JPH0580244B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はレーザ法による同位体分離装置に係
り、特に、廃品回収板や廃品回収トレイ等を改良
して、製品としての同位体の回収効率の向上を図
つた同位体分離装置に関する。

（従来の技術） 一般に、レーザ法による同位体分離装置は複数
種類の同位体を含む金属原料、例えばウラン金属
原料を加熱溶融して、蒸発させ、この金属蒸気流
にレーザ光を照射し、蒸気流中の特定の同位体、
例えばＵ−235を選択的に陽イオン化し、陽イオ
ン化した同位体に電界を与えて分離し、回収する
ように構成されている。

従来、この種の同位体分離装置は第４図に示す
ように構成され、真空引きされた真空容器１内底
部上には蒸発用るつぼ２が設置されている。

蒸発用るつぼ２は熱化学的耐性に優れており、
その内部には複数種類の同位体を含むウラン金属
原料等の金属原料３が収容されている。

この金属原料３には電子銃４から発射されて偏
向磁場により曲げられた電子ビーム５が照射さ
れ、加熱溶融して蒸発し、蒸気流６が生成する。

この蒸気流６は上方に向けて拡径する扇形状の
蒸気封入容器７内に封入されており、蒸気封入容
器７内上部の蒸気流６の流路には製品回収電極８
が配設されている。

製品回収電極８は正電位が印加される複数の陽
電極８ａと、負電位が印加される複数の陰電極８
ｂとを蒸気流６の垂直方向に対向させて所要のピ
ツチで交互に並設している。

各陽電極８ａと各陰電極８ｂとの間には電界が
それぞれ形成され、各電界空間には蒸気流６と垂
直方向（第２図では紙面に垂直方向）にレーザ光
９がそれぞれ照射され、蒸気流６中の特定の同位
体、例えばＵ−235のみが励起されて電離し、陽
イオン化された特定の同位体が陰電極８ｂにより
吸引され、その外表面に付着される。

陰電極８ｂの外面に付着した金属蒸気はその外
面に沿つて滴下し、各陰電極８ｂの下方で開口す
る樋状の各製品回収トレイ１０によりそれぞれ受
けられ、貯蔵される。

一方、レーザ光９の照射によりイオン化しなか
つた同位体、例えばＵ−238や中性金属原子等を
含む蒸気流１１は製品回収電極８の電界により影
響を受けずに直進して通過し、上方に向けて凸弧
状に湾曲する円弧板状の廃品回収板１２の下面に
衝突する。

一般的に蒸気流６を光反応等により選択的に励
起電離を行なう場合には、蒸気流６が分子流の領
域であるために金属蒸気間の衝突は無視してもよ
く、廃品回収板１２に衝突する蒸気流１１の金属
蒸気はこの廃品回収板１２の下面（内面）に付着
し、または反射する。

そして、廃品回収板１２の内面に付着した金属
蒸気は液体金属１３に液化し、円弧状湾曲内面に
案内されて湾曲端（第２図では左右端）へ流下
し、軒樋状の廃品回収トレイ１４により受けら
れ、廃品として回収される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の同位体分離装
置では、製品回収電極８が高温の蒸気流６の流路
内に配置されているので、常に高温に加熱されて
いる。このために、製品回収電極８の陰電極８ｂ
の外面に一旦付着した製品としての金属蒸気の一
部が再度蒸発してしまい、陰電極８ｂの製品回収
トレイ１０により回収される製品の回収効率が低
いという問題がある。

そこで本発明の目的は、簡単な構成により、製
品としての特定の同位体の回収効率の向上を図る
ことができる同位体分離装置を提供することにあ
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、冷却自在に構成された廃品回収板に
衝突して液化した廃品としての液体金属を廃品回
収板により冷却し、この冷却された廃品を陰電極
内部に導入して陰電極を冷却するものであり、次
のように構成される。

