JPH078757A - 同位体分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】所定の濃度の製品を安定的に提供できる同位体
分離装置を提供するものである。 【構成】真空容器１と、この真空容器１内に配置され、
かつ複数種類の同位体を含有する金属原料２を収容する
蒸発用るつぼ３と、上記金属原料２の蒸気流ｓを発生さ
せる熱源と、発生された蒸気流ｓの方向に対して平行に
陽電極７と陰電極８とを交互に配置して形成する製品回
収用電極６と、この製品回収用電極６間に流入した蒸気
流ｓ中の特定の同位体を選択的に陽イオン化するレーザ
光１０とを備え、上記製品回収用電極間に電圧を印加す
ることによって陽イオン化した特定の同位体を陰電極方
向に偏向させて分離回収する同位体分離装置において、
上記蒸発用るつぼ３と製品回収用電極６との間の蒸気流
中に、製品回収用電極６間へ流入する蒸気流ｓの流入面
積を調整する手段を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ光を用いた同位体
分離装置に係わり、特に製品回収用電極間への蒸気流の
流入面積を調整することによって、得られる製品の濃度
を制御することを可能にした同位体分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を用いた同位体分離装置は、例
えば原子炉用燃料を製造するために、天然原料から核反
応を起こす同位体を濃縮する工程等で使用される。

【０００３】図７および図８にレーザ光を用いた同位体
分離装置の従来例を示す。真空容器１の底部に、複数種
類の同位体を含有する金属原料２を収容する蒸発用るつ
ぼ３が配置される。この金属原料２には、熱源としての
電子銃４から発射された電子ビーム５が偏向磁場で偏向
されて照射される。金属原料２は加熱溶融されて蒸発
し、蒸気流ｓを形成する。この蒸気流ｓの流路上方には
製品回収電極６が配設されている。

【０００４】この製品回収用電極６の陽電極７と陰電極
８とは、流入する蒸気流ｓの方向にほぼ平行に対向させ
所要間隔をあけて交互に配設して構成され、陽電極７と
陰電極８間には電界が印加されている。

【０００５】製品回収用電極６の陽電極７と陰電極８間
には、光反応部９が形成される。各光反応部９には蒸気
流ｓの方向に対してほぼ直角方向（図７においては紙面
に垂直方向）に蒸気流ｓの中の特定同位体のみを励起、
電離させる波長のレーザ光１０がそれぞれ照射される。
このとき、特定の同位体のみが励起され、電離して陽イ
オンとなる。この陽イオンとなった特定の同位体は陰電
極８に吸収され付着し、製品回収器１９で回収される。

【０００６】一方、レーザ光１０の照射によってイオン
化しなかった同位体は、中性原子であり、製品回収用電
極間の電界の影響をほとんど受けることなく、約数％が
製品回収用電極６に付着する程度で電極間を通過して、
二次的に配設された廃品回収用電極１１に付着して、回
収される。

【０００７】したがって、陰電極８にはイオン化した同
位体と中性原子とが回収されて製品となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の同位体分離装置
において得られる製品濃度は、イオン化した同位体量と
蒸気流から直接付着した中性原子量とで決定される。製
品濃度はレーザパワーを変動させて制御できるが、効率
の良いシステムを提供するためにイオン化率を１００％
近くに設定しているので、レーザパワーの変動による制
御だけでは製品濃度を高めることはできず、製品濃度の
低い製品しか製造できない。このため同位体分離装置運
転中に、蒸発用るつぼ内原料の量が変化するなどの原因
で、発生された蒸気流の蒸発分布が変わる等により中性
原子の付着量が変動した場合、所定の濃度の製品が製造
できなかったり、濃度のばらつきが大きい製品が製造さ
れることとなり、所定の濃度の製品を安定的に製造する
ことが困難だった。

