JP2000506776A - 核燃料物質を処理するためのイオン化による同位体分離 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 原料の選択的イオン化及びイオン化された化学種とイオン化されない化学種との分離を含む改良された加工装置及び方法が提供される。化学物質を添加することにより、原料の一部分が非イオン状と固体又は液体状との少なくともいずれか一方への選択的転移が招来される。工程は、イオン化された化学種とイオン化されない化学種が互いに平衡状態にあるために高い生産量を生み出す。

Description

【発明の詳細な説明】 核燃料物質を処理するためのイオン化による同位体分離 本発明は物質の加工処理に関し、限定するものではないが、核燃料物質及び核 燃料工業に関する物質の加工処理に関する。 燃料グレードの核燃料及び関連物質の製造及び再利用は長時間を要し、かつ複 雑な工程を含む。採鉱される一般的呼称であるウラン鉱石から始まる工程は、鉱 山渡しグレードの材料を受け入れ、かつこの材料を徐々に変換及び濃縮し、燃料 ペレットの製造に適する形状及びグレードにまで変化させること等を含む。 全工程中の中間の段階は種々の他の物質を製造する出発点にもなる。 全工程における基本段階は、出発原料である酸化ウランを硝酸ウラニル六水和 物として濃縮する濃縮段階、硝酸ウラニル六水和物をＵＯ₃に変換する脱硝段階 、ＵＯ₃をＵＯ₂に変換する還元段階、これをＵＦ₄に変換するフッ化水素反応段 階、物理的及び化学的手段による濃縮方法を伴うＵＦ₆を生成するフッ化段階及 び濃縮型のＵＦ₆を燃料ペレット製造に適する形状及びセラミックグレードを有 するＵＯ₂に変換する変換段階とよりなる。 使用済み燃料の再利用は、使用済み燃料から種々の核分裂生成物を分離し、次 いで材料中の２３５Ｕ濃度を、使用済み燃料中に存在する他の成分を除去するこ とにより、燃料として再利用できる段階にまで向上させる一連の複雑な化学的及 び物理的方法を含む。 この工程上の複雑性は、とりわけ、トリウム、プルトニウム、ガドリニウムの ような核燃料サイクルに関する他の物質の製造工程ラインにも存在する。マグノ ックス（Ｍａｇｎｏｘ）反応器等に使用される非濃縮の金属ウランの製造もまた 複雑な加工を含む。 直接核燃料分野には係わらない他の物質を製造する際にも広範囲な又は関連し た加工に晒される。特に、チタン、ニオブ、金属ロジウム等の製造時使用される 通常の経路には、金属含有化合物をハロゲン化物に変化させ、次いで生成された ハロゲン化物を分解して金属に変換させる加工が含まれる。 規模、投資額及び運転費用の面から見ての大規模な処理工場は、上記記載の全 工程を遂行する必要がある。これらの工程及び必要条件には付随問題が存在する 。例えば、フッ素化を含む工程においては、必要量のフッ素を製造するための複 雑で危険な電気分解工程が含まれる。 本発明は工程を遂行するための装置とともに、材料をより有用な形状にするた めの複数又は単数の工程と材料を再利用するための工程との少なくともいずれか 一方の工程のために代替の加工経路を提供することを目的する。 本発明の第１の態様により、 ａ）混合成分よりなる原料を供給する方法と、 ｂ）同原料をプラズマ形状又はイオン化された形状に変換する方法と、 ｃ）少なくとも部分的にイオン化された形状における少なくとも１つの成 分と少なくとも部分的にイオン化されない形状における少なくとも１つの異なる 成分とを提供する方法と、 ｄ）同プラズマ／イオンを磁場に閉じ込める方法と、 ｅ）同イオン化された成分をイオン化されない成分から分離する方法と、 とを含む工程が提供される。 所望成分は同位体の混合物と金属及び非金属元素の少なくともいずれか一方か ら抽出され得る。分離は完全分離であっても、部分分離であってもよい。 原料として窒素含有化合物の供給が考察されるが、フッ素含有化合物の供給が 特に好ましい。硝酸ウラニル、六フッ化ウラン、硝酸プルトニウム、硝酸トリウ ム、使用済み硝酸ウラニル、使用済み六フッ化ウラン又はこれら化合物の混合物 は全て原料として適切な物質である。他の適切な原料物質としては、使用済み核 燃料、四フッ化ウラン及び四塩化チタン等のハロゲン化物がある。これらの物質 は水和物体であってもよい。 混合成分は、２つ以上の異なる元素、同一元素の２つ以上の異なる同位体、１ つ以上の元素の異なる同位体を含む異なる複数の元素、異なる元素を含む化合物 と異なる同位体を含む化合物と異なる元素と異なる同位体の両方を含有する化合 物とのそれぞれの化合物又はこれら化合物の少なくともいずれか一方の化合物を 含む混合物よりなり得る。本応用に関しては、成分という単語は、他に言及の無 い限り、これら全ての可能性を取り得るものを示す。 原料はガス、液体、固体状態又はこれらの混合状態として磁場に導入され得る が、磁場に導入される原料としてはガス状態が好ましい。 原料はガス、液体、固体状態又はこれらの混合状態としてプラズマ発生手段に 導入され得る。 原料はガス、液体、固体状態又はこれらの混合状態としてイオン化手段に導入 され得るが、イオン化手段に導入される原料としてはガス状態が好ましく、特に 、プラズマ発生器が設けられていない時に好ましい。 原料は、固体又は液体状態の出発原料を、沸騰、揮発及び昇華のすくなくともい ずれか１つの方法によりガス状態にして供給され得る。ガス状態への変換は炉、 電磁波加熱器又は他の加熱手段により行われる。ガス状物質がイオン化に先立っ て導入されることが好ましい。 供給成分のほぼ全てがイオン化されることが好ましい場合と、与えられた成分 のほとんど全てがイオン化されるとは限らないことが好ましい場合とがある。 原料に存在する金属元素のいくつか又は全てがイオン化されることが好ましい 。原子量９０以上の金属元素をイオン化することが特に好ましい。原料に存在す る非金属元素のいくつか又は全てがイオン化されないことが好ましい。原子量９ ０未満、好ましくは７０未満、理想的には６０未満の原子量の全ての元素がイオ ン化されないでいることが好ましい。水素、フッ素、酸素及び窒素等の少なくと もいずれか１つの元素がイオン化されないことが特に好ましい。ホウ素はイオン 化されないことが好ましい。核分裂生成物はイオン化されないことが好ましい。 成分のイオン化はプラズマの温度により引き起こされ得る。追加的に又は代替 的に、成分のイオン化は成分と電子サイクロトロン共鳴装置により作られる高エ ネルギー電子との相互作用により招来され得る。 