すなわち本発明は、複数種類の同位体を含む金
属原料を加熱蒸発せしめて蒸気流を生成し、この
蒸気流にレーザ光を照射して蒸気流中の特定の同
位体を選択的に陽イオン化すると共に、製品回収
電極の陽電極と陰電極とにより電界を与えて陽イ
オン化した同位体を製品として陰電極により回収
する一方、上記電界を通過した蒸気流を廃品回収
板に衝突させて液化した液体金属を廃品回収トレ
イにより受けて廃品として回収する同位体分離装
置において、上記廃品回収板を冷却自在に構成す
ると共に、上記製品回収電極のうち、少なくとも
上記陰電極に上記廃品回収トレイ一体に組み込
み、この貯蔵槽に上記廃品回収トレイを連通させ
たことを特徴とする。

（作用） 廃品回収板に衝突して液化した廃品としての液
体金属は、ここで冷却されてから廃品回収トレイ
により受けられ、さらに、この廃品回収トレイか
ら陰電極の貯蔵槽に導入される。

このために、陰電極は冷却された廃品の液体金
属を貯蔵槽に収容することにより冷却され、降温
するので、陰電極外面に付着された製品である金
属蒸気の再蒸発を未然に防止することができ、陰
電極により回収される製品の回収効率の向上を図
ることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図に基
づいて説明する。なお、第１図〜第３図中、第４
図と共通する部分には同一符号を付している。

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示して
おり、本実施例は廃品回収板２０を冷却自在に構
成すると共に、製品回収電極２１に液体金属１３
を貯蔵する貯蔵槽を一体に組み込んだことに特徴
がある。

すなわち、廃品回収板２０は蒸気封入容器７の
周方向に複数の廃品回収小板２２に分断され、し
かも、蒸気封入容器７の周方向ほぼ中間部に位置
する廃品回収小板２２ａの全体を上方に凸の偏平
の山形に形成して、廃品回収板２０の頂部とし、
その左右の廃品回収小板２２ｂを、その側方へ行
くに従つて順次下方へ段違いで下がるように階段
状に配設している。

また、頂部に位置する山形の廃品回収板２２ａ
以外の複数の廃品回収小板２２ｂはほぼ平板より
なり、第１図において頂部の廃品回収板２２ａよ
り左方にある各廃品回収小板２２ｂはその下面が
左へ向けて下り勾配で傾斜し、頂部の廃品回収板
２２ａの右方にある各廃品回収小板２２ｂはその
下面が右へ向けて下り勾配で傾斜するようにそれ
ぞれ固定され、各廃品回収小板２２ｂの各傾斜下
端部は下方へほぼ直角に屈曲されている。

各廃品回収小板２２はその隣接する廃品回収小
板２２の側端から滴下される液体金属１３を受け
る軒樋状の廃品回収トレイ２３をそれぞれ設けて
おり、さらに、廃品回収板２０の周方向左右両側
端部に位置する各廃品回収小板２２ｂの一側端下
方にも、液体金属１３を受ける軒樋状の廃品回収
トレイ２３が配設されている。

そして、各廃品回収小板２２の上面には黒丸で
示すヒータ２４と共に、白丸で示す冷却配管２５
が配設されており、同位体分離装置の起動時に廃
品回収板２０のウオーミングアツプのためにヒー
タ２４を通電して各廃品回収小板２２を所要温度
に加熱することができる一方、同位体分離装置の
同位体分離運転時には冷却配管２５に図示しない
冷却材源より冷却材を通液させることにより各廃
品回収小板２２を冷却することができる。

したがつて、各廃品回収小板２２に衝突付着し
て液化した液体金属１３を所要温度に冷却するこ
とができる。

一方、製品回収電極２１は第１図に示すように
正電位が印加される陽電極２１ａと、負電位が印
加される陰電極２１ｂとを蒸気封入容器７内に、
その周方向に所要のピツチで交互に配設してお
り、しかも、各陽電極２１ａおよび陰電極２１ｂ
は液体金属１３を貯蔵する貯蔵槽２６を一体に組
み込んで構成され、各電極２１，２１ｂの下方に
は従来例のものと同様に、製品回収トレイ１０が
それぞれ配設され、各電極２１ａ，２１ｂの外面
に付着して下方に滴下する製品（例えばＵ−235
等）を各製品回収トレイ１０により受けて回収す
るようになつている。

