JPS61107933A - 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】 〔発明の技術分野］ 本発明は、同位体分離装置に係り、特に、レーザー光線
を用いて分離を行なう同位体分離装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

同位体元素を分離する代表的な方法として、従来、ガス
拡散法、遠心分離法、レーザー法が知られている。この
うちレーザー法は、同位体元素間の吸収スペクトルの差
を利用したもので、他の方法に比べて分離比が高く、能
率的な分離が行なえると言う利点を備えている。

しかして、レーザー法にも、被分離物を蒸気化させ、こ
れによ。つて形成された原子ビームにレーザー光線を照
射して分離する方法と、被分離物を気化させ、これによ
って形成された分子ビームにレーザー光線を照射して分
離する方法とがある。

ところで、原子ビームにレーザー光線を照射して分離す
る方法を採用した装置は、通常、次のようにして分離し
ている。すなわち、真空容器内にルツボを配置し、この
ルツボで２種以上の同位体元素からなる被分離物を加熱
蒸気化して原子ビームを発生させる。このようにして形
成された原子ビームの形状をコリメータで規定した後、
この原子ビームに、上記原子ビームを形成している同位
体元素のうちの特定の同位体元素の共鳴励起電圧に等し
いエネルギーを有する波長のレーザー光線を照射し、上
記特定の同位体元素を共鳴単位に励起する。また、励起
用レーザー光線の照射と同時に、共鳴単位に励起されて
いる上記特定の同位体元素を電離するのに十分で、しか
も基底単位にある他の同位体元素は電離させない波長の
電離用し一ザー光線を照射する。このようにして電離さ
れた特定の同位体元素と電離されていない他の同位体元
素とが混在した原子ビームに、静電あるいは電磁偏向を
かけ、特定の同位体元素と他の同位体元素とを別々に捕
集器で捕集するようにしている。

しかしながら、上記のように構成された従来の同位体分
離装置にあっては、次のような問題があった。すなわち
、実際に分離運転をするときには、ルツボ内に被分離物
を収容し、これを溶融蒸発させるのであるが、ルツボを
保護する面からルツボ内に収容した被分離物の全部を蒸
発させることはできない。したがって、ルツボ内に収容
されている被分離物がある量蒸発した時点で運転を中断
し、ルツボ内に残っている被分離物を回収し、これを再
生処理に回すとともにすでに再生されている被分離物を
ルツボ内にセットして分離運転を再開すると言う運転方
式を採用せざるを得ない。この場合、ルツボ内に残って
いる未蒸発の被分離物を回収する作業に長時間を要し、
しかも取り出された未蒸発の被分離物を再生するするた
めの工程も複雑化する問題があった。また、分離運転中
はルツボを保護するために、常にルツボを冷却する必要
があり、このため加熱エネルギーの一部が無駄に消費さ
れる問題もあった。このようなことから従来の装置では
運転コストが高くなり、特に多量に分離処理するときに
は経済的な不利を免れ得なかった。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、被分離物を蒸発させるのに必要
なエネルギーの低減化ならびに未蒸発の被分離物の回収
、再生の容易化を図れ、もって分離運転に要する費用を
軽減できる同位体分離装置薔提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明に係る同位体分離装置は、２種以上の同位体元素
からなる被分離物を蒸気化させるとともに上記蒸気にレ
ーザー光線を照射して特定の同位体元素のみを電離させ
た後、上記特定の同位体元素と他の同位体元素とを分離
捕集するようにした同位体分離装置において、立方体状
に成形された被分離物ブロックを保持するテーブルと、
このテーブル上に保持されている前記被分離物ブロック
の少なくとも底面複数箇所の温度を検出する複数の温度
センサと、前記被分離物ブロックの上面に電子ビームを
照射して被分離物を蒸発させる電子ビーム照射装置と、
前記温度センサの出力に応じて前記被分離物ブロックの
上面上の電子ビーム照射位置を順次変更する手段とから
なる蒸気発生装置を設けたものである。

〔発明の効果〕

本発明に係る同位体分離装置によると、立方体状に成形
された被分離物ブロックの上面のある位置に電子ビーム
を照射し、この位置の部分を蒸発させる。そして、蒸発
が一定量行われたことを温度センサの出力で感知し、電
子ビームの照射位置を変更し、このような蒸発位置変更
制御を次々に行なわせるようにしている。したがって、
従来の一装置とは違ってルツボを必要としない。このた
め、冷却系を必要としないので、蒸発させるために供給
した加熱エネルギーのほとんどを有効に利用でき、少な
いエネルギーで多量の被分離物を蒸発させることができ
る。また、未蒸発の被分離物は、当初の立方体状のブロ
ック形態を保ってテーブル上に載置された状態で、単に
蒸発によって形成された複数の有底孔を有しただけのも
のとなっている。このため、未蒸発の被分離物を回収す
るときにはセットしたときに使用した冶具と同じ治具で
簡単に回収でき、また回収された被分離物も当初のブロ
ック形状を保っているので再生工程が簡単なものとなる
。したがって、分離コストを低下させることができる。