【０００９】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、製品回収用電極間に流入する蒸気流の流入面積
を調整できる手段を設けたことによって、所定の濃度の
製品を安定的に提供できる同位体分離装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【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、請求項１に記載したよ
うに、真空容器と、この真空容器内に配置され、かつ複
数種類の同位体を含有する金属原料を収容する蒸発用る
つぼと、上記金属原料の蒸気流を発生させる熱源と、発
生された蒸気流の方向に対して平行に陽電極と陰電極と
を交互に配置して形成する製品回収用電極と、この製品
回収用電極間に流入した蒸気流にレーザ光を照射して特
定の同位体を選択的に陽イオン化させるレーザ光発射装
置とを備え、上記製品回収用電極間に電圧を印加するこ
とによって陽イオン化した特定の同位体を陰電極方向に
偏向させて分離回収する同位体分離装置において、上記
蒸発用るつぼと製品回収用電極との間の蒸気流中に、製
品回収用電極間へ流入する蒸気の流入面積を調整する手
段を設けたものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、上記金属原料から発生される
蒸気流の製品回収用電極間へ流入する蒸気流の流入面積
を調整することにより、製品回収用電極に付着される中
性原子量が可変となる。すなわち、蒸気流の製品回収用
電極間における流入面積を減少させると蒸気流と製品回
収用電極との隙間が広がり、製品回収用電極に付着する
中性原子量が減少する。また、蒸気流の製品回収用電極
間における流入面積を増大させると、蒸気流と製品回収
用電極との隙間が狭まり、製品回収用電極に付着する中
性原子量が増加する。製品濃度は製品に含まれる中性原
子の量に依存するので、蒸気流の製品回収用電極間の流
入面積を制御することによって製品濃度が制御できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る同位体分離装置の実施例
について、添付図面を参照して説明する。なお既に説明
した従来例と同一部分には同符号を付して、詳細な説明
は省略する。

【００１３】図１は本発明の第１実施例を表す断面図で
ある。図１において、真空容器１の底部に、複数種類の
同位体を含有する金属原料２を収容する蒸発用るつぼ３
が配置される。この金属原料２には、熱源としての電子
銃４から発射された電子ビーム５が偏向磁場で偏向され
て照射される。金属原料２は加熱溶融されて蒸発し、蒸
気流ｓを形成する。この蒸気流ｓの流路上方には製品回
収用電極６が配設されている。

【００１４】蒸気流ｓと製品回収用電極６との間に、製
品回収用電極６間へ流入する蒸気流ｓの流入面積を調整
する手段としての蒸気整流器１２が設けられている。こ
の蒸気整流器１２には蒸気の流れを制御する手段である
蒸気整流板１３が取り付けられている。同位体濃度測定
器１４によって製品の濃度をモニタし、所定の製品濃度
となるように蒸気整流器制御装置１５によって、蒸気整
流器１２が制御され、蒸気流入面積が調整される。

【００１５】製品回収用電極６の陽電極７と陰電極８間
には、光反応部９が形成され、各光反応部９には蒸気流
ｓの方向に対してほぼ直角方向に、レーザ装置から発射
されるレーザ光１０がそれぞれ照射され、特定の同位体
のみが励起され、電離して陽イオンとなり、製品回収用
電極６の陰電極に吸収され付着し、製品回収器１９で回
収される。イオン化しなかった同位体はごく少量の一部
が製品回収用電極６に付着し、残りは廃品回収用電極１
１に付着して回収される。

【００１６】次に、本実施例の作用について説明する。

【００１７】本実施例の同位体分離装置において、金属
原料２が加熱され発生した蒸気流ｓは、蒸気整流器１２
によって一部が遮断される。

【００１８】一方、同位体濃度測定器１４によって製品
回収器１９で回収された製品の濃度をモニタして、所定
の濃度が得られるように蒸気整流器制御装置１５によっ
て蒸気整流器１２中の蒸気整流板１３を可動させる。

【００１９】このときの、製品回収電極６および蒸気整
流器１２を図２に示す。蒸気整流板１３が蒸気整流板角
度θを変化させながら可動し、蒸気流遮断領域１６（斜
線部）を変化させ蒸気流の流入面積を変化させる。この
蒸気流の流入面積の変化により、中性原子の付着率が変
化して製品の濃度が制御できる。

【００２０】この蒸気整流器１２の制御量と中性原子の
付着率および製品濃度との関係を図３に示す。製品回収
電極７間の蒸気流ｓの流入面積が最小となるように、上
記θの角度を設定すると中性原子付着率が低下して製品
濃度が増加する。

【００２１】また、上記θの角度を変化させて蒸気流ｓ
の流入面積を大きくしていくと、中性原子の付着率が増
加して製品濃度が低下する。

【００２２】したがって、金属原料２から発生される蒸
気流の、製品回収用電極６間における流入面積を調整す
ることによって中性原子の付着量を制御することがで
き、同位体分離装置運転中にるつぼ内原料の量が変化す
るなどの原因で、発生された蒸気流の蒸発分布が変わる
等により中性原子の付着量が変動した場合においても、
所定の濃度の製品を安定的に製造することができる。

