JPS63100920A - Separation method and device for isotope - Google Patents
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Abstract
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、複数の同位体を含む混合物から特定の同位体
を分離する方法および装置に係り、特に不純物イオンの
混入を防止し同位体の分離性能を向上させた同位体分離
方法および分離装置に関する。Detailed Description of the Invention [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a method and apparatus for separating a specific isotope from a mixture containing a plurality of isotopes, and particularly to a method and an apparatus for separating a specific isotope from a mixture containing a plurality of isotopes. The present invention relates to an isotope separation method and a separation device that prevent the above problems and improve isotope separation performance.
（従来の技術）
原子炉用燃料になどに使用されているウラン燃料は、ウ
ラン同位体の混合物の中から原子核反応を起こす特定の
ウランを分１１１濃縮して所定ＩＩ痕に調整後、原子炉
に装荷される。(Prior art) Uranium fuel, which is used as fuel for nuclear reactors, is enriched with a specific uranium that causes a nuclear reaction from a mixture of uranium isotopes and adjusted to a predetermined II mark. is loaded.
天然に産出するウランは質■数２３５の軽い分子から成
るウラン（以下、Ｕ−２３５と略記する）が０，７％程
度含有され、残りの大部分が質量数２３８の重い分子か
ら成るウラン（以下、Ｕ−２３８と略記する）である。Naturally occurring uranium contains approximately 0.7% uranium (hereinafter abbreviated as U-235), which is made up of light molecules with a mass number of 235, and the remainder is mostly uranium (hereinafter referred to as U-235), which is made up of heavy molecules with a mass number of 238. Hereinafter, it is abbreviated as U-238).
このうち、原子核反応を起こすＵ−２３５は上記天然ウ
ランまたは使用済燃料から分離され、さらに通常２〜３
％程度まで濃縮された上で原子炉用燃料として使用され
る。Of these, U-235, which causes a nuclear reaction, is separated from the above natural uranium or spent fuel, and usually 2 to 3
It is used as fuel for nuclear reactors after being enriched to about 50%.
従来、Ｕ−２３５，Ｕ−２３８などの同位体の混合物か
らＵ−２３５を分離し、所定濃度レベルまで高めるウラ
ン濃縮方法としては、ガス拡散法、遠心分ｌｅｔ法、レ
ーザ法などがあり、各方法とも同位体の化学特性または
質量の相違を利用して分離濃縮操作を実施するものであ
る。Conventionally, uranium enrichment methods for separating U-235 from a mixture of isotopes such as U-235 and U-238 and increasing it to a predetermined concentration level include gas diffusion method, centrifugal let method, and laser method. Both methods utilize differences in the chemical properties or masses of isotopes to carry out separation and concentration operations.
ガス拡散法は、微細小孔を多数有する隔膜にガス化した
同位体混合物をポンプで送給し、隔膜を通過する各同位
体の拡散速度の差異によって分離する方法である。拡散
速度は原子核が小型で軽いｔＪ−２３５の方が速く、ま
た透過ｍも多いので隔膜の二次側ではｔＪ−２３５の含
有割合が若干増加する。この工程をカスケード方式によ
って多段に繰り返すことによって、Ｕ−２３５の濃縮度
が徐々に増加する。しかしながら、この方法は、１段当
りに濃縮される割合が小さいため、段数を多く設けた大
規模な装置が必要となる欠点がある。The gas diffusion method is a method in which a gasified isotope mixture is pumped through a diaphragm having a large number of micropores, and the isotopes are separated based on the difference in diffusion rate of each isotope passing through the diaphragm. The diffusion rate of tJ-235, which has a smaller and lighter atomic nucleus, is faster, and the permeation rate m is higher, so the content of tJ-235 increases slightly on the secondary side of the diaphragm. By repeating this process in multiple stages in a cascade system, the concentration of U-235 gradually increases. However, this method has the disadvantage that a large-scale device with a large number of stages is required because the concentration rate per stage is small.
また遠心分離法には、例えばガス化した六フッ化ウラン
を回転円筒に導入し、これを高速回転することにより濃
縮度を高める方法などがある。Centrifugal separation methods include, for example, a method in which gasified uranium hexafluoride is introduced into a rotating cylinder and the cylinder is rotated at high speed to increase the concentration.
