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JPH0546243B2 - - Google Patents
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JPH0546243B2 - - Google Patents

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JPH0546243B2
JPH0546243B2 JP62062654A JP6265487A JPH0546243B2 JP H0546243 B2 JPH0546243 B2 JP H0546243B2 JP 62062654 A JP62062654 A JP 62062654A JP 6265487 A JP6265487 A JP 6265487A JP H0546243 B2 JPH0546243 B2 JP H0546243B2
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JP
Japan
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isotope
product recovery
vapor
flow
separation device
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JP62062654A
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Kazunori Shioda
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はレーザ法による同位体分離装置に係
り、特に原料である金属蒸気の利用率を高め、同
位体の分離回収効率の向上を図つた同位体分離装
置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an isotope separation device using a laser method, and particularly improves the utilization rate of metal vapor as a raw material and improves the separation and recovery efficiency of isotopes. The present invention relates to an isotope separation device designed to improve

(従来の技術) 一般に、レーザ法による同位体分離装置は、複
数種類の同位体を含む金属原料、例えば質量数
235のウラン(U−235)、質量数238のウラン(U
−238)を含むウラン金属原料を加熱溶融して蒸
発させ、生成した金属蒸気流にレーザ光を照射
し、蒸気流中の特定の同位体、例えばU−235を
選択的に陽イオン化し、陽イオン化した特定の同
位体に電界を作用させて分離回収するように構成
されている。
(Prior art) In general, isotope separation devices using a laser method are used to extract metal raw materials containing multiple types of isotopes, such as
Uranium with mass number 235 (U-235), uranium with mass number 238 (U
The uranium metal raw material containing U-238) is heated to melt and evaporate, and the resulting metal vapor stream is irradiated with laser light to selectively cationize specific isotopes, such as U-235, in the vapor stream. It is configured to separate and collect ionized isotopes by applying an electric field to them.

従来、この種の同位体分離装置は、第6図およ
び第7図に示すように構成されている。すなわ
ち、ほぼ真空状態に維持された密閉空間の内底部
に金属原料1を収容した蒸発用るつぼ2が設置さ
れている。
Conventionally, this type of isotope separation apparatus is constructed as shown in FIGS. 6 and 7. That is, an evaporation crucible 2 containing a metal raw material 1 is installed at the inner bottom of a closed space maintained in a substantially vacuum state.

蒸発用るつぼ2は熱化学的耐性に優れており、
その内部には複数種類の同位体を含むウラン金属
原料等の金属原料1が収容される。この金属原料
1には電子銃3から発射されて偏向磁場により曲
げられた電子ビーム4が照射される。金属原料1
は加熱溶融されて蒸発し、蒸気流5を形成する。
Evaporation crucible 2 has excellent thermochemical resistance,
A metal raw material 1 such as a uranium metal raw material containing a plurality of types of isotopes is housed inside. This metal raw material 1 is irradiated with an electron beam 4 emitted from an electron gun 3 and bent by a deflection magnetic field. Metal raw material 1
is heated to melt and evaporate, forming a vapor stream 5.

この蒸気流5は、図示しない蒸気封入容器内に
封入されており、蒸気流5の流路上方には製品回
収電極6が配設されている。
This steam flow 5 is sealed in a steam enclosure (not shown), and a product recovery electrode 6 is disposed above the flow of the steam flow 5.

製品回収電極6は、正電位が印加される複数の
陽電極7と、陽電極7の電位より相対的に低い負
電位が印加される複数の陰電極8とを、蒸気流5
の流れ方向にほぼ平行に対向させ所要間隔をおい
て交互に配設して構成する。各陽電極7と各陰電
極8との間には、光反応部9が形成され、各光反
応部9には蒸気流5の流れに対して直角方向(第
7図においては紙面に垂直)にレーザ光10がそ
れぞれ照射される。このとき、蒸気流5中の特定
の同位体、例えばU−235のみが選択的に励起さ
れて電離し、陽イオンとなる。陽イオンとなつた
特定の同位体は陰電極8方向に吸引され、分離回
収される。
The product recovery electrode 6 connects a plurality of positive electrodes 7 to which a positive potential is applied and a plurality of negative electrodes 8 to which a negative potential relatively lower than the potential of the positive electrodes 7 is applied.
They are constructed by facing each other substantially parallel to the flow direction and alternately arranged at required intervals. A photoreactive portion 9 is formed between each positive electrode 7 and each negative electrode 8, and each photoreactive portion 9 is provided in a direction perpendicular to the flow of the vapor flow 5 (perpendicular to the plane of paper in FIG. 7). The laser beam 10 is irradiated on each. At this time, only a specific isotope, such as U-235, in the vapor stream 5 is selectively excited and ionized to become a positive ion. The specific isotope that has become a cation is attracted toward the negative electrode 8 and separated and recovered.

