JPS63126529A - Method and device for separating isotope - Google Patents

Method and device for separating isotope

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JPS63126529A
JPS63126529A JP27175586A JP27175586A JPS63126529A JP S63126529 A JPS63126529 A JP S63126529A JP 27175586 A JP27175586 A JP 27175586A JP 27175586 A JP27175586 A JP 27175586A JP S63126529 A JPS63126529 A JP S63126529A
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JP
Japan
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electrode
isotope
recovery
ionized
vapor
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JP27175586A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Shioda
和則 塩田
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To efficiently separate and recover the desired ionized isotope by setting the electric potential of a recovery electrode at least higher than that of the cathode of an auxiliary electrode, and forming the lines of electric force focused on the cathode of the recovery electrode. CONSTITUTION:The vapor stream 5 flowing into a photochemical reaction part 8 is irradiated by the ionization laser light 9 generated from a laser light oscillator, hence the specified isotope in the vapor stream 5 is selectively excited and then ionized. The generated ionized isotope is deflected to the cathode 7 side by the lines 18 of electric force formed between the cathode and the recovery electrode 12, separated, and recovered. The vertical diffusion of the ionized isotope generated at this times is prevented by the deflecting power of the lines 18 of electric force between the auxiliary electrodes 14 and 15, and the ionized isotope is efficiently attracted by the cathode 7 of the recovery electrode 12 along the lines 18 of electric force and recovered.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は複数の同位体を含む混合物から特定の同位体を
分離する方法および装置に係り、特に分離係数の向上を
図った同位体分離方法および装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] (Object of the Invention) (Industrial Application Field) The present invention relates to a method and apparatus for separating a specific isotope from a mixture containing a plurality of isotopes. The present invention relates to an isotope separation method and apparatus.

(従来の技術) 原子炉用核燃料などに使用されているウラン燃料は、ウ
ラン同位体の混合物の中から原子核反応を起す特定のウ
ランを分離濃縮して所定濃度に調整された後、原子炉に
装荷される。
(Prior art) Uranium fuel used in nuclear fuel for nuclear reactors, etc. is separated and concentrated from a mixture of uranium isotopes to a specific uranium that causes a nuclear reaction, adjusted to a predetermined concentration, and then fed into a nuclear reactor. loaded.

天然に産出するウランは質量数235の軽い分子から成
るウラン(以下、U−235と略記する)が0.7%程
度含有され、残りの大部分が質量数238の重い分子か
ら成るウラン(以下、U−238と略記する)である。
Naturally occurring uranium contains approximately 0.7% uranium (hereinafter referred to as U-235), which is made up of light molecules with a mass number of 235, and the remainder is mostly uranium (hereinafter referred to as U-235), which is made up of heavy molecules with a mass number of 238. , abbreviated as U-238).

このうち、原子核反応を起すtJ−235は上記天然ウ
ランまたは使用済燃料から分離され、さらに通常2〜3
%程度まで濃縮された上で原子炉燃料として使用される
Among these, tJ-235, which causes a nuclear reaction, is separated from the above natural uranium or spent fuel, and usually 2 to 3
It is used as nuclear reactor fuel after being enriched to about 50%.

従来、Ll−235、U−238などの同位体を含む混
合物質からU−235を分離し、所定濃度レベルまで高
めるウラン濃縮方法としては、ガス拡散法、遠心分離法
、レーザ法などがあり、各方法とも同位体の化学特性ま
たは質層の相違を利用して分離濃縮操作を実施するもの
である。
Conventionally, uranium enrichment methods for separating U-235 from a mixture containing isotopes such as Ll-235 and U-238 and increasing it to a predetermined concentration level include gas diffusion methods, centrifugation methods, laser methods, etc. In each method, separation and concentration operations are performed using differences in the chemical properties or qualitative layers of isotopes.

ガス拡散法は、微細小孔を多数有する隔膜にガス化した
同位体混合物をポンプで送給し、隔膜を通過する各同位
体の拡散速度の差異によって分離する方法である。拡散
速度は原子核が小型で軽いU−235の方が早く、また
透過量も多いので隔膜の二次側ではtJ−235の含有
割合が若干増加する。この工程をカスケード方式によっ
て多段に繰り返すことによってtJ−235の濃縮度が
徐々に増加する。しかしながらこの方法は、一段当りに
濃縮される割合が小さいため、段数を多く設けた大規模
な装置が必要となる欠点がある。
The gas diffusion method is a method in which a gasified isotope mixture is pumped through a diaphragm having a large number of micropores, and the isotopes are separated based on the difference in diffusion rate of each isotope passing through the diaphragm. The diffusion rate of U-235, which has a smaller and lighter atomic nucleus, is faster, and the amount of permeation is greater, so the content of tJ-235 increases slightly on the secondary side of the diaphragm. By repeating this process in multiple stages in a cascade manner, the concentration of tJ-235 is gradually increased. However, this method has the disadvantage of requiring a large-scale device with a large number of stages because the concentration rate per stage is small.