イオン化の程度及びイオン化された成分の少なくともいずれか一方はエネルギ ー投入量及び電子サイクロトロン共鳴装置内での滞留時間の少なくともいずれか 一方により制御され得る。 イオン化はエネルギー投入量の度合いにより制御されることが好ましい。エネ ルギー投入量の度合いはプラズマの温度を調節することにより制御される。エネ ルギー投入量は原料の成分間で選択的でないことが好ましい。従って、供給原料 の全成分が同一のエネルギー度合いに引き上げられることが好ましい。通常の条 件下では、イオン化された原料成分とイオン化されない原料成分とが互いに平衡 状態にあることが好ましい。 原料物質はガスに変換された後、電子サイクロトロン共鳴装置に供給され得る 。炉の加熱器又は揮発器が固体又は液体状態の供給原料をガス状態又は蒸気状態 に変換するのに使用される。 従って、特に実施例において、プラズマが原料物質を分離した原子に変換した 後、電子サイクロトロン共鳴が少なくとも部分的に、好ましくは選択的に、イオ ン化を招来し得る。 原料は分子形体で供給され、プラズマ発生、イオン化手段及び加熱手段の少な くともいずれか一方の手段により分離した原子及び元素形体のすくなくともいず れか一方に変換され得る。分離した原予及び元素形体の少なくともいずれか一方 への変換により、１個以上の生成される核種を部分的にイオン化する。従って、 供給原料硝酸ウラニル六水和物は変換されて、Ｕ+(イオン化された核種)、とＮ ２及びＯ２（いずれも元素形体）とともに、ウラン、窒素及び水素（いずれも分 離した原子形体）になる。原料は分子形体で供給され、イオン化された分離した 原子形体及び元素形体の少なくともいずれか一方から分離した原子形体及び元素 形体の少なくともいずれか一方として選択的に分離されることが好ましい。これ により、上記技術は元素原料及び引き続く元素形体での分離、或いは分子原料及 び引き続く分子形体での分離により可能である範囲に比べてより広い範囲の物質 に適用可能にする。 プラズマ温度は成分を望みどおりに選択的にイオン化するように制御され得る 。 従って、プラズマは原料中のいくつかの成分をイオン化し、他の成分をイオン化 しないままにしておくので、核分裂生成物と非金属元素の少なくともいずれか一 方はイオン化されないままになる。 プラズマは３０００〜４５００Ｋの温度範囲で提供されることが好ましい。プラ ズマは電磁波手段又は高周波手段により発生されることが好ましい。発生器中の プラズマは１０００Ｐａと１００００Ｐａとの間、好ましくは２０００±１０％ の値で、運転される。 追加的に又は代替的に、原料が分離される前にプラズマ内に滞留する時間は、 成分を望ましい方法で選択的にイオン化するように制御され得る。 原料は非イオン状態で閉じ込め形式の磁場に導入されることが好ましい。部分 イオン化工程は磁場内で荷電していないガスに起きることが好ましい。ガスは分 子形体及び原子形体の少なくともいずれか一方であり得る。 磁場は１つの円柱形の活動容量を区画するように構成され、同容量内において プラズマ／イオンが加工され得る。プラズマ／イオンはこの閉じ込め区域の軸方 向においてプラズマ発生手段とイオン化手段の少なくともいずれか一方から次の 分離段階へと移動することが好ましい。 イオン化された成分とイオン化されない成分の分離はプラズマからイオン化さ れない成分を、好ましくはガス状態で、取り除くことにより実行されることが好 ましい。イオン化されない成分はイオン化された成分からポンプで取り除かれ得 る。イオン化された成分は磁場に閉じ込められ抑制される。 イオン化されない成分からイオン化された成分を分離するのは多くの段階を経 て実行される。これらの段階は互いに隔離されていることが好ましく、孔の開い たバフルにより互いに隔離され得る。孔は完全に磁場の閉じ込め区域内にあるこ とが好ましい。１つ以上の段階が他の１つ以上の段階とは異なる圧力で運転され ることが好ましい。圧力レベルは適用されるポンピングレベルにより維持され得 る。入口に近い１以上の段階内の圧力は入口から離れる１以上の段階の圧力より 高いことが好ましい。圧力は、入口から離れるに従ってに各ゾーン毎に減少する ことが好ましい。各段階での圧力は先行する各段階の圧力の３０％〜６０％であ り、入口から離れるに従って同様の進行をとる。 ３つの段階が設けられることが好ましい。それぞれの段階は長さが０．５メー トルと２メートルとの間である。 第１段階は１０Ｐａと５０Ｐａとの間で運転されることが好ましく、４０Ｐａ ±１０％のレベルが好ましい。 第２段階は５Ｐａと２０Ｐａとの間で運転されることが好ましく、１６Ｐａ± １０％のレベルが好ましい。 第３段階は２Ｐａと１０Ｐａとの間で運転されることが好ましく、７Ｐａ±１ ０％のレベルが好ましい。 分離された荷電されていない成分は引き続いて使用するために再循環されるこ とと更に処理されることとの少なくともいずれか一方を受ける。これは引き続く 選択的イオン化と選択的加工の少なくともいずれか一方により、分離した異なる 成分にされ得ることを含む。 分離された荷電成分は磁場に閉じ込められたままであることが好ましい。分離 された荷電成分は、次いで選択的消イオン、消イオンを行った後に選択的イオン 化又はその他の選択的加工等の工程に晒されて、異なる複数の成分が分離される 。 荷電成分は冷却と放電との少なくともいずれか一方により、液体と固体との少 なくともいずれか一方の非荷電物質になる。非荷電成分はアースされるか荷電さ れたグリッド、プレート、電極又は非荷電物質そのものの物体上に集められ得る 。荷電成分は槽又は容器内に集められ得る。液体の貯蔵は槽又は容器内に行われ 得る。 温度条件は、回収された成分を不純物を揮発させることにより精製するように 調節され得る。不純物は、金属と回収された成分の少なくともいずれか一方を含 む化合物の形で揮発され得る。ハロゲン化物の揮発も考察される。 回収された荷電成分は定期的に又は連続的に回収点から除去される。 方法の中には、好ましくは調節された運動エネルギーレベルにおいて、化学物 質を導入して残りの荷電成分と接触させる更なる段階を含むものもある。荷電成 分の運動エネルギーレベルと化学物質は、荷電されない成分又は荷電されない粒 子が生まれ、成分がガスとして存在し続け得るようなものである。 化学物質は、例えば酸素または不活性ガスのように、所望する荷電されない粒 子と最終製品との少なくともいずれか一方を得るような物質よりなり得る。化学 物質は１００Ｋと２０００Ｋとの間、好ましくは、１００Ｋと５００Ｋとの間の 温度において加えられ得る。