JPH0471623A - 同位体分離装置 - Google Patents

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係り、特に金属原料の回収操
作を簡素化するとともに、長時間連続運転を可能とし、
装置の運転経済性を高めた同位体分離装置に関する。

（従来の技術） レーザビームを使用した原子レーザ法の金属原子の同位
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カスケード方式によって多段に繰
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。

従来のウラン濃縮装置のような、原子レーザ法による金
属原子の同位体分離装置は、一般に第５図に概念的に示
すように構成され、分離セル１内に熱化学的耐性を有す
る蒸発用るつぼ２が設置される。蒸発用るつぼ２の上方
に開口した収納凹部内に同位体分離される金属原料３が
収容される。

分離セル１内を真空状態にした後に蒸発用るっぽ２内に
は電子ビーム発生装置としての電子銃４から発射された
電子ビームＢが外部磁場コイル５の偏向磁界により偏向
された後に照射され、この電子ビームＢの照射により金
属原料３は、例えば３０００にの高温に加熱され、溶融
・蒸発せしめられ、金属蒸気流Ａを発生させる。

この金属蒸気流人は分離セル１内を上昇し、上昇する金
属蒸気流Ａに選択励起レーザ光６が照射される。このレ
ーザ光照射により金属蒸気流Ａは回収を特徴とする特定
の同位体金属原子（金属蒸気）Ｃ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Ｃは、
陽電極７ａと陰電極７ｂとが交互に配設された電極７間
を通過する際に、イオン化同位体Ｃのみが電圧印加回収
板である陰電極７ｂの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７間の電界の影響を受けずに、電極
間を素通りし、電極７の二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。

そして回収板に同位体等がある程度堆積した時点で装置
を停止し、分離セル１内の真空状態を解除した後に回収
板を分離セル１内より取り出し、製品となる同位体を収
集する一方、その他の金属成分を加熱炉にて加熱溶融し
て回収したり、回収板から掻き落して回分的に処理回収
していた。回収された金属原料の一部は蒸発用るっぽ２
に還流して再利用し、高価な原料の利用効率を高めてい
る。そして装置を再起動する場合には分離セル１内を、
再度減圧して所定の真空度に調整する煩雑な操作が必要
とされた。

上記のような煩雑な操作を解消し、かつ長時間に渡って
装置を連続的に運転でき、大量の金属原料を処理できる
ようにするため、第６図に示すように、回収板に蒸着し
た同位体等を加熱溶融せしめ、液体の状態で連続的に回
収する液化還流方式も試行されている。この方式は、ウ
ラン濃縮のような原子レーザ法同位体分離システムのパ
イロットプラントや商用プラント規模のものについて適
用されている。

この同位体分離装置の製品回収板となる各陰電極７ｂの
下端長手方向には受溝９が配設されるとともに、図示し
ないヒータが内蔵されている。各陰電極７ｂ表面に蒸着
した同位体は、ヒータによってその融点以上まで加熱さ
れて溶融し、溶融した同位体は受溝９および樋１０を矢
印で示すように流下して、最終的に製品回収容器１１内
に回収される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第６図に示すような液化還流方式を採用
した場合には、製品回収板としての陰電極から製品回収
容器に至る全経路において、溶融金属を凝固させずに流
下させることができる高温度に保持する必要がある。例
えばウラン同位体の液化回収を行なうためには、少なく
ともウランの融点である約１１８０℃以上の高温度に加
熱し保持する必要がある。この加熱のためにヒータに供
給する電力は極めて大きく、金属原料の加熱蒸発用に使
用される電子銃への供給電力や選択励起レーザ光発振用
電力にも相当し、同位体分離装置のエネルギ効率を大き
く低下させる原因の１つになっている。

また分離セル内における液化還流方式を実用化させるた
めには、還流経路の高温度保持や、ウラン同位体など腐
食性を有する原料に対する還流経路構成材の耐性やヒー
タの保守管理の簡素化など解決すべき課題が山積されて
いる現状である。