また、遠心分離法は、ガス化した同位体混合物を回転円
筒に導入し、これを高速回転することにより重いU−2
38を遠心力によって分離し、この工程を同様にカスケ
ード方式により多段に繰り返して濃縮度を高める方法で
ある。しかしながら、この方法では分離段階を多くしだ
カスケードを組む必要があり、多くの回転体が必要とな
る。
In addition, the centrifugal separation method introduces the gasified isotope mixture into a rotating cylinder and rotates it at high speed to remove heavy U-2.
38 is separated by centrifugal force, and this process is similarly repeated in multiple stages using a cascade system to increase the concentration. However, this method requires many separation steps and cascades, and requires many rotating bodies.

以上の従来方法に加え、特に分離効率の点て有望視され
ている分離方法として、レーザ光による同位体分離方法
がある。この分離方法は、例えば特開昭49−1050
97号公報および特開昭54−126895号公報に開
示されているように、特定の同位体の原子核を励起する
波長を有するレーザ光を同位体混合物の蒸気に照射する
ことによって目的とする同位体、例えばU−235のみ
を選択的にイオン化し、このイオン化した同位体を含む
蒸気流に対して直角方向に電界を印加し、この電界によ
って特定のイオン化したU−235のみを所定方向に偏
向させて分離し、ウランの濃縮を行なうものである。
In addition to the above-mentioned conventional methods, isotope separation using laser light is a separation method that is particularly promising in terms of separation efficiency. This separation method is described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-1050.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 97 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 126895/1989, the target isotope is produced by irradiating the vapor of an isotope mixture with a laser beam having a wavelength that excites the nucleus of a specific isotope. For example, only U-235 is selectively ionized, an electric field is applied in a direction perpendicular to the vapor flow containing this ionized isotope, and only a specific ionized U-235 is deflected in a predetermined direction by this electric field. The uranium is then separated and enriched.

次に、レーザ光による同位体分離方法および装置の従来
例を第5図および第6図を参照して説明する。
Next, a conventional example of an isotope separation method and apparatus using laser light will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

第5図はウラン濃縮工程において使用されるレーデ光に
よる同位体分離方法の構成を示す斜視図である。以下、
ウラン同位体の分離操作を例にとって説明する。
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of an isotope separation method using Rede light used in the uranium enrichment process. below,
This will be explained using the separation of uranium isotopes as an example.

天然ウランもしくは濃縮過程において副生ずる廃品ウラ
ンなどの金属ウラン1は熱化学的な耐性を有する蒸発用
るつぼ2内に収容される。次に、リニア電子銃3から発
射される電子ビーム4を金属ウラン1に照射する。なお
、リニア電子銃3から発射された電子ビーム4は図示し
ない外部ta場ココイルより偏向されて蒸発用つるぼ2
内の金属ウラン1に照射される。電子ビーム4の照射を
受けた金属ウラン1は2500〜2700’に程度まで
加熱されて蒸発し、蒸気流5を形成する。なお、蒸気流
5の組成は、例えば金属ウラン1として天然ウランを使
用した場合は、重量化でU−235が0.7%、U−2
38が99.3%となる。
Metallic uranium 1, such as natural uranium or waste uranium produced as a by-product in the enrichment process, is housed in a thermochemically resistant evaporation crucible 2. Next, the uranium metal 1 is irradiated with an electron beam 4 emitted from the linear electron gun 3. Note that the electron beam 4 emitted from the linear electron gun 3 is deflected by an external Ta field co-coil (not shown) and is directed to the evaporation crucible 2.
Metallic uranium 1 inside is irradiated. The metallic uranium 1 irradiated by the electron beam 4 is heated to about 2500-2700' and evaporated, forming a vapor flow 5. Note that the composition of the vapor flow 5 is, for example, when natural uranium is used as the metal uranium 1, U-235 is 0.7% by weight, U-2
38 is 99.3%.

一方、蒸発用つるぼ2の上方には、帯状の陽電極6と陰
電極7とが交互に配設され、その電極間にそれぞれ光反
応部8が設けられ、この光反応部8の長手方向にU−2
35のみを選択的に励起電離させる電離用レーザ光9が
入射される。電離用レーザ光9の波長はU−235の共
鳴電離波長に調整されており、光反応部8に導入された
蒸気流5に含まれるU−235原子のみが電離用レーザ
光と共鳴し、一定の確率で選択的に電離されイオン化同
位体となる。イオン化されたU−235の同位体は陽電
極6と陰電極7との間に、電圧を印加することにより形
成された電界によって回収電極となる陰電極7の表面に
吸着回収される。
On the other hand, above the evaporation crucible 2, band-shaped positive electrodes 6 and negative electrodes 7 are arranged alternately, and a photoreaction part 8 is provided between the electrodes, and the longitudinal direction of the photoreaction part 8 is to U-2
An ionizing laser beam 9 that selectively excites and ionizes only 35 is incident. The wavelength of the ionizing laser beam 9 is adjusted to the resonant ionization wavelength of U-235, and only the U-235 atoms contained in the vapor flow 5 introduced into the photoreaction section 8 resonate with the ionizing laser beam, and the wavelength remains constant. It is selectively ionized and becomes an ionized isotope with a probability of The ionized U-235 isotope is adsorbed and collected on the surface of the negative electrode 7, which serves as a collection electrode, by an electric field formed by applying a voltage between the positive electrode 6 and the negative electrode 7.