一方、レーザ光10の照射によつてイオン化し
なかつた同位体、例えばU−238や中性金属原子
等を含む蒸気流は製品回収電極6の電界により影
響を受けずに電極部を直進して通過し、製品回収
電極6の上方に配設した円弧板状の廃品回収板1
1に回収される。
On the other hand, the vapor flow containing isotopes that were not ionized by the laser beam 10 irradiation, such as U-238 and neutral metal atoms, travels straight through the electrode section without being affected by the electric field of the product recovery electrode 6. A circular arc-shaped waste collection plate 1 is disposed above the product collection electrode 6.
1 will be collected.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、従来の同位体分離装置では、生
成した蒸気流に含まれる特定の同位体原子のうち
レーザ光との光反応に関与する同位体原子の割合
は40〜50%程度と低いため、原料である金属蒸気
の利用率を基準とした同位体の分離回収効率も相
対的に低い問題点がある。同位体原子が励起され
イオン化される割合は、運転温度における原子の
エネルギ準位および照射されるレーザ光の波長に
より変化し、光反応に関与する同位体原子の割合
も変化する。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in conventional isotope separation devices, the proportion of isotope atoms that participate in photoreaction with laser light among the specific isotope atoms contained in the generated vapor flow is 40. Since it is as low as ~50%, there is a problem that the isotope separation and recovery efficiency is also relatively low based on the utilization rate of the metal vapor that is the raw material. The rate at which the isotope atoms are excited and ionized varies depending on the energy level of the atoms at the operating temperature and the wavelength of the irradiated laser light, and the rate at which the isotope atoms participate in the photoreaction also changes.

ここで、従来のレーザ法において、特定の同位
体を選択的に励起し、さらにイオン化する過程を
第5図に従つて説明する。
Here, the process of selectively exciting and further ionizing a specific isotope in the conventional laser method will be explained with reference to FIG.

最初に基底準位E0にある同位体原子A0に選択
励起レーザ光10aを照射して選択励起準位Elb
まで遷移させ、次に中間励起準位E2に同調する
波長に設定した選択励起レーザ光10cを照射し
て中間励起準位E2まで選択的に励起せしめ、さ
らに、電離準位Eiまで遷移させるために電離用レ
ーザ光10dを照射する。以上の3段階のプロセ
スを経て同位体原子A0が選択的に励起された後、
電離されイオン化する。第6図および第7図で図
示するレーザ光10は、上記の選択励起レーザ光
10aと中間励起レーザ光10cおよび電離レー
ザ光10dを合成したものである。
First, the isotope atom A 0 at the ground level E 0 is irradiated with the selective excitation laser beam 10a to raise the selective excitation level E lb
Then, the selective excitation laser beam 10c set to a wavelength tuned to the intermediate excitation level E 2 is irradiated to selectively excite the intermediate excitation level E 2 , and then the transition to the ionization level E i In order to do this, an ionizing laser beam 10d is irradiated. After the isotope atom A 0 is selectively excited through the above three-step process,
Ionized and ionized. The laser beam 10 shown in FIGS. 6 and 7 is a combination of the selective excitation laser beam 10a, the intermediate excitation laser beam 10c, and the ionizing laser beam 10d.

ここで、ある運転温度Tにおいてエネルギ準位
Eを有する原子の占有率Pは、原子の合成スピン
をJ、ボルツマン定数をkとすると、(1)式で与え
られる。
Here, the occupancy P of atoms having energy level E at a certain operating temperature T is given by equation (1), where J is the composite spin of the atoms and k is Boltzmann's constant.

P∝(2J+1)e-E/kT ……(1) したがつて、蒸気流の温度Tを2400〓とする
と、光反応を起し易い基底準位E0にある原子の
占有率P0は(2)式で与えられる。
P∝(2J+1)e -E/kT ……(1) Therefore, if the temperature T of the vapor flow is 2400〓, the occupancy rate P 0 of atoms at the ground level E 0 where photoreactions are likely to occur is It is given by equation (2).

P0=(2J+1)e-E 0 /kT/(2J+1)e-Ei/kT≒0.45……
(2) ここで、 〓i (2J+1)e-Ei/kTは、各エネルギ準
位にある原子の占有率Piの総和である。
P 0 = (2J+1)e -E 0 /kT / (2J+1)e -Ei/kT ≒0.45...
(2) Here, 〓 i (2J+1)e -Ei/kT is the sum of the occupancy rates P i of atoms at each energy level.

(2)式より、温度が2400〓と高温状態に維持され
ると、蒸気流に含有される特定の同位体原子のう
ち45%の同位体原子だけが光反応に関与するに過
ぎないことが判明する。
From equation (2), if the temperature is maintained at a high temperature of 2400㎓, only 45% of the specific isotope atoms contained in the vapor flow will participate in the photoreaction. Prove.

