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JPH0516889B2 - - Google Patents
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JPH0516889B2 - - Google Patents

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JPH0516889B2
JPH0516889B2 JP15370085A JP15370085A JPH0516889B2 JP H0516889 B2 JPH0516889 B2 JP H0516889B2 JP 15370085 A JP15370085 A JP 15370085A JP 15370085 A JP15370085 A JP 15370085A JP H0516889 B2 JPH0516889 B2 JP H0516889B2
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JP
Japan
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recovery
isotope
plate
recovery device
substance
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JP15370085A
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Takao Hanawa
Etsuo Tomita
Toyohiko Horikawa
Katsuo Anho
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Hitachi Ltd
Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
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Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki
Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、同位体元素の回収装置に係り、特に
同位体元素の蒸気雰囲気にレーザ光を照射して特
定同位体のみをイオン化し磁場をかけて回収する
装置の回収器に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an isotopic element recovery device, and in particular, a device for recovering isotopic elements, in particular a device for ionizing only specific isotopes by irradiating a vapor atmosphere of isotopic elements with a laser beam and applying a magnetic field. This relates to a recovery device for a device that collects waste.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

複数のウラン同位体元素を含む蒸気流にレーザ
光を照射し、選択する同位体元素(この場合は
U235)を励起・電離して分離する同位体元素の選
択的分離方法と装置の典型は、特公昭57−13331
号に示されている。本例では、選択的に分離した
U235と他のウラン同位体元素を捕集する機構とし
て、捕集プレートを提案している。分離された
U235のみの捕集プレートと他のウラン同位体元素
の捕集プレートとを周期的に清浄にして、分離し
たU235と他のウラン同位体元素とを別々に回収す
るものである。
A vapor stream containing multiple uranium isotopes is irradiated with laser light to generate the selected isotope (in this case
A typical method and device for selectively separating isotopic elements by exciting and ionizing U 235 ) was published in Japanese Patent Publication No. 57-13331.
No. In this example, we selectively separate
A collection plate is proposed as a mechanism to collect U 235 and other uranium isotopes. separated
The collection plate for only U 235 and the collection plate for other uranium isotopes are periodically cleaned to collect separated U 235 and other uranium isotopes separately.

この先行例では、周期的にプレートを洗浄にす
ることだけが述べられており、プレートを毎回取
外すのかどうか、実験室的レベルでは使えても、
工業的レベルで能率及びコスト的に引合うのか等
についての考察がなされていない。従つて、分離
の可能性は明らかにされたものの、分離したU235
の量産技術については、未解決のままである。
This precedent only mentions washing the plate periodically, and it is unclear whether the plate should be removed every time, even if it can be used at a laboratory level.
No consideration has been given as to whether it is competitive in terms of efficiency and cost on an industrial level. Therefore, although the possibility of separation was revealed, the separated U 235
The mass production technology remains unresolved.

分離したU235を工業的レベルで量産するには、
生産工程を簡略化して、連続回収することが重要
である。それには、捕集プレートをウラン同位体
元素の溶融温度すなわち1405〔〓〕以上に保持し
て、捕集したU235および他のウラン同位体元素を
溶融状態で流動させ、回収する方法が有利であろ
うと考えられる。更に、この方法によれば、捕集
プレートを常に清浄にできるので、清浄化に要す
る時間を削減するとともに、一定の状態で捕集可
能である点でメリツトが得られる。
To mass produce separated U 235 on an industrial level,
It is important to simplify the production process and perform continuous collection. An advantageous method for this purpose is to maintain the collection plate above the melting temperature of the uranium isotope, that is, 1405 [〓], and to collect the collected U 235 and other uranium isotopes by flowing them in a molten state. It is thought that there will be. Further, according to this method, since the collection plate can be kept clean, the time required for cleaning can be reduced, and the collection plate can be collected in a constant state, which is an advantage.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、連続回収が可能でしかも保守
に要する時間を大幅に削減した同位体元素の回収
装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an isotope element recovery device that allows continuous recovery and significantly reduces the time required for maintenance.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

同位体元素の回収装置は、生産性の点から連続
回収できることが有利である。本項では同位体元
素としてウラン金属同位体を例に説明する。
It is advantageous for the isotope element recovery device to be capable of continuous recovery from the viewpoint of productivity. In this section, we will use uranium metal isotope as an example of an isotopic element.