一方、電離せずに光反応部8を通過したU−235およ
びU−238の混合蒸気流は光反応部8の外縁側に配設
した蒸気回収板10に吸引回収される。
On the other hand, the mixed vapor flow of U-235 and U-238 that has passed through the photoreaction section 8 without being ionized is sucked and collected by a vapor recovery plate 10 disposed on the outer edge side of the photoreaction section 8 .

(発明が解決しようとする問題点) 従来の同位体分離方法によれば、光反応部にて生成した
イオン化同位体の拡散係数が大きく、光反応部から逸散
する割合が多い。そのため、回収電極に分離回収される
特定の同位体の回収率が低下する問題点があった。この
傾向は、操作温度を上界さけて蒸気密度を高めるに従っ
て顕著になる。すなわち、同位体の回収量の向上を図る
ために金属ウランの蒸発を促進し蒸気密度を^めると生
成するイオン化同位体の密度も上昇するが、拡散係数も
増大するため、回収電極から逸散する同位体筒も多くな
る。
(Problems to be Solved by the Invention) According to the conventional isotope separation method, the diffusion coefficient of the ionized isotope generated in the photoreaction part is large, and a large proportion of the ionized isotope is escaped from the photoreaction part. Therefore, there was a problem in that the recovery rate of a specific isotope separated and recovered by the recovery electrode was reduced. This tendency becomes more pronounced as the operating temperature is lowered and the vapor density is increased. In other words, in order to improve the amount of isotope recovered, if the evaporation of metallic uranium is promoted and the vapor density is lowered, the density of the ionized isotopes produced will also increase, but the diffusion coefficient will also increase, so that the amount of ionized isotopes escaping from the recovery electrode will increase. The number of isotope cylinders scattered also increases.

また、ウランの分離操作の前処理において強力な電子ビ
ームを照射して金属ウランを溶融後蒸発せしめて、蒸気
流を生成する工程を有するため、生成した蒸気流には各
種の不純物イオンが含まれる。不純物イオンとしては、
金属ウランの加熱源である電子ビームと蒸気流とが衝突
して発生するU−238の衝突電離イオンおよび蒸気流
が高温熱源と接触して発生するtJ−238その他の金
属の熱電離イオンがある。これらの不純物イオンはU−
235イオンに同伴して回収電極に吸引されるため、目
的とする同位体の分離係数が低下し、U−235の濃縮
度が小さくなり、回収ウランの純度品質を低下させる原
因となっていた。
In addition, in the pretreatment process for uranium separation operations, a powerful electron beam is irradiated to melt and vaporize metallic uranium to generate a vapor stream, so the generated vapor stream contains various impurity ions. . As impurity ions,
There are collision ionized ions of U-238 generated when the electron beam, which is a heating source for metallic uranium, collides with a steam stream, and thermoionized ions of tJ-238 and other metals generated when the vapor stream comes into contact with a high-temperature heat source. . These impurity ions are U-
Since the U-235 ions are attracted to the recovery electrode along with the U-235 ions, the separation coefficient of the target isotope decreases, and the concentration of U-235 decreases, causing a decrease in the purity quality of the recovered uranium.

本発明は上記問題点を解決するために発案されたもので
あり、光反応部にて発生するイオン化同位体(U−23
5イオン)の熱拡散を抑制する機構を設けることによっ
て、回収を目的とするイオン化同位体を効率的に分離回
収し、また、不純物イオンの混入量を低減して製品純度
を改善し、さらに分離係数が優れた同位体分離方法およ
び装置を提供することを目的とする。
The present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and is based on the ionized isotope (U-23
By providing a mechanism to suppress the thermal diffusion of 5 ions), the ionized isotope to be recovered can be efficiently separated and recovered, and the amount of impurity ions mixed in can be reduced to improve product purity and further separation. It is an object of the present invention to provide an isotope separation method and apparatus with excellent coefficients.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本件第1番目の発明に係る同位体分離方法は、複数種類
の同位体を含む物質を加熱蒸発せしめて蒸気流を生成し
、この蒸気流をlll電極と陰電極とを交互に並置して
形成した回収電極に導入した模、前記蒸気流に特定の同
位体を選択的にイオン化するレーザ光を照射してイオン
化同位体を生成し、上記電極間に電界を印加することに
よってイオン化同位体を回収電極方向に偏向させて特定
の同位体を分離回収する同位体分離方法において、回収
電極の蒸気流入口側と蒸気流出口側とにそれぞれ補助電
極を隣設し、回収電極の陽電極電位と補助電極の陽電極
電位とを同電位に設定し、一方、補助電極の陰電極電位
を回収電極の陰電極電位より少なくとも高電位に設定し
て回収電極の陰電極に集束する電気力線を形成し、その
電気力線の偏向力によって特定のイオン化同位体の拡散
を防止し、イオン化同位体を回収電極の陰’!極に集束
させることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The isotope separation method according to the first invention heats and evaporates a substance containing multiple types of isotopes to generate a vapor flow, and this vapor flow is transferred to an Ill electrode. A laser beam that selectively ionizes a specific isotope is irradiated to the vapor flow to generate ionized isotopes, and an electric field is created between the electrodes. In an isotope separation method in which specific isotopes are separated and recovered by deflecting ionized isotopes toward the recovery electrode by applying The positive electrode potential of the recovery electrode and the positive electrode potential of the auxiliary electrode are set to the same potential, while the negative electrode potential of the auxiliary electrode is set to at least a higher potential than the negative electrode potential of the recovery electrode. Forms electric lines of force that are focused on the electrode, prevents the diffusion of specific ionized isotopes by the deflection force of the lines of electric force, and collects the ionized isotopes behind the electrode! It is characterized by focusing at the pole.

