JPS6197020A - 分離回収セル - 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］ 本発明は原子の同位体シフトを利用しレーザを使用して
所望の同位体を分離回収して濃縮するレーザ濃縮技術に
係り、金属原料中から所望の同位体を分離回収する分離
回収セルに関する。

［発明の技術的背景ル −ザ濃縮法は、ウラン原子の同位体の微少の吸収スペク
トルの差（以下同位体シフトという）を利用してウラン
金属原料中からウラン−２３５同位体を分離回収して濃
縮する方法をいい、以下第２図を参照して分離回収の原
理を説明する。図中符号１はハースを示し、このハース
１内にはウラン原料２が収容されている。このハース１
内に収容されているウラン原料２を高温加熱装置４によ
り高温加熱して（２００’　Ｋ以上）、ウラン原子蒸気
５を得る。このウラン原子蒸気５にウラン−２３５同位
体の吸収スペクトルに対応した特定波長のレーザ光６を
照射し、それによってウラン２３５同位体のみを選択励
起し、さらに電離レーザ光７を照射してイオン化する。

その際分離回収セル容器（第２図に示した構成は図示し
ない分離回収セル容器内に収容されている〉内には電磁
場が構成されており、電離され正に帯電したウラン−２
３５イオン８（図中黒丸で示す）は上記電磁場内にて、
その軌道を変更し、中性粒子のウラン−２３８同位体９
（図中白丸で示す）と分離して負の電位となっている側
の回収電極１０上に付着し回収される。一方上記中性原
子のウラン−２３８同位体９は上記回収電極１０内を直
進し、外側の回収トラップ１１に捕集除去される。以上
が分離回収セルの基本原理である。

ウラン金属原料を加熱する方法としては、エレクトロン
ビーム法、抵抗加熱法および高周波加熱法等の方法が考
えられている。この内抵抗加熱法および高周波加熱法の
場合には、ハース１の昇温か大きく、ウラン金泥原子２
およびハース１との高温腐蝕が問題となり、その結果ハ
ース１の寿命が短か（、長期間の運転には不向であった
。そこで一般には上記エレクトロンビーム法が採用され
ている。このエレクトロンビーム法は高融点金属の溶融
、溶接および真空蒸着の分野で広く利用されている方法
であり、以下第３図を参照して説明する。第３図はエレ
クトロンビーム法による高温加熱の概略構成を示す図で
あり、図中符号２１はフィラメント電極、を示し、この
フィラメント電極２１により加熱され、フィラメント電
極２２から放出される電子を加速電源２３と加速電極２
４とにより加速する。そして磁界発生用電源２５および
偏向コイル２６とにより上記放出電子に磁界を与え、電
子ビーム２７を偏向してハース２８内に収容されたウラ
ン金属２９の全面を照射し高温加熱しウラン蒸気を得る
。その際上記ウラン金属２８を２０００°に以上に加熱
するには、数百ｋｗの電子ビームが必要である。以上が
エレクトロンビーム方による高温加熱である。

［前景技術の問題点］ しかしながら上記エレクトロンビーム法によると以下の
ような問題がある。すなわちエレクトロンビーム法の場
合には、電子の放出、加速および偏向部を分離回収セル
容器内に設置しなければならず、その為分離回収セル容
器が大形かつ複雑化してしまう。また電子ビームを発生
させる機構（電子銃部）が上述したように分離回収セル
容器内に設置されていると、ウラン蒸気により汚染され
る恐れがあり、その結果電子放出性能が劣化してしまう
。そのため汚染を防止するような構成が必要となってし
まう。また仮に汚染したような場合にはフィラメント電
極２２の交換等の複雑な作業が必要となっ・てしまう。

そしてエレクトロンビーム法は上述したようにウラン金
属原料の表面部より順次加熱溶融していく方法であるた
めに、ウラン金１ｉ１２９によるハース２８の腐蝕の程
度は小さいが、全面照射（イオン原子２９のみならずハ
ース２８をも照射する）であるために、ハース２８の方
が高温となるためハース２８に水冷構造等の冷却、熱除
去機構を設けなければならない。

さらにエレクトロンビーム法の場合には多数の電源が必
要であり、その結果制御が煩雑となってしまうという問
題があった。

［発明の目的］ 本発明は以上の点に基づいてなされたものでその目的と
するところは、装置の小形化および簡略化を図るととも
に、効率良くウラン原子蒸気を得ることが可能な分離回
収セルを提供することにある。