ウラン金属同位体は溶融点1405〔〓〕であり、
捕集板の温度を上記溶融点以上に保持すると、ウ
ラン同位体元素は、回収板に付着した後、溶融状
態を保つことになる。ここで予め回収板に傾斜を
与えておけば、溶融状態のウラン同位体元素は、
回収板に付着しながら流れ落ちるので、回収板の
最下部に集めて、連続回収を容易にできる。ま
た、回収板に付着したウラン同位体元素は流動す
るから、回収板の付着面にはウラン同位体元素が
積層固着することが無く、常に清浄な状態で同一
条件の捕集が可能である。
The uranium metal isotope has a melting point of 1405 [〓],
If the temperature of the collection plate is maintained above the melting point, the uranium isotope element will remain in a molten state after adhering to the collection plate. If the collection plate is tilted in advance, the uranium isotope elements in the molten state will be
Since it flows down while adhering to the collection plate, it can be collected at the bottom of the collection plate to facilitate continuous collection. In addition, since the uranium isotope attached to the recovery plate flows, the uranium isotope does not adhere to the adhesion surface of the recovery plate in a layered manner, and collection under the same conditions is always possible in a clean state.

ここで、ウラン同位体元素の回収装置を実現す
るための現実的な問題点は、回収板に採用する材
料の耐熱性・耐腐食性であるが、タングステン等
の高融点・耐食材料を使用すると製作可能であ
る。タングステンを使用する場合を例にとれば、
耐熱性に関しては溶融点3653〔〓〕(社団法人、日
本金属学会:「金属データブツク」、丸善株式会
社、昭和49年7月20日発行、p10)である。一
方、耐食性に関しては、H.B.McIntosh,K.Q.
Bagley:「ジヤーナル オブ インステイテユー
シヨン オブ メタルズ」(J.Inst.Metals),84
(1956),251.によると、0.5〔mm〕厚さのタングス
テン板を貫通するのに要する時間は、ウラン同位
体元素の溶融点1405〔〓〕において10000〔min〕
(約167〔hr〕以上であるから、時間の制限は受け
るが、板厚を増加する等の手段で対策は容易に可
能である。従つて材料に関する耐熱性・耐腐食性
に関する問題点は高融点金属を適切に選定するこ
とで回避できる。さらに高融点金属を回収板に使
用する場合、1200〔℃〕で40〔μΩ・cm〕(広木:
「真空蒸着」,日刊工業新聞社,昭40)であり、回
収板自体を発熱体として回収装置構造を簡略化す
ることもできるので、メリツトがある。
The practical problem in realizing a uranium isotope recovery device is the heat resistance and corrosion resistance of the material used for the recovery plate. It can be manufactured. For example, when using tungsten,
Regarding heat resistance, the melting point is 3653 [〓] (Incorporated Association, Japan Institute of Metals: "Metal Data Book", Maruzen Co., Ltd., published on July 20, 1970, p. 10). On the other hand, regarding corrosion resistance, HBMcIntosh, KQ
Bagley: “J.Inst.Metals”, 84
(1956), 251. According to
(Since it is approximately 167 [hr] or more, it is subject to time restrictions, but countermeasures such as increasing the plate thickness are easily possible.Therefore, problems regarding heat resistance and corrosion resistance regarding materials are high. This can be avoided by appropriately selecting a metal with a melting point.Furthermore, when using a metal with a high melting point for the collection plate, the resistance of 40 [μΩ・cm] at 1200 [℃] (Hiroki:
``Vacuum evaporation'' (Nikkan Kogyo Shimbun, 1972), which has the advantage of simplifying the structure of the recovery device by using the recovery plate itself as a heating element.

ここまでの説明は、一例としてウラン同位体元
素の回収装置について述べてきたが、その他に、
同位体元素の回収装置にも同様に適用が可能であ
る。
The explanation so far has been about a uranium isotope recovery device as an example, but there are other
It can be similarly applied to an isotope element recovery device.