また、本件第2番目の発明に係る同位体分離装置は、複
数種類の同位体を含有する物質を加熱蒸発せしめて蒸気
流を生成する蒸気生成装置と、陽電極と陰電極とを交互
に並置して形成され蒸気流の流れ方向にほぼ平行に配置
された回収電極を有する同位体回収装置と、同位体回収
装置に流入した蒸気流に所定波長のレーザ光を照射して
特定の同位体を選択的にイオン化するレーザ光発振装置
とを備え、上記回収電極の陰電極に集束する電気力線を
形成する補助電極を回収電極の蒸気入口側と蒸気出口側
とにそれぞれ隣設したことを特徴とする。
In addition, the isotope separation device according to the second invention includes a steam generation device that generates a vapor flow by heating and vaporizing a substance containing multiple types of isotopes, and positive electrodes and negative electrodes that are arranged side by side alternately. The isotope recovery device has a recovery electrode that is formed as a vapor flow and is arranged approximately parallel to the flow direction of the vapor flow, and the vapor flow that has flowed into the isotope recovery device is irradiated with a laser beam of a predetermined wavelength to collect a specific isotope. A selectively ionizing laser beam oscillation device is provided, and auxiliary electrodes that form lines of electric force that are focused on the negative electrode of the recovery electrode are arranged adjacent to the steam inlet side and the steam outlet side of the recovery electrode, respectively. shall be.

〈作用) 本発明に係る同位体分離方法および分離装置によれば、
回収電極の蒸気流入口側と蒸気流出口側とにそれぞれ補
助電極が設けられ、この補助電極に電圧を印加すること
により回収電極の陰電極に集束する電気力線が形成され
、その電気力線の偏向力によってイオン化同位体の熱拡
散が有効に防止されるため、陰電極におけるイオン化同
位体の回収量が増大する。
<Function> According to the isotope separation method and separation device according to the present invention,
Auxiliary electrodes are provided on the steam inlet side and the steam outlet side of the recovery electrode, and by applying voltage to these auxiliary electrodes, lines of electric force are formed that converge on the negative electrode of the recovery electrode. Since thermal diffusion of the ionized isotope is effectively prevented by the deflection force of , the amount of ionized isotope recovered at the negative electrode is increased.

また、蒸気流入口側に設けた補助r!i極が形成する電
界の働きによって、蒸気流に含まれる不純物イオンが回
収電極に流入する前に予め回収除去される。そのため、
回収電極には不純物イオンを含まず、電気的に中性な同
位体から成る蒸気流を供給することができる。
In addition, an auxiliary r! provided on the steam inlet side! By the action of the electric field formed by the i-electrode, impurity ions contained in the vapor flow are collected and removed in advance before they flow into the collection electrode. Therefore,
The recovery electrode can be supplied with a vapor stream that is free of impurity ions and consists of electrically neutral isotopes.

したがって、回収電極に吸引される不純物イオン昂が少
なく、目的とする同位体が高い分離係数をもって捕集さ
れ、純度品質が優れた製品を得ることができる。
Therefore, the amount of impurity ions attracted to the collection electrode is small, the target isotope is collected with a high separation coefficient, and a product with excellent purity and quality can be obtained.

(実施例) 以下、本発明の一実施例についてウラン濃縮工程におけ
るウラン同位体の分離操作を例にとり図面を参照して説
明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example an operation for separating uranium isotopes in a uranium enrichment process.

第1図は本発明に係る同位体分離装置の一実施例を示す
斜視図である。なお、第5図および第6図に示す従来例
と同一の構成要素、部品には同一の符号を付している。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an isotope separation apparatus according to the present invention. Note that the same components and parts as in the conventional example shown in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals.

同位体分離装置は金属ウラン1を収容した蒸発用るつぼ
2と、蒸発用るつぼ2に収容された金属ウラン1にリニ
ア電子銃3から発生する電子ビーム4を照射して金属ウ
ラン1を加熱蒸発せしめ蒸気流5を生成する蒸気生成v
l置11とが備えられる。蒸気生成装置11の上方には
陽電極6と陰電極7とを交互に並置して形成した回収電
極12を有する同位体回収装置13が設けられる。
The isotope separation device includes an evaporation crucible 2 containing uranium metal 1, and irradiates the uranium metal 1 contained in the evaporation crucible 2 with an electron beam 4 generated from a linear electron gun 3 to heat and evaporate the uranium metal 1. Steam generation v producing steam stream 5
11 is provided. An isotope recovery device 13 having a recovery electrode 12 formed by alternately arranging positive electrodes 6 and negative electrodes 7 is provided above the steam generation device 11 .