しかしながら、この方法では分離効率が低いため、やは
りカスケード方式によって多段に分離装置を連設して構
成する必要がある。However, since this method has low separation efficiency, it is still necessary to configure multiple separation devices in series using a cascade system.
以上の従来法に加え、特に分離効率の点で有望視されて
いる分離方法として、レーザによる同位体分離方法があ
る。この分離方法は、例えば特開昭４９−１０５０９７
号公報および特開昭５４−１２６８９５号公報に開示さ
れているように、特定の同位体の原子核を励起する波長
を有するレーザ光を、同位体混合物の蒸気に照射するこ
とによって、目的とする同位体、例えばＵ−２３５のみ
を選択的にイオン化し、このイオン化した同位体を含む
蒸気流に対して直角方向に電界を印加し、この電界によ
って特定のイオン化したｔＪ−２３５のみを所定方向に
偏向させて分離し、ウランの濃縮を行なうものである。In addition to the above-mentioned conventional methods, isotope separation using a laser is a separation method that is particularly promising in terms of separation efficiency. This separation method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 49-105097.
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-126895, by irradiating the vapor of an isotope mixture with a laser beam having a wavelength that excites the nucleus of a specific isotope, the target isotope can be obtained. selectively ionize only the isotope, for example U-235, apply an electric field perpendicularly to the vapor flow containing this ionized isotope, and use this electric field to deflect only specific ionized tJ-235 in a predetermined direction. The uranium is then separated and enriched.
次に、レーザによる同位体分離方法および装置の従来例
を第５図および第６図を参照して説明する。Next, a conventional example of an isotope separation method and apparatus using a laser will be explained with reference to FIGS. 5 and 6.
第５図はウラン濃縮工程において使用されるレーザによ
る同位体分離装置の構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view schematically showing the configuration of a laser isotope separation device used in the uranium enrichment process.
以下はウラン同位体の分離操作を例にとって説明する。The following will explain the separation operation of uranium isotopes as an example.
天然ウランもしくは原子炉にて使用され減損した燃料体
から取り出された金属ウラン１は熱化学的耐性を有する
例えば坩堝〈るつぼ）などの容器２内に装荷される。Natural uranium or metallic uranium 1 extracted from a depleted fuel body used in a nuclear reactor is loaded into a thermochemically resistant container 2, such as a crucible.
次に、リニア電子銃３から発射される電子ビーム４を金
属ウラン１に照射する。なお、リニア電子銃３から発射
された電子ビーム４は図示しない外部磁場コイルにより
偏向されて容器２内の金属ウラン１に照射される。電子
ビーム４の照射を受けた金属ウラン１は２５００〜２７
００’に程度まで加熱されて蒸発し、ウラン蒸気流５を
形成する。Next, the uranium metal 1 is irradiated with an electron beam 4 emitted from the linear electron gun 3. Note that the electron beam 4 emitted from the linear electron gun 3 is deflected by an external magnetic field coil (not shown) and is irradiated onto the metal uranium 1 in the container 2. Metallic uranium 1 irradiated by electron beam 4 has a concentration of 2500 to 27
00' and evaporates to form a uranium vapor stream 5.
なお、ウラン蒸気′ｆｉ５の組成は、例えば金属ウラン
１として天然ウランを使用した場合は重量比でＵ−２３
５が約０．７％、ＬＪ−２３８が約９９゜３％となる。The composition of the uranium vapor 'fi5 is, for example, when natural uranium is used as the metal uranium 1, the weight ratio is U-23.
5 is about 0.7%, and LJ-238 is about 99°3%.
