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JPH0546245B2 - - Google Patents
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JPH0546245B2 - - Google Patents

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JPH0546245B2
JPH0546245B2 JP13000787A JP13000787A JPH0546245B2 JP H0546245 B2 JPH0546245 B2 JP H0546245B2 JP 13000787 A JP13000787 A JP 13000787A JP 13000787 A JP13000787 A JP 13000787A JP H0546245 B2 JPH0546245 B2 JP H0546245B2
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JP
Japan
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crucible
outer layer
isotope
separation device
main body
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Hirohisa Takano
Saburo Ikeda
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は熱変形が少なくかつ冷却加工が容易な
同位体分離装置用るつぼに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a crucible for an isotope separation device that has little thermal deformation and is easy to cool.

(従来の技術) レーザビームを使用した金属原子の同位体分離
装置は従来のガス拡散法または遠心分離法による
同位体分離装置と比較して分離効率が非常に高
い。したがつて、特定の同位体を所定の濃度レベ
ルに達するまで同一の分離工程を多段にカスケー
ド方式によつて繰返し処理する必要性が少なく、
また同位体分離装置全体が小形で経済的である。
(Prior Art) An isotope separation device for metal atoms using a laser beam has a much higher separation efficiency than a conventional isotope separation device using a gas diffusion method or a centrifugation method. Therefore, there is less need to repeat the same separation process in multiple stages in a cascade system until a specific isotope reaches a predetermined concentration level.
Furthermore, the entire isotope separation device is small and economical.

第4図は、従来のレーザ法による金属原子の同
位体分離装置を概念的に示した構成図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a conventional laser method-based metal atom isotope separation apparatus.

第4図において、同位体分離装置1は本体を気
密に収容する分離セル2と本体を構成する各機器
とから成つている。
In FIG. 4, the isotope separation apparatus 1 consists of a separation cell 2 that airtightly houses the main body, and various devices constituting the main body.

複数種の同位体を含む金属原料3は、熱化学的
耐性を有する蒸発用るつぼ4内に収容される。前
記るつぼ4内は冷却用の通水孔7が埋設される。
A metal raw material 3 containing multiple types of isotopes is housed in an evaporation crucible 4 having thermochemical resistance. Water holes 7 for cooling are buried inside the crucible 4.

リニア電子銃5のフイラメント5aから発射さ
れた電子ビーム6は偏向磁場8により偏向され
て、るつぼ4内の金属原料3に照射される。電子
ビーム6の照射を受けた金属原料3は高温度に加
熱され、溶融状態を経て蒸発し、蒸気流9を形成
する。
An electron beam 6 emitted from a filament 5a of a linear electron gun 5 is deflected by a deflection magnetic field 8 and irradiated onto a metal raw material 3 in a crucible 4. The metal raw material 3 irradiated with the electron beam 6 is heated to a high temperature, evaporates through a molten state, and forms a vapor flow 9.

この蒸気流9中には回収を目的とする特定の同
位体10とその他の同位体11とが混在する。こ
の蒸気流9に対して回収を目的とする特定の同位
体10のみを選択的に励起する励起用レーザビー
ム12を照射する。励起用レーザビーム12とし
ては、特定の同位体10の吸収線に相当する波長
を有するレーザ光が採用される。励起された特定
の同位体はさらに電離用レーザビーム13が照射
され、このとき電子が放逐されて特定の同位体1
0は正電荷を有するイオン化同位体14となる。
In this vapor stream 9, a specific isotope 10 to be recovered and other isotopes 11 are mixed. This vapor flow 9 is irradiated with an excitation laser beam 12 that selectively excites only a specific isotope 10 to be recovered. As the excitation laser beam 12, a laser beam having a wavelength corresponding to the absorption line of the specific isotope 10 is employed. The excited specific isotope is further irradiated with an ionizing laser beam 13, at which time electrons are ejected and the specific isotope 1
0 becomes an ionized isotope 14 with a positive charge.

このイオン化同位体14を含む蒸気流9が、接
地電極15と陰電極16との間に電圧を印加する
ことによつて形成された電界空間を通過するとき
に、イオン化同位体14のみが陰電極16表面に
引き寄せられて、吸着回収される。
When the vapor flow 9 containing this ionized isotope 14 passes through an electric field space formed by applying a voltage between the ground electrode 15 and the negative electrode 16, only the ionized isotope 14 is transferred to the negative electrode. 16 and are attracted to the surface and collected by adsorption.