また、第２図に示すように、製品回収電極２１
の各貯蔵槽２６は例えば前端部（第２図では右端
部）の上部を各連絡管２７を介して最寄りの各廃
品回収トレイ２３にそれぞれ接続されており、各
廃品回収トレイ２３により受けられた液体金属１
３が各貯蔵槽２６へ導入されるようになつてい
る。

各貯蔵槽２６へ導入される液体金属１３は廃品
回収板２０の冷却配管２５により冷却されるの
で、液体金属１３を貯蔵槽２６へ導入することに
より製品回収電極２１を冷却することができ、そ
の外面に付着した金属蒸気の再蒸発を防止するこ
とができる。

特に、製品回収電極２１のうち、陰電極２１ｂ
の外面にはＵ−235等の製品の金属蒸気が付着し
ているので、陰電極２１ｂでは製品の再蒸発を防
止することにより、製品回収効率の向上を図るこ
とができる。

また、製品回収電極２１の各貯蔵槽２６の例え
ば後端部（第２図では左端部）の上端部には、各
貯蔵槽２６内の所要の液位を超えた液体金属１３
の溢液を受けるオーバーフローライン２８が付設
されており、各貯蔵槽２６内の液体金属１３の溢
液をオーバーフローライン２８により図示しない
廃品回収部へ排出することができる。

そして、第３図の正面図に示すように製品回収
電極２１の各貯蔵槽２６の一端、例えば前端部で
はその上端部と底部とにループ状の循環ライン２
９の出口、入口各端部がそれぞれ接続され、各貯
蔵槽２６内に収容された液体金属１３をこれら循
環ライン２９を通してそれぞれ自然循環させるよ
うになつている。

複数の循環ライン２９は蒸気封入容器７の扇形
周方向ほぼ中間部を境にして第３図中左右２方向
にそれぞれ延びており、各循環ライン２９の一部
は蒸気封入容器７の左右の側壁をそれぞれ貫通し
て外部に延出し、これら外部延出部には冷却コイ
ル３０ａ，３０ｂがそれぞれ巻装され、図示しな
い冷却材源より各冷却コイル３０ａ，３０ｂへ冷
却材を通液させることにより、各循環ライン２９
内を流れる液体金属１３をさらに所要温度に冷却
することができる。

また、各循環ライン２９の途中には排出管３１
が蒸気封入容器７の外部にて垂直方向にそれぞれ
接続され、各排出管３１は各循環ライン２５と同
様に蒸気封入容器７の左右にそれぞれ分けて配設
され、これら左右の各排出管３１ａ，３１ｂの途
中には左右一対の凝固槽３２ａ，３２ｂがそれぞ
れ介装されている。

各凝固槽３２ａ，３２ｂは各排出管３１ａ，３
１ｂの流路を適宜開閉するものであり、第３図に
示すように開閉弁を介装した各冷却材供給ライン
３３ａ，３３ｂを介して図示しない冷却材源に接
続され、その槽内に冷却材を導入させると共に、
槽内の冷却材をベントライン３４ａ，３４ｂを通
して上記冷却材源に還流させるようになつてお
り、各排出管３１ａ，３１ｂ内の液体金属１３を
適宜冷却して凝固させることにより、各排出管３
１ａ，３１内ｂの流路を閉塞することができる。

また、各凝固槽３２ａ，３２ｂには導通用ヒー
タ３５ａ，３５ｂが内蔵され、これら導通用ヒー
タ３５ａ，３５ｂを通電加熱することにより冷却
固化した各排出管３１ａ，３１ｂ内の液体金属１
３を加熱溶融し、各排出管３１ａ，３１ｂ内の流
路を開くことができる。

各排出管３１ａ，３１ｂの排出端部は図示しな
い廃品回収部に接続され、各循環ライン２９を流
れる廃品としての液体金属１３を廃品回収部に適
宜排出することができる。

次に、本実施例の作用について述べる。

第１図に示すように、熱化学的耐性に優れた蒸
発用るつぼ２内には複数種類の同位体を含むウラ
ン金属原料等の金属原料３が収容されており、こ
の金属原料３には電子ビーム５が電子銃４により
照射され、金属原料３は加熱溶融して蒸発し、蒸
気流６を生成する。