成分と化学物質とは結合して粒子になり得るし、酸 化物としての形体も潜在的にあり得る。 この結合形の温度は調節されて、所望の形状の粒子を得ることが出来る。２５ ００Ｋの温度は、ウランにとっては好ましく、基本型としてのガス状のＵＯ₂を 得ることが出来る。 さらなる化学物質が荷電されていない成分に加えられ、、固体製品が製造され るまで運動エネルギーのレベルを低下させる段階が提供され得る。代替的に又追 加的に、荷電されていない成分を表面、好ましくは冷却された表面に衝突させる ことにより運動エネルギーのレベルを低下させ得る。荷電されていない粒子のた めの運動エネルギーレベルの低下は、製品の望ましくない中間平衡形体の生成を 避けるために、非常に急速に起こり得る。遷移時間は２ｍｓ未満が好ましい。 更なる化学物質は以前に加えられた化学物質と同じもの又は異なるものであり 得る。 工程からの製品は所望の化合物、元素又は同位体であることが好ましく、これ らは所望のグレードを有することが好ましい。純粋な金属もこのようにして製造 されるが、セラミックグレードの金属酸化物が工程よりの特に好ましい製品であ る。ウラン、プルトニウム、トリウム及びＭＯＸ製品は加工条件を調節すること により製造され得る。 本発明の第２の態様により、 ａ）プラズマ／イオン発生器と、 ｂ）混合成分である原料を選択的にイオン化する手段と、 ｃ）プラズマ／イオンを閉じ込める磁場を作り出す磁場発生手段と、 ｄ）磁場から荷電されない成分を取り除く手段と、 とを備える分離装置が提供される。 原料は固体、液体又はガスとして供給される。炉、加熱器、電磁波源、揮発器 又は他の加熱手段が原料を加熱、気化、昇華、ガス化及び揮発の少なくともいず れか一方を行うために使用され得る。 プラズマ／イオンは電磁波加熱又は高周波加熱により発生されることが好まし い。成分のイオン化はプラズマの温度によりもたらされ得る。 プラズマは３０００と４５００Ｋとの間、最も好ましくは４０００Ｋ±１０％ に加熱されることが好ましい。プラズマ／イオン発生器の出口は半径が２０ｍｍ と４０ｍｍとの間にあることが好ましい。 プラズマ発生器は混合成分である原料を選択的にイオン化する手段として作用 し得る。代替的に又は追加的に、電子サイクロトロン共鳴手段により作り出され る高エネルギー電子の衝突が混合成分である原料を選択的にイオン化する手段を 提供し得る。 原料は分子状態及び原子状態のガスの少なくともいずれか一方として電子サイ クロトロン共鳴手段に供給され得る。 イオン化の程度及びイオン化された成分はエネルギー入力のレベルにより調節 されることが好ましい。エネルギーレベルは温度により調節され得る。原料は均 一に励起されることが好ましい。エネルギー入力は存在する複数の成分間で選択 的でないことが好ましい。結果として、現行の条件下で原料の部分的イオン化と 部分的非イオン化とが平衡状態になることが好ましい。 閉じ込め磁場は軸方向において整列され得る。 磁場発生手段は１つ以上のソレノイドを備えることが好ましい。磁石は環状又 は円柱形状アセンブリで設けられることが好ましい。このようにして、中央閉じ 込め区域は、好ましくは円柱形状の磁場により区画される。磁場は、最も好まし くは軸方向において整列された状態で、閉じ込め磁場として提供されることが好 ましい。本目的のために、０．０７５テスラを超える磁場又は０．１テスラを超 える磁場が使用されることが好ましい。 原料はイオン化される前に磁場に導入されることが好ましい。 分離はプラズマからイオン化されない成分を除去することにより実行されるこ とが好ましい。荷電されない成分を取り除く手段はポンプ装置を備えることが好 ましい。荷電された成分は磁場に保持されることが好ましい。 イオン化されない成分は１つ以上の段階により磁場から分離されることが好ま しい。イオン化されない成分が取り出される１つ以上の出口が各段階に設けられ ることが好ましい。 段階はバフル要素により互いに隔離されることが好ましい。バフルは原料が通 過する環状の孔を設けられることが好ましい。バフルの孔は軸方向において整列 されることが好ましい。１つ以上のバフルにある孔の径は原料供給入口により近 い１つ以上のバフルにある孔より大きくなり得る。孔の径は原料供給入口から遠 ざかるに従って増加することが好ましい。 孔は入口からのそれぞれの距離において、プラズマ／イオン流れの半径にほぼ 匹敵する半径を有していることが好ましい。孔の半径は、その孔の場所において 、プラズマ／イオン流れの半径と同じ又は１０％増しより小さいことが好ましい 。１つ以上の孔の半径は入口又はプラズマ発生器のノズルからの距離の４乗根に ほぼ比例することが好ましい。 孔の半径は、その孔の場所において、磁場により区画された閉じ込め区域の半 径より小さいことが好ましい。 更に、装置は化学物質を残りの工程流れに導く追加の手段を設け得る。導入さ れた化学物質は酸素又は不活性ガスであることが好ましい。加えられた化学物質 は残った成分に対して急冷及び冷却作用の少なくともいずれか一方を与えること が特に好ましい。化学物質は、残った成分と接触すると、成分を荷電相から非荷 電相に変換することが好ましい。成分はこの変換の後もガス状態に保持されてい ることがより好ましい。 特に好ましい実施例において、化学物質として酸素の添加が使用される。酸素 は、酸素と荷電された成分との混合物が約２５００Ｋの温度になるように、１０ ０〜５００Ｋで導入されることが好ましい。この温度では、例えば、Ｕは主とし てＵＯ₂の形で荷電されないガスとして保持される。 更なる化学物質を添加するための更なる手段が提供され得る。この更なる添加 は工程流れをガス状態から固体状態へと変換することが好ましい。代替的に又は 追加的に、運動エネルギーレベルの低下は荷電されていない成分を表面、好まし くは冷却された表面に衝突させることによりもたらされることが好ましい。平衡 状態が形成されるのを阻止するために、変換は非常に行われ得ることが好ましい 。製品はＵＯ₂のようなセラミックグレードの燃料物質であることが好ましい。 本発明の第３の実施例により、 ａ）混合成分よりなる原料を供給する方法と、 ｂ）原料をプラズマ／イオン化形体に変換する方法と、 ｃ）少なくとも部分的にイオン化された形体にある少なくとも１つの成分 と少なくとも部分的にイオン化されない形体にある少なくとも１つの成分とを 供給する方法と、 ｄ）プラズマ／イオンを磁場に閉じ込める方法と、 ｅ）イオン化された成分をイオン化されない成分から分離する方法と、 とを備え、更に分離されたイオン化された１つ以上の成分の少なくともいくつか をイオン化されない形状に変換することとを備える工程が提供される。 