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JPH0583291B2 - - Google Patents
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JPH0583291B2 - - Google Patents

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JPH0583291B2
JPH0583291B2 JP60212259A JP21225985A JPH0583291B2 JP H0583291 B2 JPH0583291 B2 JP H0583291B2 JP 60212259 A JP60212259 A JP 60212259A JP 21225985 A JP21225985 A JP 21225985A JP H0583291 B2 JPH0583291 B2 JP H0583291B2
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JP
Japan
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plasma
sheet plasma
isotope
cyclotron
ions
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JP60212259A
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JPS6274441A (en
Inventor
Kazuo Takayama
Kenichi Takagi
Ryota Fukui
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Tokai University
Ulvac Inc
Original Assignee
Tokai University
Nihon Shinku Gijutsu KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シートプラズマを利用して気体の同
位体を分離する方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of separating gas isotopes using sheet plasma.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

通常、気体の同位体分離は、イオン化しての磁
場偏向および四極子レンズによる集束性を利用し
て行なつたり、また大量に処理し、しかも分解能
が要求される場合には、235Uの濃縮のように温
度による拡散率の違いを利用した熱拡散法や質量
の差を利用した遠心分離法が用いられ、T3の場
合には蒸気圧の違いによる深冷分離法が用いられ
ている。
Normally, gas isotope separation is performed using ionization, magnetic field deflection, and focusing by a quadrupole lens, or when large quantities are processed and high resolution is required, 235U enrichment is used. Thermal diffusion method, which takes advantage of differences in diffusivity due to temperature, and centrifugal separation method, which takes advantage of differences in mass, are used in the case of T3, and in the case of T3 , cryogenic separation method, which takes advantage of differences in vapor pressure, is used.

また、同位体分離法としてはプラズマ分離法も
知られており、プラズマ分離法にはイオン・サイ
クロトロン共鳴分析計の原理を利用したイオン・
サイクロトロン共鳴と、高い回転速度の回転プラ
ズマを利用したプラズマ回転またはプラズマ遠心
分離とがある。
Plasma separation is also known as an isotope separation method, and plasma separation uses ion and cyclotron resonance spectrometers to
There are cyclotron resonance and plasma rotation or plasma centrifugation that utilizes rotating plasma at high rotational speeds.

イオン・サイクロトロン共鳴による同位体分離
においては、一様な磁束密度の磁場の中に置かれ
たイオンは磁場に垂直な面内で角振動数で円運動
し、磁場に垂直な方向にサイクロトロン周波数に
一致した周波数の交流電場をかけると、イオンは
交流電場により加速されて、その回転半径が大き
くなる。そこで例えば235U+だけが共鳴する交流
電場をかけると、235U+を238U+から分離するこ
とができる。
In isotope separation by ion-cyclotron resonance, ions placed in a magnetic field with a uniform magnetic flux density move circularly at an angular frequency in a plane perpendicular to the magnetic field, and at the cyclotron frequency in a direction perpendicular to the magnetic field. When an alternating current electric field with a matched frequency is applied, the ions are accelerated by the alternating electric field and their radius of rotation increases. So, for example, by applying an alternating current electric field in which only 235U + resonates, it is possible to separate 235U + from 238U + .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところで、イオン化しての磁場偏向および四極
子レンズによる集束性を利用した分離法は、大量
処理ができず、熱拡散法や遠心分離法あるいは深
冷分離法は、分離能が小さく、何回も同一処理を
繰り返えさなければならず、コストや時間が非常
にかかる。
By the way, separation methods that utilize magnetic field deflection through ionization and focusing using a quadrupole lens cannot process large quantities, and thermal diffusion, centrifugal separation, or cryogenic separation methods have low separation power and have to be repeated many times. The same process must be repeated, which is very costly and time consuming.