（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明をウラン分離用のものに適用した一実
施例を模式的に示すものである。

すなわち、同図において、１は軸心線を水平にして配置
された外形が円柱状の真空容器を示している。この真空
容器１には、側壁部の一部に図示しない開閉自在な爵が
設けてあり、また側壁部の他の部分には図示しない排気
系に通じる連絡口２が設けられている。

真空容器１内の底部および真空容器１の外部には、ウラ
ン金属あるいはウラン化合物、つまり被分離物を蒸発さ
せるための蒸気発生装置３が配置されている。この蒸気
発生装＠３は、大きく別けて、上面で立方体状に成形さ
れた被分離物ブロックＰを支持するテーブル４と、この
テーブル４に支持されて上記テーブル４上に載置された
被分離物ブロックＰの側面および底面の温度を検出する
温度センサ５．６，７．８．９と、テーブル４の近傍に
設けられ上記テーブル４上に載置された被分離物ブロッ
クＰの上面に向けて加熱用の電子ビームＥを照射する電
子ビーム照射装置１０と、真空容器１外に設けられ前記
温度センサ５〜９の出力に応じて上記電子ビーム照射装
ｆｔ１０を制御するコントローラ１１とで構成されてい
る。

テーブル４は、第２図に示すように断熱材で全体が皿状
に形成されている。そして、テーブル４の側壁部に前記
温度センサ５．９が、また底壁部に前記温度センサ６．
７．８がそれぞれ支持されている。すなわち、これら温
度センサ５〜９は、テーブル４上に立方体状に形成され
た被分離物ブロックＰを載置すると、その感温部が自動
的に上記被分離物ブロックＰの外面に接触する関係に設
けられている。一方、前記コントローラ１１は、次のよ
うな制御を行なうように構成されている。

すなわち、各温度センサ５〜９によって検出された温度
が予め定められた温度Ｔ１以下のときには電子ビーム照
射装置１０から送出された電子ビームＥがテーブル４上
に載置されている被分離物ブロックＰの上面で第２図中
Ａで示す位置に照射されるように上記電子ビーム照射装
置１０の偏向系を制御する。そして、上記照射によって
Ａ部分が溶融蒸発して礼状に徐々に掘り下げられ、これ
に伴って温度センサ５．６の接触している外面部分の温
度がＴ１に達した時点で電子ビームＥの照射位置が第２
図中８で示す位置となるように電子ビーム照射装置１０
の偏向系を制御する。次に、８部分が溶融蒸発して徐々
に掘り下げられ、これに伴って温度センサ７の接触して
いる底面部分の温度が丁１に達した時点で、電子ビーム
Ｅの照射位置が第２図中Ｃで示す位置となるように電子
ビーム照射装置１０の偏向系を制御する。そして、Ｃ部
分が溶融蒸発して徐々に掘り下げられ、これに伴って温
度センサ８．９の接触している外面部分の温度がＴ１に
達した時点で電子ビーム照射装置１０の照射動作を停止
させるとともに報知動作を行なうように構成されている
。

しかして、テーブル４の上方位置には、被分離物の蒸発
によって形成された原子ビームＸの形状を規定するスリ
ット状の開口Ｑを有したコリメータ２１が水平に配置さ
れている。ざらに、真空容器１の紙面と平行する側壁で
、かつコリメータ２１のやや上方に位置する部分には、
光学窓（図示せず。）が設けてあり、この光学窓を介し
て２つのレーザ装置（図示せず。）からレーザ光線が照
射される。第１のレーザ装置は、この実施例では、ウラ
ン２３５の共鳴励起電圧に等しいエネルギ−を有した波
長のレーザ光線を送出するものが用いられている。そし
て、この、レーザ装置から出たレーザ光線は第１図中２
２で示す方向に照射される。第２のレーザ装置は、この
実施例では、上記第１のレーザ装置から送出されたレー
ザ光線の照射で共鳴単位に励起されているウラン２３５
を電離するのに十分で、しかも基底単位にあるウラン２
３８は電離させな（′％波長のレーザ光線を送出するも
のが用いられている。そして、このレーザ装置から送出
されたレーザ光線は第１のレーザ装置から送出されたレ
ーザ光線と同軸に第１図中２３で示す方向に照射される
。

真空容器１内で、上記レーザ光線照射空間より上方位置
には、ウラン２３５を捕集するための捕集装置３１が配
置されており、また、この捕集装置３１より上方位置に
はウラン２３８を捕集するための捕集装置３２が配置さ
れている。