成分は運動エネルギーレベルを低下させること、すなわち成分を濃縮させるこ とにより荷電されない形体に変換され得る。 成分はそれを表面、好ましくは冷却された表面に激突させることにより荷電さ れない形体に変換され得る。 成分は１つの化学物質を添加することにより荷電されない形状に変換され得る 。１つ以上の化学物質の組み合わせも使用され得る。 化学物質は所望する荷電されない形体を得るために予め定められた運動エネル ギーレベルにおいて添加されることが好ましい。荷電されない形体はガス状にあ ることが最も好ましい。１つ以上の他の成分と１つ以上の他の成分の一部と第１ の単数又は複数の成分の少なくともいずれか一方を荷電した形体に保ちながら、 １つ以上の成分の１つ又は一部分を荷電されない形体に変換させることが考察さ れる。 化学物質の添加又は更なる段階における更なる化学物質の添加は固体の製品が 製造される段階にまで運動エネルギーレベルを低下させる程度のものであり得る 。 添加された化学物質は成分と反応され得るか、単に成分の運動エネルギーレベ ルを低下させ得るものである。 荷電されないガス状の粒子から固体状の製品になる遷移は非常に早く起きるこ とが好ましい。その場合の遷移時間は２ｍｓ未満が好ましい。 六フッ化ウラン原料からウランとフッ素を分離することは可能性である。追加 的に、硝酸ウラニル六水和物及び他の原料形体からウランを分離することが考案 される。 荷電された成分から分離された荷電されない成分の更なる加工及び更なる使用 が考案される。この経路を使用されるフッ素を製造したり、再利用することは特 に好ましい。 勿論、本発明のこの態様は、本応用の他の個所において記載される特徴又は可 能性、かつイオン／プラズマ発生、それらの閉じ込めと分離方法等に関する特徴 又は可能性を含む。 本発明の第４の態様により、 ａ）プラズマ／イオン発生器と、 ｂ）混合成分の選択的イオン化手段と、 ｃ）プラズマ／イオンの閉じ込め磁場を作り出す磁場発生手段と、 ｄ）磁場から荷電されない成分を取り除く手段と、 ｅ）分離された荷電成分の少なくともいくつかを荷電されない形体に変換 する手段と、 とを備える分離装置が提供される。 成分はその運動エネルギーレベルを低下させること、すなわち成分を濃縮する ことにより荷電されない形体に変換され得る。 成分は成分を表面、好ましくは冷却された表面に衝突させることにより荷電さ れない形体に変換され得る。 成分は１つの化学物質を添加することにより荷電されない形状に変換され得る 。１つ以上の化学物質も使用され得る。 化学物質は一段階又は多段階で導入され得る。多段階が使用される場合は、種 々の入口が工程の流れ方向において互いに離間されることが好ましい。従って、 第１の段階が荷電された状態から荷電されない状態へ遷移させ、第２及び更なる 段階が荷電されない成分を固体又は所望する化学組成に変換するために提供され 得る。所望製品の元素形体及び分子形体の両方の製造が考察される。 勿論、本応用の他の個所で記載される装置又は方法の他の特徴も本態様に同様 に関係され得る。 本発明の第５の態様により、本発明の第１の態様と第３の態様の少なくともい ずれか一方により分離された成分、物質、化合物、元素又は同位体及び／又は本 発明の第２の態様と第４の態様の少なくともいずれか一方の装置を使用すること 及び／又はそれらの更なる処理された形体が提供され得る。 分離された成分は原料で提供されたものとは異なる元素であり得る。従って、 １つ以上の与えられた成分に存在する他の元素が互いに分離されるように、フッ 素からウランが分離されることが考察される。燃料使用に適したセラミックグレ ードの金属酸化物の製造が考察される。 成分間の分離の度合いはほぼ完全か部分的であるかのどちらかであり得る。原 料中の大部分の成分は工程中荷電された成分から製造された製品流れに引き続い て移行する一方、原料中の成分の一部分は荷電されない成分として抽出されるよ うな工程が考察される。 勿論、荷電されない第１または第２の製品流れは、荷電成分から製造される最 終製品に劣らず有用でかつ望ましい分離された成分であり得る。 本発明の第６の態様により、本発明の第１から第５の態様のいずれか１つに関 係する製品又は更に加工された製品を取り入れる核反応器のための燃料ペレット 、燃料棒、燃料アセンブリ又はその部分が提供される。 本発明の種々の実施の形態は、単に例示目的のために、以下の図面を参考にし て記載される。 図１は本発明の第１の実施例を示す概略図である。 図２はウラン、酸素、窒素及び水素のための相図である。 図３はＵ＋，ＵＯ，ＵＯ₂及びＵＯ₃の相図である。 図４は本発明の第２の実施例の部分概略図である。 図５は本発明の第３の実施例を示す概略図である。 図６は本発明の第４の実施例を示す概略図である。 本発明の技術は種々の出発原料及び状態を首尾よく使用し、かつ種々の製品、 状態、形体を製造し得る多用途の加工システムを提供する。 硝酸ウラニル六水和物原料 図１に示すように、加工されるべき原料は矢印２により導入される。特に、本 実施例においては、原料は硝酸ウラニル六水和物原料リカーよりなる。原料リカ ーは原料リカーを急速に４０００Ｋ近辺にまで加熱するプラズマ発生器（４）を 通過する。プラズマ発生器（４）は電磁波型又は高周波型のプラズマ発生器であ る。プラズマ温度は即座に調節され得る。 整列状態（６）にある複数の伝導ソレノイドは、力の方向を概略的に参照符号 （８）で示す高い強度の磁場を生み出す。原料はプラズマ発生器内でイオン化さ れる段階に至るまで、磁場の領域内に閉じ込められている。 伝導ソレノイドは０.１テスラを超える磁場強度を生み出すように設定される 。 プラズマ発生器（４）に引き続いて、原料は高温状態で室（１２）に進入する 。この温度において、硝酸ウラニル六水和物は分解して複数の構成原子に変化す る。これにより、その後にイオン化される分子とイオン化されない分子との間の 違いにより元素の原料を必要としたり又はその原料を加工することを必要とする ことよりも個々の原子の性質により原料を加工することを可能にしている。 ４０００Ｋ及び室（１２）において経験した条件下での図２の相図におけるよ うに、ウラン原子は、荷電されてＵ＋になり、線２０で示される。逆にこの温度 において多量の窒素、酸素及び水素は図２の種々の線により示される荷電されな い原子又は分子である。その際、窒素Ｎは線２２を、酸素Ｏは線２４を、水素Ｈ は線２６を示し、全てのイオンはガス状態にある。 