このように、本発明は、同位体元素の溶融温度
以上に加熱した回収板を設けることにより、連続
回収が可能でかつ保守時間を削減した同位体元素
の回収装置を提供するものである。
As described above, the present invention provides an isotope element recovery device that enables continuous recovery and reduces maintenance time by providing a recovery plate heated to a temperature higher than the melting temperature of the isotope element.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第1図〜第3図によ
り説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.

第1図は、ウラン同位体元素の分離・回収装置
の基本構成例を示す。レーザ発振器1からパルス
状に発振された光子は、色素レーザ2によつて
U235の励起準位波長に同調された後、進路変更ミ
ラー3を経由して、容器4の透過窓5より容器内
部へ導入される。ここでハーフミラー6およびミ
ラー7は、光子をU235に効率良く吸収させるため
に、容器内部に反射往復させるように設けられ
る。容器4の内部にはウラン蒸気発生器8を設置
し、U235およびU238の混合蒸気流9を発生させ
る。混合蒸気流9にレーザ光を照射してU235を励
起・電離する。
FIG. 1 shows an example of the basic configuration of a uranium isotope separation/recovery device. The photons oscillated in a pulse form from the laser oscillator 1 are transmitted by the dye laser 2.
After being tuned to the excitation level wavelength of U 235 , it is introduced into the container through the transmission window 5 of the container 4 via the path changing mirror 3 . Here, the half mirror 6 and the mirror 7 are provided to reflect and reciprocate the photons inside the container in order to efficiently absorb the photons into the U 235 . A uranium vapor generator 8 is installed inside the vessel 4 to generate a mixed vapor stream 9 of U 235 and U 238 . The mixed vapor flow 9 is irradiated with laser light to excite and ionize U 235 .

第2図に、ウラン同位体元素の励起・電離過程
を示す。以下の説明は1波長2段階法を例にとつ
て説明する。
Figure 2 shows the excitation and ionization process of uranium isotopes. The following description will be made using the one-wavelength two-step method as an example.

(ステツプ1:励起) 第1の光子aを吸収させ、基底準位から励起準
位に励起する。
(Step 1: Excitation) The first photon a is absorbed and excited from the ground level to the excited level.

(ステツプ2:電離) 第2の光子a′を吸収させ、イオン化準位を越え
て電離する。
(Step 2: Ionization) The second photon a' is absorbed and ionized beyond the ionization level.

この方法によれば、2光子でU235をイオン化準
位(エネルギー約6.2eV)以上に励起することが
できる。
According to this method, U 235 can be excited above the ionization level (energy about 6.2 eV) with two photons.

次に電離したU235および励起しないU239を分離
する方法を第1図で説明する。
Next, a method for separating ionized U 235 and unexcited U 239 will be explained with reference to FIG.

レーザ光を照射後も電離したU235および励起さ
れないU238は混合蒸気流となつて上昇する。混合
蒸気流9の上部では、混合蒸気流9と直角方向に
磁界10をかけると、フレミングの法則に従つ
て、電離したU235を加速する力11が働く。ここ
で混合蒸気流9の上部にU235捕集用の回収板12
およびU238捕集用の回収板13を配置すれば、ウ
ラン同位体元素を選択的に分離・回収できる。
Even after laser beam irradiation, ionized U 235 and unexcited U 238 rise as a mixed vapor flow. At the top of the mixed vapor flow 9, when a magnetic field 10 is applied in a direction perpendicular to the mixed vapor flow 9, a force 11 acts to accelerate the ionized U 235 according to Fleming's law. Here, a collection plate 12 for collecting U 235 is installed above the mixed vapor flow 9.
By disposing a recovery plate 13 for collecting U 238 , uranium isotope elements can be selectively separated and recovered.

