JPS63294930A

JPS63294930A - 同位体分離装置

Info

Publication number: JPS63294930A
Application number: JP12709687A
Authority: JP
Inventors: Chikara Konagai; 主税小長井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1988-12-01
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JP2557886B2

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）本発明はレーザ法による同位体分離装置に係り、特に熱
電離イオン等の不純物イオンが回収部に混入することを
防止し、同位体の分離効率の向上を図った同位体分離装
置に関する。

（従来の技術）一般に、レーザ法による同位体分離装置は、複数種類の
同位体を含む金属原料、例えば質量数２３５のウラン（
Ｕ−２３５）および質量数２３８のウラン（Ｕ−２３８
）を含むウラン金属原料を加熱溶融して蒸発させ、生成
した金属蒸気流にレーザ光を照射し、蒸気流中の特定の
同位体、例えばＵ−２３５を選択的に陽イオン化し、こ
の陽イオン化した特定の同位体に電界を作用させて分離
回収するように構成されている。

従来、この種の同位体分離装置は第２図に示すように構
成される。すなわち、はぼ真空状態に維持された真空容
器１内の底部に金属原料２を収容した蒸発用るつぼ３が
設置される。蒸発用るつぼ３は熱化学的耐性に優れてお
り、その内部に収容される金属原料２は複数種類のウラ
ン同位体から成っている。この金属原料２に対して、電
子銃４から発射された電子ビーム５が照射される。電子
ビーム５は、真空容器１全体に形成された磁界６によっ
て蒸発用るつぼ３方向に偏向される。磁界６は第２図に
おいて紙面に対し、背面から垂直上方向に形成されてい
る。

電子ビーム５が照射された金属原Ｆ１２は、加熱されて
溶融し、さらに蒸発して蒸気流７を形成する。この蒸気
流７は蒸気封入容器８に案内されてその上部に形成され
たスリット９を通り製品回収電ｉｉｏに流入する。製品
回収電極１０は、陽電極１１と、陽電極１１電位より相
対的に低い電位が印加される陰電極１２とを蒸気流７の
流れ方向に平行に対向させて構成される。陽電極１１と
陰電極１２には製品回収用電源１３から所定の電圧が印
加され電極間に電界が形成される。

このｉ電極１１と陰電極１２との間には光反応部１４が
形成され、この光反応部１４には、蒸気流７の流れに対
して直角方向（第２図においては紙面に垂直）にレーザ
光１５が照射される。レーザ光１５としては、特定の同
位体の共鳴吸収波良に調整された銅蒸気レーザ等が採用
される。レーザ光１５の照射によって、然気流７中の特
定の同位体、例えばＵ−２３５のみが選択的に励起され
て電離し陽イオンとなる。陽イオンとなった特定の同位
体は、電界による静電偏向によって陰電極１２方向に吸
引され製品として分離回収される。

一方、レーザ光１５の照射によってイオン化しなかった
同位体、例えばＵ−２３８や中性金属原子等を含む蒸気
流７は電界により影響を受けずに製品回収電極１０部を
直進して通過し、製品回収電極１０の上方に配設した屋
根形状の廃品回収板１６に回収される。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の同位体分離装置では、ウラン同位
体の分離操作を行なう前処理として、強力な電子ビーム
を照射して高温下で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
、高温条件下で発生した各種の不純物イオンが含まれる
。

すなわち、不純物イオンとしては電子ビームと蒸気流が
衝突して電荷交換を行なうことにより発生するＵ−２３
８の衝突電離イオンや、高温度に加熱された蒸発用るつ
ぼ内の溶融金属面に蒸気流が接触することによって発生
するＵ−２３８その他の金属の熱電離イオン等がある。