一方、運転温度Tを2400〓とした場合、同位体
原子は部分的に基底準位E0よりエネルギ準位が
高い準安定準位E0 *またはその上位準位に熱励起
されている。この準安定準位E0 *にある同位体原
子A0 *の占有率P0 *は、(2)式と同様に算出すると
(3)式の通りとなる。
On the other hand, when the operating temperature T is 2400㎜, the isotope atoms are partially thermally excited to the metastable level E 0 * , which has a higher energy level than the ground level E 0 , or to its upper level. The occupancy rate P 0 * of the isotope atom A 0 * in this metastable level E 0 * can be calculated in the same way as equation (2).
Equation (3) is obtained.

P0 *=0.27 ……(3) すなわち、30%弱の同位体原子A0 *が光反応に
関与しないままに廃品回収板に回収されてしまう
ため、製品同位体の分離回収効率が低下すること
となる。
P 0 * = 0.27 ……(3) In other words, a little less than 30% of the isotope atoms A 0 * are collected in the waste collection plate without participating in the photoreaction, which reduces the separation and collection efficiency of product isotopes. That will happen.

この対策として、準安定準位E0 *にある同位体
原子A0 *を選択励起準位E1bに励起するための選
択励起レーザ光10bを照射するレーザ光発振装
置を別個に装備することも考慮されているが、設
備費が高価になり、運転管理が煩雑になる欠点が
ある。
As a countermeasure against this, it is also possible to separately equip a laser beam oscillation device that irradiates the selective excitation laser beam 10b to excite the isotope atom A 0 * in the metastable level E 0 * to the selective excitation level E 1b . Although this is being considered, it has the drawbacks of high equipment costs and complicated operation management.

また従来の同位体分離装置は、高温条件下で運
転されるため生成した蒸気流には、原子の衝突や
熱電離等によつて発生した不純物イオンや高速の
熱電子が含まれる。これらの不純物イオンは、光
反応によつてイオン化した同位体に同伴して回収
電極に混入する一方、熱電子は陽イオン化した同
位体を電気的に中和し電界による分離を不可能に
する。そのため、回収を目的とする同位体の分離
係数が低下し、製品の純度および品質を低下せし
める原因となつている。
Further, since conventional isotope separation apparatuses are operated under high temperature conditions, the generated vapor flow contains impurity ions and high-speed thermoelectrons generated by atomic collisions, thermal ionization, and the like. These impurity ions accompany the isotope ionized by the photoreaction and mix into the collection electrode, while thermionic electrons electrically neutralize the cationized isotope, making separation by an electric field impossible. As a result, the separation coefficient of the isotope to be recovered is reduced, causing a reduction in the purity and quality of the product.

本発明は上記の問題点を解決するためになされ
たものであり、蒸気流中に含まれる準安定準位に
ある同位体原子を基底準位に移行せしめ脱励起す
ることにより、光反応を起し易い同位体原子数を
増加して同位体の分離回収効率を向上するととも
に、製品回収電極に混入する不純物イオン等を排
除することにより品質が優れた製品が得られる同
位体分離装置を提供することを目的とする。
The present invention was made in order to solve the above problems, and it initiates a photoreaction by deexciting the isotope atoms in the metastable level contained in the vapor flow to the ground level. To provide an isotope separation device that improves isotope separation and recovery efficiency by increasing the number of isotope atoms that are easy to separate, and that can obtain products of excellent quality by eliminating impurity ions mixed in a product recovery electrode. The purpose is to

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明は、複数種類の同位体を含有する金属原
料を加熱蒸発せしめて蒸気流を生成する蒸気生成
装置と、蒸気流の流れ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電
極と、製品回収電極に導入した蒸気流にレーザ光
を照射して蒸気流に含まれる特定の同位体を選択
的に陽イオン化するレーザ光発振装置とを備え、
上記製品回収電極間に電圧を印加することによつ
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、
生成した蒸気流に含まれ準安定準位にある同位体
原子を基底準位に移行せしめて脱励起する脱励起
用フイルタを蒸気生成装置と製品回収電極との間
に配設することを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides a steam generation device that generates a steam flow by heating and evaporating a metal raw material containing multiple types of isotopes, and a steam generator that generates a steam flow in parallel to the flow direction of the steam flow. A product recovery electrode formed by alternately arranging electrodes and negative electrodes, and a laser that selectively cationizes specific isotopes contained in the vapor flow by irradiating the vapor flow introduced into the product recovery electrode with laser light. Equipped with an optical oscillation device,
In an isotope separation device that applies a voltage between the product recovery electrodes to deflect a specific isotope that has been positively ionized toward the negative electrode to separate and recover it,
A de-excitation filter is disposed between the steam generation device and the product recovery electrode to transfer isotope atoms in the metastable level contained in the generated steam flow to the ground level and de-excite them. do.

