JPH0372917A

JPH0372917A - 金属蒸気発生装置

Info

Publication number: JPH0372917A
Application number: JP20797789A
Authority: JP
Inventors: Yorio Tsunoda; 角田　順男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-14
Filing date: 1989-08-14
Publication date: 1991-03-28

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適用される金属蒸気発生装置
に係り、特に金属原料を効率よく蒸発させる金属蒸気発
生装置に関する。

（従来の技術）レーザビームを使用した金属原子の同位体分離装置は、
従来のガス拡散法や遠心分離法による同位体分離装置と
比較して同位体の分離効率が非常に高く、優れている。

このため、原子レーザ法を採用した同位体分離装置は、
特定の同位体を所定濃度レベルに達するまで同一の分離
工程を多段にカスケード方式によって繰り返す必要がな
く、分離装置全体が小型でコンパクト化され、経済性に
優れている。

従来のレーザ法による金属原子の同位体分離装置は、第
５図に概念的に示すように構成され、真空容器１内に蒸
気封入容器２を収容しており、この蒸気封入容器２の下
方に熱化学的耐性を有する蒸発用るつぼ３が設置される
。蒸発用るつぼ３は上方に開口した収納凹部内に同位体
分離される金属原料４が収容される。

蒸発用るつぼ３内には電子銃５から発射された電子ビー
ムａが偏向磁場６により偏向されて照射され、この電子
ビームａの照射により金属原料４は、例えば３０００に
の高温に加熱され、溶融されて蒸発せしめられ、金属蒸
気流すを発生させる。

この金属蒸気流すは蒸気封入容器２内を上昇し、この上
昇する金属蒸気流すに選択励起レーザ光Ｃが照射される
。このレーザ光照射により金属蒸気流すは回収を特徴と
する特定の同位体金属原子（金属蒸気）ｄが選択的に励
起され、イオン化（電離）される。イオン化された同位
体ｄは、陽電極７ａと陰電極７ｂとが交互に配設された
電極間を通過する際に、イオン化同位体ｄのみが電圧印
加の回収板である陰電極表面に引き寄せられて吸着され
、回収される。

一方、イオン化されない同位体金属原子（金属蒸気）は
中性原子として電極間の電界の影響を受けずに、電極間
を素通りし、電極の２次側に配置された中性原子捕集用
回収板８に吸引され、回収される。

（発明が解決しようとする課題）従来の同位体分離装置に備えられる金属蒸気発生装置に
おいては、電子銃５から出射された電子ビームａが金属
原料４に照射され、この金属原料４を例えば３０００Ｋ
に高温加熱し、溶融させる。このとき、金属原料４は加
熱・溶融を受けて蒸発用るつぼ３表面より蒸気流すを発
生させつつ、るつぼ内部では溶融された液状金属の対流
が、第６図に符号ｅで示すように生じる。

蒸発用るつぼ３内に生じる液状金属４の対流は、基本的
にはるつぼ横断面の中心線を境に左右それぞれループ状
をなしており、第６図の右サイドに着目すると、金属原
料４の溶融金屑の対流ｅは、中心部で加熱されて上昇し
、表面では蒸発用るつぼ３の側壁の方向に流れ、るつぼ
側壁にて冷却されて下降し、蒸発用るつぼ３の底面部を
通って再び中心部に案内される。

蒸発用るつぼ３から蒸発される金属蒸気流すを大きくす
るためには、金属原料４を高温加熱させる必要がある。

一方、蒸発用るつぼ３はるつぼ材を冷却する必要がある
ため、金属原料４を高温加熱しても、るつぼ側壁面特に
るつぼ横断面の側壁面で冷却せざるを得ず、この冷却が
エネルギ効率、ひいては金属原料の蒸発効率を悪化させ
るおそれがあった。

金属原料の蒸発効率は、蒸発用るつぼ内に対流が発生す
る場合と、無い場合とでは例えば１０倍程度の大きな開
きがあり、対流発生が金属原料の蒸発効率を悪化させる
原因となっていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、蒸
発用るつぼ内で対流が発生するのを有効的に抑制し、金
属原料の蒸発効率を向上させた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〕

（課題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、上述した従来技術が
有する課題を解決するために、蒸発用るつぼの収納凹部
内に同位体分離用金属原料を収容した金属蒸気発生装置
において、前記蒸発用るつぼの収納凹部に対流防止板を
複数枚所要間隔をおいて並設し、上記対流防止板は金属
原料を加熱する発熱体として形成され、この発熱体で金
属原料を加熱・溶融し、蒸発させたものである。