またイオン・サイクロトロン共鳴による同位体
分離法では、同位体を分離するために非常に一様
でしかも極大共鳴半径より大きな大きさの磁場が
必要であり、また他の非共鳴イオンとの衝突を避
けなければならないため低密度のプラズマが必要
とされる。従つて、大電力が要求されるにもかか
わらず、処理効率が悪い。
In addition, isotope separation methods using ion cyclotron resonance require a highly uniform magnetic field with a magnitude larger than the maximum resonance radius to separate isotopes, and collisions with other non-resonant ions are avoided. Therefore, a low-density plasma is required. Therefore, although a large amount of power is required, the processing efficiency is poor.

そこで、本発明の目的は、上記のような従来の
同位体分離法の欠点を解決するためシート状のプ
ラズマを利用してイオン・サイクロトロン振動の
共鳴により気体の同位体分離を行なうようにした
シートプラズマを利用した気体の同位体分離法を
提供することにある。
Therefore, the purpose of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the conventional isotope separation method by using a sheet plasma that performs isotope separation of gases by resonance of ion-cyclotron vibrations. The purpose of the present invention is to provide a gas isotope separation method using plasma.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の目的を達成するために、本発明による気
体の同位体分離法は、シートプラズマに分離した
いイオンのサイクロトロン周波数に等しい高周波
を印加し、これにより共鳴してサイクロトロン半
径の大きくなつた気体の同位体を、シートプラズ
マ領域の境界の外側に設けられ、電気的に接地さ
れたリミターに衝突させて電荷を除去し、電荷を
除去して中性になつた同位体粒子を吸引分離する
ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the gas isotope separation method according to the present invention applies a high frequency equal to the cyclotron frequency of the ions to be separated to the sheet plasma. It is characterized by colliding the body with an electrically grounded limiter provided outside the boundary of the sheet plasma region to remove the electric charge, and then sucking and separating the isotope particles that have become neutral after the electric charge has been removed. It is said that

また、別の特徴によれば、シートプラズマ領域
の境界の外側に電気的に接地されたクライオパネ
ルを配置し、衝突してくるサイクロトロン半径の
大きくなつた気体の同位体から電荷を除去し、中
性になつた同位体粒子を吸引分離するようにされ
る。
Another feature is that an electrically grounded cryopanel is placed outside the boundary of the sheet plasma region to remove charges from the colliding gas isotopes with a larger cyclotron radius. The isotope particles that have become sexual are separated by suction.

〔作用〕[Effect]

本発明による気体の同位体分離法においては、
プラズマ源により分離すべき同位体を含んだシー
トプラズマが形成され、一様で平行な磁場内に導
かれる。このシートプラズマを狭んで配置された
平行電極にシートプラズマ中から分離したいイオ
ンのサイクロトロン周波数に等しい高周波が印加
される。これにより分離したいイオンだけがその
サイクロトロン周波数に共鳴して円運動の軌道半
径を増大してゆき、シートプラズマのプラズマ領
域の境界から出ていく。そしてシートプラズマの
プラズマ領域の境界の外側に離れて設けた分離装
置に衝突して中性化される。この同位体粒子はポ
ンプにより吸い取られる。この場合シートプラズ
マはプラズマ領域の境界がはつきりしているた
め、高い分離能で容易に分離することができる。
In the gas isotope separation method according to the present invention,
A sheet plasma containing the isotopes to be separated is formed by a plasma source and guided into a uniform, parallel magnetic field. A high frequency equal to the cyclotron frequency of ions to be separated from the sheet plasma is applied to parallel electrodes arranged narrowly across the sheet plasma. As a result, only the ions to be separated resonate with the cyclotron frequency, increase the orbital radius of circular motion, and exit from the boundary of the plasma region of the sheet plasma. Then, the plasma collides with a separation device located outside the boundary of the plasma region of the sheet plasma and is neutralized. This isotopic particle is sucked out by a pump. In this case, since the boundaries of the plasma regions of the sheet plasma are sharp, they can be easily separated with high resolution.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添附図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第1図には本発明の一実施例を概略的に示し、
1は例えばTP−D型改良のプラズマ源で分離す
べき同位体を含んだシートプラズマ2を発生す
る。3はプラズマ源1から発生されたシートプラ
ズマ2を挟んで配置さえた平行平板電極で高周波
電源4に接続され、シートプラズマ2に含まれて
いる分離すべき同位体のサイクロトロン周波数に
等しい高周波を印加するようにされている。平行
平板電極3の後方には分離すべき同位体を選定す
る分離装置を成すリミター5が配置されており、
このリミター5は電気的には接地され、衝突した
同位体の電荷を除去するように作用する。また、
リミター5はポンプ(図示してない)に連通さ
れ、リミター5で中性になつた同位体粒子は上記
ポンプによつて吸引される。また全体には図示し
てない磁場発生装置6によりシートプラズマ2の
方向に沿つて一様で平行な磁場がかけられてい
る。
FIG. 1 schematically shows an embodiment of the present invention,
1 generates a sheet plasma 2 containing isotopes to be separated using a plasma source of the TP-D type, for example. Parallel plate electrodes 3 are placed across the sheet plasma 2 generated from the plasma source 1 and are connected to a high frequency power source 4 to apply a high frequency equal to the cyclotron frequency of the isotope to be separated contained in the sheet plasma 2. It is made to be. A limiter 5 serving as a separation device for selecting isotopes to be separated is arranged behind the parallel plate electrode 3.
This limiter 5 is electrically grounded and acts to remove the charge of the colliding isotope. Also,
The limiter 5 is connected to a pump (not shown), and the isotope particles made neutral by the limiter 5 are sucked by the pump. Further, a uniform parallel magnetic field is applied to the whole along the direction of the sheet plasma 2 by a magnetic field generator 6 (not shown).