近接した発熱体を具備する回収板の断面構造を
第3図に示す。回収板12および13の背部に
は、加熱ヒータ14を設置して、回収板を輻射加
熱する。一方、加熱ヒータ14に対して回収板の
反対側には、熱放散を少なくするために反射板1
5を積層して設置する。また、回収板12,13
と加熱ヒータ14と反射板15との間には、耐熱
性および絶縁性を持つスペーサ16を適切に配置
して、漏電と熱伝導とを低減させる。加熱ヒータ
への電源供給は加熱ヒータ14の端部に接続する
ケーブル17で行う。第3図の実施例では、回収
板の加熱温度を測定し、ヒータ温度を制御するた
めに熱電対18と温度制御装置21とを設けてあ
る。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a collection plate with adjacent heating elements. A heater 14 is installed at the back of the recovery plates 12 and 13 to radiantly heat the recovery plates. On the other hand, on the opposite side of the recovery plate to the heater 14, there is a reflecting plate 1 to reduce heat dissipation.
5 are stacked and installed. In addition, the collection plates 12, 13
A spacer 16 having heat resistance and insulation is appropriately arranged between the heater 14 and the reflection plate 15 to reduce electrical leakage and heat conduction. Power is supplied to the heater through a cable 17 connected to the end of the heater 14. In the embodiment shown in FIG. 3, a thermocouple 18 and a temperature control device 21 are provided to measure the heating temperature of the collection plate and control the heater temperature.

第3図の実施例によれば、U235の蒸気流は回収
板12に付着するが、回収板12を加熱ヒータ1
4で予め加熱して1405〔〓〕以上にすると、U235
は液化し、擬集する。回収板の傾斜角を適切に選
択すると、U235の液滴19は回収板に付着したま
まで、流れ落ち、最下部へ集収可能であり、最下
部の下方に回収容器20を設けておけば、U235
選択的に分離・回収でき、連続回収が実現でき
る。U238の蒸気が付着する回収板13について
も、同様の構造として連続回収できる。
According to the embodiment of FIG. 3, the U 235 vapor flow adheres to the recovery plate 12, but the recovery plate 12 is
If preheated at step 4 to 1405 [〓] or higher, U 235
liquefies and aggregates. If the inclination angle of the collection plate is appropriately selected, the droplets 19 of U 235 will remain attached to the collection plate and will flow down and be collected at the bottom.If a collection container 20 is provided below the bottom, U 235 can be selectively separated and recovered, making continuous recovery possible. The collection plate 13 to which U 238 vapor adheres can also be continuously collected using a similar structure.

第4図に、本発明の変形例を示す。本例は、回
収板自体を加熱ヒータとして実施例である。高融
点金属は、回収板の使用温度付近で先に示したよ
うな比抵抗を持つことから、回収板自体を発熱体
として形成し、第3図実施例の加熱ヒータを別設
しなくてもよいので、構造が簡略化される。
FIG. 4 shows a modification of the invention. This example is an example in which the collection plate itself is used as a heater. Since high-melting point metals have a specific resistance as shown above near the operating temperature of the recovery plate, the recovery plate itself can be formed as a heating element, and the heater shown in the embodiment shown in FIG. 3 may not be installed separately. This simplifies the structure.

以上の実施例においては、回収板を傾斜または
垂直状態に固定する場合について述べたが、回収
板を回動させる機構を設けて、傾斜角度を最適に
設定することもできる。
In the above embodiments, a case has been described in which the collection plate is fixed in an inclined or vertical position, but a mechanism for rotating the collection plate may be provided to optimally set the inclination angle.