蒸気流６は蒸気封入容器７内を昇流して製品回
収電極２１の各陽電極２１ａと各陰電極２１ｂと
の間隙に形成された電界をそれぞれ通過する際
に、レーザ光９が照射され、蒸気流６中の特定の
同位体、例えばＵ−235のみが励起電離され、陽
イオン化される。

陽イオン化された特定の同位体は陰電極２１ｂ
により吸引され、製品として製品回収トレイ１０
により受けられ回収される。

一方、レーザ光９の照射によりイオン化しなか
つた同位体、例えばＵ−238や中性金属原子等を
含む蒸気流１１は、製品回収電極２１の電界を直
進して通過し、廃品回収板２０の各廃品回収小板
２２の下面に衝突して付着する。

廃品回収板２０は同位体分離装置の同位体分離
運転時に冷却材が通液される冷却配管２５により
ほぼ全面的に冷却されるので、廃品回収板２０の
下面に付着されて液化した液体金属１３が所要温
度に冷却される。

冷却された液体金属１３は各廃品回収小板２２
の下り傾斜面に沿つて流下し、各廃品回収トレイ
２３により受けられてから、第２図で示す各連絡
管２７を介して製品回収電極２１の各貯蔵槽２６
内へそれぞれ導入される。

このように、製品回収電極２１は廃品回収板２
０で冷却された廃品としての液体金属１３を導入
し、かつ収容することにより冷却されるので、製
品回収電極２１の外面に付着した蒸気流６の金属
蒸気の再蒸発を防止することができる。

特に、製品回収電極２１のうち、陰電極２１ｂ
の外面に付着した製品としての金属蒸気の再蒸発
を防止することができるので、陰電極２１ｂによ
る製品回収効率の向上を図ることができる。

製品回収電極２１の各貯蔵槽２６内にそれぞれ
収容されて製品回収電極２１を冷却する一方で加
熱された廃品の液体金属１３は第３図で示す各循
環ライン２９により自然循環し、その循環中に低
温の冷却材が通液される各冷却コイル３０ａ，３
０ｂにより再び冷却される。

したがつて、各冷却コイル３０ａ，３０ｂによ
り再び冷却された液体金属１３が製品回収電極２
１の各貯蔵槽２６に再び還流されて製品回収電極
２１の各陽電極２１ａおよび各陰電極２１ｂをさ
らに冷却する。

各循環ライン２９により自然循環している液体
金属１３の一部は各排出管３１ａ，３１ｂにより
図示しない廃品回収部へ排出されるが、各排出管
３１ａ，３１ｂの流路が固化した液体金属１３に
より閉塞している場合には排出されない。

すなわち、冷却材供給ライン３３ａ，３３ｂを
介して一対の凝固槽３２ａ，３２ｂ内へ低温冷却
材が供給され、その内部が所要温度に冷却される
と、この凝固槽３２ａ，３２ｂ内を貫通する各排
出管３１ａ，３１ｂの貫通部内の液体金属１３が
冷却固化し、各排出管３１ａ，３１ｂの流路が閉
塞されて、廃品の排出は停止される。

また、かかる凝固槽３２ａ，３２ｂへの低温冷
却材の供給を停止して、導通用ヒータ３５ａ，３
５ｂを通電加熱すると、凝固槽３２ａ，３２ｂ内
が所要温度に加熱され、その内部を貫通する各排
出管３１ａ，３１ｂの各貫通部内で冷却固化して
いる液体金属１３を加熱溶融する。

このため、各排出管３１ａ，３１ｂの流路が開
放し、廃品としての液体金属１３が廃品回収部へ
排出される。

したがつて、同位体分離装置の運転を停止する
際は、停止前に各導通用ヒータ３５ａ，３５ｂを
通電して、各貯蔵槽２６内の液体金属１３を各循
環ライン２９および各排出管３１ａ，３１ｂを介
して全て廃品回収部に排出し、各貯蔵槽２６内の
液体金属１３を残存させず、次の運転に備えてお
く。