(作用) 本発明に係る同位体分離装置によれば、蒸気生
成装置と製品回収電極との間に脱励起用フイルタ
が配設され、この脱励起用フイルタと、蒸気流に
含まれる準安定準位にある同位体原子との衝突に
よつて蒸気温度が緩和され、同位体原子は基底準
位へと脱励起される。脱励起された同位体原子は
段階的に選択励起用、中間励起用、電離用の各レ
ーザ光を照射されてイオン化し、分離回収操作に
供される。
(Function) According to the isotope separation device of the present invention, a deexcitation filter is disposed between the steam generation device and the product recovery electrode, and the deexcitation filter and the metastable substances contained in the vapor flow are connected to each other. Collisions with the isotope atoms at this position relax the vapor temperature, and the isotope atoms are de-excited to the ground level. The de-excited isotope atoms are ionized by being irradiated with laser beams for selective excitation, intermediate excitation, and ionization in stages, and are subjected to separation and recovery operations.

したがつて、準安定準位にあつた同位体原子が
光反応によつて容易にイオン化する基底準位に遷
移され、分離回収操作の対象となる蒸気流中の同
位体原子数を大幅に増加することが可能となり、
金属蒸気の利用率の増大に伴つて同位体の分離回
収効率が向上する。
Therefore, the isotope atoms that were in the metastable level are transferred to the ground level where they are easily ionized by photoreaction, and the number of isotope atoms in the vapor flow that is the target of separation and recovery operations is significantly increased. It becomes possible to
As the utilization rate of metal vapor increases, the efficiency of isotope separation and recovery improves.

一方、蒸気生成装置から発生した初期の蒸気流
に含まれる不純物陽イオンおよび熱電子は脱励起
用フイルタのフイルタ要素と衝突を繰り返す過程
において再結合し、不純物陽イオンの電荷は熱電
子によつて電気的に中和される。そのため、製品
回収電極に導入される蒸気流中の不純物イオンの
含有量は極めて低くなり、不純物イオンが製品回
収電極に吸着されることが防止される。したがつ
て、回収を目的とする同位体の分離効率が向上
し、純度品質が優れた製品を得ることができる。
On the other hand, the impurity cations and thermionic electrons contained in the initial steam flow generated from the steam generator are recombined in the process of repeated collisions with the filter elements of the deexcitation filter, and the charge of the impurity cations is reduced by the thermionic electrons. electrically neutralized. Therefore, the content of impurity ions in the vapor flow introduced into the product recovery electrode becomes extremely low, and impurity ions are prevented from being adsorbed by the product recovery electrode. Therefore, the efficiency of isotope separation for the purpose of recovery is improved, and a product with excellent purity and quality can be obtained.

(実施例) 次に、本発明の一実施例についてウラン濃縮工
程におけるウラン同位体の分離操作を例にとり、
添付図面を参照して説明する。
(Example) Next, regarding an example of the present invention, taking as an example the separation operation of uranium isotopes in the uranium enrichment process,
This will be explained with reference to the attached drawings.

第1図および第2図は本発明に係る同位体分離
装置の一実施例を示す斜視図および断面図であ
る。なお、第6図および第7図に示す従来例と同
一構成要素部品には同一符号を付している。
FIGS. 1 and 2 are a perspective view and a sectional view showing an embodiment of an isotope separation apparatus according to the present invention. Note that the same reference numerals are given to the same components as those of the conventional example shown in FIGS. 6 and 7.

第1図、第2図において同位体分離装置は、複
数のウラン同位体を含有する金属原料1を収容し
た蒸発用るつぼ2を備え、収容した金属原料1に
電子銃3から発生する電子ビーム4を照射して金
属原料1を加熱蒸発せしめ、蒸気流5を生成する
蒸気生成装置12を有する。
1 and 2, the isotope separation apparatus includes an evaporation crucible 2 containing a metal raw material 1 containing a plurality of uranium isotopes, and an electron beam 4 emitted from an electron gun 3 onto the metal raw material 1 contained therein. It has a steam generation device 12 that heats and evaporates the metal raw material 1 by irradiating it with water to generate a steam flow 5.

蒸気生成装置12の上方には脱励起用フイルタ
13が配設される。脱励起用フイルタ13は、例
えば第3図に示すように高融点金属の細線14を
縦横に編み上げて形成した網状フイルタ要素15
を、第2図に示すように多段に積層したものを収
容フレーム16内に収容して構成する。
A deexcitation filter 13 is provided above the steam generator 12 . The deexcitation filter 13 is, for example, a mesh filter element 15 formed by weaving fine wires 14 of high melting point metal in the vertical and horizontal directions, as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, these are stacked in multiple stages and housed in a housing frame 16.