各!i12電極6と陰電極7との間には光反応部8が形
成され、この光反応部8を流れる蒸気21!5に電離用
レーザ光9を照射するレーザ光発振装置16が光反応部
8の軸方向延長上に設けられる。
each! A photoreaction section 8 is formed between the i12 electrode 6 and the cathode 7, and a laser beam oscillator 16 that irradiates the vapor 21!5 flowing through the photoreaction section 8 with an ionizing laser beam 9 is connected to the photoreaction section 8. It is provided on the axial extension of.

また、回収電極12の蒸気流入口側および蒸気流出口側
にはそれぞれ補助電極14.15が設けられ、この蒸気
流入口側の補助電極14は、さらに回収電極の下縁に隣
設したl1il!電極14aと陰電極14bとから構成
される。一方、蒸気流出口側の補助電極15は、さらに
回収TIl極12の上縁に隣設した陽電極15aと陰電
極15bとから構成される。
Further, auxiliary electrodes 14.15 are provided on the vapor inlet side and the vapor outlet side of the recovery electrode 12, respectively, and the auxiliary electrode 14 on the vapor inlet side is further arranged adjacent to the lower edge of the recovery electrode. It is composed of an electrode 14a and a negative electrode 14b. On the other hand, the auxiliary electrode 15 on the vapor outlet side is further composed of a positive electrode 15a and a negative electrode 15b, which are placed adjacent to the upper edge of the recovery TIl electrode 12.

次に、各電極に印加する電圧と発生する電気力線等につ
いて説明する。第3図は第1図および第2図における光
反応部の一部を拡大して示す断面図である。
Next, the voltage applied to each electrode, the lines of electric force generated, etc. will be explained. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the photoreactive portion in FIGS. 1 and 2. FIG.

回収電極12の陽電極6と補助電極14.15の陽電極
14a、15aとは相互に電気的に接続され電圧Vaが
印加され、また回収電極12の陰電極7は接地され、零
電位に設定されている。一方、補助電極14.15の陰
電極”14b、15bは共に電圧vbに設定される。
The positive electrode 6 of the recovery electrode 12 and the positive electrodes 14a and 15a of the auxiliary electrodes 14.15 are electrically connected to each other and a voltage Va is applied thereto, and the negative electrode 7 of the recovery electrode 12 is grounded and set to zero potential. has been done. On the other hand, the negative electrodes 14b and 15b of the auxiliary electrodes 14 and 15 are both set to the voltage vb.

電圧Vaと電圧vbの関係は(1)式の通りである。The relationship between voltage Va and voltage vb is as shown in equation (1).

V a > V b > O−−(1)このとき、光反
応部8においては、第3図に例示するように蒸気流5の
流れ方向に沿って実線で示す等電位ね1アが形成される
とともに、回収電極12の陽電極6および補助電極14
.15の陽電極14a、15aから回収電極12の陰電
極7方向に集束する電気力線18が破線で示すように形
成される。電気力線18は、各補助電極14゜15の陽
陰電極間にも形成される。
Va > V b > O--(1) At this time, in the photoreaction section 8, an equipotential layer 1a shown by a solid line is formed along the flow direction of the vapor flow 5, as illustrated in FIG. At the same time, the positive electrode 6 and the auxiliary electrode 14 of the recovery electrode 12
.. Electric lines of force 18 converging from the 15 positive electrodes 14a, 15a toward the negative electrode 7 of the recovery electrode 12 are formed as shown by broken lines. Electric lines of force 18 are also formed between the positive and negative electrodes of each auxiliary electrode 14, 15.

ここで、各電極に設定すべき電位Va、Vbは、運転操
作温度における熱電子、イオン化同位体、不純物イオン
などの荷電粒子が有する運動エネルギから決定される。
Here, the potentials Va and Vb to be set at each electrode are determined from the kinetic energy possessed by charged particles such as thermoelectrons, ionized isotopes, and impurity ions at the operating temperature.

蒸気流5中に含有される不純物陽イオンの運動エネルギ
Eiは熱電子の運動エネルギと同程度の値を有し、運転
操作部IITを2700’に、ボルツvン定数kを8.
617x10−5eV/’にとすると、(2)式のよう
になる。
The kinetic energy Ei of the impurity cations contained in the steam flow 5 has a value comparable to the kinetic energy of thermionic electrons, and the operating section IIT is set to 2700', and the Boltz v constant k is set to 8.
When it is set to 617×10 −5 eV/′, the equation (2) is obtained.