凝固槽３２ａ，３２ｂにより各排出管３１ａ，
３１ｂ内の流路を閉じて液体金属１３を循環ライ
ン２９により循環させている場合等で、製品回収
電極２１の貯蔵槽２６内の液体金属１３の液位が
所要の液位を超えた場合には、その溢液が第２図
で示すオーバーフローライン２８により受けら
れ、所要の廃品回収部へ排出され、回収される。

したがつて本実施例によれば、廃品回収板２０
に衝突付着し、しかも、冷却された廃品としての
液体金属１３が貯蔵槽２６内に導入されることに
より、製品回収電極２１を冷却することができる
ので、特に、陰電極２１ｂの外面に付着した製品
としての金属蒸気６の再蒸発を防止することがで
き、製品の回収効率の向上を図ることができる。

また、製品回収電極２１の各貯蔵槽２６内に貯
蔵された液体金属１３は各循環ライン２９により
循環する間に重ねて冷却することができるので、
この液体金属１３を貯蔵する貯蔵槽２６を一体に
組み込む製品回収電極２１を充分に冷却すること
ができる。

なお、本発明の廃品回収板２０の形状に限定さ
れるのではなく、廃品回収板２０が冷却自在に構
成されていればよい。

したがつて、例えば廃品回収板を蒸気封入容器
７の周方向に三角波が繰り返すように１枚板によ
り波形に折曲形成してもよく、この場合には廃品
回収トレイは廃品回収板の各三角状下端部より滴
下される液体金属１３をそれぞれ受けるように配
設される。これによつても、冷却自在に構成され
た廃品回収板に衝突付着した液体金属１３を冷却
することができるので、上記実施とほぼ同様の作
用効果を奏することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、廃品回収板を冷
却自在に構成すると共に、この廃品回収板により
冷却された液体金属を、製品回収電極のうち、少
なくとも陰電極に一体に組み込まれた貯蔵槽に導
入するように構成したので、少なくとも陰電極を
液体金属により冷却することができる。

その結果、陰電極に付着した製品の再蒸発を防
止することができるので、陰電極より回収される
製品の回収効率の向上を図ることができる。

【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
例の全体構成を示す模式図、第２図は第３図のＡ
−Ａ線矢視断面図、第３図は第１図で示す実施例
の正面図、第４図は従来の同位体分離装置の全体
構成を示す模式図である。 １……真空容器、２……蒸発用るつぼ、３……
金属原料、４……電子銃、５……電子ビーム、
６，１０……蒸気流、８……製品回収電極、８ａ
……陽電極、８ｂ……陰電極、９……レーザ光、
２０……廃品回収板、２１……トレイ兼用製品回
収電極、２１ａ……陽電極、２１ｂ……陰電極、
２２，２２ａ，２２ｂ……廃品回収小板、２３…
…廃品回収トレイ、２５……冷却配管、２６……
貯蔵槽、２８……オーバーフローライン、２９…
…循環ライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数種類の同位体を含む金属原料を加熱蒸発
   せしめて蒸気流を生成し、この蒸気流にレーザ光
   を照射して蒸気流中の特定の同位体を選択的に陽
   イオン化すると共に、製品回収電極の陽電極と陰
   電極とにより電界を与えて陽イオン化した同位体
   を製品として陰電極により回収する一方、上記電
   界を通過した蒸気流を廃品回収板に衝突させて液
   化した液体金属を廃品回収トレイにより受けて廃
   品として回収する同位体分離装置において、上記
   廃品回収板を冷却自在に構成し、上記製品回収電
   極のうち、少なくとも上記陰電極に、上記液体金
   属を貯蔵する貯蔵槽を一体に組み込み、この貯蔵
   槽に上記廃品回収トレイを連通させたことを特徴
   とする同位体分離装置。 ２ 貯蔵槽は液体金属を自然循環させる循環路に
   接続されている特許請求の範囲第１項に記載の同
   位体分離装置。 ３ 廃品回収板が加熱自在に構成されている特許
   請求の範囲第１項に記載の同位体分離装置。 ４ 貯蔵槽は特定液位を超えた液体金属の溢液を
   受けるオーバーフローラインを付設している特許
   請求の範囲第１項に記載の同位体分離装置。 ５ 循環路はその一部を温度制御自在に構成して
   いる特許請求の範囲第２項に記載の同位体分離装
   置。