また、上記網状フイルタ要素15の網目14a
の目開きWは同位体分子の平均自由行程以下に設
定する。また、多段に積層され、対向する網状フ
イルタ要素15の網目14aは、第4図に示すよ
うに蒸気流5の流れ方向において互い違いに配設
する。すなわち、各網目14aの中央上下部には
隣接する網状フイルタ要素15の細線14が配設
されるように構成する。
Moreover, the mesh 14a of the mesh filter element 15
The opening W is set below the mean free path of the isotope molecule. Further, the meshes 14a of the mesh filter elements 15 stacked in multiple stages and facing each other are arranged alternately in the flow direction of the steam flow 5, as shown in FIG. That is, the configuration is such that the thin wires 14 of the adjacent mesh filter elements 15 are disposed at the upper and lower center of each mesh 14a.

また、第1図〜第2図において蒸気流5が通過
する脱励起用フイルタ13の二次側には製品回収
電極6が設けられる。製品回収電極6は、蒸気流
の流れ方向に対してほぼ平行に陽電極7と陰電極
8とを交互に配置して形成される。各陽電極7と
隣接する陰電極8との間には光反応部9が形成さ
れ、この光反応部9に導入された蒸気流5にレー
ザ光10を照射するレーザ光発振装置17が光反
応部の軸方向延長上に設けられる。
Further, in FIGS. 1 and 2, a product recovery electrode 6 is provided on the secondary side of the deexcitation filter 13 through which the vapor flow 5 passes. The product recovery electrode 6 is formed by alternately arranging positive electrodes 7 and negative electrodes 8 substantially parallel to the flow direction of the vapor flow. A photoreaction section 9 is formed between each anode 7 and an adjacent cathode 8, and a laser beam oscillator 17 that irradiates the vapor flow 5 introduced into the photoreaction section 9 with a laser beam 10 causes a photoreaction. provided on the axial extension of the section.

次に、作用を説明する。 Next, the effect will be explained.

本実施例の同位体分離装置において、蒸気生成
装置12によつて加熱蒸発された金属原料1は蒸
気流5となり、放射状に拡散しながら脱励起用フ
イルタ13に導入される。
In the isotope separation apparatus of this embodiment, the metal raw material 1 heated and evaporated by the steam generator 12 becomes a vapor flow 5, which is introduced into the deexcitation filter 13 while being diffused radially.

準安定準位E0 *にある同位体原子A0 *の粒子、
熱電子などの負電荷粒子18、不純物陽イオンな
どの正電荷粒子19および電気的に中性な中性粒
子20などの蒸気流5に含まれる粒子は網状フイ
ルタ要素15の細線14に多重衝突を繰り返す。
ここで、網状フイルタ要素15の網目14aの目
開きWは、運転条件下における同位体分子の平均
自由行程以下の長さに設定されているため、粒子
が細線14に衝突する確率が高い。また、上下方
向に対向する網状フイルタ要素15の網目14a
は蒸気流の流れ方向において互い違いに配設して
いるため、対向する細線14,14間に形成され
る間隙が狭くなり、粒子の散乱確率が増大し効果
的な脱励起および電荷の中和がなされる。
A particle of the isotopic atom A 0 * in the metastable level E 0 * ,
Particles contained in the vapor flow 5 such as negatively charged particles 18 such as thermoelectrons, positively charged particles 19 such as impurity cations, and electrically neutral particles 20 cause multiple collisions with the thin wires 14 of the mesh filter element 15. repeat.
Here, since the opening W of the mesh 14a of the mesh filter element 15 is set to a length equal to or less than the mean free path of the isotope molecule under operating conditions, there is a high probability that particles will collide with the thin wire 14. Moreover, the meshes 14a of the mesh filter elements 15 facing each other in the vertical direction
Since the wires are arranged alternately in the flow direction of the vapor flow, the gap formed between the opposing thin wires 14, 14 becomes narrower, increasing the scattering probability of particles and ensuring effective de-excitation and charge neutralization. It will be done.

すなわち、網状フイルタ要素15において多重
衝突を繰り返す間に蒸気流温度は緩和され、準安
定準位E0 *にあつた同位体原子A0 *は脱励起され
て基底準位E0に遷移する。
That is, while multiple collisions are repeated in the mesh filter element 15, the vapor flow temperature is relaxed, and the isotope atoms A 0 * at the metastable level E 0 * are de-excited and transition to the ground level E 0 .

一方、熱電子と不純物陽イオンは衝突を繰り返
す間に再結合して、電気的に中性な中性粒子20
となる。
On the other hand, thermionic electrons and impurity cations recombine during repeated collisions, resulting in electrically neutral neutral particles 20
becomes.