一方、容器２の上方には、帯状の陽電極６と陰電極７と
が交互に配設され、その電極間にそれぞれ光反応部８が
設けられ、この光反応部８の長手方向に電離用エネルギ
源として電離用レーザ光９が入射される。電離用レーザ
光９の波長はＵ−２３５の共鳴電離波長に調整されてお
り、光反応部８に導入されたウラン蒸気流５に含まれる
Ｕ−２３５原子のみが電離用レーザ光と共鳴し、一定の
確率で選択的に電離される。On the other hand, above the container 2, strip-shaped positive electrodes 6 and negative electrodes 7 are arranged alternately, and a photoreaction section 8 is provided between the electrodes, and an ionizing section is provided in the longitudinal direction of the photoreaction section 8. Ionizing laser light 9 is input as an energy source. The wavelength of the ionizing laser beam 9 is adjusted to the resonant ionization wavelength of U-235, and only the U-235 atoms contained in the uranium vapor flow 5 introduced into the photoreaction part 8 resonate with the ionizing laser beam. It is selectively ionized with a certain probability.
電離されたＬＪ−２３５イオンは陽電極６と陰電極７と
の間に、ウラン電離用レーザ光９と同期した電極電圧を
印加することにより形成された電場によって回収電極と
なる陰電極７の表面に吸着回収される。一方、電離せず
に光反応部８を通過したＵ−２３５およびＵ−２３８の
混合蒸気流は光反応部８の外縁側に配設した蒸気回収板
１０方向に吸引回収される。The ionized LJ-235 ions are transferred to the surface of the negative electrode 7, which becomes a collection electrode, by an electric field created by applying an electrode voltage synchronized with the uranium ionization laser beam 9 between the positive electrode 6 and the negative electrode 7. is adsorbed and recovered. On the other hand, the mixed vapor flow of U-235 and U-238 that has passed through the photoreaction section 8 without being ionized is sucked and collected toward a vapor recovery plate 10 disposed on the outer edge side of the photoreaction section 8 .
（発明が解決しようとする問題点）
ところで、従来、ウランの分溜操作の前処理においては
、強力な電子ビームを照射して金属ウランを溶融して蒸
発Ｉしめてウラン然気流を生成する操作工程を含んでい
るため、生成したウラン蒸気流には不純物イオンが含ま
れる。(Problems to be Solved by the Invention) Conventionally, in the pretreatment of uranium fractionation operations, a strong electron beam is irradiated to melt and evaporate metallic uranium to generate a uranium gas stream. The resulting uranium vapor stream contains impurity ions.
不純物イオンとしては、金属ウランの加熱源である電子
ビームとウラン蒸気流とが衝突して発生するＵ−２３８
の衝突電離イオンおよびウラン蒸気流が高温熱源と接触
して発生するＵ−２３８、その他の金属の熱電離イオン
がある。The impurity ions include U-238, which is generated when an electron beam, which is a heating source for metallic uranium, collides with a uranium vapor flow.
There are impact ionized ions of U-238 and thermionic ions of other metals generated when the uranium vapor stream contacts a high temperature heat source.
したがって、これらの不純物イオンを含むウラン蒸気流
が流れる陽電極と陰電極との間に直流電場を印加した場
合は、不純物イオンがＬＪ−２３５イオンに同伴して回
収電極に吸引される。Therefore, when a DC electric field is applied between the positive electrode and the negative electrode through which the uranium vapor flow containing these impurity ions flows, the impurity ions are attracted to the recovery electrode along with the LJ-235 ions.
そのため、目的とする同位体の分離係数が低下し、Ｕ−
２３５の濃縮度が小さくなり、回収ウランの純度品質を
低下させる原因となっていた。Therefore, the separation coefficient of the target isotope decreases, and U-
The enrichment level of 235 decreased, causing a decline in the purity quality of the recovered uranium.
本発明は上記問題点を解決するために発案されたもので
あり、ウラン蒸気流を同位体捕集装置に導入する前の段
階で事前に含まれる不純物イオンを除去する手段を設け
ることにより、不純物となるイオン同位体の製品への混
入量を低減し、分離効率の指標となる分離係数を高く維
持し、製品の純度が高い同位体分離方法および分Ｉｌｌ
装置を提供することを目的とする。The present invention was devised to solve the above problems, and by providing a means to remove impurity ions contained in the uranium vapor flow before introducing it into an isotope collection device, impurity ions can be removed. An isotope separation method and method that reduces the amount of ion isotopes mixed into the product, maintains a high separation coefficient, which is an indicator of separation efficiency, and produces a product with high purity.
The purpose is to provide equipment.