また、回収板表面は、平面に限らず、例えば傾
斜角度との関係で最速降下線となるように曲面と
してもよい。
Further, the surface of the recovery plate is not limited to a flat surface, but may be a curved surface so as to form the line of fastest descent in relation to the inclination angle, for example.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、同位体金属を溶融状態で連続
回収できるので、回収板を清浄化する時間が削減
され、工業的に引合う効率的な分離・回収が可能
となる。また、回収システムが簡易な構造である
から、回収システム自体の量産化も容易になる効
果がある。
According to the present invention, isotopic metals can be continuously recovered in a molten state, so the time for cleaning the recovery plate is reduced, and efficient separation and recovery, which is of great interest in industry, becomes possible. Furthermore, since the recovery system has a simple structure, it has the effect of facilitating mass production of the recovery system itself.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるウラン同位体元素の分
離・回収装置の基本構成例を示す図、第2図はウ
ラン同位体元素の励起・電離過程を示す図、第3
図は本発明の回収板を備えた一実施例を示す図、
第4図は回収板自体を加熱ヒータとした他の実施
例を示す図である。 1……レーザ発振器、2……色素レーザ、3…
…進路変更ミラー、4……容器、5……透過窓、
6……ハーフミラー、7……ミラー、8……ウラ
ン蒸気発生器、9……混合蒸気流、10……磁
界、11……加速力、12……U235捕集用回収
板、13……U238捕集用回収板、14……加熱ヒ
ータ、15……反射板、16……スペーサ、17
……ケーブル、18……熱電対、19……同位体
金属液滴、20……回収容器、21……温度制御
装置。
Figure 1 is a diagram showing an example of the basic configuration of the uranium isotope separation and recovery device according to the present invention, Figure 2 is a diagram showing the excitation and ionization process of uranium isotope elements, and Figure 3 is a diagram showing the excitation and ionization process of uranium isotope elements.
The figure shows an embodiment equipped with a collection plate of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment in which the recovery plate itself is used as a heater. 1... Laser oscillator, 2... Dye laser, 3...
...Route change mirror, 4...Container, 5...Transparent window,
6...Half mirror, 7...Mirror, 8...Uranium steam generator, 9...Mixed vapor flow, 10...Magnetic field, 11...Acceleration force, 12...U 235 collection recovery plate, 13... ...U 238 Collection plate for collection, 14 ... Heater, 15 ... Reflection plate, 16 ... Spacer, 17
... Cable, 18 ... Thermocouple, 19 ... Isotope metal droplet, 20 ... Collection container, 21 ... Temperature control device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 2種以上の同位体元素を含む物質を蒸発させ
る蒸発器と、当該物質の蒸気雰囲気中の特定同位
体元素にそのイオン化エネルギーの半分以上のエ
ネルギーを付与可能なエネルギーを持つ光子を発
生するレーザ装置と、イオン化した同位体元素に
磁場をかけて回収する回収器とからなる同位体元
素の回収装置において、分離したその物質を付着
させるためにその物質の融点以上に加熱した回収
板を設けることを特徴とする同位体元素の回収装
置。 2 特許請求の範囲第1項において、その物質を
付着させる回収板に加熱源としての発熱体を近接
させて取付けることを特徴とする同位体元素の回
収装置。 3 特許請求の範囲第1項において、その物質を
付着させる回収板自体が加熱源としての発熱体で
あることを特徴とする同位体元素の回収装置。 4 上記特許請求の範囲のいずれか一項におい
て、回収板を傾斜あるいは垂直状態で取付け、表
面に付着したその物質を流れ落ちさせて回収する
ことを特徴とする同位体元素の回収装置。 5 特許請求の範囲第4項において、回収板の傾
斜角度を可変にする機構を設けることを特徴とす
る同位体元素の回収装置。
[Scope of Claims] 1. An evaporator that evaporates a substance containing two or more isotopic elements, and an evaporator that evaporates a substance containing two or more isotopic elements, and an evaporator capable of imparting energy that is half or more of the ionization energy to a specific isotopic element in the vapor atmosphere of the substance. In the isotope recovery device, which consists of a laser device that generates photons with ionized isotopes and a recovery device that collects the ionized isotope by applying a magnetic field, the separated substance is heated above its melting point in order to adhere. An isotope element recovery device characterized by being provided with a recovery plate. 2. An isotope element recovery device according to claim 1, characterized in that a heating element as a heating source is mounted in close proximity to the recovery plate to which the substance is attached. 3. The isotope element recovery device according to claim 1, wherein the recovery plate to which the substance is attached is itself a heating element as a heating source. 4. An isotope element recovery device according to any one of the above claims, characterized in that the recovery plate is installed in an inclined or vertical position, and the substance adhering to the surface is allowed to flow down and recovered. 5. The isotope element recovery device according to claim 4, characterized in that it is provided with a mechanism that makes the inclination angle of the recovery plate variable.
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