基底準位E0に遷移して生成した同位体原子A0
および再結合によつて生成した中性粒子20は他
の金属蒸気と共に網目14aを通り、脱励起用フ
イルタ13の上面から流出し、製品回収電極6の
光反応部9に流入する。
Isotope atom A 0 generated by transitioning to ground level E 0
The neutral particles 20 generated by the recombination pass through the mesh 14a together with other metal vapors, flow out from the upper surface of the deexcitation filter 13, and flow into the photoreaction section 9 of the product recovery electrode 6.

光反応部に導入された蒸気流に対するレーザ光
の照射その他の分離操作手順は、従来装置の場合
と同様である。
Irradiation of the vapor flow introduced into the photoreaction section with laser light and other separation operation procedures are the same as in the case of the conventional apparatus.

本実施例によれば、生成した初期の蒸気流5に
含まれる準安定準位E0 *にある同位体原子A0 *は、
脱励起用フイルタ13によつて効果的に基底準位
E0に脱励起され、基底準位E0にある同位体原子
A0に遷移された後に容易にレーザ光10と反応
してイオン化する。そのため、分離回収操作の対
象となる蒸気流中の同位体原子数を大幅に増加す
ることが可能となる。
According to this example, the isotope atoms A 0 * in the metastable level E 0 * contained in the generated initial vapor flow 5 are:
The ground level can be effectively reduced by the deexcitation filter 13.
Isotope atom deexcited to E 0 and at ground level E 0
After transitioning to A 0 , it easily reacts with the laser beam 10 and becomes ionized. Therefore, it becomes possible to significantly increase the number of isotopic atoms in the vapor stream that is the target of separation and recovery operations.

したがつて、原料である金属蒸気の利用率が20
〜30%程度増加し、同位体の分離回収効率が大幅
に向上する。また、脱励起用フイルタ13を設け
ることにより、準安定準位E0 *にある同位体原子
A0 *を選択励起準位E1bまで励起させるための選
択励起レーザ光10bを発振するレーザ光発振装
置が不要となり、この製作費が低減し、運転操作
も簡略化できる。
Therefore, the utilization rate of the raw metal vapor is 20
This increases by approximately 30%, greatly improving isotope separation and recovery efficiency. In addition, by providing the deexcitation filter 13, isotope atoms in the metastable level E 0 *
A laser beam oscillation device that oscillates the selective excitation laser beam 10b for exciting A 0 * to the selective excitation level E 1b is not required, the manufacturing cost is reduced, and the operation and operation can be simplified.

また、本実施例によれば、生成初期の蒸気流5
に含まれる不純物陽イオンおよび熱電子は製品回
収電極6に導入される前段階において脱励起用フ
イルタ13において除去される。すなわち、脱励
起用フイルタ13内において衝突を繰り返す間
に、両者は再結合して中性原子となる。そのた
め、製品回収電極6に吸着されるイオンはレーザ
光10によつて励起されイオン化した特定の同位
体のみとなる。
Further, according to this embodiment, the steam flow 5 at the initial stage of generation
The impurity cations and thermionic electrons contained in the product are removed by the deexcitation filter 13 before being introduced into the product recovery electrode 6. That is, during repeated collisions within the deexcitation filter 13, both atoms recombine and become neutral atoms. Therefore, the ions adsorbed to the product recovery electrode 6 are only specific isotopes excited and ionized by the laser beam 10.

したがつて、従来のように不純物イオンが製品
回収電極6に同伴されて吸着し同位体の分離効率
を低下させたり、製品の純度品質を低下させるこ
とが少ない。
Therefore, impurity ions are less likely to be entrained and adsorbed by the product recovery electrode 6 and reduce the isotope separation efficiency or degrade the purity and quality of the product, unlike in the prior art.

次に、本発明の他の実施例について第1図を参
照して説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この実施例では、脱励起用フイルタ13内に多
段に積層した網状フイルタ要素15に負電位を印
加する電源装置21を備えたことを特徴とする。
負電位に印加された網状フイルタ要素15は、第
4図に示すように蒸気流5中に含有される熱電子
および蒸発用るつぼの溶融液面で反跳した電子ビ
ームから放出される高速電子等の負電荷粒子18
を電気的に反射する機能を有し、負電荷粒子18
が光反応部内に混入することを阻止する。すなわ
ち、光反応によつて生成したイオン化同位体と熱
電子とが再結合することが防止される。したがつ
て、製品回収電極6における特定の同位体の分離
回収効率が向上する。
This embodiment is characterized by being equipped with a power supply device 21 that applies a negative potential to the mesh filter elements 15 stacked in multiple stages within the deexcitation filter 13.
As shown in FIG. 4, the mesh filter element 15, which is applied with a negative potential, collects hot electrons contained in the vapor flow 5 and high-speed electrons emitted from the electron beam recoil on the molten liquid surface of the evaporation crucible. negatively charged particles 18
It has the function of electrically reflecting the negative charge particles 18
This prevents the substances from entering the photoreaction area. That is, recombination of the ionized isotope and thermionic electrons generated by the photoreaction is prevented. Therefore, the separation and recovery efficiency of a specific isotope in the product recovery electrode 6 is improved.