（問題点を解決するための手段）
本件第１番目の発明に係る同位体分離方法は、複数種類
の同位体を含む物質を加熱蒸発せしめて蒸気流を生成し
、この蒸気流を陽電情と陰電極とを交互に並置して形成
した同位体捕集装置に蒸気流通路を経由して導入した後
に、前記蒸気流に特定の同位体を選択的にイオン化する
電離用レーザビームを照射してイオン化同位体を生成し
、上記電極間に電界を印加することによってイオン化同
位体を回収電極方向に偏向させて特定の同位体を分離回
収する同位体分離方法において、前記蒸気流を同位体捕
集装置に導入する蒸気流通路に所定室の電界を印加する
ことにより、蒸気流に含まれる不純物イオンを予め回収
除去することを特徴とする。(Means for Solving the Problems) The isotope separation method according to the first invention heats and evaporates a substance containing multiple types of isotopes to generate a vapor flow, and converts this vapor flow into a positive energy. After the vapor flow is introduced via a vapor flow path into an isotope collection device formed by alternately arranging negative electrodes, the vapor flow is irradiated with an ionizing laser beam that selectively ionizes a specific isotope. In an isotope separation method that generates an ionized isotope and applies an electric field between the electrodes to deflect the ionized isotope toward a recovery electrode to separate and recover a specific isotope, the vapor flow is used for isotope collection. It is characterized in that impurity ions contained in the vapor flow are collected and removed in advance by applying an electric field in a predetermined chamber to the vapor flow path introduced into the device.
また、本発明の第２番目に係る同位体分離装置は、複数
種類の同位体を含む物質を加熱蒸発せしめて蒸気流を生
成する蒸気生成装置と、陽電極と陰電極を交互に並置し
て形成した同位体捕集装置と、前記蒸気生成装置から同
位体捕集装置に至る蒸気流通路と、蒸気流通路を通り同
位体捕集装置に流入した蒸気流に電離用レーザビームを
照射して特定の同位体を選択的にイオン化する電離用レ
ーザビーム発生装置と、電離用レーザビームによってイ
オン化した同位体を同位体捕集装置の回収電極に偏向さ
せて分離回収するために電極板間に電界を印加する電源
装置とを備え、前記蒸気生成装置にて生成した蒸気流に
含まれる不純物イオンを分離回収するフィルタ電極を、
蒸気流通路に設けたことを特徴とする。Further, the isotope separation device according to the second aspect of the present invention includes a steam generation device that heats and evaporates substances containing multiple types of isotopes to generate a vapor flow, and positive electrodes and negative electrodes that are alternately arranged in parallel. An ionizing laser beam is irradiated on the formed isotope collection device, the vapor flow path leading from the vapor generation device to the isotope collection device, and the vapor flow flowing into the isotope collection device through the vapor flow path. An ionizing laser beam generator that selectively ionizes specific isotopes, and an electric field between electrode plates to deflect the isotopes ionized by the ionizing laser beam to the collection electrode of the isotope collection device for separation and collection. a filter electrode for separating and recovering impurity ions contained in the vapor flow generated by the vapor generating device;
It is characterized by being provided in the steam flow passage.
（作用）
本発明に係る同位体分離方法および分離装置によれば、
同位体捕集装置による至る蒸気流通路に所定の電界を印
加するように構成されているため、蒸気流に合まれる不
純物イオンは同位体捕集装置に流入する前に予め回収除
去される。(Function) According to the isotope separation method and separation device according to the present invention,
Since it is configured to apply a predetermined electric field to the vapor flow path leading to the isotope collector, impurity ions mixed with the vapor flow are collected and removed in advance before flowing into the isotope collector.
そのため、同位体捕集装置には、不純物イオンを含まな
い、つまり電気的に中性である同位体からなる蒸気流を
供給することができる。したがって、回収電極に吸引さ
れる不純物イオン是が少なく、目的とする同位体が高い
分離係数で捕集され、純度品質が高い製品を得ることが
できる。Therefore, the isotope collector can be supplied with a vapor flow consisting of isotopes that do not contain impurity ions, that is, are electrically neutral. Therefore, fewer impurity ions are attracted to the collection electrode, the target isotope is collected with a high separation coefficient, and a product with high purity and quality can be obtained.
