
されている。レーザ装［１０は、この実施例では、ウラ
ン２３５の共鳴励起電圧に等しいエネルギーを有した波
長のレーザ光線１２ａを送出するものが用いられている
。そして、レーザ装置１０から送出されたレーザ光線１
２ａはハーフミラ−１３を介してその光軸が開口Ｑの中
心と偏向電極８ａ、８ｂ間の中心とを結ぶ線上に位置す
るように照射される。レーザ装置１１は、この実施例で
は、上記レーザ装置１０から送出されたレーザ光線１２
ａの照射で共鳴準位に励起されているウラン２３５を電
離するのに十分で、しかも基底単位にあるウラン２３８
は電離させない波長のレーザ光線１２ｂを送出するもの
が用いられている。そして、レーザ装置１１から送出さ
れたレーザ光線１２ｂはミラー１４、前記ハーフミラ−
１３を介してレーザ光線１２ａと同軸に照射されるよう
になっている。

真空容器１内で、偏向電極８ａ、８ｂより上方位置には
、ウラン２３８を捕集するための捕集装置１５が配置さ
れており、また、この捕集装置１５より図中右方位置に
はウラン２３５を捕集するための捕集装置１６が配置さ
れている。

捕集装置１５は、大きく別けて、受け体１８と、この受
け体１８の近傍に配置された容器１９とで構成されてい
る。受け体１８は、第２図に示すように偏向電極８ａ、
８ｂの上方空間を覆うように配置されたタンタル、タン
グステンあるいはセラミックス製の板材で形成されてい
る。そして、この受け体１８は、隣接する２辺が水平線
に対してそれぞれθ１、θ２だけ傾くように設けられて
いる。受け体１８内には、この受け体１８をウランの溶
融温度、すなわち１２００℃以上に加熱するのに供され
る電気ヒータ２０が埋設してあり、この電気ヒータ２０
の両端はリード線を介して真空容器１外に設けられた加
熱用電源２１に接続されている。受け体１８の最も下側
に位置する辺の下縁部には、この受け体１８の下面を伝
わって下方へと移動するウラン２３８の液滴を案内する
樋２２が形成されている。また、前記容器１９は、前記
ｔｉｉ２２を介して案内された後、落下するウラン２３
８の液滴を受け止めて収容し得る位置に配置されている
。なお、この容器１９の外面には冷却管２３が配設して
あり、この冷却管２３は真空容器１の壁を気密に貫通し
て図示しない冷媒供給源に接続されている。

一方、前記捕集装置１６は、大きく別けて、捕集用電極
２５と、容器２６とで構成されている。

捕集用電極２５は、第３図に示すように、偏向量Ａ８ａ
、８ｂによって行路が変更されたウラン２３５のビーム
行路上に、この行路と平行し、かつ互いに平行するよう
に配置された５枚の電極板２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２
７ｄ、２７ｅによって構成されている。これら電極板２
７ａ〜２７ｅはそれぞれタンタル、タングステン等で形
成されており、しかも下縁部が水平線に対してθ３だけ
傾斜するように配置されている。電極板２７ａ、２７ｃ
、２７ｅは、それぞれリード線で共通に接続され、真空
容器１外に配置された直流電源２８の負極に接続されて
いる。また、電極板２７ｂと２７ｄもリード線で共通に
接続されて上記直流電源２８の正極に接続されている。

さらに、電極板２７ａ、２７ｃ１２７ｅ内には、これら
電極板をウランの溶融温度、すなわち１２００℃以上に
加熱するのに供される電気ヒータ２９がそれぞれ埋設さ
れており、これら電気ヒータ２９の両端はリード線を介
して真空容器１外に配置された加熱用電源３０に接続さ
れている。前記電極板２７ａ、２７Ｃ，２７ｅの下縁部
には、これら電極板の表面を伝わって下方へと移動する
ウラン２３５の液滴を案内するｔ１３１がそれぞれ設け
られている。そして、前記容器２６は、上記樋３１から
落下する液滴を受け止め得る位置に配置されている。な
お、容器２６の外面には冷却管３２が配設してあり、こ
の冷却管３２の両端は真空容器１の壁を気密に貫通して
図示しない冷媒供給源に接続されている。

なお、第１図中３３はレーザ光線を所定角度ずれたーに
向けて反射させ、これによって励起、電離むらをなくす
ためのミラーを示している。

このような構成であると、分離されたウラン２３５とウ
ラン２３８とを連続的に回収することができる。すなわ
ち、加熱装置６を作動させて、ルツボ３内に収容されて
いる被分離物Ｐ、つまりウラン金属あるいはウラン化合
物を電子ビームで所定温度以上に加熱すると、ウラン蒸
気が飛散する。

このうち、コリメータ７の開口Ｑを通過した蒸気は、コ
リメータ７の作用でビーム状に形状が規定される。この
原子ビームＢは、偏向電極８ａ、８ｂ側へと進む。この
とき、ウラン２３５の原子はレーザ光線１２ａの照射を
受けて共鳴単位に励起され、続いてレーザ光線１２ｂの
照射を受けて電離される。このようにイオン化されたウ
ラン２３５と、中性のウラン２３８とが混在した原子ビ
ームが偏向電極８ａと８ｂとの間の空間に侵入すると、
イオン化されているウラン２３５は進行方向を変えられ
て捕集用電極２５側へと進み、またウラン２３８のほと
んどは受け体１８側へと直進する。したがって、ここで
ウラン２３５のビームＢ１と、ウラン２３８のビームＢ
２とが形成される。