［発明の概要〕 すなわち本発明による分離回収セルは、分離回収セル容
器と、この分離回収セル容器内に設置され放射性元素を
収容するハースと、上記分離回収セル容器の外に設置さ
れ上記ハースに収容された放射性元素にレーザビームを
照射し高温加熱して蒸発させる炭酸ガスレーザ装置と、
上記分離回収セル容器に設置され上記炭酸ガスレーザ装
置から照射されるレーザビームを分離回収セル容器内に
導入するレーザビーム導入窓と、上記分離回収セル容器
に設置され蒸発した放射性元素の内特定の同位体のみを
選択的に励起しかつ電離させイオン化させる励起電離用
レーザ装置と、上記励起電離用レーザ装置のレーザビー
ム照射により分離された特定の同位体およびそれ以外の
同位体を別々に回収する回収装置とを具備した構成であ
る。

［発明の実施例］ 以下第１図を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は本実施例による分離回収セルの概略（８成を示す
図であり、図中符号１０１は分離回収セル容器を示す。

この分離回収セル容器１０１には真空排気装置１０２が
配管１０２Ａを介して接続されており、分離回収セル１
０１内は真空となっている。上記分離回収セル容器１０
１内の下部にはハース１０３が設置されており、このハ
ース１０３内にはウラン金属あるいはウラン化合物等の
ウラン原料１０４が収容されている。上記ハース１０３
の材料としては、熱伝導率の高い銅。

融点の高いタンタル、あるいはタングステン等が使用さ
れる。また上記分離回収セル容器１０１の外側には炭葭
ガス（ＣＯ２）レーザ装置１０５が設置されており、こ
の炭酸ガスレーザ装置１０５により上記ウラン金属材料
１０４にレーザビームを照射して、高温加熱、溶融させ
、ウラン蒸気を得る構成である。上記炭酸ガスレーザ装
置１０５は、炭酸ガスレーザ管１０５Ａおよびその付帯
設備１０５Ｂから構成されている。上記炭酸ガスレーザ
装置１０５としては、出力数百ｋｗ級の大出力のものを
採用し、上記ハース１０３内に収容されたウラン金属材
料１０４に向けて分離回収セル容器１０１の内側に設置
されたレーザビーム導入管１０７を介して高密度レーザ
ビーム１０８を照射する。上記レーザビーム導入管１０
７にはレーザビームの絞り調整を行なう図示しない集光
光学系が設置されている。上記炭酸ガスレーザ装置１０
５から高密度レーザビーム１０８を照射ぎれたウラン金
属材料１０４は、約２６００〜２７００’Ｋまで高温加
熱され蒸気化してウラン蒸気１０９となる。

上記分離回収セル容器１０１には励起電離用レーザ装置
１１１が接続されており、この励起電離用レーザ装置１
１１は励起電離用レーザ管１１１Ａと付帯設備１１１Ｂ
から構成されている。この励起電離用レーザ装置１１１
により上記ウラン原子蒸気１０９に光学窓１１３Ａ、１
１３Ｂを介して特定波長（主に５９１５．４Ａ６）のレ
ーザ光１１４を照射し、蒸気１０９中のウラン−２３５
原子のみを選択励起するとともに、電離してウラン−２
３５イオンを生成する。なお上記励起電離用レーザ装置
１１１には、ウラン原子の吸収スペクトルに精密に一致
した波長において発信可能で、同時に高平均出力、高効
率のレーザであることが敦求される。そこで色素レーザ
およびその励起用電源として、銅蒸気レーザあるいはエ
キシマレーザを組合わせて使用する。またウラン原子の
内ウランー２３５同位体以外のウラン−２３８等は励起
電離されることなく中性粒子のまま通過する。

次にイオン化したウラン−２３５同位体１２０を回収す
る回収園構１１５につ″いて説明する。すなわち符号１
１６は、イオン化したウラン−２３５同位体１２０を付
着回収する回収用電極を示し、この回収用電極１１６に
は電解発生用電源１１７が接続されている。一方上記分
離回収セル容器１０１の外周側には、磁場発生用コイル
１１８が巻回されており、この磁場発生用コイル１１８
には、磁場発生用電源１１９が接続されている。そして
上記ウラン−２３５同位体１２０はこの磁場発生用コイ
ル１１８により形成された磁場により円運動しながら上
記回収用電極１１６上に付着される。こ゛れに対して中
性粒子であるウラン−２３８同位体１２１は上記電磁場
を通過して回収トラップ１２２により捕集除去される。