（実施例）
以下、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、図面に従って
説明する。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である。なお、第５図お
よび第６図に示す従来例と同一の構成要素、部品には同
一の符号を付している。(Example) An example of the present invention will be described below with reference to the drawings, taking as an example an operation for separating uranium isotopes in a uranium enrichment process. 1 and 2 are perspective views showing one embodiment of an isotope separation apparatus according to the present invention. Note that the same components and parts as in the conventional example shown in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals.
同位体分離装置は、金属ウラン１を収容した容器２と、
容器２に収容された金属ウラン１にリニア電子銃３から
発する電子ビーム４を照射して金属ウラン１を加熱蒸発
せしめ、ウラン蒸気流５を生成する蒸気生成装置１１と
が備えられる。ぞの蒸気生成装置１１の上方には、陽電
極６と陰電極７を交互に並置して形成した同位体捕集装
置１２が設けられる。陽電極６と陰電極７との間には光
反応部８が形成され、この光反応部８を流れるウラン蒸
気流５に電離用レーザ光９を照射する電離用レーザビー
ム発生装置１６が設けられる。電離用レーザ光９の照射
によってイオン化した同位体は、電源装置１７によって
陽電極６と陰゛躍極７に形成された電界によって回収電
極側に偏向されて分離される。The isotope separation device includes a container 2 containing uranium metal 1,
A vapor generating device 11 is provided which heats and evaporates the metallic uranium 1 by irradiating the metallic uranium 1 housed in the container 2 with an electron beam 4 emitted from a linear electron gun 3 to generate a uranium vapor flow 5. Above each steam generation device 11, an isotope collection device 12 formed by alternately arranging positive electrodes 6 and negative electrodes 7 is provided. A photoreaction section 8 is formed between the positive electrode 6 and the cathode 7, and an ionization laser beam generator 16 is provided that irradiates the uranium vapor flow 5 flowing through the photoreaction section 8 with an ionization laser beam 9. . Isotopes ionized by irradiation with the ionizing laser beam 9 are deflected toward the recovery electrode by an electric field formed between the anode electrode 6 and the cathode electrode 7 by the power supply 17 and separated.
前記蒸気生成装置１１と同位体捕集装置１２との間には
、容器２から放射状に流れるウラン蒸気流５の蒸気流通
路１３が設けられ、さらに、この蒸気流通路１３に所定
の電界を形成し、荷電粒子を除去するフィルタ電極１４
が設けられる。フィルタ電極１４は、相互に絶縁状態を
維持した、例えば３枚のフィルタ電極板１４ａ、１４ｂ
、１４Ｃを積層して電極群として形成する。フィルタ電
極板１４ａの形状は、例えば第３図に示すように、湾曲
成形した金属板にウラン蒸気流５の通路となる開口部１
５を、陽電極６および陰電極７に沿う方向に穿設してい
る。A vapor flow path 13 for the uranium vapor flow 5 flowing radially from the container 2 is provided between the steam generation device 11 and the isotope collection device 12, and a predetermined electric field is further formed in the vapor flow path 13. filter electrode 14 for removing charged particles.
is provided. The filter electrode 14 includes, for example, three filter electrode plates 14a and 14b that maintain an insulated state from each other.
, 14C are stacked to form an electrode group. The shape of the filter electrode plate 14a is, for example, as shown in FIG.
5 is bored in the direction along the positive electrode 6 and the negative electrode 7.
本実施例におけるフィルタ電極１４は、蒸気流通路１３
の容器２側から順に例えば３枚のフィルタ電極板１４ａ
、１４ｂ、１４ｃを所定間隔をおいて積層して構成され
、それぞれの電極板間に、フィルタ電極用電源装置１８
により所定の電界が印加される。第２図に示す通り、中
央のフィルタ電極板１４ｂは、アース電位に設定されて
いるため、蒸気流通路１３の一次側に配置されたフィル
タ電極板１４ａには−Ｖａの負電位が印加され、一方、
蒸気流通路１３の二次側に配置されたフィルタ電極板１
４Ｃには＋ｖｂの正電位が印加される。The filter electrode 14 in this embodiment is the vapor flow path 13
For example, three filter electrode plates 14a are arranged in order from the container 2 side.
