JPS63178832A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は同位体分離装置に係り、特に原料容器の特性を
改善した同位体分離装置に関する。

（従来の技術） 同位体相互の化学的特性の相違または質量の差異を利用
してガス拡散法、ノズル法、化学交換法または遠心分離
法による同位体分離装置が従来より運転されている。し
かし、従来装置はいずれも分離効率が低いため、特定の
同位体を所定濃度レベルに濃縮するには、同一の分離■
稈を多段にカスケード方式によって繰り返すことが必要
であった。

しかし、レーザ光を使用して特定の同位体を道択的にイ
オン化し、イオン化した同位体を電気的に分離するレー
ザ法による同位体分離装置は分離効率が非常に高いため
、従来のようにカスケードを組む必要が少なく、装置全
体が小型で経済的である。

第３図は従来のレーザ法による同位体分離装置を概念的
に示した構成図である。図において、同位体分離装置１
は、本体を気密に収容する分離セル２と本体を構成する
各機器とから成る。

複数種類の同位体を含む原ＦＩ３は、熱化学的耐性を有
する原料容器４に収容される。原料容器４には、原料の
温度を調節するための冷却管５が埋設される。原料容器
４内に収容された原料３に対して電子銃６から発射され
た電子ビーム７が連続的に照射される。電子ビーム７は
偏向磁場装置８により偏向され原料３に照射される。電
子ビーム７の照射を受けた原料３は２７００’に４￥戊
まで加熱され、溶融状態を経て蒸発し、同位体の蒸気流
９を連続的に生成する。この蒸気流９は、回収を特徴と
する特定の同位体１０とその他の同位体１１および金属
原子との混合体である。

この蒸気流９に対して回収を特徴とする特定の同位体１
０のみを選択的に励起する励起用レーザ光１２ａが照射
される。この励起用レーザ光１２ａとしては特定の同位
体１０の共鳴吸収線に相当する周波数を有する例えば単
色レーザ光が採用される。励起された同位体１０にはさ
らに電離用レーザ光１２ｂが照射される。電離用レーザ
光１２ｂが照射された特定の同位体１０は、電子が放逐
されて正電荷を有するイオン化同位体１３となる。

このイオン化同位体１３は、接地した陽電極１４と陰電
極１５との間に形成された電界空間を通過する際に、イ
オン化同位体１３のみが陰電極１５表面に偏向され吸着
回収される。一方、イオン化されない同位体等の中性原
子は電界の影響を受けずに電極間を直進し、電極の二次
側に配設した蒸気流捕集板１６により回収される。

次に、第４図を参照して従来の同位体分離装置の構造お
よび作用をより具体的に説明する。

原料容器４の上方には、陽電極１４と陰電極１５とを交
互に配設した回収電極１７が設【プられ、回収電極１７
の二次側には傾斜屋根状に蒸気流捕集板１６が設けられ
る。また、原料容器４の上縁部には、蒸気流９の拡散を
防止する封入容器１８が拡開状に配設される。

電子ど一方７の照射によって原料３は原料容器４から蒸
発して蒸気流９を形成する。この蒸気流９は封入容器１
８の側壁に案内されて上昇し、回収電極１７を通過する
際に特定のイオン化同位体が分離される。一方、回収電
極１７を通過した中性原子１９は、蒸気流捕集板１６に
て捕集され、両縁部に設けた中性原子回収容器２０に液
滴となって落下し回収される。

一方、蒸気流９の一部は、封入容器１８の内壁に衝突し
て凝縮し、液滴となって原料容器４内に還流される。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の同位体分離装置においては、原料容器内に収容し
た原料に電子ビームを照射して原料を加熱蒸発せしめて
いる。しかし、原料に照射された電子ビームの一部は原
料表面において反射し、装置内に逸散してしまう欠点を
有する。すなわち、反射した電子ビームは原料の加熱蒸
発に供することなく熱損失として消費されるため、装置
運転上のシステム効率を低下せしめ、さらに反射電子ビ
ームによる過熱部分の冷却用機器も必須となる。

なお、電子ビームの反射割合は使用する原料の種類によ
っても異なるが、一般に原子の質量数に従って増大し、
ウラン原子等においては数１０％に達し、その電気エネ
ルギが損失となり効率の低下を招いていた。

