JPH0368423A - Isotope separator - Google Patents

Isotope separator

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JPH0368423A
JPH0368423A JP20389589A JP20389589A JPH0368423A JP H0368423 A JPH0368423 A JP H0368423A JP 20389589 A JP20389589 A JP 20389589A JP 20389589 A JP20389589 A JP 20389589A JP H0368423 A JPH0368423 A JP H0368423A
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JP
Japan
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isotope
metal raw
raw material
electron beam
electron gun
Prior art date
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Pending
Application number
JP20389589A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Doi
土井 孝一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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備に係り、特に加熱用の電子ビー
ムと蒸気流中の不純物原子との衝突によって発生するバ
ックグランドイオンの発生星を低減し、同位体の分離効
率を大幅に向上させた同位体分離装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Objective of the Invention) (Industrial Field of Application) The present invention relates to isotope separation equipment, and particularly relates to isotope separation equipment, and particularly relates to background noise generated by collision between a heating electron beam and impurity atoms in a vapor flow. This invention relates to an isotope separation device that reduces ion generation and greatly improves isotope separation efficiency.

(従来の技術〉 同位体相互の化学的特性の相違または質層の差異を利用
してガス拡故法、ノズル法またG、t 遠心分離法によ
る同位体弁1111B直が従来より運転されている。し
かし、従来装置はいずれも単位当りの分離効率が低いた
め、特定の同位体を所定濃度レベルに濃縮するには、同
一の分離工程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。
(Prior art) Isotope valve 1111B direct using the gas diffusion method, nozzle method, or G, t centrifugal separation method has been conventionally operated by utilizing differences in chemical properties or differences in quality layers between isotopes. However, all conventional devices have a low separation efficiency per unit, so in order to concentrate a specific isotope to a predetermined concentration level, it is necessary to repeat the same separation process in multiple stages in a cascade system.

しかし、レーザ光を使用して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気的に分離するレー
ザ法による同位体弁11装置は単位当りの分離効率が非
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性の点で有利である。
However, the isotope valve 11 device using the laser method, which selectively ionizes specific isotopes using laser light and electrically separates the ionized isotopes, has a very high separation efficiency per unit, so compared to conventional There is little need to assemble a cascade as shown in the figure, and the entire device is compact, which is advantageous in terms of economy.

第4図は従来のレーザ法よる同位体分離vi置の構造を
示す断面図である。図において、同位体分子Ii装置1
は、本体を気密に収容する真空容器2と本体を構成する
各機器とから成る。
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of isotope separation using a conventional laser method. In the figure, isotope molecule II device 1
consists of a vacuum container 2 that airtightly houses the main body and various devices that make up the main body.

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
は原料の温度を調節するための冷M管5が埋設される。
A metal raw material 3 containing multiple types of isotopes is stored in an evaporation crucible 4 having thermochemical resistance. A cold M pipe 5 for adjusting the temperature of the raw material is embedded in the evaporation crucible 4.

i充用るつぼ4内に収容された金属原料3に対して電子
銃6のフィラメント6aから発側された電子ビーム7が
連続的に照射される。電子ビーム7は電子銃6内部に設
けた偏向磁場vtr18により偏向され金属原料の溶融
液面9に照射される。
The metal raw material 3 housed in the i-filled crucible 4 is continuously irradiated with an electron beam 7 emitted from the filament 6a of the electron gun 6. The electron beam 7 is deflected by a deflection magnetic field vtr18 provided inside the electron gun 6 and irradiated onto the molten liquid surface 9 of the metal raw material.

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封入容器11内に封入され、
さらに上方に案内される。
The metal raw material 3 irradiated with the electron beam 7 is heated and evaporated through a molten state, thereby continuously producing an isotope vapor flow 10. The generated vapor flow 10 is enclosed in an enclosure 11 formed to surround the upper space of the evaporation crucible 4,
You will be guided further upwards.

一方、上部に達した蒸気流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。
On the other hand, with respect to the vapor flow 10 that has reached the upper part, a laser beam 12 selectively excites only a specific isotope that is characterized by recovery.
is irradiated. As this laser beam 12, a monochromatic laser beam having a frequency corresponding to a resonance absorption line of a specific isotope is employed. The specific isotope irradiated with the laser beam 12 has its electrons ejected and becomes an ionized isotope 13 with a positive charge.
becomes.

このイオン化同位体13は、陽電極14と陰型Fi15
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。
This ionized isotope 13 is connected to the positive electrode 14 and the negative type Fi15.
When passing through the electric field space formed between the electrodes arranged alternately, only the ionized isotope 13 is deflected to the surface of the negative electrode 15 and is adsorbed and collected.

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、電極の上部側に配設した
蒸気流捕集板16により回収される。
On the other hand, neutral atoms such as isotopes that are not ionized travel straight between the electrodes without being affected by the electric field, and are collected by the vapor flow collection plate 16 disposed above the electrodes.