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、分離セル内において同位体等の液化還流を行なわ
ずに、また分離セル内の真空度を保持した状態□で、長
時間に渡って連続的に金属原料の処理運転を可能とし、
回収操作および運転経済性を大幅に改善した同位体分離
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は複数の同位体を含有
する金属原料を分離セル内において加熱蒸発せしめて蒸
気流を生成し、蒸気流に含まれる回収を目的とする同位
体と、その他の成分とをそれぞれ回収板に蒸着せしめて
分離する同位体分離装置において、上記蒸気流の通路に
複数の回収板を連続的に補給する回収板補給装置と、補
給された回収板を蒸気流通路に沿って順次移動する回収
板移動装置と、同位体等が蒸着した回収板を連続的に収
集する回収板収集装置とを分離セル内に設けたことを特
徴とする。

（作用） 上記構成に係る同位体分離装置によれば、回収板補給装
置によって、蒸気流通路に複数の回収板が連続的に補給
され、補給された回収板は回収板移動装置によって蒸気
流通路に沿って移動される。この移動時において回収板
表面には、電気的に分離された同位体やその他の金属原
料成分が蒸着する。同位体等が蒸着した回収板は回収板
収集装置によって連続的に収集される。収集された複数
の回収板は一括して専用の加熱炉等において加熱され、
同位体等は溶融状態で効率的に回収される。

本発明装置によれば分離セル内の真空状態を保持した状
態で、複数の回収板が連続的に補給収集されるため、大
量の金属原料を長期間に渡って処理することが可能とな
り、従来の回分操作によって回収板を取り出す方式と比
較して回収操作が著しく簡素化され、装置の運転効率を
大幅に高めることができる。すなわち、１つの回収板に
対する同位体の蒸着量が限界に達した場合でも、他の回
収板が新たに補給されるため、回収板の蒸着容量に規制
されることなく装置を長期間に渡って連続的に運転する
ことが可能であり、装置の運転経済性を大幅に高めるこ
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図は本発明の一実施例を示す側断面図である
。なお、第５図および第６図に示す従来例と同一要素に
ついては同一符号を付してその重複した説明を省略する
。

すなわち本実施例に係る同位体分離装置は、複数の同位
体を含有する金属原料３を分離セル１内において加熱蒸
発せしめて蒸気流Ａを生成し、蒸気流人に含まれる回収
を目的とする同位体と、その他の成分とをそれぞれ回収
板ユニット１２に蒸着せしめて分離する同位体分離装置
において、上記蒸気流Ａの通路に複数の回収板ユニット
１２゜１２を連続的に補給する回収板補給装置１３と、
補給された回収板ユニット１２を蒸気流通路に沿って順
次移動する回収板移動装置１４としてのベルトコンベア
１６と、同位体等が蒸着した回収板ユニット１２を連続
的に収集する回収板収集装置１５とを分離セル１内に設
けて構成される。

分離セル１内の軸方向底部には、金属原料３を収容した
蒸発用るっぽ２が３連に配置され、その上部両側には、
回収板ユニット１２を蒸気流Ａの通路に沿って一定速度
で移動させる回収板移動装置１４としてのベルトコンベ
ア１６が配設されており、そのベルトコンベア１６の両
端部にはそれぞれ回収板補給装置１３および回収板収集
装置１５が配設されている。

回収板補給装置１３は、複数の未使用の回収板ユニット
１２・・・を載置した状態で上下動する回収板装着用架
台１７と、架台１７の最上部にストックされた回収板ユ
ニット１２をベルトコンベア１６の一端方向に押し出す
ように進退動作する回収板押出機１８とから成る。

また回収板収集装置１５は、ベルトコンベア１６の他端
より排出され、表面に同位体等が蒸着した回収板ユニッ
ト１２を順次受は取り、所定位置に積み重ねる回収板収
集用架台１９と、図示は省略するが、回収板ユニット１
２に蒸着した製品同位体の濃縮度を測定するための濃縮
度モニタと、複数の使用済回収板ユニットを加熱し、ユ
ニットに蒸着した製品同位体およびその他の成分を溶融
せしめて回収する加熱炉等を装備して構成される。

また各回収板ユニット１２は第２図に示すように、台形
断面状に曲成された回収板本体２０と、回収板本体２０
の下面に所定間隔をおき、固定支柱２１を介して突設さ
れた複数の製品回収板２２とから成り、回収板本体２０
の両側縁部がベルトコンベア１６上に載置され、蒸気流
人の通路に沿って移動自在に構成される。