また、従来は１つの原料容器において原料の加熱溶融操
作と蒸発操作を行なっていたため、原料容器内の原料温
度が変化し易く安定した運転操作が困難な場合があった
。すなわち、原料容器内に原料が供給されると溶融した
原料温度が低下するため、原料の蒸発量が減少し、一定
の分離効率を維持することが困難になる。蒸発量を一定
に保つには電子銃の出力を頻繁に増減する必要があり、
出力の増減により原料容器の急激な温度を生じ、原料容
器を損傷するおそれがあった。

さらに、外部から供給される原料おにび封入容器内壁に
衝突して原料容器内に還流する原料は、酸化物等の不純
物を含有しており、この不純物は溶融Ｊると液面上に皮
膜層を形成して原料の蒸発を妨げる一方、電子ビームを
集中的に受けて蒸気流中に混入し製品の分離効率を低下
させたり、または火花となって装置内に飛散して内部を
汚損する問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するために発案されたも
のであり、反射電子ビームの再利用を図ることによって
システム効率を向上し、原料温度の管理が容易であり、
また原料中の不純物の影響が少ない原料容器を有する同
位体分離装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決づるための手段） 本発明に係る同位体分離装置は、複数種類の同位体を含
む原料を原料容器に導入し、導入された原料に電子ビー
ムを照射して原料を加熱せしめて蒸気流を生成し、この
蒸気流にレーザ光を照射して蒸気流中の特定の同位体を
選択的にイオン化し、イオン化した同位体を電界または
磁界によって分離する同位体分離装置において、上記原
料容器は、溶融した原料を収容し、上記電子ビームを受
けて原料を蒸発せしめる原料蒸発用容器と、上記原料蒸
発用容器の溶融液面で反射した反ｒＪＪ電子ビームによ
って原料を加熱溶融する原料溶融用容器とを備えること
を特徴とする。

（作用） 上記構成の同位体分離装置においては、原料容器が原料
蒸発用容器と原料溶融容器とから構成され、原料蒸発用
容器内に収容された溶融原料の液面に電子ビームが照射
されて加熱され、原料は液面から蒸発して蒸気流を形成
する。一方、蒸発による減少分を補償するために装置内
に供給された原料は、原料溶融用容器内に導入される。

原料溶融用容器内に導入された原料に対して、原料蒸発
用容器の液面にて反射した反射電子ビームが照射される
。反射電子ビームによって加熱溶融した原料は逐次原料
蒸発用容器に移送される。

上記装置によれば、原料蒸発用容器の液面に反射した反
射電子ビームは原料溶融用容器において原料を加熱溶融
するだめの熱源として有効に再利用されるので、エネル
ギ損失が少なく装置のシステム効率が向上する。

また、原料に含まれる不純物は予め原料溶融用容器内で
分離され、所定の溶融温度に加熱された原料のみが原料
蒸発用容器内に送給されるため、蒸発面の温度変化が少
なく、蒸気流の生成速度が一定となり安定した連続運転
が可能となる。さらに、原料蒸発用容器内に侵入する不
純物が少ないため、不純物による蒸発量の変動および不
純物による装置内の汚損が少ない。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明づる
。

第１図は本発明に係る同位体分離装置の一実施例を示ず
断面図であり、特に原料容器部分を拡大して示す断面図
である。

第１図において原料容器４は原料蒸発用容器４ａと原料
溶融用容器４ｂとから構成される。原料蒸発用容器４ａ
は溶融した原料３を収容し、電子ビーム７を受【プて原
料を蒸発せしめる。一方、原料溶融用容器４ｂは原料蒸
発用容器４ａの溶融液面２１で反射した反射電子ビーム
２２を利用し、原料３を加熱溶融する。したがって、原
料溶融用容器４ｂは反射電子ビーム２２が進行する軌道
上に配設される。

電子銃（図示せず）から発射された電子ビーム７は、偏
向磁場（図示せず）によって偏向され、原料蒸発用容器
４ａ内に収容した原料３の溶融液面２１に照射される。

照射によって原料は蒸発し蒸気流９を形成し、この蒸気
流９は特定の同位体の分離操作に供される。一方、電子
ビーム７の一部は溶融液面２１において反射し、反射電
子ビーム２２となる。反射電子ビーム２２は、図示しな
い偏向磁場によって再度面げられ、反射電子ビーム２２
の軌道を形成する。ここで、軌道上に原料溶融用容器４
ｂが設置されているため、原料溶融用容器４ｂ内に供給
された原料３は反射電子ビーム２２によって加熱溶融さ
れる。原料３は適温まで加熱され溶融することによって
含有する酸化物等の不純物が分離され、不純物を含まな
い清浄な溶融原料が原料蒸発用容器４ａに供給される。