(発明が解決しようとする課題) このように従来の同位体分離装置においては、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
、その保有エネルギによって金属原料を加熱溶融し、さ
らに蒸発せしめて蒸気流を形成している。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional isotope separation apparatus, a powerful electron beam is irradiated onto the metal raw material contained in the evaporation crucible, and the metal raw material is heated and melted by the energy retained by the electron beam. It is further evaporated to form a vapor stream.

しかし電子ビームの照01経路において電子ビームの熱
電子と蒸気流中の不純物原子とが衝突してTL離現象を
起こし、回収を目的としない不純物原子がイオン化され
て多量のバックグランドイオン17が発生してしまう欠
点がある。このバックグランドイオン17の発生層は電
子銃の出力、すなわち電子ビームの強度に比例して急激
に増加する傾向がある。
However, in the irradiation path of the electron beam, the hot electrons of the electron beam collide with impurity atoms in the vapor flow, causing the TL detachment phenomenon, and impurity atoms that are not intended for recovery are ionized, generating a large amount of background ions 17. There are drawbacks to doing so. This generation layer of background ions 17 tends to increase rapidly in proportion to the output of the electron gun, that is, the intensity of the electron beam.

このバックグランドイオン17は、レーザ光によって選
択的に励起された、回収を目的とするイオン化同位体1
3とともに陰電極15表面に@着回収される。その結果
、回収製品中に不純物原子が多量に混入し、製品の純度
を低下させ、特定の同位体の分離効率を大幅に悪化させ
る問題点があった。
This background ion 17 is an ionized isotope 1 to be recovered that has been selectively excited by the laser beam.
3 and are deposited on the surface of the negative electrode 15 and collected. As a result, a large amount of impurity atoms are mixed into the recovered product, reducing the purity of the product and significantly deteriorating the efficiency of separating specific isotopes.

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、電子ビームを照射することによって発生するバッ
クグランドイオンの発生層を抑IQすることにより、回
収を目的とする同位体の分離効率を大幅に改善すること
ができる同位体分離装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and by suppressing the generation layer of background ions generated by electron beam irradiation, the separation efficiency of isotopes for the purpose of recovery can be improved. The purpose of the present invention is to provide an isotope separation device that can significantly improve the

(R明の構成〕 (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、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金属原料を収容する蒸発用
るつぼと、収容された金属原料に電子ビームを照射して
金属原料を加熱蒸発せしめて蒸気流を形成する電子銃と
を備え、蒸気流に含まれる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場勾配によって分離回
収する同位体分離装置において、上記金属原料を加熱す
る補助加熱装置を蒸発用るつぼに併設し、金属原料の加
熱源としての上記電子銃と補助加熱装置とを併用したこ
とを特徴とする。
(Structure of R-light) (Means for solving the problem) In order to achieve the above object, the isotope separation apparatus according to the present invention includes an evaporation crucible containing metal raw materials containing multiple types of isotopes, It is equipped with an electron gun that irradiates the metal raw material with an electron beam to heat and evaporate the metal raw material to form a vapor flow, and selectively ionizes a specific isotope contained in the vapor flow. An isotope separation device that performs separation and recovery using an electric field gradient is characterized in that an auxiliary heating device for heating the metal raw material is attached to the evaporation crucible, and the electron gun and the auxiliary heating device are used together as a heating source for the metal raw material. shall be.

(作用) 上記構成に係る同位体弁1111装置によれば、金属原
料を加熱する補助加熱装置を蒸発用るつぼに併設し、金
属原料の加熱源としての電子銃と補助加熱装置とを併用
することによって、金属原料を加熱蒸発させるために必
要な総発熱量に対する電子銃への依存割合を従来装置と
比較して相対的に低減することができる。
(Function) According to the isotope valve 1111 device having the above configuration, an auxiliary heating device for heating the metal raw material is installed in the evaporation crucible, and the electron gun and the auxiliary heating device are used together as a heating source for the metal raw material. As a result, the dependence on the electron gun on the total amount of heat required to heat and evaporate the metal raw material can be relatively reduced compared to conventional devices.

すなわち電子銃の出力割合を抑制したことによる総発熱
量の不足分を補助加熱装置からの熱エネルギにより補充
することによって、金属原料を加熱蒸発させるために必
要な総発熱量を確保している。
That is, by replenishing the shortfall in the total calorific value due to suppressing the output ratio of the electron gun with thermal energy from the auxiliary heating device, the total calorific value necessary to heat and evaporate the metal raw material is secured.