前記捕集装置３１は、大きく別けて、捕集用電極３３と
、容器３４とで構成されている。捕集用電極３３は、実
際には板状に形成された正電極と負電極とを図中左右方
向に平行に、かつ交互に配置して構成されている。これ
ら電極はそれぞれタンタル、タングステン等で形成され
ており、しかも下縁部が水平線に対してθまたけ傾斜す
るように配置されている。各負電極は、それぞれリード
線で共通に接続され、真空容器１外に配置された直流電
源（図示せず。）の負極に接続されている。

また、各正電極もリード線で共通に接続されて上記直流
電源の正極に接続されている。さらに、各負電極内には
、これら負電極をウランの溶融温度、すなわち１２００
℃以上に加熱するのに供される電気ヒータがそれぞれ埋
設されており、これら電気ヒータの両端はリード線を介
して真空容器１外に配置された加熱用電源に接続されて
いる。そして、前記容器３４は上記各負電極から落下す
る液滴を受は止め得る位置に配置されている。

一方、捕集装置３２は、大きく別けて、受は体３５と、
この受は体３５の近傍に配置された容器３６とで構成さ
れている。受は体３５は、捕集用電極３３の上方空間を
覆うように配置されたタンタル、タングステンあるいは
セラミックス製の板材で形成されている。そして、この
受は体３５は、水平線に対してθ２だけ傾くように設け
られている。受は体３５内には、この受は体３，５をウ
ランの溶融温度、すなわち１２００℃以上に加熱するの
に供される電気ヒータが埋設してあり、この電気ヒータ
の両端はリード線を介して真空容器１外に設けられた加
熱用ＩＲ源に接続されている。また、前記容器３６は、
前記受は体３５から落下するウラン２３８の液滴を受は
止めて収容し得る位置に配置されている。

なお、第１図中３７は、電子ビームＥの偏向と捕集用電
極３３への捕集効率を向上させるのに供される磁場発生
用のコイルを示している。

このような構成であると、少ないエネルギーで多量の被
分離物を分離処理できるとともに被分離物のセット、未
蒸発の被分離物の回収および回収された未蒸発の被分離
物の再生処理を極めて容易化できる。すなわち、テーブ
ル４上に立方体状に形成された被分離物ブロックＰを載
置し、コントローラ１１に動作開始指令を与えると、電
子ビーム照射装置１０から電子ビームＥが送出され、こ
の電子ビームＥは被分離物ブロックＰの上面に照射され
る。この時点においては、被分離物ブロックＰの外面温
度はどの場所もＴ１以下である。このため、コントロー
ラ１１は、電子ビームＥが第２図中Ａで示す位置に照射
されるように電子ビーム照射装置１０の偏向系を制御す
る。したがって、Ａで示す位置の被分離物が溶融蒸発し
て飛散する。

このように飛散した蒸気のうち、コリメータ２１の開口
Ｑを通過した蒸気は、コリメータ２１の作用でビーム状
に形状が規定される。この原子ビームＸは、捕集用電極
３３側へと進む。このとき、ウラン２３５の原子は第１
図中２２で示す方向のレーザ光線の照射を受けて共鳴単
位に励起され、また、２３で示す方向のレーザ光線の照
射を受けて電離される。このようにイオン化されたウラ
ン２３５と、中性のウラン２３８とが混在した原子ビー
ムＸが捕集用電極３３を構成している正電極と負電極と
の間を通過しようとすると、ウラン２３８のほとんどは
そのまま受は体３５側へと直進するが、ウラン２３５は
、捕集用電極３３の負電極の表面に静電付着する。各負
電極は、内設された電気ヒータの付勢によって１２００
℃以上の温度に保たれている。このため、各負電極に静
電付着したウラン２３５は、液滴となり、各負極表面上
を下方へと流れ、最終的に容器３４内へと落下し、容器
３４内に自動的に集められる。

一方、受は体３５側に進行したウラン２３８は、最終的
に受は体３５の下面に衝突する。この受は体３５は、内
股された電気ヒータの付勢によって、１２００℃以上の
温度に保たれている。このため、受は体３５の下面に触
れたウラン２３８は、上記下面で液滴となり、上記下面
の低い方へと流れて容器３６内へと落下し、−この容器
３６内に自動的に集められる。

しかして、被分離物ブロックＰのＡで示す位置の溶融蒸
発が進み、ある位置まで掘り下げられると、温度センサ
５．６の接触している外面部分温度も上昇する。そして
、この温度がＴ１を越えようとすると、コントローラ１
１は電子ビームＥが第２図中Ｂで示す位置を照射するよ
うに電子ビーム照射装置１０の偏向系を制御する。した
がって、こんどは８点が溶融蒸発して徐々に掘り下げら
れる。この掘り下げが進行して、温度センサ７の接触し
ている底面部分温度がＴ１を越えようとすると、コント
ローラ１１は電子ビームＥが第２図中Ｃで示す位置に照
射されるように電子ビーム照射装置１０の偏向系を制御
する。したがって、こんどは０点が溶融蒸発して徐々に
掘り下げられる。