一方、電離していない同位体等の中性原子17
は電界によつて影響を受けずに電極間を直進し、
電極の二次側に配設した中性原子捕集板18に吸
引回収されるように構成されている。
On the other hand, neutral atoms such as non-ionized isotopes 17
travels straight between the electrodes without being affected by the electric field,
The neutral atom collecting plate 18 arranged on the secondary side of the electrode is configured to attract and collect the atom.

(発明が解決しようとする問題点) これらの同位体分離装置において、大型化を図
る場合には、るつぼを長尺化し、この長尺化るつ
ぼによつて金属原料を蒸発させることが必要であ
る。長尺化るつぼの長手方向に沿うようにレーザ
ビームを照射することにより、多量の蒸気流に照
射可能となり、同位体分離を効率よく行なうこと
ができることになる。
(Problems to be Solved by the Invention) In order to increase the size of these isotope separation devices, it is necessary to lengthen the crucible and evaporate the metal raw material using this lengthened crucible. . By irradiating the laser beam along the longitudinal direction of the elongated crucible, a large amount of vapor flow can be irradiated, and isotope separation can be performed efficiently.

一方、現在用いられているるつぼにはこの概念
がなく、単なる水冷銅製るつぼ等が用いられてい
るにすぎない。しかるに、るつぼに数mという長
尺化を実現させるためには、熱変形を小さくする
水冷孔の加工が不可欠で、冷却媒体をるつぼ外に
漏らさない信頼性があることが必要不可欠であ
る。また、リニア電子銃5のビーム入力を良くす
るためには、熱効率の良い、すなわち断熱性が優
れたるつぼを開発する必要がある。
On the other hand, crucibles currently in use do not have this concept, and merely water-cooled copper crucibles are used. However, in order to make the crucible longer than several meters, it is essential to form water cooling holes to reduce thermal deformation, and it is essential that the crucible be reliable in that the cooling medium does not leak out of the crucible. Furthermore, in order to improve the beam input of the linear electron gun 5, it is necessary to develop a crucible with good thermal efficiency, that is, excellent heat insulation.

本発明は上記要望を満たし問題点を解消するた
めになされたものであり、長尺化でかつ熱効率が
優れ、しかも分離効率に寄与できる同位体分離装
置用るつぼを提供することにある。
The present invention has been made in order to satisfy the above-mentioned needs and solve the problems, and it is an object of the present invention to provide a crucible for an isotope separation device that is long, has excellent thermal efficiency, and can contribute to separation efficiency.

〔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、複数種の同位体を含む金属原料をる
つぼ内に収納し、その金属原料を加熱蒸発させて
蒸気流を生成し、この蒸気流にレーザビームを照
射して蒸気流中の特定の同位体を選択的にイオン
化し、そのイオン化した同位体を電界によつて分
離する同位体分離装置用るつぼにおいて、前記る
つぼの本体は外周囲に長手方向に沿つて複数個に
分割された金属製外層体が設けられ、この外層体
には冷却機構が設けられていることを特徴とす
る。
(Means for Solving the Problems) The present invention stores a metal raw material containing multiple types of isotopes in a crucible, heats and evaporates the metal raw material to generate a vapor flow, and laser beams a laser beam onto this vapor flow. In a crucible for an isotope separation device in which a specific isotope in a vapor flow is selectively ionized by irradiation with water and the ionized isotope is separated by an electric field, the crucible body has a main body extending longitudinally around the outer periphery. A metal outer layer body divided into a plurality of pieces along the length is provided, and this outer layer body is provided with a cooling mechanism.

前記複数個に分割された金属製外層体には冷却
機構用パイプにより連結されている。
The plurality of divided metal outer layer bodies are connected to each other by cooling mechanism pipes.

前記るつぼの本体と外層体との間には内層体が
設けられている。
An inner layer is provided between the crucible body and the outer layer.

(作用) るつぼ本体は一体形成物からなり、耐熱、耐食
性の外層体によつて強制冷却され、かつ長手方向
に分割した外層体の複合構成にすることにより、
外層体のユニツトは通水孔の機械加工が可能とな
り、運転時の熱変形は小さくなる。一方、通水孔
に冷却パイプを設けることにより外層体の連結も
可能である。内層るつぼと外層体の間にさらに内
層体を複数層設け、外層体の輻射伝熱量の低減と
信頼性を増加させるものである。
(Function) The crucible body is made of a single piece, is forcibly cooled by a heat-resistant and corrosion-resistant outer layer, and has a composite structure of outer layers divided in the longitudinal direction.
It is possible to machine the water holes in the outer layer unit, which reduces thermal deformation during operation. On the other hand, it is also possible to connect the outer layer by providing a cooling pipe in the water passage hole. A plurality of inner layers are further provided between the inner crucible and the outer layer to reduce the amount of radiant heat transferred to the outer layer and increase reliability.