また、各網状フイルタ要素15に印加する負電
位を、蒸気生成装置側から製品回収電極側に向つ
て電位の絶対値が次第に低下するように設定する
と、脱励起用フイルタ13内に電位勾配が形成さ
れる。そのため、蒸気流5中に含有される各種の
不純物陽イオンなどの正電荷粒子19は、第4図
に示すように、網状フイルタ要素15間において
その運動方向を偏向され、または捕捉される。
Furthermore, if the negative potential applied to each mesh filter element 15 is set so that the absolute value of the potential gradually decreases from the steam generator side to the product recovery electrode side, a potential gradient is formed within the deexcitation filter 13. be done. Therefore, the positively charged particles 19 such as various impurity cations contained in the vapor flow 5 are deflected or captured between the mesh filter elements 15, as shown in FIG.

したがつて、不純物イオン等が製品回収電極6
内に進入することが防止され、回収製品中に含ま
れる不純物濃度が低下し、純度品質が優れた同位
体製品を得ることができる。
Therefore, impurity ions, etc. are removed from the product recovery electrode 6.
The concentration of impurities contained in the recovered product is reduced, and an isotope product with excellent purity quality can be obtained.

なお、第1図に示す実施例においては、脱励起
用フイルタ13は、収容フレーム16内に網状フ
イルタ要素15を多段に積層して構成している
が、高融点を有する金属細線塊を収容フレーム1
6内に充填して簡素に構成することもできる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the deexcitation filter 13 is constructed by stacking mesh filter elements 15 in multiple stages within the housing frame 16. 1
It is also possible to have a simple structure by filling the inside of 6.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に係る同位体分離装置によれば、蒸気生
成装置と製品回収電極との間に脱励起用フイルタ
が配設され、この脱励起用フイルタ内における蒸
気流の衝突と蒸気流温度の緩和によつて蒸気流に
含まれる準安定準位にある同位体原子が基底準位
へと脱励起される。そのため、光反応によつてイ
オン化し易い基底準位にある同位体原子数が大幅
に増加する。したがつて、分離操作に供される金
属蒸気の利用率が増大化し、同位体の分離回収効
率が向上する。
According to the isotope separation device according to the present invention, the deexcitation filter is disposed between the steam generation device and the product recovery electrode, and the collision of vapor flows within the deexcitation filter and the relaxation of the vapor flow temperature are prevented. Therefore, the isotope atoms in the metastable level contained in the vapor flow are de-excited to the ground level. Therefore, the number of isotope atoms at the ground level, which are easily ionized by photoreaction, increases significantly. Therefore, the utilization rate of the metal vapor used in the separation operation is increased, and the isotope separation and recovery efficiency is improved.

一方、蒸気生成装置から発生した初期の蒸気流
に含まれる不純物陽イオンおよび熱電子は脱励起
用フイルタ内において衝突を繰り返す過程におい
て再結合し、不純物陽イオンの電荷は熱電子によ
つて電気的に中和される。したがつて、不純物イ
オンが製品回収電極に吸着されることが防止さ
れ、回収を目的とする同位体の分離効率が向上
し、純度品質が優れた製品を提供することができ
る。
On the other hand, the impurity cations and thermionic electrons contained in the initial steam flow generated from the steam generator are recombined in the process of repeated collisions in the deexcitation filter, and the charge of the impurity cations is electrically transferred by the thermionic electrons. is neutralized by Therefore, impurity ions are prevented from being adsorbed on the product recovery electrode, the efficiency of isotope separation for recovery is improved, and a product with excellent purity and quality can be provided.