選択的イオン化はシステムの全体としてのエネルギーレベルの結果として起き る。従って、一般的な条件下においてイオン化される化学種及びイオン化されな い化学種はこれらの条件下における各々の化学種の平衡状態により決定される。 従って、得られた選択的イオン化は安定しており、かつ永続的なものであり、引 き続く次の加工が時間に切迫されずに行われることを可能にしている。 エネルギーがシステム内の或る化学種に選択的に与えられると、選択的イオン 化が得られる。しかしながら、このような場合、イオン化された化学種とイオン 化されていない化学種とが互いに衝突し合うと、イオン化されていない化学種の イオン化とイオン化されている化学種の放電の少なくともいずれか一方が起きる 。この場合、分離は非常に急速に遂行されねばならない、さもなければ選択性は 、分離の前に衰退することになる。 本発明のシステムの平衡状態にあるプラズマにおいては、衝突は耐えられるも のであると同時に、プラズマ全体にエネルギーを均一に投入することを保証する ので好ましい。しかしながら、衝突は、例えば、一般的な平衡条件下におけるＵ ＋イオンとＦ原子との間の衝突は、最も可能性のある生成物としてＵ＋イオンと Ｆ原子をもたらすので、悪影響を有しない。この平衡条件は衝突が電子移動及び イオンの放電をもたらす程十分なエネルギーを提供していない。衝突が起きる可 能性があるということは、プラズマが比較的高密度状態で作用されて、物質を大 量に処理することを可能にすることを意味する。衝突が避けられねばならない時 は、衝突の可能性を低下するために出来るだけ低いイオン及び原子密度が望まし い。 荷電粒子として、ウランイオンは磁場に閉じ込められ、超伝導ソレノイド（６ ）を介して前進させられる。窒素、酸素及び水素原子は荷電されない性質のため に、それらの原子は磁場に影響されずに自由に移動可能であり、最後には室（１ ２）及び流れ（１４）からポンプにより排出され得る。真空ポンプがこの目的に 使用される。 次に流れ（１４）を冷却することにより、これらの物質は再結合して、平衡状 態に戻り、典型的にはＮ₂，Ｏ₂，Ｈ₂Ｏ及び窒素酸化物を生じる。 本態様の工程の後に、ウランは硝酸ウラニル六水和物原料を構成する他の成分 から分離される。分離されたウランは好みにより更に加工され得る。 工程の一部分（１６）における強力で均一な磁場はウランイオンを完全に閉じ 込める。 酸素原料（４２）を工程の一部分（４４）に導入することにより、Ｕイオンの ケンチングが起きる。ケンチングを調節することにより、２５００Ｋにまで温度 を低下させることが可能になる。この温度においては、図３に示すように、物質 の支配的な形は荷電されていないガス状にあるＵＯ₂であり、他の酸化ウランの 形はより少ない量で存在する傾向にある。その際、以前と同様に平衡状態にある システムが提供される。 所望により、更なるケンチング流れ（５２）を応用することにより、温度は更 に低下されて、酸化ウランは場所（５４）において、ガス状態からセラミック粉 体の固体状態に急速に変換され得る。これは流れ（５８）として排出される。 製品は、燃料グレードにまで品質を向上させるように、引き続き処理を受けら れ得る。 従って、工程は単一モジュール装置において、硝酸ウラニル六水和物原料リカ ーを二酸化ウラン粉体に変換させる。他の原料化合物と原料化合物の混合物との 少なくともいすれか一方についても同様な結果が得られる。 全長約１０ｍ及び径約１ｍの活性領域を有するこの工程の単一モジュール装置 は原料ウランを５０〜２００ｋｇ／ｈｒの割合で処理し得る。 装置内での滞留時間は約１０ｍｓと非常に短い。この時間はウランイオンが４ ０００Ｋ、すなわち６ｘ１０⁴ｃｍ／ｓにおいて移動する理論的平均速度を反映 している。 使用済み燃料原料 この技術は、天然の硝酸ウラニル六水和物を燃料グレードの物質に変換するこ とに加えて、使用済み燃料棒から所望の成分を抽出することによる製品の再加工 を含む他の加工分野にも応用し得る。 使用済み燃料は主としてＵＯ₂粉体よりなり、その他に原子量がほぼ６０以下 の種々の核分裂生成物、低い含有量の²³⁵Ｕ及びプルトニウムとを含む。使用済 み燃料を処理して硝酸塩リカーにし、出来たリカーを上記の工程に導入すること により、以下の分離が起こり得る。 図１の装置を用いて、プラズマ発生器に続く第１室（１２）において、²³⁵Ｕ 、プルトニウム同位体及び（燃料のほとんどの部分を占める）²³⁸Ｕは全てイオ ン化される。Ｎ，Ｈ，Ｏと同様に、核分裂生成物のほとんどは非イオン化の状態 に保たれ、結果的に磁場に閉じ込められない。従って、これらの物質をポンプに より流れ（１４）に排出することが可能である。 製品流れ（１４）は、流れ中の他の化学種から興味ある成分、同位体又は元素 を分離するために、本発明による更なる工程段階を含む更なる加工に晒され得る 。 次いで、磁場に残留する製品流れ（１６）を回収したり更に加工に供すること が可能である。製品流れ（１６）は固形製品を製造するために上記に記載したと 同様にケンチングされ得る。引き続く加工に関する限り、製品は通常の濃縮技術 に晒され得る。この技術は²³⁸Ｕ，²³⁵Ｕ及びプルトニウム同位体を個別に分離し 、反応器グレードにするのに使用され得る。 四塩化チタン原料 図４の部分図における別例の実施例に示すように、原料には、選択された成分 又は複数成分を所望するイオン化を行うために追加のシステムが提供され得る。 特にこの例においては、原料は四塩化チタンよりなり、所望の製品は金属チタ ンである。しかし、この技術は広い範囲の原料に同様に応用可能である。 この装置はおいて、原料（２）はプラズマ発生器（４）を通過した後、磁場（ ８）に閉じ込められる。 プラズマの温度は、原料が別々の原子に分離して部分的にイオン化されるよう に設定される。 次に、原料は、この形状において、高エネルギー電子を成分に衝突させること によりプラズマへの更なるエネルギー投入を起こす電子サイクロトロン共鳴装置 （１０２）を通過する。適切な相図及び衝突エネルギーレベルが与えられると、 システムの全エネルギーレベルの結果として、或る成分、この場合ではチタンが イオン化される。一方他の物質、この場合では塩素が非イオン化物質として残る 。選択的イオン化はイオン化された化学種とイオン化されない化学種との間の平 衡状態により、優勢な方の化学種に起きる。 次いで、物質は室（１２）に進入し、そこで非荷電塩素は工程流れ（１４）と して磁場から取り除かれる。塩素は四塩化チタン製造に関する全工程の初めの方 の段階へ再使用のために戻され得る。 