(実施例) 第1図および第2図を参照しながら本発明に係
る同位体分離装置用るつぼの第1の実施例を説明
する。なお第2図は第1図のA−A矢視縦断面図
である。
(Example) A first example of a crucible for an isotope separation device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Note that FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along the line A--A in FIG. 1.

第1図および第2図において、符号20は長尺
のるつぼの本体を示しており、この本体20の外
周囲に長手方向に沿つて細長い複数個に分割され
た金属製外層体21が支持体22を介して設けら
れている。外層体21には通水孔24を有する冷
却パイプ23が挿入されている。
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 20 indicates a long main body of the crucible, and a metal outer layer body 21 divided into a plurality of elongated pieces along the longitudinal direction is provided around the outer periphery of the main body 20 as a support. 22. A cooling pipe 23 having water passage holes 24 is inserted into the outer layer body 21 .

本体20は、金属原料3を収容するもので、リ
ニア電子銃により金属原料を溶融させ蒸発させ
る。そのため、かなりの高温度(〓)まで加熱さ
れる故、耐熱、耐食材料からなる。
The main body 20 accommodates the metal raw material 3, and melts and evaporates the metal raw material using a linear electron gun. Therefore, it is heated to a considerably high temperature (〓), so it is made of heat-resistant and corrosion-resistant materials.

この本体20の外周に設けた外層体21は1〜
2mもの長さになるので、複数に分割させてあ
る。また、外層体21には通水孔24を設けるた
め、機械加工によつて穴加工を行ない、冷却パイ
プ23が挿入されるとともに、この冷却パイプ2
3によつて複数に分割された外層体21の連結も
行なう。
The outer layer body 21 provided on the outer periphery of this main body 20 is 1 to
Since it is 2m long, it has been divided into multiple parts. Further, in order to provide a water passage hole 24 in the outer layer body 21, a hole is formed by machining, and a cooling pipe 23 is inserted.
The outer layer body 21 divided into a plurality of parts by 3 is also connected.

第3図は本発明の第2の実施例を示した縦断面
である。すなわち、この実施例はるつぼの本体2
0と外層体21との間に第1の内層体25と第2
の内層体26を設けたことにある、また、内層体
は2個設け、それぞれに支持体27,28が介在
されている。
FIG. 3 is a longitudinal section showing a second embodiment of the present invention. That is, in this embodiment, the body 2 of the crucible
0 and the outer layer body 21, the first inner layer body 25 and the second
In addition, two inner layer bodies are provided, and supports 27 and 28 are interposed in each inner layer body.

第1図の実施例では複数個の外層体21を冷却
パイプ23によつて連結させた例を示してある
が、この実施例では個々のユニツト毎に冷却パイ
プの出入れを行なつてもよい。
The embodiment shown in FIG. 1 shows an example in which a plurality of outer layer bodies 21 are connected by cooling pipes 23, but in this embodiment, the cooling pipes may be inserted and removed for each individual unit. .

しかして、第1図のように外層体21を複数個
に分割することにより次の効果がある。これらの
外層体を一体物で作つた場合にはるつぼの本体2
0側が当然のことながら温度が高くなるため、外
層体に反り(弓形)の変形が生じる。これを分割
することにより変形を少なくすることができる。
By dividing the outer layer body 21 into a plurality of pieces as shown in FIG. 1, the following effects can be obtained. If these outer layers are made in one piece, the crucible body 2
Since the temperature is naturally higher on the 0 side, the outer layer body is deformed in a warped (arcuous) manner. By dividing this, deformation can be reduced.

また、分割することにより個々のユニツトは通
水孔の穴加工等が可能になり、冷却パイプを埋設
することができる。外層体は銅などの熱伝導性の
良い材料が使われるのが普通である。銅などの熱
伝導性の良い材料は一般に溶接性も劣り、したが
つて、溶接性の優れたステンレス鋼などの冷却パ
イプを用いることも可能であり、冷却水洩れなど
のリスクを低減しており、信頼性が高い。
Furthermore, by dividing the unit, it becomes possible to form water holes in each unit, and it is possible to embed cooling pipes. The outer layer is usually made of a material with good thermal conductivity, such as copper. Materials with good thermal conductivity, such as copper, generally have poor weldability, so it is also possible to use cooling pipes made of stainless steel, which has excellent weldability, and reduces the risk of cooling water leaks. , highly reliable.