今、高周波電源4により平行平板電極3に対し
て分離すべき同位体のサイクロトロン周波数に等
しい高周波を印加すると、シートプラズマ2中の
分離すべき同位体のイオンは印加された高周波に
共鳴して符号7で示すように円運動の軌道半径を
増大してゆき、シートプラズマ2のプラズマ領域
の境界から出て、その外側に離れて設けたリミタ
ー5に衝突して中性化される。残りのイオンはシ
ートプラズマ2のプラズマ領域内で円運動しなが
ら出て行く。こうして印加された高周波に共鳴す
る同位体のイオンだけがリミター5に衝突してポ
ンプによつて吸引され、高い分離能で効率よく分
離され得る。
Now, when a high frequency equal to the cyclotron frequency of the isotope to be separated is applied to the parallel plate electrode 3 by the high frequency power source 4, the ions of the isotope to be separated in the sheet plasma 2 resonate with the applied high frequency and sign As shown by 7, the orbital radius of the circular motion increases, the sheet plasma 2 exits from the boundary of the plasma region, collides with the limiter 5 provided at a distance outside of the plasma region, and is neutralized. The remaining ions exit while moving circularly within the plasma region of the sheet plasma 2. Only the isotope ions that resonate with the applied high frequency collide with the limiter 5 and are sucked by the pump, allowing them to be efficiently separated with high resolution.

第2図には本発明の方法を実施している変形実
施例を示し、この場合には分離用の手段としてク
ライオ・パネル8は用いられている。このクライ
オ・パネル8はシートプラズマ2のプラズマ領域
の境界の外側に配置され、第1図のリミター5と
同様に接地電位に接続されている。
FIG. 2 shows a variant embodiment implementing the method of the invention, in which a cryopanel 8 is used as the separation means. This cryo panel 8 is arranged outside the boundary of the plasma region of the sheet plasma 2, and is connected to the ground potential similarly to the limiter 5 in FIG.