, 14b, 14c are stacked at predetermined intervals, and a filter electrode power supply device 18 is provided between each electrode plate.
A predetermined electric field is applied. As shown in FIG. 2, since the central filter electrode plate 14b is set to the ground potential, a negative potential of -Va is applied to the filter electrode plate 14a arranged on the primary side of the steam flow passage 13. on the other hand,
Filter electrode plate 1 arranged on the secondary side of steam flow passage 13
A positive potential of +vb is applied to 4C.
すなわち、フィルタ電極１４の電位分布は、蒸気流通路
１３の入口部において負電伶、中央部において零電位、
出口部おいて正電位となるように設定される。That is, the potential distribution of the filter electrode 14 is negative at the entrance of the steam flow path 13, zero potential at the center, and
The outlet is set to have a positive potential.
なお、設定する電位は、運転操作温度における熱電子、
イオン化同位体などの荷電粒子が有する運動エネルギか
ら決定される。Note that the potential to be set is thermionic at the operating temperature,
It is determined from the kinetic energy of charged particles such as ionized isotopes.
すなわち、金属ウラン１の溶融液面上において発生する
熱電子の運動エネルギＥｅは、運転操作温度Ｔを２７０
０’Ｋ、ボルツマン定数をｋとすると、（１）式の通り
となる。That is, the kinetic energy Ee of thermoelectrons generated on the surface of the molten metal uranium 1 increases the operating temperature T by 270
When 0'K and Boltzmann's constant are k, the equation (1) is obtained.
Ｅｅ＝ｋＴ
＝ ８．６１６Ｘ １Ｏ−５（ｅＶ／Ｋ）Ｘ ２７００
（Ｋ）−０，２３（ｅＶ） ・・・・・
・（１）上記の運転エネルギＥｅは全ての熱電子につい
て同一値ではなく、平均値を基準にした一定の確率分布
を呈する。したがって、実装置に印加する負電位Ｖａは
安全倍率Ａを１０〜１０２に設定して（２）式で算出し
た値とする。Ee=kT = 8.616X 1O-5 (eV/K)X 2700
(K)-0,23(eV)...
- (1) The above operating energy Ee does not have the same value for all thermoelectrons, but exhibits a certain probability distribution based on the average value. Therefore, the negative potential Va applied to the actual device is set to a value calculated using equation (2) with the safety multiplier A set to 10 to 102.
Ｖａ−Ａ−Ｅｅ （ｖ） ＝ （２’）一方、
熱または電子！１５ｆｔによって発生した電離イオンを
除去するために印加する正電位ｖｂは下記の通り算定さ
れる。Va-A-Ee (v) = (2') On the other hand,
Heat or electrons! The positive potential vb applied to remove ionized ions generated by 15ft is calculated as follows.
すなわち、上記電離イオンの運動エネルギＥｉは熱電子
の運転エネルギＥｅと同程度の値を有するため、フィル
タ電極１４ｃに印加する正電位■ｂは、フィルタ電極１
４８に印加する負電位ｙａを相殺し、かつ陽性の電離イ
オンを排除する正電界を形成するために、（３）式を満
足する必要がある。That is, since the kinetic energy Ei of the ionized ions has a value comparable to the operating energy Ee of the thermoelectrons, the positive potential ■b applied to the filter electrode 14c
In order to form a positive electric field that offsets the negative potential ya applied to 48 and excludes positive ionized ions, it is necessary to satisfy equation (3).
Ｖｂ−Ｖａ−Ａ−Ｅ ｉ −＝−（３）ここで
、Ｅｉ−ＥｅＮ安全倍率Ａ＝１０〜１０２とする。Vb-Va-A-E i -=-(3) Here, Ei-EeN safety factor A=10-102.
したがって、（１）、＜２）、（３）式より一般にＶａ
＝１０ （Ｖ）、Ｖｂ＝２０ （ｖ）ｆｕｎ：設定する
とよい。Therefore, from equations (1), <2), and (3), in general, Va
=10 (V), Vb=20 (v) fun: Good to set.
次に作用を説明する。Next, the effect will be explained.