【００２３】図４に本発明の第２実施例を示す。第２実
施例は第１実施例における蒸気整流器１２の蒸気整流板
１３の構成が異なるのみなのでその他の説明は省略し
た。

【００２４】蒸気整流板が１３ａ、１３ｂの２枚で構成
されており、この蒸気整流板１３ａ、１３ｂを独立に制
御することができるので、製品回収用電極６の各面６
ａ、６ｂの中性原子の付着量を独立に変化させることが
可能になる。その他の構成、作用、効果は実施例１と同
一であり、同一符号を用いて説明は省略する。

【００２５】図５に本発明の第３実施例を示す。第３実
施例は第１実施例に示された同位体分離装置に、レーザ
パワー制御装置１７を追加して、レーザ光発生装置１８
から出射されるレーザ光のレーザパワーも制御可能にし
た。図６に蒸気整流器１２の制御量と中性原子の付着率
および製品濃度との関係を示す。レーザパワー変動させ
ることによって、図中の斜線部に示す範囲で製品の濃度
を変化させることが可能となる。その他の構成、作用、
効果は第１実施例と同一である。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係る同位体分
離装置によれば、同位体分離装置運転中に、るつぼ内原
料の量が変化するなどの原因で、発生された蒸気流の蒸
発分布が変わる等により中性原子の付着量が変動した場
合においても、製品回収電極間へ流入する蒸気の流入面
積を流入面積調整手段にて調整することによって、上記
製品回収用電極に付着する中性原子量が制御でき、その
結果、製品濃度が制御できるので、所定の濃度の製品を
安定的に提供できるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る同位体分離装置の第１実施例を示
す断面図。

【図２】本発明に係る同位体分離装置の第１実施例にお
ける、製品回収用電極と蒸気整流器およびその周辺の蒸
気流とを示す図。

【図３】本発明に係る同位体分離装置の第１実施例にお
ける、蒸気整流器の制御量と中性原子の付着率および製
品濃度との関係を表す図。

【図４】本発明に係る同位体分離装置の第２実施例にお
ける、製品回収用電極と蒸気整流器およびその周辺の蒸
気流とを示す図。

【図５】本発明に係る同位体分離装置の第３実施例を示
す、図１におけるＶ−Ｖ矢視断面図。

【図６】本発明に係る同位体分離装置の第３実施例にお
ける、蒸気整流器の制御量と中性原子の付着率および製
品濃度との関係を表す図。

【図７】従来の同位体分離装置の構成を示す断面図。

【図８】図７におけるVIII−VIII矢視断面図。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 金属原料 ３ 蒸発用るつぼ ４ 電子銃 ５ 電子ビーム ６ 製品回収用電極 ６ａ 製品回収用電極面 ６ｂ 製品回収用電極面 ７ 陽電極 ８ 陰電極 ９ 光反応部 １０ レーザ光 １１ 廃品回収用電極 １２ 蒸気整流器 １３，１３ａ，１３ｂ 蒸気整流板 １４ 同位体濃度測定器 １５ 蒸気整流器制御装置 １６ 蒸気流遮断領域 １７ レーザパワー制御装置 １８ レーザ光発生装置 １９ 製品回収器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、この真空容器内に配置さ
   れ、かつ複数種類の同位体を含有する金属原料を収容す
   る蒸発用るつぼと、上記金属原料の蒸気流を発生させる
   熱源と、発生された蒸気流の方向に対して平行に陽電極
   と陰電極とを交互に配置して形成する製品回収用電極
   と、この製品回収用電極間に流入した蒸気流にレーザ光
   を照射して特定の同位体を選択的に陽イオン化させるレ
   ーザ光発射装置とを備え、上記製品回収用電極間に電圧
   を印加することによって陽イオン化した特定の同位体を
   陰電極方向に偏向させて分離回収する同位体分離装置に
   おいて、上記蒸発用るつぼと製品回収用電極との間の蒸
   気流中に、製品回収用電極間へ流入する蒸気流の流入面
   積を調整する手段を設けたことを特徴とする同位体分離
   装置。