当然、第1図および第2図の装置は真空雰囲気
内に置かれ、また分離用の手段として第1図に示
すリミター5や第2図に示すクライオ・パネル8
の代りにモレキユラー・シーブズの様な吸着剤を
用いてもよい。なお、第1図および第2図に示す
構成は単に本発明の方法を実施する際の原理的構
成を示すにすぎず、各部分の具体的構成について
は種々に設計することができる。
Naturally, the apparatuses shown in FIGS. 1 and 2 are placed in a vacuum atmosphere, and the limiter 5 shown in FIG. 1 and the cryopanel 8 shown in FIG. 2 are used as separation means.
Adsorbents such as molecular sieves may be used instead. It should be noted that the configurations shown in FIGS. 1 and 2 merely show the basic configuration for implementing the method of the present invention, and the specific configuration of each part can be designed in various ways.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明してきたように、本発明によれば、プ
ラズマ領域の境界がはつきりしているシートプラ
ズマを利用し、プラズマ源により発生された分離
すべき同位体を含んだシートプラズマに対して分
離したいイオンのサイクロトロン周波数に等しい
高周波を印加し、これにより分離したいイオンだ
けをそのサイクロトロン周波数に共鳴して円運動
の軌道半径を増大させて、シートプラズマのプラ
ズマ領域の境界から出し、これを接地電位にある
リミターに衝突させて、同位体粒子を中性粒子と
して、ポンプにより吸い取るようにしているの
で、気体の同位体を高い分離能で効率よく容易に
分離することができる。その結果、本発明の方法
によれば、短時間に大量の気体の同位体を低コス
トで分離することが可能となる。
As explained above, according to the present invention, a sheet plasma with sharp plasma region boundaries is used, and sheet plasma containing isotopes to be separated generated by a plasma source is separated. A high frequency equal to the cyclotron frequency of the ions you want to separate is applied, and only the ions you want to separate resonate with the cyclotron frequency, increasing the orbital radius of circular motion, ejecting them from the boundary of the plasma region of the sheet plasma, and bringing them to the ground potential. Since the isotope particles are made to collide with a limiter located in the chamber and are sucked out as neutral particles by a pump, gaseous isotopes can be easily and efficiently separated with high separation power. As a result, according to the method of the present invention, it is possible to separate a large amount of gaseous isotopes in a short time at low cost.

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

第1図は本発明の気体の同位体分離法を実施す
るための装置の原理的構成を示す概略線図、第2
図は実施装置の変形例を示す概略線図である。 図中、1……イオン源、2……シートプラズ
マ、3……平行平板電極、4……高周波電源、5
……分離装置、6……真空容器、7……イオン軌
道、8……クライオ・パネル。
Fig. 1 is a schematic diagram showing the basic configuration of an apparatus for carrying out the gas isotope separation method of the present invention;
The figure is a schematic diagram showing a modification of the implementation device. In the figure, 1...Ion source, 2...Sheet plasma, 3...Parallel plate electrode, 4...High frequency power supply, 5
... Separation device, 6 ... Vacuum container, 7 ... Ion orbit, 8 ... Cryo panel.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 シートプラズマに分離したいイオンのサイク
ロトロン周波数に等しい高周波を印加し、これに
より共鳴してサイクロトロン半径の大きくなつた
気体の同位体を、シートプラズマ領域の境界の外
側に設けられ、電気的に接地されたリミターに衝
突させて電荷を除去し、電荷を除去して中性にな
つた同位体粒子を吸引分離することを特徴とする
シートプラズマを利用した気体の同位体分離方
法。 2 シートプラズマに分離したいイオンのサイク
ロトロン周波数に等しい高周波を印加し、これに
より共鳴してサイクロトロン半径の大きくなつた
気体の同位体を、シートプラズマ領域の境界の外
側に設けられ、電気的に接地されたクライオパネ
ルに衝突させて電荷を除去し、電荷を除去して中
性になつた同位体粒子を吸引分離することを特徴
とするシートプラズマを利用した気体の同位体分
離方法。
[Claims] 1. A high frequency equal to the cyclotron frequency of the ions to be separated is applied to the sheet plasma, and a gas isotope whose cyclotron radius is increased by resonance is placed outside the boundary of the sheet plasma region. A gas isotope separation method using sheet plasma, which is characterized by colliding with an electrically grounded limiter to remove electric charge, and then suctioning and separating isotope particles that have become neutral after removing electric charge. . 2 Apply a high frequency equal to the cyclotron frequency of the ions you want to separate into the sheet plasma, and the gas isotope, which resonates and has a large cyclotron radius, is placed outside the boundary of the sheet plasma region and electrically grounded. A gas isotope separation method using sheet plasma, which is characterized by colliding with a cryopanel to remove electric charge, and then suctioning and separating the isotope particles that have become neutral after the electric charge has been removed.
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