残った成分であるチタンは図１に示されると同じように処理されたり、同じ加 工段階を踏んだり、或いはその他の加工に晒される。 金属ウラン製造 図５に示す実施の形態の別例における技術は、また金属ウランのための簡便な 製造技術でもある。その技術は他の原料を構成元素に分離することにより他の元 素を回収するのにも使用可能である。 通常の技術は、フッ化ウランがマグネシウムと反応して金属の形体に変換され る前に、上記に記載した濃縮、脱窒、還元及びフッ化水素反応を行う種類の技術 を使用する。 一方、本工程は硝酸ウラニル六水和物原料から金属ウランを分離するための簡 便な方法を提供する。 硝酸ウラニル六水和物原料（２００）は装置に導入される。原料は基本的にウ ラン、窒素、酸素及び水素よりなる。高周波型及び電磁波型のプラズマ発生器（ ２０２）は原料を非常に急速に４０００Ｋ近辺の温度に迄昇温する。 短い滞留時間であっても、この温度は原料物質を分解してそれぞれの元素形体 にするのに十分である。従って、原料はＵ，Ｎ，Ｎ₂，Ｏ₂，Ｈ等及び少量のＵ＋ に変換される。噴霧された原料はプラズマ内に閉じ込められ、一方プラズマは 磁石（２０６）により発生された磁場（２０４）に閉じ込められる。 プラズマそれ自身は存在する元素のいくつかの部分的イオン化を起こしたかも しれない一方、空中の電子サイクロトロン共鳴エアリアル（ａｅｒｉａｌ）（２ ０８）は所望のイオン化度を起こすために提供される。エアリアル（２０８）は プラズマ内に存在する電子にエネルギーを与える。電子の増加したエネルギーは 大きいので、原料成分との衝突においてエネルギーが移転される。一般的な条件 下において、衝突に含まれる化学種に適用可能な平衡により、イオン化はいくつ かの成分に起きる。原料の他のいろいろな部分でのイオン化の起こりやすさは上 記記載の方法いおいて幅がある。例えば、ウランは酸素、水素等に比べて電子励 起のより低いエネルギーレベルにおいてイオン化する。 結果として、工程流れが室（２１０）に到達するまでには、工程流れはイオン 化された成分とイオン化されない成分とよりなっている。イオン化されない成分 は、磁場に拘束されないので、室（２１０）から製品流れ（２１４）へとポンプ により排出され得る。主としてウランよりなる荷電成分は、工程流れ（２１２） へと移行し、プラズマは更なる磁石（２１６）により閉じ込められる。 化学物質（２１８）を流れ（２１２）に導入することにより、分離した荷電成 分に対して所望の反応又は相の変化がもたらされる。従って、１００Ｋのような 比較的低いエネルギーレベルにあるアルゴンを加えることにより、荷電成分は、 冷たい流れ（２１８）と流れ（２１２）との間に衝突が起こり、非常に急速に非 荷電成分に、次いで製品に変換され得る。示した実施例においては、この遷移は １段階の化学物質導入によりもたらされるものとして示されているが、第１段階 が物質を荷電した形体から荷電されない形体へ変換させ、第２段階が荷電されな い形体をガス状から固体状にすることが考察される。添加されるガスが不活性の 性質により、ウランと化学結合する危険性がなく冷却される。その結果、金属ウ ランが生成される。 化学物質（２１８）の性質と化学物質が加えられる時のエネルギーレベルとが 元々室（２２０）において次いで製品流れ（２２４）において生成する製品の形 状、構造、化学組成を調節するのに使用される。従って、導入される酸素に関す る限りエネルギーレベルを注意深く調節することの代替として又はウランイオン を還元して金属ウランをもたらす不活性ガスを導入する代替として、酸素の導入 がウランをＵＯ₂等に変換するのに使用され得る。 同様な工程経路が、主原料からウランを抽出することに関して、上記に記載し たフッ化水素反応段階により製造される四フッ化ウランを出発原料として金属ウ ランを製造するのに使用され得る。 第１の製品流れ（２１４）を加工して組成分の元素を利用することも考察され る。例えば、この場合、フッ素は早い段階での物質加工に再利用されるために流 れから回収され得る。 六フッ化ウラン供給原料 本技術を利用する別例において、原料（２００）は六フッ化ウランよりなる。 この原料を選択的にイオン化すると、荷電されたウランイオンと荷電されていな いフッ素原子が出来る。これらを室（２１０）内において分離すると、ウランイ オン流れ（２１２）とフッ素流れ（２１４）とが生じる。核燃料加工サイクル又 は他の利用のいずれのためにも、引き続いて製品（２２４）としての金属ウラン を製造すること及びフッ素を再利用することとは可能である。 本工程を応用することは、上記に記載した化学的又は物理的濃縮工程から出る 劣化した流れを処理するために特に考察される。劣化した流れは六フッ化ウラン 含み、含有量の低い２３５ＵＦ６は更なる用途のために出来る限り抽出されてき た。六フッ化ウランの大部分は２３８ＵＦ６であり、現在この物質は有用な用途 が無く六フッ化ウランとして長期に保存される。六フッ化ウランは比較的揮発し やすい物質で、貯蔵形体としては理想的ではない。 本技術はこの劣化した流れ又は貯蔵した製品を取り出して、有用な物質を得る ためにこれらを加工する可能性を提供する。遊離されたフッ素は、再利用等のた めに加工サイクルに戻し得る。新規の最終製品である金属ウランは、即座にしか も簡便に貯蔵される形体で提供されたり又は利用されたりする。 従って、フッ素及び劣化金属ウランは製造され得る。 クエンチ中等にウランイオンに加えられる化学種を調節することにより、他の 化合物が発生され得る。例えば、窒化ウラン、炭化ウラン及び酸化ウランが全て 製造可能である。 本発明の別例の実施例は別の装置を示し、図６にその概略を示す。装置につい て記載は、六フッ化ウラン原料からウランを分離することに関するものであるが 、この装置は他の応用にも適している。 六フッ化ウラン原料リカーは蒸気状態で流れ（３００）に導入される。原料 は高周波プラズマ発生器（３０２）により急速にプラズマに変換される。高レベ ルの衝突による原料の所望の組成のための平衡イオン化レベルを保証するために 、プラズマ発生器は２ＫＰａにおいて運転される。 プラズマ発生器内での接触部分は、含まれる条件に十分耐えられる物理特性を 有するようにセラミックフッ化物から形成される。システムは水を収容する管と 接触されることによって冷却される銅製の表面を使用し得る。水流は銅製の壁の 温度を低下させるのに使用され、壁にフッ化ウランの凝縮体を発生させる。この 凝縮体は化学的及び温度的に銅を遮断する。