隣接する製品回収板２２の中間部には、陽電極板２３が
配設され、この陽電極板２３と、陰電極として機能する
製品回収板２２とで回収電極が形成される。陽電極板２
３の両端は、図示しないサポートによって分離セル１内
に固定されており、回収板ユニット１２とは機構的に分
離されている。

また本実施例においては、蒸発用るつぼ２から発生した
蒸気流Ａを回収電極方向に案内する機能と、再利用する
原料を回収する機能とを有する原料回収板２４を配設し
ている。この原料回収板２４も、上記回収板ユニット１
２と同様にユニット状に分割形成されており、複数の原
料回収板２４が蒸気通路の両側に沿って、順次補給され
・ベルトコンベア１６ａに載置された状態で移動され、
最終的に収集されるように構成される。

また分離セル１全体は、第３図および第４図に示すよう
に、蒸発用るつぼ２およびベルトコンベア１６等を収容
する中央チャンバ２５と、回収板補給装置１３を収容す
るノ１ンドリングチャンバ２６と、回収板収集装置１５
を収容するノ１ンドリングチャンバ２７とに区画形成さ
れる。各チャンバ２５〜２６には内部を減圧するための
真空ポンプ２８ａ、２８ｂ、２８ｃと、オペレータカ内
部ヲ透視するためのサイドグラス２９と、各チャンバ２
５〜２７間に介装させた図示しない封じ切り板を開閉す
る封じ切り弁３０ａ、３０ｂが設けられている。また蒸
気流Ａに照射される選択励起レーザ光６がハンドリング
チャンバ２６を経て中央チャンバ２５内に入射するよう
に構成される。

分離セル１内へ回収板ユニット１２を収容する場合は、
予め封じ切り板を閉にして、ノ１ンドリングチャンバ２
６を大気開放状態にして実施する。

この場合においても中央チャンバ２５内は封じ切り板に
よって密閉されているため、真空状態に保持される。次
のこのノ＼ンドリングチャンバ２６内を真空ポンプ２８
ｂによって真空排気を行ない、ハンドリングチャンバ２
６内の真空度が中央チャンバ２５内と等しくなった時点
で封じ切り弁３０ａを開け、両チャンバ２５．２６間に
配設した封じ切り板を開放する。

ハンドリングチャンバ２６内に収容された複数の回収板
ユニット１２は回収板装着用架台１３上部に多段に重ね
られて収納される。収納された回収板ユニット１２は上
段部のものから順次、回収板押出機１８によってベルト
コンベア１６上に押し出される。押し出された回収板ユ
ニット１２はベルトコンベア１６上に載置され一定の移
動速度で光反応部中を回収板収集装置１５方向に水平に
移動する。

一方蒸発用るつぼ２の金属原料３には電子銃から加熱用
の電子ビームが照射され、金属原料３は溶融して蒸発し
、蒸気流Ａとなる。蒸気流Ａは原料回収板２４に案内さ
れて回収板ユニット１２方向に流れる。蒸気流Ａは、製
品回収板２２と陽電極板２３との間の光反応部に照射さ
れた選択励起レーザ光６によって、選択的に励起され陽
イオン化同位体となる。イオン化同位体は電極間に形成
された電界によって、陰電極として機能する製品回収板
２２方向に偏向力を受けて、その表面に蒸着する。一方
イオン化されなかった中性金属原子等は回収電極部を通
過して回収板本体２０の下面に蒸着する。

回収を目的とする製品同位体およびその他の成分がある
程度蒸着した回収板ユニット１２はベルトコンベア１６
によって順次、回収板収集装置１５方向に送られ、先端
部のものから、回収板収集用架台１９上に送り出され、
積層した状態で収容される。

ところで蒸発用るつぼ２から蒸発して生成した蒸気流Ａ
の多くが、原料回収板２４に付着することが確認されて
おり、この付着量は全蒸発量の６０％に達する場合もあ
る。しかし、第２図に示すように、複数の原料回収板２
４を順次補給し、さらにベルトコンベア１６ａによって
移動せしめて、回収板ユニット１２と同様に回収する方
式を採用することによって、原料回収板２４に付着する
金属原料も容易に回収でき、金属原料の再利用が容易と
なる。

しかし原料回収板２４に付着する金属原料は多量に堆積
しても同位体の分離効率に大きな影響を及ぼすことが少
ないことから、原料回収板２４は移動式とせずに長時間
運転を実施した後の保守点検に合せて分離セル１内から
適宜−括して回収処理する方式でもよい。

