JPH03257157A

JPH03257157A - 金属蒸気発生装置

Info

Publication number: JPH03257157A
Application number: JP5377590A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yoshida; 正吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1991-11-15

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、金属蒸気発生装置に係り、特に金属原料の加
熱溶融に使用する電子ビームの反射による損失を防止し
エネルギーの利用効率を向上させた金属蒸気発生装置に
関する。

（従来の技術）金属蒸気流を利用する金属蒸着装置や原子法同位体分離
装置には、原料金属を加熱蒸発せしめて金属蒸気流を発
生させる金属蒸気発生装置が装備される。

以下に同位体分離装置に使用される金属蒸気発生装置を
例にとり、その構成等を説明する。

第４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
ｉ１は、装置本体を気密に収容する真空容器２と装置本
体を構成する金属蒸気発生装置などの各機器とから成る
。以下、装置の具体的構成を分離操作とともに説明する
。

複数種類の同位体を含む金属原料３は、熱化学的耐性を
有する蒸発用るつぼ４に収容される。蒸発用るつぼ４に
は、金属原料の温度を調節するための冷却管５が埋設さ
れる。蒸発用るつぼ４内に収容された金属原料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
金属原料の溶融液面９に照射される。電子ビーム７の照
射を受けた金属原料３は加熱され、溶融状態を経て蒸発
し、同位体の蒸気流１０を連続的に生成する。生成した
蒸気流１０は、蒸発用るつぼ４の上部空間を囲むように
形成されたＳＵＳ製の蒸気封入容器１１内に封入され、
さらに上方に案内される。

次に、蒸気流１０に対して、回収を特徴とする特定の同
位体のみを選択的に励起するレーザ光１２が照射される
。このレーザ光１２としては、般に特定の同位体の共鳴
吸収線に相当する周波数を有する単色レーザ光等が採用
される。レーザ光１２の照射を受けた特定の同位体は電
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、陽電極１４と陰電極１５と
を交互に配設した電極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。

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。

（発明が解決しようとする問題点）従来の同位体分離装置の金属蒸気発生部においては、蒸
発用るつぼ内に収容した金属原料に強力な電子ビームを
照射してその保有エネルギよって金属原料を加熱溶融し
、さらに蒸発せしめている。しかし、金属原料に照射さ
れた電子ビームの一部は金属原料の溶融液面において反
射し、反射電子ビーム１７として装置内に逸散してしま
う欠点がある。すなわち、反射した電子ビーム１７は金
属原料の加熱蒸発用の熱エネルギとして供されることな
く、熱損失として消費されるため、装置運転上のエネル
ギ効率を著しく低下させる不経済性がある。この電子ビ
ームの反射割合は使用する原料同位体金属の種類や質量
数等によっても異なるが、ウラン原子の場合は３０〜５
０％にも達する場合がある。

一方、反射した電子ビームは蒸気封入容器内壁に衝突し
その壁面部を高温度に加熱する結果、壁面部材の変形劣
化、溶解による損傷が発生し易く、その補修または交換
に多大な労力を要する問題点がある。この対策として反
射電子ビームが衝突する部位に冷却器を配設して生成し
た熱を逐次除去する試みもなされているが、冷却器操作
の繁雑さおよび冷却器表面における反射電子ビームの再
反射などの問題点があり抜本的な解決には至っていない
。

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、電子ビームの反射による熱損失を低減して、エネ
ルギーの利用効率を向上させ、従来装置では損失となっ
ていたビーム発生用電力の一部を再利用することにより
、単位金属蒸気量を得るための投入電力を低減させるこ
とができる金属蒸気発生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）本発明に係る金属蒸気発生装置は、金属材料を収容した
蒸発用るつぼに電子ビームを照射することにより金属原
料を加熱蒸発せしめる金属蒸気発生装置において、電子
ビームの照射点近傍にて電子ビームと直交する方向に磁
界を発生する磁界発生器を設けたことを特徴とする。

（作用）上記構成の金属蒸気発生装置によれば、電子銃等から発
射された電子ビームは蒸発用るつぼ内の金属原料表面に
照射される。照射された電子ビームのエネルギーの一部
は該部の金属原料を加熱溶融せしめ、さらに蒸発させる
ためのエネルギー源として使用される。

一方、金属原料表面において反射した反射電子ビームは
、磁界発生装置によって、照射点近傍に形成された磁界
によってラーマ−運動を起こし、小さな回転軌道に沿っ
て偏向されて、再び金属原料表面に入射する。入射した
電子ビームは同様に金属原料の加熱に使用される一方、
反射した電子ビームは再度磁界によって金属原料表面に
再入射することを繰り返す。そのため電子ビームの反射
による熱損失が少なく、また、反射した電子ビムによっ
て機器内壁等が損傷する問題も解消することができる。

すなわち、金属原料の溶融液面において反射した反射電
子ビームは磁界発生装置によって形成された磁界により
溶融液面方向に再度偏向され溶融液面に繰り返して衝突
し、金属原料を加熱するた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、金属蒸気発生装置
全体のシステム効率が大幅に向上する。

また、反射電子ビームは、装置内部において逸散するこ
とがないため、従来装置のように構成機器を高温度に加
熱するおそれがない。したがって、機器の部材の変性劣
化または溶解などによる損傷を効果的に防止することが
できる。

（実施例）次に、本発明の一実施例について添付図面を参照して説
明する。

第１図は本発明に係る金属蒸気発生装置の一実施例を示
す斜視図であり、第４図に示す従来例と同一要素部品に
は同一符号を付している。

本実施例の金属蒸気発生装置１８は、金属原料３を収容
した蒸発用るつぼ４に電子ビーム７を照射することによ
り金属原料３を加熱蒸発せしめる金属蒸気発生装置１８
において、電子ビーム７の照射点Ｐ近傍にて電子ビーム
７と直交する方向に磁界αを発生する磁界発生器１９を
設けて構成される。