その結果、壁の上に堆積される一定 厚のフッ化ウランでもって平衡状態が作り出される。従って、自己塗布効果が得 られる。 発生したプラズマはノズル（３０４）を介して発生器（３０２）より排出され 、概略図に示すように（３０６）、磁場に閉じ込められる。半径約３０ｍｍのノ ズルがプラズマ発生器（３０４）内に圧力を保持するため及び所望の流速を得る ために使用される。 プラズマ発生器を出て区域１（３０８）に入るに時に、プラズマは伸張して冷 却される。しかしながら、磁場に対向して行われるウランイオンによる仕事のた め、部分的な温度上昇が起きる。プラズマが装置中を更に進行する間に、適切な 追加エネルギーがプラズマに導入されると、温度は所望の成分がイオン化された ままでいるような高さに維持される。このエネルギーは高周波手段により与えら れる。従って、平衡に基づく所望の選択性は維持される。 プラズマ発生器を退出する物質のビーム（ｂｅａｍ）はプラズマ発生器から離 れる距離にしたがって扇型に広がる傾向にある。種々の区域を区画する障壁（３ １０，３１２）の孔の径はこの扇型の広がりを考慮に入れて選択される必要があ る。 閉じ込め磁場は約０．１テスラの強さである。このレベルは超伝導の磁石によ りもたらされるが、通常の電磁石によってももたらされ得る。この強度の磁場は ウランイオンをノズルから３ｍ進行した後、半径１８０ｍｍの範囲に閉じ込める 。 複数の区域／複数の段階は長さがおのおの１ｍである。広がるビームの半径は進 行した距離の４乗根にほぼ比例する。 区域１（３０８）内に真空ポンブ（３１４）への出口（図示せず）が設けられ る。これにより、第１廃棄流れが装置から取り出され得ることになる。廃棄流れ は非荷電物質、主としてフッ素、よりなっている。アルミニウムは廃棄流れのラ インに使用され得る。 区域１内の圧力は約１３Ｐａであり、この区域を通過中、物質ビーム内のフッ 素の圧力はほぼこの区域の圧力にまで低下する。これを超える過剰のフッ素は通 常のポンプを使用して出口（３１４）を介して排出される。 次に、減少されたフッ素を含有するビームは障壁（３１０）内の間隙（３１８ ）を介して区域２（３１６）に進入する。 第２区域（３１６）は第１区域におけるよりも低い圧力、約５Ｐａで運転され ，ビーム中のフッ素含有量は、物質がこの区域を進行するにしたがって、この圧 力に近づくように更に減少される。 次に、ビームは障壁（３１２）中の間隙（３２２）を介して区域３（３２０） に進入する。 この区域は更により低い圧力、約２Ｐａで運転され、過剰のフッ素は出口（３ ２４）を介してポンプで排出される。 次に、大幅に劣化したフッ素のビームは更なる処置を受けるために出口（３２ ４）へと進む。 イオン化されたガス状のウランは電荷を放電するために一定規格のグリッドと 接触され、ウランのエネルギーが削減されて固体又は液体の状態になる。クエン チングと冷却との少なくともいずれか一方をもたらすために、化学物質が導入さ れることも考慮される。この点に関して、ウランを冷却するための不活性ガスの 使用は、ガスとの化学結合が生じないので好ましい。結果として、金属ウランが 生成される。ウランは十分に冷却されて固体状態になるか、もしくは部分冷却さ れて液体状態を維持する。 ウラン製品流れ（３２６）に残存するフッ素は、大量のウラン製品からフッ化 ウランとして即座に揮発され、再利用される。ウランが液体状態で回収される時 は、分離はそのままの状態で簡便に遂行される。揮発されたＵＦは大部分が再利 用され得るＵＦ₆の形体に変換される。 同様の分離がＵＦ₄，ＴｉＣｌ₄及び他のハロゲン化金属についても可能である 。 液体から放出されるフッ素を廃出ガス方法により回収する設備が設けられても よい。 セラミックフッ素又はグラファイト材料が液体回収槽を形成するために使用さ れ得る。 １２ｋｇ／時の割合でウランを供給すると、５．７ｋｇ／時の割合でフッ素が 発生する。この内、３．６ｋｇ／時のフッ素が第１区域から、同様に１．３ｋｇ ／時のフッ素が第２区域から、更に０．５ｋｇ／時のフッ素が第３区域からポン プで排出されると思われる。０．３ｋｇ／時のフッ素がウラン製品流れ（３２６ ） 内に残存するが、この製品からフッ素をＵＦ₃とＵＦ₄の少なくともいずれか一方 の形体として廃出ガス法により取り除くことにより、フッ素含有量がｐｐｍ単位 である非常に純度の高いウラン製品が得られる。 提示された種々の実施例は互いに緊密に関連しており、１つ以上の態様又は実 施例において記載した特徴は他の態様又は実施例にも適用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９７０４０７８．６ (32)優先日 平成９年２月27日(1997．2．27) (33)優先権主張国 イギリス（ＧＢ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 ホワイトヘッド、コリン イギリス国 ＣＨ７ ５ＥＬ クルーイド ポンティムウィン セフン バイカン ロード ウィッチ エルム (72)発明者 ジルクリスト、ポール イギリス国 ＰＲ４ ０ＸＪ ランカシャ ー プレストン ビーエヌエフエル スプ リングフィールズ ワークス (72)発明者 ウェブスター、ダンカン アルフレッド イギリス国 ＣＨ１ ６ＥＲ チェシャー エヌアール．チェスター ケイペンハー スト ビーエヌエフエル プロダクト デ ィベロップメント センター

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ａ）混合成分よりなる原料を供給する工程と、 ｂ）同原料をプラズマ形状又はイオン化された形状に変換する工程と、 ｃ）少なくとも部分的にイオン化された形状における少なくとも１つの成 分及び少なくとも部分的にイオン化されない形状における少なくとも１つの異な る成分とを提供する工程と、 ｄ）同プラズマ及びイオンの少なくともいずれかを磁場に含む工程と、 ｅ）同イオン化された成分をイオン化されない成分から分離する工程と、 とよりなる方法。 ２．所望する成分が金属と非金属の同位体の混合物と金属と非金属の元素の混合 物との少なくともいずれか一方より抽出される請求項１に記載の方法。 ３．原料は固体又は液体の原料を沸騰、揮発と昇華との少なくともいずれか一方 によりガス状にて供給される請求項１又は２に記載の方法。 ４．同原料に存在する金属元素の一部又は全てがイオン化される請求項１乃至３ のいずれか１項に記載の方法。 ５．原子量が９０を超える金属元素がイオン化される請求項４に記載の方法。 ６．