そして回収板収集装置１５内に収集された多数の回収板
ユニット１２は、ハンドリングチャンバ２７から取り出
される。取り出し操作は、まず封じ切り弁３０ｂを閉止
しておき、ハンドリングチャンバ２７内を真空ポンプ２
８ｃで真空排気を行なう。そしてハンドリングチャンバ
２７内の真空度が中央チャンバ２５内と同等となった時
点で封じ切り弁３０ｂを開き、中央チャンバ２５とハン
ドリングチャンバ２７との間に設けた封じ切り板を開放
し、収集された回収板ユニット１２・・・をハンドリン
グチャンバ２７内に移動させた後に、再び封じ切り弁３
０ｂを閉止することによって、中央チャンバ２５とハン
ドリングチャンバ２７との間を封じ切る。その後、ハン
ドリングチャンバ２７を真空開放し、収集された回収板
ユニット１２を取り出す。

大気中に取り出された回収板ユニット１２は、製品回収
板２２と回収板本体２０とに分解された後に、濃縮度モ
ニタを使用して各表面に蒸着した製品同位体の濃縮度を
測定し、その測定結果により製品と廃品と再利用品とに
分類される。分類毎の部品は一括して専用の加熱炉内に
挿入され、製品と廃品と再利用品とが個別に溶融回収さ
れる。

再利用品は再び金属原料３として蒸発用るっぽ２内に供
給される。

以上述べたように本実施例に係る同位体分離装置を使用
することにより、分離セル１内で金属原料３の液化還流
を行なわずに、蒸気流通路に連続的に補給される複数の
回収板ユニット１２に、製品同位体および再利用同位体
を蒸着せしめ、それらの回収板ユニット１２を一括して
分離セル１外に取り出し、濃縮度モニタで製品同位体と
廃品、再利用品の区分を明確にした後に、専用の加熱炉
で溶融回収を行なう方式となるため、従来の分離セル１
内における液化還流方式と比較して熱の利用効率が高く
、溶融回収を確実に実施できる利点がある。

特に単一の回収板を固定的に配備して、回収操作を回分
式に行なっていた従来装置とは異なり、本実施例装置で
は複数の回収板ユニット１２を連続して補給し移動し収
集するシステムとなるため、分離セル１内の真空度を保
持した状態で長時間に渡り装置を連続して運転すること
が可能となり、大量の金属原料を効率的に分離すること
ができる。

〔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
、分離セル内の真空状態を保持した状態で、複数の回収
板が連続的に補給収集されるため、大量の金属原料を長
期間に渡って連続的に処理することが可能となり、従来
の回分操作によって回収板を取り出す方式と比較して回
収操作が著しく簡素化され、装置の運転効率を大幅に高
めることができる。すなわち、１つの回収板に対する同
位体の蒸着量が限界に達した場合でも、他の回収板が新
たに補給されるため、回収板の蒸着容量に規制されるこ
となく装置を長期間に渡って連続的に運転することが可
能であり、装置の運転経済性を大幅に高めることができ
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
断面図、第２図は第１図における■−■矢視断面図、第
３図は分離セルの外形を示す平面図、第４図は分離セル
の外形を示す側面図、第５図は従来の同位体分離装置の
構成を概念的に示す断面図、第６図は分離した同位体を
回収する機構を示す従来装置の斜視図である。 １・・・分離セル、２・・・蒸発用るつぼ、３・・・金
属原料、１２・・・回収板ユニット、１３・・・回収板
補給装置、１４・・・回収板移動装置、１５・・・回収
板収集装置、１６．１６ａ・・・ベルトコンベア、２２
・・・製品回収板、Ａ・・・金属蒸気流。 第３図 第４ｒｓ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の同位体を含有する金属原料を分離セル内において
   加熱蒸発せしめて蒸気流を生成し、蒸気流に含まれる回
   収を目的とする同位体と、その他の成分とをそれぞれ回
   収板に蒸着せしめて分離する同位体分離装置において、
   上記蒸気流の通路に複数の回収板を連続的に補給する回
   収板補給装置と、補給された回収板を蒸気流通路に沿っ
   て順次移動する回収板移動装置と、同位体等が蒸着した
   回収板を連続的に収集する回収板収集装置とを分離セル
   内に設けたことを特徴とする同位体分離装置。