また、上述した課題を解決するために、本発明に係る金
属蒸気発生装置は、対流防止板が蒸発用るつぼの収納凹
部を多層構造に仕切るとともに、上記対流防止板の頂部
に切欠きが形成され、この切欠き形成位置が隣接する対
流防止板同士で整列しないように形成したものであり、
さらにまた、対流防止板は、多孔質タングステン材等の
多孔質材料で形成したものである。

（作用）この金属蒸気発生装置は、蒸発用るつぼの収納凹部に対
流防止板を複数枚並設して内部を多層構造に仕切る一方
、上記対流防止板は金属原料を加熱する発熱体として構
成したので、蒸発用るつぼの収納凹部に収納される金属
原料は発熱体で有効的に加熱・溶融され、対流防止板で
対流が防止されるので、蒸発用るつぼから効率よく蒸発
せしめられ、金属原料の蒸発効率を向上させることがで
きる。

（実施例）本発明に係る金属蒸気発生装置の一実施例について添付
図面を参照して説明する。

第１図は本発明の同位体分離装置１０に適用した例を示
す。この同位体分離装置１０は真空容器１１内に蒸気封
入容器１２を収容しており、この蒸気封入容器１２の下
方に蒸発用るつぼ１３が設置される。蒸発用るつぼ１３
は上方に開口する収納凹部１４を有し、この収納凹部１
４内に同位体金属である金属原料１５が収容される。

蒸発用るつぼ１３の収納凹部１４には、第２図および第
３図に示すように、複数枚の対流防止板１６が所要間隔
、例えば５ｒｎｍ程度の間隔をおいて長手方向を向くよ
うに並設され、この対流防止板１６で収納四部１４内を
多層構造に仕切っている。

対流防止板１６は通常タングステンや多孔質タングステ
ン等のように耐熱性に優れた矩形板からなり、蒸発用る
つぼ１３の収納凹部１４にビスやコイル等の固定保持手
段で保持される。各対流防止板１６の間隔は、図示しな
い間隔保持スペーサ等により保持される。

また、対流防止板１６は両端から引き出されたリード線
１７を介して図示しない電源に接続され、その通電によ
り発熱体として構成される。対流防止板１６の発熱によ
り、同位体金属である金属原料１５は加熱・溶融され、
蒸発せしめられる。

金属原料１５の加熱・溶融・蒸発により発生した金属蒸
気流Ａは、蒸気封入容器１２内に案内されて上昇する。

上昇する金属蒸気流に図示しないレーザ装置から選択励
起レーザ光２０が照射される。このレーザ光２０は分離
しようとする特定同位体の金属原子（金属蒸気）を選択
的に励起させるために、特定同位体の共鳴吸収線に相当
する周波数のレーザ光である。選択励起励起レーザ光２
０の照射を受けた特定同位体はイオン化され、正電荷を
有するイオン化同位体２１となる。このイオン化同位体
２１は陽電極２２と陰電極２３とを交互に配置した電極
間の電界空間を通過する際に、陰電極側に引き寄せられ
て吸着され、陰電極表面に回収される。

一方、イオン化されない同位体の金属原子（金属蒸気）
は、電界の影響を受けないために電極間を素通りし、電
極の二次側に配設した中性原子捕集用回収板２５に捕集
され、回収される。

ところで、蒸発用るつぼ（３の収納凹部１４に配設され
る対流防止板１６の頂部は適宜間隔をおいて、第４図（
Ａ）および（Ｂ）に示すように切欠き２６．２７が形成
される。この切欠き２６゜２７の形成位置は隣接する対
流防止板ｉ６．１６同士が相互に整列されないように形
成される。この切欠き２６．２７は液化した金属原料（
５の補給路として機能する。

次に、金属蒸気発生装置の作用を説明する。

蒸発用るつぼ１３の収納凹部１４に並設された対流防止
板１６に通電し、対流防止板１６をジュール熱により発
熱させる。この対流防止板１６のジュール熱により金属
原料１５が加熱され、溶融される。このようにして、金
属原料１５は収納凹部１４内で加熱・溶融され、蒸発せ
しめられる。

その際、対流防止板１６に多孔質のタングステン材を使
用し、金属原料としてウランを用いた場合を考慮する。

タングステンの融点は３６８３Ｋ。

ウランの融点は１４０５にであるので、対流防止板１６
の通電により金属原料１５を例えば３０００Ｋまで加熱
すると、対流防止板１６は固体形状に維持され、金属原
料１５は溶融して液体状態に保たれ、金属原料１５の液
表面から３０００Ｋに対応する温度の金属蒸気が蒸発せ
しめられる。