蒸発用るつぼ３において生成したこれらの不純物イオン
１７．１７ａ、１７ｂは第３図に示すように、同位体分
離装置の長手方向全体に形成された磁界６によって偏向
され、破線で示すような円弧軌道を描いて移動する。そ
の間、他の金属分子熱電子との電荷交換衝突を繰り返し
ながら不純物イオン１７．１７ａ、１７’ｏ−・・は、
光反応部１４にて生成した光電離イオン１８（Ｕ−２３
５イオン）に同伴して陰電極１２に吸引され、製品に混
入する。そのため、本来分離回収を目的とするＵ−２３
５の分離係数が低下し、濃縮度も小さくなる。したがっ
て、回収ウラン製品の純度および品質が低下する問題点
があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、生成した蒸気流に含まれる熱電離イオンおよび電
子衝突電離イオン等の不純物イオンを蒸気流が光反応部
に導入される前段階で予め分離回収し、製品回収電極に
回収されることを防止することによって同位体の分離効
率を高め、さらに純度品質が優れた製品を得ることがで
き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〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、複数種類の同位体を含有する金属原料に対し
て磁界により偏向された電子ビームを照射することによ
って金属原料を加熱蒸発せしめ蒸気流を生成する蒸気生
成装置と、蒸気流の流れ方向に対して平行に陽電極と陰
電極とを対向配置して形成する製品回収電極と、製品回
収電極に導入した蒸気流にレーザ光を照射して蒸気流に
含まれる特定の同位体を選択的に陽イオン化するレーザ
光発振装置とを備え、上記製品回収電極間に形成した電
界によって特定のイオン化同位体を陰電極方向に偏向さ
せて分離回収する同位体分離装置において、電子ビーム
偏向用の磁界と平行な電界を形成し、この電界によって
蒸気流に含まれる不純物イオンを分離回収する不純物回
収電極を蒸気生成装置と製品回収電極との間の蒸気流通
路に配設したことを特徴とする。

（作用）本発明に係る同位体分離装置によれば、従来装置の構成
に加えて、蒸気生成装置と製品回収電極との間の蒸気流
通路に不純物回収電極が配設され、不純物回収電極間に
は電界が形成されているため、不純物回収電極に流入し
た蒸気流中の不純物陽イオンは電界によって陰極側に吸
引回収される。

また、上記不純物回収電極に形成される電界は、電子ビ
ーム偏向用の磁界と平行になるよう調整されているため
、不純物イオンが磁界によって受ける偏向力と電界によ
って受ける偏向力とが互いに干渉することがなく、不純
物イオンは磁界に影響されることなく、不純物回収電極
の電極板に吸引回収される。

すなわち本発明によれば、蒸気流が製品回収電極に導入
される前段階で予め不純物イオンが除去されるため、不
純物イオンが製品回収電極に吸着混入することが防止さ
れる。したがって、同位体の分離効率が向上し、純度・
品質が優れた同位体製品を得ることができる。

（実施例）次に、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、添付図面を参
照して説明する。

第１図は本発明に係る同位体分離装置の一実施例を示す
斜視図であり、第２図に示す従来例と同一構成要素には
同一符号を付している。

本実施例に係る同位体分離装置は、金属原料２を収容し
た蒸発用るつぼ３を備え、電子銃４から発射した電子ビ
ーム５を磁界６によって偏向させて金属原料２に照射し
、金ｇ原料２に含まれる複数種類のウラン同位体を加熱
蒸発せしめ、蒸気流７を生成する蒸気生成装置１９を有
する。

この蒸気生成装置１９を収納する蒸気封入容器８の上部
には、不純物回収電極２０が設けられる。

不純物回収電極２０は、蒸気流７の通路をはさみ対向し
て配設された陽電極２０ａと陰電極２０ｂとから構成さ
れ、各電極板は不純物回収用電源２１に接続される。不
純物回収電極２０間に形成される電界２２は電子ビーム
偏向用の磁界６と平行に設定される。第１図においては
同一方向に設定されている。

さらに、不純物回収電極２０の上部には、陽電極１１と
陰電極１２とを対向して配設した製品回収電極１０が設
けられる。第１図においては、陽電極１１と陰電極１２
とから成る一対の電極板で構成される例を示しているが
、実際の装置においては多数の陽電極板と陰電極板とを
交互に配設して構成される。各電極１１．１２は、製品
回収用電源１３．に接続される。また、陽電極１１と陰
電極１２との門には光反応部１４が形成され、この光反
応部１４に流入する蒸気流７にレーザ光１５を照射する
レーザ光発振装置２３が軸方向延長上に設けられる。

蒸気生成装置１９において生成した蒸気流７は蒸気封入
容器８のスリット９を通り、不純物回収電極２０に流入
する。流入した蒸気流７に含まれる熱′Ｉｉ離イオン等
の不純物陽イオンは、陽電極２０ａと陰電極２０ｂとの
間に形成された電界２２によって偏向され、陰電極２Ｏ
ｂ側に吸引回収される。