また、第3図に示したようにるつぼの本体と外
層体の間に内層体を用いることにより、その本体
が万一割れを生じた場合の保護を図ることができ
るとともに、外層体への輻射熱を少なくすること
にも役立つ。このことは、電子銃による入力が効
率良く、金属原料を蒸発させるのに役立つ。
In addition, by using an inner layer between the main body and the outer layer of the crucible as shown in Figure 3, it is possible to protect the crucible in the event that the main body cracks, and it also prevents radiant heat from reaching the outer layer. It also helps to reduce This makes the input by the electron gun efficient and useful for evaporating the metal raw material.

〔発明の効果〕 本発明に係る同位体分離装置用るつぼは、金属
原料を収容するるつぼの本体と、その外側に本体
の支持と冷却する外層体とからなり、外層体を長
手方向に分割することにより冷却孔の機械加工を
容易とし、運転時の熱変形を小さくするものであ
る。
[Effects of the Invention] The crucible for an isotope separation device according to the present invention comprises a crucible main body that accommodates a metal raw material, and an outer layer body outside the crucible body that supports and cools the main body, and divides the outer layer body in the longitudinal direction. This facilitates machining of cooling holes and reduces thermal deformation during operation.

また、本体と外層体の間に内層体を複数層挿入
して外層体への輻射伝熱量を減らすことにより、
熱効率の優れたるつぼを提供できる。また、内層
体はるつぼ本体の割れなどが生じた場合、溶融金
属の洩れ防止の役割も兼ねるので、安全性、信頼
性が向上する。
In addition, by inserting multiple inner layers between the main body and the outer layer to reduce the amount of radiant heat transferred to the outer layer,
A crucible with excellent thermal efficiency can be provided. Additionally, the inner layer also serves to prevent molten metal from leaking if the crucible body cracks, thereby improving safety and reliability.

【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用るつぼ
の第1の実施例を一部切欠して示す斜視図、第2
図は第1図のA−A矢視断面図、第3図は本発明
に係る同位体分離装置用るつぼの第2の実施例を
示す縦断面図、第4図は従来のレーザ法による同
位体分離装置を概念的に示した構成図である。 3……金属原料、4……るつぼ、7……通水
孔、20……るつぼの本体、21……外層体、2
2……支持体、23……冷却パイプ、24……通
水孔、25……第1の内層体、26……第2の内
層体、27,28……支持体。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a first embodiment of a crucible for an isotope separation device according to the present invention;
The figure is a sectional view taken along the line A-A in FIG. FIG. 2 is a configuration diagram conceptually showing a body separation device. 3...Metal raw material, 4...Crucible, 7...Water hole, 20...Main body of crucible, 21...Outer layer body, 2
2... Support body, 23... Cooling pipe, 24... Water passage hole, 25... First inner layer body, 26... Second inner layer body, 27, 28... Support body.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 複数種の同位体を含む金属原料をるつぼ内に
収納し、その金属原料を加熱蒸発させて蒸気流を
生成し、この蒸気流にレーザビームを照射して蒸
気流中の特定の同位体を選択的にイオン化し、そ
のイオン化した同位体を電界によつて分離する同
位体分離装置用るつぼにおいて、前記るつぼの本
体は外周囲に長手方向に沿つて複数個に分割され
た金属製外層体が設けられ、この外層体には冷却
機構が設けられていることを特徴とする同位体分
離装置用るつぼ。 2 前記複数個に分割された金属製外層体は冷却
機構用パイプにより連結されている特許請求の範
囲第1項に記載の同位体分離装置用るつぼ。 3 前記るつぼの本体と外層体との間には内層体
が設けられている特許請求の範囲第1項に記載の
同位体分離装置用るつぼ。
[Claims] 1. A metal raw material containing multiple types of isotopes is stored in a crucible, the metal raw material is heated and evaporated to generate a vapor flow, and a laser beam is irradiated to this vapor flow to create a vapor flow. In a crucible for an isotope separation device that selectively ionizes a specific isotope and separates the ionized isotope using an electric field, the main body of the crucible is divided into a plurality of pieces along the longitudinal direction around the outer periphery. 1. A crucible for an isotope separation device, characterized in that a metal outer layer body is provided, and the outer layer body is provided with a cooling mechanism. 2. The crucible for an isotope separation device according to claim 1, wherein the plurality of divided metal outer layer bodies are connected by a cooling mechanism pipe. 3. The crucible for an isotope separation device according to claim 1, wherein an inner layer is provided between the crucible main body and the outer layer.
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