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

第1図は本発明に係る同位体分離装置の一実施
例を示す斜視図、第2図は第1図における−
矢視断面図、第3図は第2図に示す網状フイルタ
要素の拡大斜視図、第4図は積層した網状フイル
タ要素部分における蒸気流中の原子等の挙動を示
す断面図、第5図は光イオン化反応による原子の
エネルギ準位を示す説明図、第6図は従来の同位
体分離装置の構成を示す斜視図、第7図は第6図
における−矢視断面図である。 1……金属原料、2……蒸発用るつぼ、3……
電子銃、4……電子ビーム、5……蒸気流、6…
…製品回収電極、7……陽電極、8……陰電極、
9……光反応部、10……レーザ光、10a,1
0b……選択励起レーザ光、10c……中間励起
レーザ光、10d……電離レーザ光、11……廃
品回収板、12……蒸気生成装置、13……脱励
起用フイルタ、14……細線、14a……網目、
15……網状フイルタ要素、16……収容フレー
ム、17……レーザ光発振装置、18……負電荷
粒子、19……正電荷粒子、20……中性粒子、
21……電源装置、A0……基底準位にある同位
体原子、A0 *……準安定準位にある同位体原子、
E0……基底準位、E1a,E1b……選択励起準位、E2
……中間励起準位、Ei……電離準位、W……網目
の目開き。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the isotope separation device according to the present invention, and FIG.
3 is an enlarged perspective view of the mesh filter element shown in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view showing the behavior of atoms in the vapor flow in the laminated mesh filter element, and FIG. FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of a conventional isotope separation device, and FIG. 7 is a sectional view taken along the - arrow in FIG. 6. 1...metal raw material, 2...evaporation crucible, 3...
Electron gun, 4...electron beam, 5...vapor flow, 6...
...Product recovery electrode, 7... Positive electrode, 8... Negative electrode,
9...Photoreaction part, 10...Laser light, 10a, 1
0b... Selective excitation laser beam, 10c... Intermediate excitation laser beam, 10d... Ionization laser beam, 11... Waste collection plate, 12... Steam generator, 13... Deexcitation filter, 14... Thin wire, 14a...mesh,
15...Mesh filter element, 16...Accommodating frame, 17...Laser beam oscillation device, 18...Negatively charged particles, 19...Positively charged particles, 20...Neutral particles,
21... Power supply, A 0 ... Isotope atom at ground level, A 0 * ... Isotope atom at metastable level,
E 0 ... ground level, E 1a , E 1b ... selectively excited level, E 2
... intermediate excited level, E i ... ionization level, W ... mesh opening.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数種類の同位体を含有する金属原料を加熱
蒸発せしめて蒸気流を生成する蒸気生成装置と、
蒸気流の流れ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電極と、製
品回収電極に導入した蒸気流にレーザ光を照射し
て蒸気流に含まれる特定の同位体を選択的に陽イ
オン化するレーザ光発振装置とを備え、上記製品
回収電極間に電圧を印加することによつて陽イオ
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、生成した
蒸気流に含まれ準安定準位にある同位体原子を基
底準位に移行せしめて脱励起する脱励起用フイル
タを蒸気生成装置と製品回収電極との間に配設し
たことを特徴とする同位体分離装置。 2 脱励起用フイルタは、細線を縦横に編み上げ
て形成した網状フイルタ要素を多段に積層して構
成し、上記網状フイルタ要素の網目の目開きは同
位体分子の平均自由行程以下に設定した特許請求
の範囲第1項記載の同位体分離装置。 3 対向する網状フイルタ要素の網目は、蒸気流
の流れ方向において、互い違いに配設してなる特
許請求の範囲第2項記載の同位体分離装置。 4 脱励起用フイルタは、網状フイルタ要素に負
電位を印加する電源装置を備えてなる特許請求の
範囲第2項記載の同位体分離装置。 5 各網状フイルタ要素に印加する負電位は、蒸
気生成装置側から製品回収電極側に向つて絶対値
が次第に低下するように設定された特許請求の範
囲第4項記載の同位体分離装置。
[Scope of Claims] 1. A steam generation device that generates a steam flow by heating and vaporizing a metal raw material containing multiple types of isotopes;
A product recovery electrode is formed by alternately arranging positive and negative electrodes parallel to the flow direction of the vapor flow, and a laser beam is irradiated onto the vapor flow introduced into the product recovery electrode to identify the vapor contained in the vapor flow. and a laser beam oscillation device that selectively cationizes the isotope, and by applying a voltage between the product recovery electrodes, the cationized specific isotope is deflected toward the cathode to separate and recover it. In an isotope separation device, a deexcitation filter is placed between the vapor generation device and the product recovery electrode to transfer isotope atoms in the metastable level contained in the generated vapor flow to the ground level and deexcite them. An isotope separation device characterized by: 2. A patent claim in which the deexcitation filter is constructed by stacking mesh filter elements in multiple stages formed by weaving fine wires vertically and horizontally, and the opening of the mesh of the mesh filter element is set to be equal to or less than the mean free path of the isotope molecule. The isotope separation device according to item 1. 3. The isotope separation device according to claim 2, wherein the meshes of the opposing mesh filter elements are arranged alternately in the flow direction of the vapor flow. 4. The isotope separation device according to claim 2, wherein the deexcitation filter is equipped with a power supply device that applies a negative potential to the mesh filter element. 5. The isotope separation device according to claim 4, wherein the negative potential applied to each mesh filter element is set such that the absolute value thereof gradually decreases from the steam generation device side toward the product recovery electrode side.
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