また、不純物回収電極に形成される電界２２の向きは、
電子ビーム５を蒸発用るつぼ３方向に偏向させるために
分離装置全体に形成された磁界６の向きと同一方向に形
成されているため、不純物陽イオンが磁界６と電界２２
とから受ける各偏向力が互いに干渉することがなく、不
純物陽イオンは磁界６に影響されずに電界２２の偏向力
によつて陰電極２０ｂ方向に吸引回収される。

ここで、不純物回収電極２０に印加する電界２２の強さ
は、数１０〜数１００Ｖ／ｎに設定される。この電界強
度によって偏向される不純物イオンの運動速度は、蒸発
用るつぼ３から熱平衡速度で移動するイオンの運動速度
と比較して充分大であるため、不純物イオンは、電界２
２の偏向力に支配されて所定方向に移動する。

なお、電界２２の向きは、第１図に示す方向とは反対に
、すなわち磁界６の向きと１８０度逆方向に設定しても
、不純物イオンの除去回収作用は同一である。

上記の通り、本実施例によれば、生成した蒸気流７に含
まれる熱電離イオン等の不純物イオンは、光反応部１４
に導入される前段階で、不純物回収電極２０において、
予め除去回収されるため、製品回収電極１０に吸着され
るイオンは、レーザ光１５によって選択励起された光電
離イオン１８のみである。

したがって、不純物イオンが製品回収電極に同伴されて
吸着することによって回収を特徴とする特定の同位体の
分離効率を低下させたり、製品の純度を低下させるおそ
れが少なくなる。

〔発明の効果〕

本発明に係る同位体分離装置によれば、蒸気生成装置と
製品回収電極との間に不純物回収電極が配設され、その
電極間に電子ビーム偏向用の磁界と平行に電界が形成さ
れているため、ｆｆｉ間に流入した不純物イオンは、磁
界によって受ける偏向力に影響されることな（、電界に
よる偏向力によって所定方向の電極板に分離回収される
。

すなわち、蒸気流に含まれる不純物イオンが製品回収電
極の光反応部に導入される前段階で予め除去されるため
、不純物イオンが製品回収電極に混入することが防止さ
れる。したがって、回収を特徴とする特定の同位体の分
離効率が向上し、純度および品質が優れた製品を得るこ
とができる。

【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を示す
斜視図、雨２図は従来の同位体分離装置の構成を示す断
面図、第３図は不純物イオンの挙動を示す説明図である
。１・・・真空容器、２・・・金属原料、３・・・蒸発用
るつぼ、４・・・電子銃、５・・・電子ビーム、６・・
・磁界、７・・・蒸気流、８・・・蒸気封入容器、９・
・・スリット、１０・・・製品回収電極、１１・・・陽
電極、１２・・・陰電極、１３・・・製品回収電源、１
４・・・光反応部、１５・・・レーザ光、１６・・・廃
品回収板、１７，１７ａ。１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ−・・不純物イオン、１８　・
・・光電離イオン、１９・・・蒸気生成装置、２０・・
・不純物回収電極、２０ａ・・・陽電極、２０ｂ・・・
陰電極、２１・・・不純物回収用電源、２２・・・電界
、２３・・・レーザ光発振装置。出願人代理人　　　波　多　野　　　久第　１　図袈　２　図羊　３　図

Claims

【特許請求の範囲】

複数種類の同位体を含有する金属原料に対して磁界によ
り偏向された電子ビームを照射することによつて金属原
料を加熱蒸発せしめ蒸気流を生成する蒸気生成装置と、
蒸気流の流れ方向に対して平行に陽電極と陰電極とを対
向配置して形成する製品回収電極と、製品回収電極に導
入した蒸気流にレーザ光を照射して蒸気流に含まれる特
定の同位体を選択的に陽イオン化するレーザ光発振装置
とを備え、上記製品回収電極間に形成した電界によって
特定のイオン化同位体を陰電極方向に偏向させて分離回
収する同位体分離装置において、電子ビーム偏向用の磁
界と平行な電界を形成し、この電界によつて蒸気流に含
まれる不純物イオンを分離回収する不純物回収電極を蒸
気生成装置と製品回収電極との間に配設したことを特徴
とする同位体分離装置。