成分のイオン化がプラズマの温度によることと成分と電子サイクロトロン共 鳴により発生される高エネルギー電子との相互作用によることとの少なくともい ずれか一方により引き起こされる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。 ７．イオン化はエネルギー投入量のレベルにより調節される請求項１乃至６のい ずれか１項に記載の方法。 ８．エネルギー投入量は原料の成分間で選択的ではない請求項１乃至７のいずれ か１項に記載の方法。 ９．イオン化された原料成分とイオン化されない原料成分が一般的条件下では平 衡である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。 １０．原料は分子の形体で供給され、別々の原子として選択的に分離される請求 項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。 １１．原料はイオン化されない形体において閉じ込め磁場に導入される請求項１ 乃至１０のいずれか１項に記載の方法。 １２．イオン化された成分とイオン化されない成分との分離は、イオン化された 成分は磁場に抑制される一方、イオン化されない成分はプラズマから分離される ことにより実行される請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。 １３．分離は複数の段階により実行され、段階はそれぞれ異なる圧力において運 転され、入口に近い１つ以上の段階における圧力は入口から遠い１つ以上の段階 における圧力よりも高い請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。 １４．３つの段階が設けられ、第１のゾーンが１０と５０Ｐａの間、第２ゾーン が５と２０Ｐａとの間、第３のゾーンが２と１０Ｐａとの間で運転される請求項 １３に記載の方法。 １５．分離されたイオン化されない成分は引き続く使用と更なる加工にさらされ ることとの少なくともいずれか一方のために再利用される請求項１乃至１４のい ずれか１項に記載の方法。 １６．荷電成分は液体又は固体の製品を得るために、冷却と放電との少なくとも いずれか一方を行われる請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。 １７．一定の運動エネルギーレベルにおいて化学物質を導入する工程と、この化 学物質を残存する荷電成分又は複数の荷電成分と接触させる工程と、荷電成分の 運動エネルギーレベルと化学物質とは、荷電されない成分又は粒子が生成される ほど大きいこととからなる請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。 １８．成分及び更なる化学物質が生成する粒子に結合される請求項１７に記載の 方法。 １９．ａ）プラズマ／イオン発生器と、 ｂ）混合成分である原料を選択的にイオン化する手段と、 ｃ）プラズマ／イオンを閉じ込める磁場を作り出す磁場発生手段と、 ｄ）磁場から荷電されない成分を取り除く手段と を備える分離装置 ２０．プラズマ／イオンは電磁波加熱器又は高周波加熱器により発生される請求 項１９に記載の装置。 ２１．炉、加熱器、電磁波源又は揮発器が原料を加熱と揮発との少なくともいず れか一方を行うために使用される請求項１９又は２０に記載の装置。 ２２．原料より生成される部分的イオン化／部分的非イオン化は平衡状態にある 請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の装置。 ２３．荷電されない成分を除去する手段はポンプ装置を含む請求項１９乃至２２ のいずれか１項に記載の装置。 ２４．イオン化されない成分は１段以上の段階で原料から分離される請求項１９ 乃至２３のいずれか１項に記載の装置。 ２５．複数の段階は互いに孔を備えるバフル要素により隔離されている請求項２ ４に記載の装置。 ２６．孔は、その入口からの距離におけるプラズマ／イオン流れにほぼ相当する 半径を有することと、孔の位置において、１つ以上の孔は入口又はプラズマ発生 器のノズルからの距離の４乗根にほぼ相当することとからなる請求項２５に記載 の装置。 ２７．装置は残存する成分にケンチングと冷却との少なくともいずれか一方を与 えるために、残存する工程流れに化学物質を加える方法を更に与える請求項１９ 乃至２６のいずれか１項に記載の装置。 ２８．ａ）混合成分よりなる原料を供給する工程と、 ｂ）原料をプラズマ／イオン化形体に変換する工程と、 ｃ）少なくとも部分的にイオン化された形体にある少なくとも１つの成分 と少なくとも部分的にイオン化されない形体にある少なくとも１つの成分とを供 給する工程と、 ｄ）プラズマ／イオンを磁場に閉じ込める工程と、 ｅ）イオン化された成分をイオン化されない成分から分離する工程と、 とを備え、更に分離されたイオン化された１つ以上の成分の少なくともいくつか をイオン化されない形状に変換することとを備える方法。 ２９．成分が運動エネルギーを減少することにより荷電されない形体に変換され る請求項２８に記載の方法。 ３０．成分が成分を表面、好ましくは冷却された表面に衝突させることにより荷 電されない形体に変換される請求項２８又は２９に記載の方法。 ３１．成分が化学物質を添加することにより荷電されない形体に変換される請求 項２８乃至３０のいずれか１項に記載の方法。 ３２．化学物質がガス状における所望の荷電されない形体を得るために、予め決 められた運動エネルギーレベルで添加される請求項３１に記載の方法。 ３３．化学物質の添加又はさらなる段階における更なる化学物質の添加は、固体 状の物質が製造される段階にまで運動エネルギーを減少させるほどのもである請 求項３１又は３２に記載の方法。 ３４．ａ）プラズマ／イオン発生器と、 ｂ）混合成分の選択的イオン化手段と、 ｃ）プラズマ／イオンの閉じ込め磁場を作り出す磁場発生手段と、 ｄ）磁場から荷電されない成分を取り除く手段と、 ｅ）分離された荷電成分の少なくともいくつかを荷電されない形体に変換 する手段、 とを備える分離装置。 ３５．化学物質が多段階で導入されることと、種々の入口が工程流れの方向にお いて互いに離間することとからなる請求項３４に記載の分離装置。 ３６．請求項１乃至３５のいずれか１項により分離された成分、物質、元素又は 同位体。 ３７．請求項１乃至３６のいずれか１項による製品又は更に加工された製品を取 り入れる核反応器のための燃料ペレット、燃料棒又は燃料アセンブリ。