1−kT −8,6t7x 10−5(eV/”K) x2700
”K−0,23(eV)     ・・・・・・(2)
上記の運動エネルギE1は全ての不純物イオンについて
同一値ではな(、上記値を基準にした一定の確率分布を
呈する。したがって、不純物陽イオンを補助電極14の
陰電極14bで予め吸着するためには補助電8i14間
の電圧差が上記運動エネルギEiに対応する電圧より少
なくとも高く設定する必要がある。すなわち、(3)式
を満足するように設定すればよい。
1-kT -8,6t7x 10-5 (eV/"K) x2700
"K-0,23(eV)...(2)
The above kinetic energy E1 is not the same value for all impurity ions (it exhibits a certain probability distribution based on the above value. Therefore, in order to adsorb impurity cations in advance at the negative electrode 14b of the auxiliary electrode 14, It is necessary to set the voltage difference between the auxiliary electric currents 8i14 to be at least higher than the voltage corresponding to the kinetic energy Ei. That is, it may be set so as to satisfy equation (3).

e (Va−Vb) >>E i   = (3)ここ
で、eは不純物イオンの電荷である。
e (Va-Vb) >>E i = (3) Here, e is the charge of the impurity ion.

したがって、(1)(2)(3)式より、一般にVa−
100(V)、Vb−50(V)程度に設定するとよい
Therefore, from equations (1), (2), and (3), generally Va-
It is preferable to set it to about 100 (V), Vb-50 (V).

次に、作用を説明する。Next, the effect will be explained.

上記構成の同位体分離方法および装置において、蒸気生
成装置によって加熱蒸発された金属ウラン1は蒸気流5
となって、まず蒸気流入口側の補助電極14間に導入さ
れる。
In the isotope separation method and apparatus configured as described above, the metallic uranium 1 heated and vaporized by the steam generator is vaporized in the vapor stream 5.
As such, it is first introduced between the auxiliary electrodes 14 on the steam inlet side.

このとき、蒸気流5に含まれる熱雷子ビームおよび不純
物イオンは補助電極間に形成された電気力線18によっ
てそれぞれの電極方向に吸引され、蒸気流5から排除さ
れる。
At this time, the thermal lightning beam and impurity ions contained in the vapor flow 5 are attracted toward the respective electrodes by the electric lines of force 18 formed between the auxiliary electrodes, and are removed from the vapor flow 5.

したがって、光反応部8に流入する蒸気流5は不純物と
なる荷電粒子を含まず電気的に中性な成分のみから構成
される。
Therefore, the vapor flow 5 flowing into the photoreaction section 8 does not contain any charged particles as impurities and is composed only of electrically neutral components.

次に、光反応部8に流入した蒸気流5に対して、レーザ
光発振装置から発振された電離用レーザ光9が照射され
、蒸気流5中の特定の同位体が選択的に励起され、さら
にイオン化同位体となる。発生したイオン化同位体は回
収電極12間に形成された電気力線18によって陰電極
7側に偏向されて分離回収される。このとぎ、発生した
イオン化同位体は、補助電極14.15の電極間に形成
された電気力線18の偏向力によって上下方向に拡散す
ることが防止され、電気力線18に沿って回収電極12
の除電447に効率よく吸引回収される。
Next, the vapor flow 5 that has entered the photoreaction section 8 is irradiated with an ionizing laser beam 9 oscillated from a laser beam oscillator, and a specific isotope in the vapor flow 5 is selectively excited. Furthermore, it becomes an ionized isotope. The generated ionized isotopes are deflected toward the negative electrode 7 by the electric lines of force 18 formed between the collection electrodes 12 and separated and collected. At this point, the generated ionized isotope is prevented from diffusing in the vertical direction by the deflection force of the electric lines of force 18 formed between the auxiliary electrodes 14 and 15, and is moved along the lines of electric force 18 to the recovery electrode 12.
The static electricity remover 447 efficiently sucks and collects the static electricity.

したがって、本実施例によれば、蒸気流5中の不純物イ
オン等は光反応部8に導入される前に予め除去され、清
浄な蒸気のみが後の分離工程に供される。そのため従来
、回収を目的とする同位体に同伴されて回収電極に吸引
されていた不純物■を大幅に低減することができる。
Therefore, according to this embodiment, impurity ions and the like in the vapor stream 5 are removed before being introduced into the photoreaction section 8, and only the clean vapor is subjected to the subsequent separation step. Therefore, it is possible to significantly reduce the impurity (1) that was conventionally attracted to the recovery electrode along with the isotope to be recovered.

また、光反応部8において、選択的に励起され発生した
イオン化同位体は、補助電極14.15間に形成された
電気力線18によって拡散が抑止され、光反応部8の上
下方向に逸散することが防止される。したがって、回収
電極12における同位体の回収効率が向上し、i1m?
全体としての同位体の分離係数が大幅に向上する。
In addition, the ionized isotopes that are selectively excited and generated in the photoreaction section 8 are prevented from diffusing by the electric lines of force 18 formed between the auxiliary electrodes 14 and 15, and are dissipated in the vertical direction of the photoreaction section 8. It is prevented from doing so. Therefore, the isotope recovery efficiency at the recovery electrode 12 is improved, and i1m?
The overall isotopic separation factor is significantly improved.

次に、本発明に係る同位体分離装置の他の実施例につい
て第4図を参照して説明する。
Next, another embodiment of the isotope separation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.

