JPH0545286B2 - - Google Patents

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、これによつ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溶融蒸発させて原子ビー
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準位に励
起する。また、励起用レーザー光線の照射と同時
に、共鳴準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、しかも基底準位にあ
る他の同位体元素は電離させない波長の電離用レ
ー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つては次のような問題があつ
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、通常、ルツボ内に収容されてい
る被分離物を蒸発させ終わつた時点で真空容器の
真空を破つて、新たな被分離物ルツボ内に収容
し、真空容器内を再び真空引きした後、分離運転
を再開する方式を採用している。真空容器内には
上述したルツボや分離捕集系が収容されるので、
真空容器の容積は必然的に大きい。しがつて、真
空容器内を十分な圧力まで排気するには長時間を
必要とする。このため稼働率が低く、この結果、
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つた。

〔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、ルツボへの被分
離物の供給を連続的に行なうことができ、もつて
分離空間の真空を破らなければならない回数を大
幅に減少させることができ、これによつて稼働率
の向上化ならびに分離運転に要する費用の軽減化
を図れる同位体分離装置を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、被分離を収容するルツボ
およびこのルツボ内に収容された上記被分離物を
蒸発させて前記特定の同位体元素と他の同位体元
素とに分離するのに必要な要素を収容してなる分
離部と、この分離部に隣接して設けられた被分離
物を予め加熱液化させるとともに液化した上記被
分離物を排出させる排出口が前記分離部内の前記
ルツボに通じた液化部と、前記ルツボ内の前記被
分離物の蒸発量を検出するセンサと、前記液化部
内の圧力を不活性ガスを用いて可変する圧力可変
装置と、前記センサの出力に基づいて動作し、前
記ルツボ内の前記被分離物の蒸発量を補う量の被
分離物が前記液化室から上記ルツボ内に圧送され
る如く前記圧力可変装置を制御するコントローラ
とを備えている。

〔発明の効果〕

本発明に係る同位体分離装置によると、ルツボ
内の被分離物が蒸発によつて減少すると、コント
ローラが動作して、液化部側から減少擁分の被分
離量がルツボ内に自動的に供給される。つまり、
被分離物をルツボ内に連続的に供給するとができ
る。したがつて、それだけ真空容器、すなわち分
離空間の真空を破る回数を減らすことができる。
その結果、装置の稼働率を向上させることでき、
分離コストを低下させることができる。また、液
化部内と分離部内との圧力差を利用して液化部内
からルツボ内に液状の被分離物を供給しているの
で、供給するための構成も極めて簡単化できる。
したがつて、液化部を設けたことによつて、全体
の構成が大幅に複雑化するようなこともない。

〔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。

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

すなわち、この装置は、大きく別けて、分離部
１と、この分離部１に隣接して設けられた液化部
２とで構成されている。

分離部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１１と、この真空容器１１
内の配置され内部にウラン金属あるいはウラン化
合物、つまり被分離物Ｐを収容するルツボ１２
と、このルツボ１２の近傍に設けられ上記ルツボ
１２内の被分離物Ｐを電子ビームＥで加熱蒸発さ
せる電子ビーム照射装置１３と、ルツボ１２の上
方に配置され被分離物Ｐの蒸発によつて形成され
た原子ビームＸの方向を規定するコリメータ１４
と、このコリメータ１４より上方に配置されてウ
ラン２３５を捕集する捕集装置１５と、この捕集
装置１５より上方に設けられウラン２３８を捕集
する捕集装置１６と、上記コリメータ１４と上記
捕集装置１５との間に存在する空間を捕集装置１
５側に向けて進行する原子ビームＸに励起、電離
用のレーザ光線を照射するレーザ系１７とで構成
されている。

真空容器１１には、側壁部の一部に図示しない
開閉自在な扉が設けてあり、また底壁部には排気
口１８が設けられている。そして、排気口１８
は、バルブ１９を介して真空ポンプ２０に接続さ
れている。前記捕集装置１５は、大きく別けて、
捕集用電極２１と、図示しない容器とで構成され
ている。捕集用電極２１は、実際には板状に形成
された正電極と負電極とを紙面に直交する方向に
交互に、かつ平行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
θ₁だ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１１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１１外に配置された加熱用電源
に接続されている。そして、前記容器は、上記各
負電極から落下する液滴を樋２２を介して受け止
め得る位置に配置されている。捕集装置１６は、
大きく別けて、受け体２３と、この受け体２３の
近傍に配置された図示しない容器とで構成されて
いる。受け体２３は、捕集用電極２１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
あるいはセラミツクス製の板材で形成されてい
る。そしてこの受け体２３は、水平線に対してθ₂
だけ傾くように設けられている。受け体２３内に
は、この受け体２３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１１外に設けられた加熱用電
源に接続されている。また、前記容器は、前記受
け体２３から落下するウラン２３８の液滴を樋２
４を介して受け止め収容し得る位置に配置されて
いる。