このように電子銃からの電子ビームの出力を低減するこ
とができるため、蒸気流中の不純物金属原子と電子ビー
ムとの衝突によって生じるバックグランドイオンの発生
量を低減することができる。
Since the output of the electron beam from the electron gun can be reduced in this way, it is possible to reduce the amount of background ions generated due to collisions between impurity metal atoms in the vapor flow and the electron beam.

したがって回収を目的とする同位体の純度および演縮度
が高まり、同位体の分離回収効率を大幅に向上させるこ
とができる。
Therefore, the purity and reduction degree of the isotope to be recovered are increased, and the isotope separation and recovery efficiency can be significantly improved.

(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図は本発明に係る同位体分離装置の一実施例
の要部を示す断面図である。なえ第4図に示す従来例と
同一構成要素には同一符号を付してその重複する説明は
省略する。
(Example) Next, an example of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 is a cross-sectional view showing a main part of an example of the isotope separation apparatus according to the present invention. Components that are the same as those in the conventional example shown in FIG. 4 are given the same reference numerals, and redundant explanation thereof will be omitted.

すなわち本実施例に係る同位体分離装2t1aは、?!
数種類の同位体を含む金属原料3を収容する蒸発用るつ
ぼ4と、収容された金属原料3に電子ビーム7を照射し
て金R原料3を加熱蒸発せしめて蒸気流10を形成する
電子銃6とを備え、蒸気流10に含まれる特定の同位体
を選択的にイオン化し、イオン化した同位体をff1W
勾配によって分離回収する同位体分離装置において、上
記金属原料3を加熱する補助加熱装置18を蒸発用るつ
ぼ4に併設し、金属原料3の加熱源としての上記電子銃
6と補助加熱装置18とを併用して構成される。
That is, the isotope separation device 2t1a according to this embodiment is? !
An evaporation crucible 4 that stores a metal raw material 3 containing several types of isotopes, and an electron gun 6 that irradiates the stored metal raw material 3 with an electron beam 7 to heat and evaporate the gold R raw material 3 to form a vapor flow 10. selectively ionizes a specific isotope contained in the vapor flow 10, and converts the ionized isotope into ff1W.
In an isotope separation device that performs separation and recovery using a gradient, an auxiliary heating device 18 for heating the metal raw material 3 is installed alongside the evaporation crucible 4, and the electron gun 6 and the auxiliary heating device 18 are used as a heating source for the metal raw material 3. Constructed in combination.

また補助加熱装置18は高周波加熱装置によって蒸発用
るつぼ4を加熱する高周波加熱装置19と、抵抗線に通
電することによって発生する抵抗発熱を利用して蒸発用
るつぼ4を加熱する抵抗加熱装置20とから成る。
The auxiliary heating device 18 includes a high-frequency heating device 19 that heats the evaporation crucible 4 using a high-frequency heating device, and a resistance heating device 20 that heats the evaporation crucible 4 using resistance heat generated by energizing a resistance wire. Consists of.

また金属原料3を収容した蒸発用るつぼ4の上部空間を
囲うように蒸気封入容器11が設けられ、M気封入容M
11はN5A用るつぼ4とともに真空容器2内に収容さ
れる。また第2図に示すように、電子ビーム7を供給す
る電子銃6が蒸発用るつぼ4の長手方向に沿って配設さ
れる。
Further, a vapor enclosure container 11 is provided so as to surround the upper space of the evaporation crucible 4 containing the metal raw material 3.
11 is housed in the vacuum container 2 together with the N5A crucible 4. Further, as shown in FIG. 2, an electron gun 6 that supplies an electron beam 7 is arranged along the longitudinal direction of the evaporation crucible 4.

一方、第2図および第3図に示すように電子銃6から発
射された電子ビーム7を偏向し、蒸発用るつぼ4内の所
定位置に照射させる電子ビーム偏向装置21が装着され
る。この電子ビーム偏向装置21は、例えば真空容器2
の外壁に環状に固着した一対の電磁コイル22で構成さ
れる。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, an electron beam deflection device 21 is installed which deflects the electron beam 7 emitted from the electron gun 6 and irradiates it onto a predetermined position within the evaporation crucible 4. This electron beam deflection device 21 includes, for example, a vacuum container 2
It consists of a pair of electromagnetic coils 22 fixed annularly to the outer wall of.

電子銃6から発射された電子ビーム7は、第3図に示す
ように同軸上に配設された一対の電磁コイル22の間に
形成された磁界αによって蒸発用るつぼ4の溶融液面9
方向に偏向される。溶融液面9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を加熱する。
The electron beam 7 emitted from the electron gun 6 is applied to the molten liquid surface 9 of the evaporation crucible 4 by a magnetic field α formed between a pair of electromagnetic coils 22 coaxially arranged as shown in FIG.
deflected in the direction The electron beam 7 irradiated onto the molten liquid surface 9 heats the metal raw material 3 with its energy.