この掘り下げによって、温度センサ８．９の接触してい
る外面部分温度がＴ１を越えようとすると、コントロー
ラ１１は電子ビーム照射装置１０の動作を停止させると
ともに報知動作を行なって１回の分離動作が終了しこと
を知らせる。

このように立方体状に成形された被分離物ブロックＰの
上面複数箇所に順次電子ビームＥを照射し、上記被分離
物ブロックＰに複数の有底の孔が形成される形態に被分
離物を溶融蒸発させるようにしている。したがって、被
分離物ブロックＰ自身がルツボを兼用していることにな
る。このため、ルツボを必要としないし、また冷却系も
必要としないので、被分離物を蒸発させるために供給し
た加熱エネルギーのほとんどを有効に利用でき、少ない
エネルギーで多量の被分離物を蒸発させることができる
。また、１回の分離作業が終了した後の被分離物ブロッ
クＰは、当初の立方体形状を保ち、単に複数の有底孔が
形成された状態でテーブル４上に載置されている。した
がって、この未蒸発の被分離物を回収するときにはテー
ブル４上にセットしたときに用いた治具と同じ治具をを
用いて簡単に回収でき、また回収された未蒸発の被分離
物も当初のブロック形状を保っているので再生処理が簡
単なものとなり、結局、前述した本発明の効果が発揮さ
れることになる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く種々変形することができる。すなわち、上述した実施
例では、各温度センサ５〜９の出力に応じてコントロー
ラ１１で電子ビーム照射装置１０の偏向系を制御し、こ
れによって電子ビームＥの照射位置を変更させるように
しているが、第３図に示すようにテーブル４の位置を変
更することによって電子ビームの照射位置を変更させる
ようにしてもよい。すなわち、この実施例では、テーブ
ル４を移動自在な台車４１の上面に固定するとともに上
記台車４１を駆動機構４２に連結している。そして、各
温度センサ５〜９の出力をコントローラ１１ａに導入し
、このコントローラ１１ａで各温度センサの出力に応じ
て駆動機構４２を制御し、これによって台車４１を図中
矢印４３で示す方向に移動させて電子ビームＥの照射位
置を変更させるようにしている。このように構成しても
前記実施例と同様な効果を得ることができる。

また、上述した各実施例は、本発明をウラン分離用に適
用した例であるが、本発明はこれに限られるものではな
く、各種の同位体元素分離に適用できることは勿論であ
る。また、被分離物ブロック上面における電子ビームの
照射位置を次々と変更させる方向は一方向に限られるも
のではなく、また変更箇所数も三箇所に限られるもので
はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る同位体分離装置の模式
的構成説明図、第２図は同装置における蒸気発生装置の
要部概略構成図、第３図は本発明の別の実施例に係る同
位体分離装置に組込まれた蒸気発生装置の要部概略構成
図である。 １・・・真空容器、３・・・蒸気発生装置、４・・・テ
ーブル、５〜９・・・麺度センサ、１０・・・電子ビー
ム照射装置、１１．１１ａ・・・コントローラ、２１・
・・コリメータ、３１．３２・・・捕集装置、４１・・
・台車、４２・・・駆動機構、Ｐ・・・被分離物ブロッ
ク、Ｘ・・・原子ビーム。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種以上の同位体元素からなる被分離物を蒸気化
   させるとともに上記蒸気にレーザー光線を照射して特定
   の同位体元素のみを電離させた後、上記特定の同位体元
   素と他の同位体元素とを分離捕集するようにした同位体
   分離装置において、立方体状に成形された被分離物ブロ
   ックを保持するテーブルと、このテーブル上に保持され
   ている前記被分離物ブロックの少なくとも底面複数箇所
   の温度を検出する複数の温度センサと、前記被分離物ブ
   ロックの上面に電子ビームを照射して被分離物を蒸発さ
   せる電子ビーム照射装置と、前記温度センサの出力に応
   じて前記被分離物ブロックの上面上の電子ビーム照射位
   置を順次変更する手段とからなる蒸気発生装置を設けて
   なることを特徴とする同位体分離装置。
2. （２）前記電子ビーム照射位置を順次変更する手段は、
   前記温度センサの出力に応じて前記電子ビーム照射装置
   から送出される電子ビームの偏向量を制御するものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の同位体
   分離装置。
3. （３）前記電子ビーム照射位置を順次変更する手段は、
   前記温度センサの出力に応じてて前記テーブルを移動さ
   せるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の同位体分離装置。