その際、対流防止板１６は蒸発用るつぼ１３の収納凹部
ｔ４内に短手方向の横断面を遮るように小間隔を有して
密に配置されるので、収納凹部１４内で溶融された金属
原料１５の液面は、対流防止板１６の表面摩擦等により
対流が防止され、対流による熱損失が少なくなり、エネ
ルギ効率が大幅に改善される。第２図は、対流防止板１
６の全てに通電する例を示したが、中央部の複数枚の対
流防止板（６だけに通電させるようにしてもよい。

また、対流防止板１６を多孔質タングステン材で形成し
た場合、蒸発用るっぽ１３の収納凹部１４に複数枚の対
流防止板１６を配置しても、この対流防止板１６の多孔
質内に金属原料１５の溶融金属を拡散させて浸透させる
ことができ、蒸発用るつぼ１３の実質的な蒸発面積を大
きくとることができる。したがって、金属原料１５の蒸
発効率を高めることができる。また、拡散により対流防
止板１６の多孔質に浸透した溶融金属は、蒸発用るつぼ
１３の側壁に接触することがなく、この側壁にて冷却さ
れないので、蒸発効率が向上する。

さらに、対流防止板１６の頂部に補給路を形成する切欠
き２６．２７を形成したので、金属原料１５の補給に場
所的な制約を受けない。

しかして、蒸発用るつぼ１３内に収納凹部１４の長平方
向に対流防止板１６を配置することで、短手方向の横断
面を遮断することができ、金属原料１５の溶融金属の対
流を積極的に防止し、金属原料上５の蒸発効率を著しく
向上させることができる。

また、蒸発用るつぼ１３に収容された金属原料１５は、
通電による電気ジュール熱によって加熱させることがで
きるので、電子銃や電子銃からの電子ビームを偏向させ
る偏向磁場が不要となり、コスト面で有利となる。

なお、本発明の一実施例では、蒸発用るつぼ内に配設さ
れる対流防止板にて金属原料で加熱・溶融・蒸発させる
例を示したが、金属原料の加熱・溶融・蒸発は従来の電
子銃から発射される電子ビームによって行なってもよく
、また、この電子ビームによる加熱を、対流防止板によ
る電気的ジュール加熱と併用させてもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたよう、本発明に係る金属蒸気発生装置にお
いては、蒸発用るつぼの収納凹部内に対流防止板を複数
枚並設し、この対流防止板で発熱体を構成し、金属原料
をジュール熱により加熱・溶融し、蒸発させたから、蒸
発用るつぼ内で溶融金属による対流の発生を防止でき、
金属原料の蒸発効率を大幅に向上させることができる。

また、蒸発用るつぼの収納四部を多層構造に仕切る対流
防止板の頂部に切欠きを形成した場合には、この切欠き
を介して所望位置から金属原料の補給が可能となる一方
、対流防止板を多孔質材で形成した場合には金属原料の
溶融金属が多孔質内に浸透して拡散され、蒸発用るつぼ
の蒸発面積を大きくとることができるので、蒸発効率を
向上させることができる。

図、第６図は従来の金属蒸気発生装置の蒸発用るつぼ内
に生じる溶融金属の対流現象を説明する図である。

１０・・・同位体分離装置、１１・・・真空容器、１２
・・・蒸気封入容器、１３・・・蒸発用るつぼ、１４・
・・収納凹部、１５・・・金属原料、１６・・・対流防
止板、１７・・・リード線、２６．２７・・・切欠き。

Claims

【特許請求の範囲】１、蒸発用るつぼの収納凹部内に同位体分離用金属原料
を収容した金属蒸気発生装置において、前記蒸発用るつ
ぼの収納凹部に対流防止板を複数枚所要間隔をおいて並
設し、上記対流防止板は金属原料を加熱する発熱体とし
て形成され、この発熱体で金属原料を加熱・溶融し、蒸
発させたことを特徴とする金属蒸気発生装置。２、対流防止板は蒸発用るつぼの収納凹部を多層構造に
仕切るとともに、上記対流防止板の頂部に切欠きが形成
され、この切欠き形成位置が隣接する対流防止板同士で
整列しないように形成された請求項１記載の金属蒸気発
生装置。３、対流防止板は、多孔質タングステン材等の多孔質材
料で形成した請求項１記載の金属蒸気発生装置。