一方、金属原料3の加熱源としては上記電子銃6の他に
高周波加熱装置19および抵抗加熱装置20が並行して
運転される。すなわち電子銃6の出力強度は、従来装置
と比較して相対的に抑制されており、その不足する熱量
相当分が高周波加熱装置19および抵抗加熱装ff20
にて補充されるように運転される。
On the other hand, as heating sources for the metal raw material 3, in addition to the electron gun 6, a high frequency heating device 19 and a resistance heating device 20 are operated in parallel. That is, the output intensity of the electron gun 6 is relatively suppressed compared to the conventional device, and the amount of heat equivalent to the shortage is absorbed by the high frequency heating device 19 and the resistance heating device ff20.
It will be operated so that it can be replenished at

こうして電子銃6からの電子ビーム7の出力を低減する
ことができるため、蒸気流10中の不純物量jI原子と
電子ビーム7との衝突によって生じるバックグランドイ
オン17の発生量を低減することができる。その結果、
回収を目的とする同位体の純度および濃縮度が改善され
、同位体の分離回収効率を大幅に向上させることができ
る。
Since the output of the electron beam 7 from the electron gun 6 can be reduced in this way, the amount of background ions 17 generated due to the collision between the impurity amount jI atoms in the vapor flow 10 and the electron beam 7 can be reduced. . the result,
The purity and concentration of isotopes to be recovered are improved, and the efficiency of isotope separation and recovery can be significantly improved.

(発明の効果〕 以上説明の通り本発明に係る同位体分離装置によれば、
金属原料を加熱する補助加熱装置を蒸発用るつぼに併設
し、金属原料の加熱源としての電子銃と補助加熱装置と
を併用することによって、金属原料を加熱蒸発させるた
めに必要な総発熱量に対する電子銃への依存割合を従来
装置と比較して相対的に低減することができる。
(Effect of the invention) As explained above, according to the isotope separation device according to the present invention,
By installing an auxiliary heating device to heat the metal raw material in the evaporation crucible, and using the auxiliary heating device together with an electron gun as a heating source for the metal raw material, it is possible to reduce the total calorific value required to heat and evaporate the metal raw material. The dependence on the electron gun can be relatively reduced compared to conventional devices.

すなわち電子銃の出力割合を抑ailJ したことによ
る総発熱量の不足分を補助加熱装置からの熱エネルギに
より補充することによって、金属原料を加熱蒸発させる
ために必要な総発熱量を確保している。
In other words, by replenishing the shortfall in total calorific value due to suppressing the output ratio of the electron gun with thermal energy from the auxiliary heating device, the total calorific value necessary to heat and evaporate the metal raw material is secured. .

このように電子銃からの電子ビームの出力を低減するこ
とができるため、蒸気流中の不純物金属原子と電子ビー
ムとの衝突によって生じるバックグランドイオンの発生
圏を低減することができる。
Since the output of the electron beam from the electron gun can be reduced in this way, it is possible to reduce the generation of background ions caused by collisions between impurity metal atoms in the vapor flow and the electron beam.

したがって回収を目的とする同位体の純度および濃縮度
が高まり、同位体の分離回収効率を大幅に向上さじるこ
とができる。
Therefore, the purity and concentration of the isotope to be recovered is increased, and the efficiency of isotope separation and recovery can be greatly improved.

7・・・バックグランドイオン、18・・・補助側J!
装は、19・・・高周波加熱装置、20・・・抵抗加熱
装置、21・・・電子ビーム偏向装置、22・・・電磁
コイル。
7...Background ion, 18...Auxiliary side J!
The equipment includes 19... high frequency heating device, 20... resistance heating device, 21... electron beam deflection device, 22... electromagnetic coil.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 複数種類の同位体を含む金属原料を収容する蒸発用るつ
ぼと、収容された金属原料に電子ビームを照射して金属
原料を加熱蒸発せしめて蒸気流を形成する電子銃とを備
え、蒸気流に含まれる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場勾配によつて分離回収す
る同位体分離装置において、上記金属原料を加熱する補
助加熱装置を蒸発用るつぼに併設し、金属原料の加熱源
としての上記電子銃と補助加熱装置とを併用したことを
特徴とする同位体分離装置。
It is equipped with an evaporation crucible that stores metal raw materials containing multiple types of isotopes, and an electron gun that irradiates the stored metal raw materials with an electron beam to heat and evaporate the metal raw materials to form a vapor flow. In an isotope separation device that selectively ionizes a specific isotope contained in the metal and separates and recovers the ionized isotope using an electric field gradient, an auxiliary heating device for heating the metal raw material is attached to the evaporation crucible. An isotope separation apparatus characterized in that the electron gun described above as a heating source for a raw material and an auxiliary heating device are used together.
JP20389589A 1989-08-08 1989-08-08 Isotope separator Pending JPH0368423A (en)

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