前記レーザ系１７は次のように構成されてい
る。すなわち、真空容器１１の紙面と直交する側
壁で、かつコリメータ１４よりやや上方に位置す
る部分に、光学窓２５を設けている。そして、上
記光学窓２５を通して２種類のレーザ光線を照射
する２つのレーザ装置２６，２７を配置してい
る。レーザ装置２６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ーを有し
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２６から出たレー
ザ光線２８はハーフミラー２９、光学窓２５を介
しては真空容器１１内に照射される。レーザ装置
２７は、この実施例では、上記レーザ装置２６か
ら送出されたレーザ光線２８の照射で共鳴準位に
励起されているウラン２３５を電離するのに十分
で、しかも基底準位にあるウラン２３８は電離さ
せない波長のレーザ３０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２７から送出
されたレーザ光線３０は、ミラー３１、ハーフミ
ラー２９、光学窓２５を介してレーザ装置２６か
ら送出されたレーザ光線２８と同軸に真空容器１
１内に照射される。

一方、前記液化部２は、次のように構成されて
いる。すなわち、前記真空容器１１に隣接させて
低圧容器４１を配置している。低圧容器４１内の
中央部には被分離物Ｐを予め加熱液化させるのに
供される液化容器４２が開口部を上方に向けて配
置されている。この液化容器４２の側壁下部には
液化した被分離物Ｐを排出する排出口４３が設け
てあり、この排出口４３は低圧容器４１および真
空容器１１の壁を気密に貫通して設けられた案内
管４４を介して前記ルツボ１２内に通じている。
そして、上記案内管４４および液化容器４２の外
周には、被分離物Ｐを加熱溶融させるとともに保
温するための電気ヒータ４５が添設されている。
低圧容器４１の上壁中央部には開閉自在なハツチ
４６が設けてあり、また、上記上壁と液化容器４
２との間には、この間を上下方向に仕切つて上壁
との間に予備室４７を形成する仕切り壁４８が設
けられている。仕切り壁４８の中央部には図示し
ない駆動機構によつて開閉されるハツチ４９が設
けられている。予備室４７はバルブ５０を介して
真空ポンプ５１に接続されている。また、液化容
器４２が収容されている空間はバルブ５２を介し
て不活性ガス、たとえばヘリウムガスを収容した
ボンベ５３に接続されており、さらにバルブ５４
を介して真空ポンプ５５に接続されている。

しかして、前記ルツボ１２内には、このルツボ
１２内に収容されている被分離物Ｐの量を検出す
るセンサ、たとえば液位検出センサ５７が配設さ
れている。そして、このセンサ５７の出力はコン
トローラ５８に導入される。コントローラ５８
は、ルツボ１２内の液位が基準値より低下したと
き、この基準値までの不足分が真空容器１１内の
圧力と液化容器４２が収容されている空間の圧力
との差によつて液化容器４２から案内管４４を通
してルツボ１２内に送り込まれるようにバルブ５
２，５４の開度を制御するように構成されてい
る。なお、図中５９は、捕集用電極２１への捕集
効率の向上化と、電子ビーム照射装置１３の偏向
制御とに供される磁場を発生するコイルを示し、
また６０はレーザ光線２８，３０を若干角度を代
えて反射させるミラーを示している。

このような構成であると、ルツボ１２内に連続
的に被分離物Ｐを供給することができる。すなわ
ち、まず分離運転を開始する前に、ハツチ４６を
開けて予備室４７内に被分離物Ｐを収容する。次
に、ハツチ４６を閉じ、予備室４７内を真空ポン
プ５１で液化容器４２の収容されている空間圧力
を同程度の圧力まで排気する。次に、ハツチ４９
を開けて予備室４７内の被分離物Ｐを液化容器４
２内に落とし込みハツチ４９を閉じる。外部から
被分離物Ｐを搬入するときには、常に上述した操
作が行われる。次に、電気ヒータ４５を付勢して
液化容器４２内の被分離物Ｐを加熱液化させる。
次に、コントローラ５８を動作させる。この時点
ではルツボ１２内に被分離物Ｐは収容されていな
い。したがつて、コントローラ５８は真空容器１
１内に比べて液化容器４２の収容されている空間
の圧力の方が高くなるようにバルブ５２，５４の
開度を制御する。このため、液化容器４２内に収
容されている液化した被分離物Ｐは、圧力差でル
ツボ１２内へと押し出される。そして、ルツボ１
２内の液位が基準値に達すると、コントローラ５
８は圧力差が零となるようにバルブ５２，５４の
開度を制御する。