第4図は第3図と同様に同位体分離装置の一部の電極部
を拡大して示す断面図である。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a part of the electrode section of the isotope separation device, similar to FIG. 3.

この実施例では、補助電極14.15の陽陰電極と回収
電極12の陽電極6とに全て等しい電圧Vaを印加し、
回収電極12の陰電極7のみを接地電位として構成して
いる。
In this embodiment, an equal voltage Va is applied to all the positive and negative electrodes of the auxiliary electrodes 14.15 and the positive electrode 6 of the recovery electrode 12,
Only the negative electrode 7 of the recovery electrode 12 is configured to have a ground potential.

この場合において、各電極間に形成される電気力線18
は第4図に示すように回収電極12の陰電極7方向への
集束密度が高くなる。また、等電位1i117は陰電極
7の両端を起点として同心状に形成される。
In this case, electric lines of force 18 formed between each electrode
As shown in FIG. 4, the focusing density of the recovery electrode 12 in the direction of the negative electrode 7 becomes high. Further, the equipotential 1i117 is formed concentrically with both ends of the cathode 7 as starting points.

そのため、光反応部8で生成したイオン化同位体を陰電
極7に偏向させて回収する作用が強化され、同位体の分
離回収効率が一段と向上する。
Therefore, the action of deflecting and recovering the ionized isotope generated in the photoreaction part 8 to the cathode 7 is strengthened, and the efficiency of isotope separation and recovery is further improved.

ただし、この場合補助筒1414の陽電極14aと陰電
極14bとの双方の電極には、同一の電圧yaが印加さ
れているため、補助電極14間において電界が形成され
ないので、不純物イオンを除去する作用は働かない。そ
のため、蒸気流5中に多くの不純物イオンを含有する場
合には不適である。
However, in this case, since the same voltage ya is applied to both the positive electrode 14a and the negative electrode 14b of the auxiliary cylinder 1414, no electric field is formed between the auxiliary electrodes 14, so that impurity ions are removed. The action doesn't work. Therefore, it is not suitable when the vapor flow 5 contains many impurity ions.

したがって、蒸気流5中に含まれる不純物イオンの多少
に応じて、第3図に示す実施例と第4図に示す実施例と
を適宜選択して使用することが望ましい。すなわち、第
3図において陽電極に印加する電圧■aを固定する一方
、補助電極の陰電極に印加する電圧vbを不純物イオン
の生成量に対応して適宜調整することにより、不純物イ
オンを除去する効果とイオン化同位体を回収する効果と
の総和を最大にする運転条件を容易に設定することがで
きる。
Therefore, it is desirable to appropriately select and use the embodiment shown in FIG. 3 and the embodiment shown in FIG. 4 depending on the amount of impurity ions contained in the vapor flow 5. That is, in FIG. 3, impurity ions are removed by fixing the voltage ■a applied to the positive electrode and adjusting the voltage vb applied to the negative electrode of the auxiliary electrode as appropriate in accordance with the amount of impurity ions generated. Operating conditions that maximize the sum of the effects and the effects of recovering ionized isotopes can be easily set.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明の通り本発明に係る同位体分離方法および装置
によれば、回収電極の蒸気流入口側と出口側とに補助電
極が設置ノられ、この補助’ff極問に形成される電気
力線の作用によってイオン化同位体の拡散が有効に防止
されるため回収電極におけるイオン化同位体の回収量が
増大し、同位体の分離係数が著しく向上する。
As explained above, according to the isotope separation method and apparatus according to the present invention, auxiliary electrodes are installed on the vapor inlet side and the outlet side of the recovery electrode, and lines of electric force are formed at the auxiliary electrodes. Since the diffusion of ionized isotopes is effectively prevented by the action of , the amount of ionized isotopes recovered at the recovery electrode increases, and the isotope separation coefficient is significantly improved.