以上本実施例よる分離回収セルによると、炭酸ガスレー
レーザ装置１０５を使用しているので、エレクトロンビ
ーム法の場合のように各薇器を分離回収セル容器１０１
内に設置する必要が無く、分離回収セル容器１０１の外
側から高密度レーザビーム１０８を照射することにより
高温加熱が可能であるので、上記分離回収セル容器１０
１を小形化することができるとともに、簡略化すること
が可能となり、またエレクトロンビーム法のように多数
の電源を必要としないので制御系の簡素化および制御そ
のものの簡略化を図ることが可能となる。また付帯設備
１０５Ｂおよびレーザビーム導入窓１０７により照射す
るレーザビーム１０８の出力、密度（絞り）、照射位置
等を所望のものに調節することができ、その結果ウラン
原子蒸気。

１０９の発生を容易に調節することが可能となる。

そしてレーザビーム１０８を絞り込むことにより従来の
ような全面照射ではなく、ウラン金属原料１０４のみに
照射して高温加熱することができ、へ〜ス１０３の昇温
を抑制することができ、ハース１０”４−を冷却するた
めの冷却機構を不要とすることができ、かつ効率的にウ
ラン蒸気１０９を発生させることができる。そしてハー
ス１０３の高温腐蝕およびウラン蒸気による汚染を防止
することができるので、寿命の延長はもとより保守点検
に要する負担を軽減させることができる。

なお本発明は上記実施例に限られるものではなく、例え
ばハースを予備的に加熱する機構を備えた構成の分離回
収セルに適用しても同様の効果を奏することが可能であ
る。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による分離回収セルは、分離
回収セル容器と、この分離回収セル容器内に設置され放
射性元素を収容するハースと、上記分離回収セル容器の
外に設置され上記ハースに収容された放射性元素にレー
ザビームを照射し高温加熱して蒸発させる炭酸ガスレー
ザ装置と、上記分離回収セル容器に設置され上記炭酸ガ
スレーザ装置から照射されるレーザビームを分離回収セ
ル容器内に導入するレーザビーム導入窓と、上記分離回
収セル容器に設置され蒸発した放射性元素の内特定の同
位体のみを運択的に励起しかつ電離させイオン化させる
励起電離用レーザ装置と、上記励起電離用レーザ装置の
レーザビーム照射により分離された特定の同位体および
それ以外の同位体を別々に回収する回収装置とを具備し
た構成である。

したがって分離回収セル容器内に放射性元素を高温加熱
して蒸発せしめる構成囲器を収容させる必要が無く、そ
の分分離回収セル容器を小形化することができるととも
に、構成を簡略化することができ、保守点検作業に要す
る負担の軽減化を図ることかできるとともに、レーザビ
ーム発生部の蒸気による汚染を防止して健全性の維持を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す分離回収セルの断面図
、第２図は分離回収セルの原理を説明するための図、第
３図はエレクトロンビーム法を説明するための図である
。 １０１・・・分離回収セル容器、１０３・・・ハース、
１０４・・・ウラン金属材料、１０５・・・炭酸ガスレ
ーザ装置、１０７・・・レーザビーム導入窓、１０８・
・・レーザビーム、１０９・・・イオン蒸気、１１１・
・・励起電離レーザ装置、１１５・・・回収装置、１２
０・・・ウラン−２３５同位体、１２１・・・ウラン−
２３８同位体。 第　Ｉ　Ｎ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）分離回収セル容器と、この分離回収セル容器内に
   設置され放射性元素を収容するハースと、上記分離回収
   セル容器の外に設置され上記ハースに収容された放射性
   元素にレーザビームを照射し高温加熱して蒸発させる炭
   酸ガスレーザ装置と、上記分離回収セル容器に設置され
   上記炭酸ガスレーザ装置から照射されるレーザビームを
   分離回収セル容器内に導入するレーザビーム導入窓と、
   上記分離回収セル容器に設置され蒸発した放射性元素の
   内特定の同位体のみを選択的に励起しかつ電離させイオ
   ン化させる励起電離用レーザ装置と、上記励起電離用レ
   ーザ装置のレーザビーム照射により分離された特定の同
   位体およびそれ以外の同位体を別々に回収する回収装置
   とを具備したことを特徴とする分離回収セル。
2. （２）上記レーザビーム導入窓には上記炭酸ガスレーザ
   装置から照射されたレーザビームの絞り程度を調節する
   絞り調節機構が設置されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の分離回収セル。