しかして、この状態で電子ビーム照射装置１３
に動作開始指令を与えると、電子ビーム照射装置
１３から電子ビームＥが送出され、この電子ビー
ムＥはルツボ１２内の被分離物Ｐに照射される。
したがつて、被分離物Ｐ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１
４を通過した蒸気は、上記コリメータ１４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２１側へと進む。このとき、ウ
ラン２３５の原子はレーザ装置２６から送出され
たレーザ光線２８の照射を受けて共鳴準位に励起
され、また、同時にレーザ装置２７から送出され
たレーザ光線３０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２１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の大部分はそ
のまま受け体２３側へと直進るが、ウラン２３５
は、捕集用電極２１の負電極の表面に静電付着す
る。多負電極は、内設された電気ヒータの付勢に
よつて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、各負電極の表面上を下方へと流れ、最
終的に樋２２に案内されて容器内へと落下し、容
器内に自動的に集められる。

一方、受け体２３側に進行したウラン２３８
は、最終的に受け体２３の下面に衝突する。この
受け体２３は、内設された電気ヒータの付勢によ
つて、100℃以上の温度に保たれている。このた
め、受け体２３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、樋２４に案内されて別の容器内へと落下し、
この容器内に自動的に集められる。

ところで、ルツボ４内に収容されている被分離
物Ｐが蒸発によつて減少すると、この減少はセン
サ５７によつて検出される。コントローラ５８は
上記センサ５７の出力に基づいてルツボ１２内の
液位が基準値に達するようにバルブ５２，５４の
開度を制御する。すなわち、液化容器４２の収容
されている空間の圧力を高め、この空間の圧力と
真空容器１１内の圧力差で液化容器４２内の被分
離物Ｐがルツボ１２内に基準液位に達するまで押
し出されるようにバルブ５２，５４の開度を制御
する。したがつて、ルツボ１２内の被分離物液位
は常に一定に保たれることになる。

このように、分離部１に隣接させて被分離物Ｐ
を予め加熱液化せる液化部２を設け、分離部１に
設けられているルツボ１２内の被分離物Ｐが蒸発
によつて減少した分を上記液化部２から自動的に
補充して常にルツボ１２内の被分離物Ｐの量を一
定に保持するようにしている。したがつて、簡単
な構成であるにも拘らず、ルツボ１２内に連続的
に被分離物Ｐを供給することができるので、分離
部１の真空を破る回数を大幅に減らすことができ
る。このため、装置の稼働率を高めることがで
き、分離運転に要する費用を軽減させることがで
き、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、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、ミラー６０に相当す
るものを複数設け、レーザ光線をジグザグ状に進
行させ、電離効率を向上させるようにしてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に係る同位体分離装置の
模式的構成説明図である。 １…分離部、２…液化部、１１…真空容器、１
２…ルツボ、１３…電子ビーム照射装置、１５，
１６…捕集装置、１７…レーザ系、４１…低圧容
器、４２…液化容器、４６，４９…ハツチ、４７
…予備室、２０，５１，５５…真空ポンプ、１
９，５０，５２，５４…バルブ、５３…不活性ガ
スのボンベ、５８…コントローラ、Ｐ…被分離
物、Ｘ…原子ビーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、被分
   離物を収容するルツボおよびこのルツボ内に収容
   された上記被分離物を蒸発させて前記特定の同位
   体元素と他の同位体元素とに分離するのに必要な
   要素を収容してなる分離部と、この分離部に隣接
   して設けられ被分離物を予め加熱液化させるとと
   もに液化した上記被分離物を排出させる排出口が
   前記分離部内の前記ルツボに通じた液化部と、前
   記ルツボ内の前記被分離物の蒸発量を検出するセ
   ンサと、前記液化部内の圧力を不活性ガスを用い
   て可変する圧力可変装置と、前記センサの出力に
   基づいて動作し、前記ルツボ内の前記被分離物の
   蒸発量を補う量の被分離物が前記液化部から上記
   ルツボ内に圧送される如く前記圧力可変装置を制
   御するコントローラとを具備してなることを特徴
   とする同位体分離装置。 ２ 前記液化部は、選択的に外部に通じて被分離
   物の搬入路を構成する予備室と、この予備室内を
   排気する排気系と、排気された上記予備室内から
   上記被分離物を加熱液化容器に送り込む手段とを
   具備した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。