また、回収電極の蒸気流入口側に設けた補助電極間に形
成された電界の働ぎによって蒸気流に含まれる不純物イ
オンが予め除去される。したがって、回収電極に吸引回
収される不純物イオンaが少なく、目的とする同位体の
純度、品質が優れた価値ある製品を提供することができ
る。
In addition, impurity ions contained in the vapor flow are removed in advance by the action of an electric field formed between auxiliary electrodes provided on the vapor inlet side of the recovery electrode. Therefore, less impurity ions a are attracted and collected by the collection electrode, and a valuable product with excellent purity and quality of the target isotope can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る同位体分離方法を実施する同位体
分離装置の一実施例を示す斜視図、第2図は第1図にお
ける■−■矢視断面図、第3図は第1図、第2図に示す
光反応部の一部を拡大して示す断面図、第4図は他の実
施例に係る光反応部の一部を拡大して示す断面図、第5
図は従来の同位体分離装置の構成を示す斜視図、第6図
は第5図におけるVl −vr矢視断面図である。 1・・・金属ウラン、2・・・蒸発用るつぼ、3・・・
リニア電子銃、4・・・電子ビーム、5・・・蒸気流、
6・・・陽電極、7・・・陰電極、8・・・光反応部、
9・・・電離用レーザ光、10・・・蒸気回収板、11
・・・蒸気生成袋d112・・・回収電極、13・・・
同位体回収装置、14・・・補助電極、14a・・・陽
電極、14b・・・陰電極、15・・・補助電極、15
a・・・陽電極、15b・・・陰電極、16・・・レー
ザ光発振装置、17・・・等電位線、18・・・電気力
線、■・・・運転操作温度、Ei・・・電離イオンの運
動エネルギ、e・・・不純物イオンの電荷、Va、Vb
・・・電圧。 代理人弁理士  則 近 憲 佑 周        三  俣  弘  文蔓2回
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an isotope separation apparatus for carrying out the isotope separation method according to the present invention, FIG. FIG. 4 is an enlarged sectional view of a part of the photoreactive part shown in FIG. 2; FIG. 4 is an enlarged sectional view of a part of the photoreaction part according to another embodiment;
The figure is a perspective view showing the configuration of a conventional isotope separation device, and FIG. 6 is a sectional view taken along the line Vl-vr in FIG. 1...metallic uranium, 2...evaporation crucible, 3...
Linear electron gun, 4...electron beam, 5...vapor flow,
6... Positive electrode, 7... Negative electrode, 8... Photoreactive part,
9... Laser beam for ionization, 10... Steam recovery plate, 11
...Steam generation bag d112...Recovery electrode, 13...
Isotope recovery device, 14... Auxiliary electrode, 14a... Positive electrode, 14b... Negative electrode, 15... Auxiliary electrode, 15
a... Positive electrode, 15b... Negative electrode, 16... Laser beam oscillation device, 17... Equipotential lines, 18... Lines of electric force, ■... Operation temperature, Ei...・Kinetic energy of ionized ions, e...Charge of impurity ions, Va, Vb
···Voltage. Representative Patent Attorney Nori Chika Yushu Hiroshi Mitsumata Fumizuru 2 times

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、複数種類の同位体を含む物質を加熱蒸発せしめて蒸
気流を生成し、この蒸気流を陽電極と陰電極とを交互に
並置して形成した回収電極に導入した後、前記蒸気流に
特定の同位体を選択的にイオン化するレーザ光を照射し
てイオン化同位体を生成し、上記電極間に電界を印加す
ることによってイオン化同位体を回収電極方向に偏向さ
せて特定の同位体を分離回収する同位体分離方法におい
て、回収電極の蒸気流入口側と蒸気流出口側とにそれぞ
れ補助電極を隣設し、回収電極の陽電極電位と補助電極
の陽電極電位とを同電位に設定し、一方、補助電極の陰
電極電位を回収電極の陰電極電位より少なくとも高電位
に設定して回収電極の陰電極に集束する電気力線を形成
し、その電気力線の偏向力によって特定のイオン化同位
体の拡散を防止し、イオン化同位体を回収電極の陰電極
に集束させることを特徴とする同位体分離方法。 2、複数種類の同位体を含有する物質を加熱蒸発せしめ
て蒸気流を生成する蒸気生成装置と、陽電極と陰電極と
を交互に並置して形成され蒸気流の流れ方向にほぼ平行
に配置された回収電極を有する同位体回収装置と、同位
体回収装置に流入した蒸気流に所定波長のレーザ光を照
射して特定の同位体を選択的にイオン化するレーザ光発
振装置とを備え、上記回収電極の陰電極に集束する電気
力線を形成する補助電極を回収電極の蒸気入口側と蒸気
出口側とにそれぞれ隣設したことを特徴とする同位体分
離装置。
[Claims] 1. A vapor flow is generated by heating and evaporating a substance containing multiple types of isotopes, and this vapor flow is introduced into a recovery electrode formed by alternately arranging positive and negative electrodes. After that, the vapor flow is irradiated with a laser beam that selectively ionizes a specific isotope to generate ionized isotopes, and an electric field is applied between the electrodes to deflect the ionized isotopes toward the recovery electrode. In an isotope separation method that separates and recovers a specific isotope, auxiliary electrodes are installed adjacent to the vapor inlet and vapor outlet sides of the recovery electrode, and the positive electrode potential of the recovery electrode and the positive electrode potential of the auxiliary electrode are are set to the same potential, and on the other hand, the negative electrode potential of the auxiliary electrode is set to at least a higher potential than the negative electrode potential of the collection electrode to form lines of electric force that are focused on the negative electrode of the collection electrode. An isotope separation method characterized by preventing the diffusion of specific ionized isotopes using a deflection force and focusing the ionized isotopes on a negative electrode of a recovery electrode. 2. A steam generation device that heats and evaporates substances containing multiple types of isotopes to generate a vapor flow, and a positive electrode and a negative electrode that are alternately arranged in parallel and arranged approximately parallel to the flow direction of the vapor flow. and a laser beam oscillation device that selectively ionizes a specific isotope by irradiating a vapor flow flowing into the isotope recovery device with laser light of a predetermined wavelength, An isotope separation device characterized in that auxiliary electrodes that form lines of electric force that are focused on the negative electrode of the recovery electrode are arranged adjacent to the vapor inlet side and the vapor outlet side of the recovery electrode, respectively.
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