磁界発生器１９は、蒸発用るつぼ４の上面部において端
面が対向配置するように形成した電磁コイル２０と、電
磁コイル２０に給電する直流電源２１とで形成される電
磁石を蒸発用るつぼ４の長手方向に４基連設して構成さ
れる。

また第２図および第３図に示すように電子ビーム７を供
給するリニア型の電子銃６が蒸発用るつぼ４の長平方向
に沿って配設される。

ここで蒸発用るつぼ４の上面部で磁界αを印加する領域
の高さは蒸発用るつぼ４の幅や電子銃６の加速電圧等に
よって変化するが一般に下記の関係式（１）から算定す
る。すなわち電子のラーマ−半径をＲ（ｃｍ）、電子の
運動エネルギーをＥ（ＫｅＶ）、磁界αの大きさをＢ（
ガウス）とすると下記（１）式が成立する。

Ｒ＝７５π）Ｂ　　　　　・・・・・・（１）ここで印
加磁界の大きさを３００ガウスに設定し、電子銃６の加
速電圧３０ＫＶとした場合、反射後の電子の運動エネル
ギ（Ｅ）は３０ＫｅＶを超えることがないため、ラーマ
−運動の回転半径（Ｒ）は約１．５ａｎとなる。したが
って、磁界αを形成する領域は、蒸発用るつぼ４に装荷
された金属原料３の表面から１．　５ＣＩ１１の高さま
でに設定すればよい。

次の本実施例の作用について説明する。

電子銃６から反射された電子ビーム７は、蒸発用るつぼ
４に収容した金属原料３の溶融液面の照射点Ｐに照射さ
れる。照射点Ｐに照射された電子ビーム７は保有するエ
ネルギによって金属原料３を加熱し蒸発させる。

一方、照射点Ｐにおいては、約半量の電子ビーム７が反
射し、この反射した反射電子ビーム１７ａは、磁界発生
器１９によって蒸発用るつぼ４の上縁間に形成された磁
界αにより偏向力を受け、再度溶融液面方向に偏向され
る。すなわち反射電子ビーム１７ａは、電子ビーム７と
直交する方向に形成された磁界αの偏向作用を受け、各
電子ビーム７．７・・・の照射点Ｐ、　　Ｐ・・・を接
続した着弾線に平行でかつ装荷された金属原料３の表面
に垂直な平面内でラーマ−運動を生じ、この平面内で回
転運動して再び着弾線上に入射する。そして入射した電
子はその保有エネルギが減衰するまで、上記の入射、反
射、ラーマ−回転、および再入射を繰り返す。そのため
当初電子銃６から投入された電子ビーム７が保有してで
いたエネルギーの大部分が金属蒸気発生のために有効利
用される。

したがって、電子ビームの反射によるエネルギ損失が少
なく、金属蒸気発生装置のエネルギ利用効率が大幅に上
昇するとともに、反射電子ビームの熱によって構成機器
が損傷することが効果的に防止できる。

なお本実施例においては磁界発生器１９として電磁コイ
ルを使用した例で示しているが、永久磁石によって磁界
を発生するように構成してもよい。

ただし永久磁石および電磁コイルは所定の限界温度を超
えると電磁石が急激に低下し、電子ビームを偏向する機
能が喪失するおそれもある。そこで永久磁石本体内また
はコイル本体内に冷却管を埋設して適宜冷却するように
構成するとよい。

〔発明の効果〕

本発明の金属蒸気発生装置によれば、蒸発用るつぼ内の
金属原料の溶融液面において反射した反射電子ビームは
、磁界発生器によって電子ビームと直交する方向に形成
された磁界により溶融液面方向に再度偏向され、溶融液
面に衝突し金属原料を加熱するための熱源として有効に
再利用される。したがって、電子ビームの反射によるエ
ネルギ損失が少なく、金属蒸気発生装置のシステム効率
が大幅に向上する。

また、反射電子ビームが装置内部において逸散する割合
が少ないので、機器の構成部材が加熱されて変性劣化し
たり、または溶解して損傷することが防止される。

絶倒を示す斜視図、第２図は第１図における蒸発用るつ
ぼの幅方向に沿う断面図、第３図は第１図における蒸発
用るつぼの長手方向に沿う断面図、第４図は従来の金属
蒸気発生装置を装備した同位体分離装置の概略の構成を
模式的に示す断面図である。

１・・・同位体分離装置、２・・・真空容器、３・・・
金属原料、４・・・蒸発用るつぼ、５・・・冷却管、６
・・・電子銃、７・・・電子ビーム、８・・・偏向磁場
装置、９・・・溶融液面、１０・・・蒸気流、１１・・
・蒸気封入容器、１２・・・レーザ光、１３・・・イオ
ン化同位体、１４・・・陽電極、１５・・・陰電極、１
６・・・蒸気流捕集板、１７．１７ａ・・・反射電子ビ
ーム、１８・・・金属蒸気発生装置、１９・・・磁界発
生器、２０・・・電磁コイル、２１・・・直流電源、α
・・・磁界、Ｐ・・・照射点。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】

　金属材料を収容した蒸発用るつぼに電子ビームを照射
することにより金属原料を加熱蒸発せしめる金属蒸気発
生装置において、電子ビームの照射点近傍にて電子ビー
ムと直交する方向に磁界を発生する磁界発生器を設けた
ことを特徴とする金属蒸気発生装置。