捕集用電極２５側に進行したウラン２３５は、電極板２
７ａ、２７ｃ、２７ｅが負に、また電極板２７ｂ、２７
ｄが正に帯電されていることからして、電極板２７ａ、
２７ｃ、２７ｅの表面に静電付着する。電極板２７ａ、
２７ｃ、２７ｅは、内設された電気ヒータ２９の付勢に
よって１２００℃以上の温度に保たれている。このため
、各電極板２７ａ、２７ｃ、２７ｅに静電付着したウラ
ン２３５は、液滴となり、表面を伝わって下方へと流れ
る。各電極板２７ａ、２７ｃ、２７ｅの下部にはそれぞ
れ樋３１が形成されているので、結局、ウラン２３５の
液滴は、樋３１に案内されて容器２６内へと落下し、容
器２６内に自動的に集められることになる。

一方、受け体１８側に進行したウラン２３８は、最終的
に受け体１８の下面に衝突する。この受け体１８は、内
設された電気ヒータ２０の付勢によって、１２００’Ｃ
ｕ上の温度の保たれている。このため、受け体１８の下
面に触れたウラン２３８は、上記下面で液滴となり、上
記下面の低い方へと流れる。受け体１８の底部側には樋
２２が設けられているので、結局、ウラン２３８の液滴
は樋２２に案内されて容器１９内へと落下し、この容器
１９内に自動的に集められることになる。

このように分離されたウラン２３５とウラン２３８とは
、自動的に各容器２６．１９内に集められる。

各容器１９．２６の容積を大きくすることは容易なこと
である。したがって、従来の装置とは違って、長時間に
わたる連続的な分離運転が可能となり、またウラン２３
５とウラン２３８とを真空容器１内において自動的に容
器１９．２６内に回収できるので、真空容器１外に取り
出したときの処理作業が容易となり、結局、前述した本
発明の効果が元厚されることになる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く種々変形することができる。すなわち、上述した実施
例は本発”明をウラン分離用に適用した例であるが、本
発明はこれに限られるものではなく、各種の同位体元素
分離に適用できることは勿論である。また、特定の同位
体元素を捕集用電極に静電的に捕集するに際して捕集効
率を向上させるために磁界を印加するようにしてもよい
。この場合、捕集用電極の上方に受け体を配置すること
によって、偏向電極を省略するようにしてもよい。また
、被分離物を加熱蒸発させる手段としては電子ビーム加
熱法に限らず抵抗加熱法を採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１因は本発明の一実施例に係る同位体分離装置の模式
的構成説明図、第２図は同装置における他の同位体元素
を捕集する捕集装置を取り出して示す概略斜視図、第３
図は同装置における特定の同位体元素を捕集する捕集装
置を取り出して示す概略斜視図である。 １・・・真空容器、３−・・・ルツボ、６・・・加熱装
置、７・・・コリメータ、８ａ、８ｂ・・・偏向電極、
１０．１１・・・レーザ装置、１５．１６・・・捕集装
置、１８・・・受け体、１９・・・容器、２０・・・電
気ヒータ、２２・・・樋、２５　・・・捕集用電極、２
７ａ、２７ｂ、２７Ｃ１２７ｄ、２８ｅ・・・電極板、
２９・・・電気ヒータ、３１・・・樋、Ｐ・・・被分離
物、Ｂ・・・原子ビーム。 第　１１ フ８ 第　２　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種以上の同位体元素からなる被分離物を蒸気化
   させるとともに上記蒸気にレーザー光線を照射して特定
   の同位体元素のみを電離させた後、上記特定の同位体元
   素と他の同位体元素とを分離捕集するようにした同位体
   分離装置において、前記特定の同位体元素を捕集する手
   段は、電離した上記特定の同位体元素を静電的に捕集す
   る電極と、この電極を前記被分離物の溶融温度以上の温
   度に保持する手段と、前記電極の表面に付着している前
   記特定の同位体元素液を案内する手段と、この手段によ
   つて案内された上記特定の同位体元素液を収容する容器
   とで構成され、前記他の同位体元素を捕集する手段は、
   前記特定の同位体元素を含まない上記他の同位体元素が
   衝突するように配置された受け体と、この受け体を前記
   被分離物の溶融温度以上の温度に保持する手段と、上記
   受け体の表面に付着している上記他の同位体元素液を案
   内する手段と、この手段によつて案内された上記他の同
   位体元素液を収容する容器とで構成されてなることを特
   徴とする同位体分離装置。
2. （２）前記特定の同位体元素液を案内する手段は、前記
   電極の下部に非水平状態に設けられた樋で構成されてな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の同位体
   分離装置。
3. （３）前記他の同位体元素液を案内する手段は、前記受
   け体の下部に非水平状態に設けられた樋で構成されてな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の同位体
   分離装置。