したがって、原料蒸発用容器４ａ内の蒸発面の温度変化
が少なく、蒸気発生量が一定に維持され安定した連続運
転が可能となる。また、反射電子ビーム２２は原料の加
熱溶融用のエネルギとして有効に再利用されるため、分
離装置全体の熱損失が低減し、システム効率が向上する
。さらに、蒸発部に流入する不純物が少ないため、蒸発
量の管理および原料′ａ麿の管理が容易になる。

次に、本発明の他の実施例を第２図を参照して説明する
。第２図は本発明に係る同位体分離装置の具体的な構成
を示す断面図である。

本実施例においては、原料溶融用容器４ｂの上縁に封入
容器１８を配設する。封入容器１８内壁に衝突した蒸気
流９中の中性原子１９は凝縮して液滴となり、内壁に沿
って落下し、原料溶融用容器４ｂ内に還流される。すな
わち、原料は装置外から補給される新しい原料と、蒸気
流から回収され原料容器４内に還流する液状原料とから
構成する。

ここで、還流した液状原料は、酸化物などの不純物を含
み、温度も相対的に低いため原料蒸発用容器４ａに直接
還流すると、蒸発面の温度低下を招く等の悪影響がある
。したがって、還流した液状原料は原料溶融用容器４ｂ
に導入し、所定温度まで加熱し、不純物を予め分離除去
した後に原料蒸発用容器４ａに移送することで、不純物
の影響および蒸発部の原料温度の低下を防止することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明に係る同位体分離装置によれば、原料容器は原料
蒸発用容器と原料溶融用容器とを備え、原料の加熱溶融
操作の熱源として原料の蒸発に供した電子ビームの反射
電子ビームを有効に再利用しているため、システム効率
を大幅に向上することができる。

また、原料に含まれる酸化物等の不純物は原料溶融用容
器内で予め分離されており、適温に加熱された清浄な溶
融原料のみが原料蒸発用容器内に供給されるため、蒸発
面における温度変化が少なく、蒸気流の生成速度が一定
となり安定した連続運転が可能となる。

さらに蒸発部に流入する不純物■が少ないため、蒸気流
に含まれる不純物も低下し、装置内の汚損も少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る同位体分離装置の一実施例であり
原料容器部分を拡大して示す断面図、第２図は本発明の
他の実施例を示す断面図、第３図は従来のレーザ法によ
る同位体分離装置を概念的に示した構成図、第４図は第
３図の装置の具体的な構造を示す断面図である。 １・・・同位体分離装置、２・・・分離セル、３・・・
原料、４・・・原料容器、４ａ・・・原料蒸発用容器、
４ｂ・・・原料溶融用容器、５・・・冷却管、６・・・
電子銃、７・・・電子ビーム、８・・・偏向磁場装置、
９・・・蒸気流、１０・・・特定の同位体、１１・・・
その他の同位体、１２・・・レーザ光、１２ａ・・・励
起用レーザ光、１２ｂ・・・電離用レーザ光、１３・・
・イオン化同位体、１４・・・陽電極、１５・・・陰電
極、１６・・・蒸気流捕集板、１７・・・回収電極、１
８・・・封入容器、１９・・・中性原子、２０・・・中
性原子回収容器、２１・・・溶融液面、２２・・・反射
電子ビーム。 代理人弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　　三　　俣　　弘　　文ノ′ ＄３　圏

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数種類の同位体を含む原料を原料容器に導入し、
   導入された原料に電子ビームを照射して原料を加熱せし
   めて蒸気流を生成し、この蒸気流にレーザ光を照射して
   蒸気流中の特定の同位体を選択的にイオン化し、イオン
   化した同位体を電界または磁界によって分離する同位体
   分離装置において、上記原料容器は、溶融した原料を収
   容し、上記電子ビームを受けて原料を蒸発せしめる原料
   蒸発用容器と、上記原料蒸発用容器の溶融液面で反射し
   た反射電子ビームによって原料を加熱溶融する原料溶融
   用容器とを備えることを特徴とする同位体分離装置。 ２、原料溶融用容器は、反射電子ビームの軌道上に配設
   したものである特許請求の範囲第１項記載の同位体分離
   装置。 ３、原料は、蒸気流から回収され原料容器に還流する液
   状原料を含むものである特許請求の範囲第１項記載の同
   位体分離装置。