蒸気生成装置１１によって加熱蒸発された金属ウラン１
はウラン蒸気流５となって蒸気流通路１３を通りフィル
タ電極１４の開口部１５を通過する。このとき、ウラン
蒸気流５に含有される熱電子はフィルタ電極１４ａ、１
４ｂに形成された電界によって進路が偏向され、蒸気流
通路１３から排除されるため、熱電子が光反応部８へ進
入することが阻止される。なお、上記電界はフィルタ電
極１４ａ、１４ｂに負電位Ｖａを印加することによって
形成される。Metallic uranium 1 heated and vaporized by the steam generator 11
The uranium vapor flow 5 passes through the vapor flow passage 13 and through the opening 15 of the filter electrode 14 . At this time, the thermoelectrons contained in the uranium vapor flow 5 are transferred to the filter electrodes 14a, 1
The course of the thermoelectrons is deflected by the electric field formed at 4b and removed from the vapor flow path 13, so that the thermoelectrons are prevented from entering the photoreaction section 8. Note that the above electric field is formed by applying a negative potential Va to the filter electrodes 14a and 14b.
一方、ウラン蒸気流５に含有される熱雷１ｌｉｌｔ陽イ
オンおよび電子衝撃によって発生したＵ−２３８などの
同位体陽イオンは、フィルタ電極１４ｂ。On the other hand, thermal lightning cations contained in the uranium vapor flow 5 and isotopic cations such as U-238 generated by electron bombardment are transferred to the filter electrode 14b.
１４０間に印加された正電圧ｖｂによって形成された電
界によって排除され、同様に光反応部８へ流入すること
が阻止される。It is removed by the electric field formed by the positive voltage vb applied between voltages 140 and 140, and is similarly prevented from flowing into the photoreaction section 8.
したがって、電子ビーム４の照射によって発生し、ウラ
ン蒸気流５に混入した不純物イオンおよび熱電子は、フ
ィルタ電極１４において、予め排除される。そのため、
光反応部８に流入するウラン蒸気２Ｉ！５には不純物と
なる荷電粒子は含まず、電気的に中性な成分のみからな
るウラン蒸気流５を供給することができる。なお、ウラ
ン蒸気流５を光反応部８に導入した後の操作手順は従来
方法および装置の場合と同様である。したがって、同位
体捕集装置１２の回収電極に吸引される不純物量を大幅
に低減することが可能となり、装置全体としての同位体
の分離係数が改善され、Ｉ！度品質が優れた同位体を効
率良く得ることができる。Therefore, impurity ions and thermoelectrons generated by the irradiation of the electron beam 4 and mixed into the uranium vapor flow 5 are eliminated in advance at the filter electrode 14. Therefore,
Uranium vapor 2I flowing into the photoreaction section 8! A uranium vapor flow 5 containing only electrically neutral components without containing charged particles as impurities can be supplied. Note that the operating procedure after introducing the uranium vapor stream 5 into the photoreaction section 8 is the same as in the conventional method and apparatus. Therefore, it is possible to significantly reduce the amount of impurities attracted to the recovery electrode of the isotope collection device 12, and the isotope separation coefficient of the device as a whole is improved. It is possible to efficiently obtain isotopes with excellent quality.
次に、本発明に係る同位体分離装置の他の実施例につい
て第４図を参照して説明する。Next, another embodiment of the isotope separation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
第４図の同位体分離装置は、第２図に示したフィルタ電
極１４の構成に加え、フィルタ電極１４と光反応部８と
の間の蒸気流通路１３に不純物イオン収集電極１つを設
けている。不純物イオン収集電極１９は、ウラン蒸気流
の流れ方向と平行に、かつ同位体捕集装置１２の陽電極
６および陰電極７にそれぞれ近接して設けられ、交互に
正負の電位を有する不純物イオン収集電極板１９ａ、１
９ｂを配設して形成する。In addition to the configuration of the filter electrode 14 shown in FIG. 2, the isotope separation device shown in FIG. There is. The impurity ion collection electrodes 19 are provided parallel to the flow direction of the uranium vapor flow and close to the positive electrode 6 and the negative electrode 7 of the isotope collector 12, respectively, and have impurity ion collection electrodes having positive and negative potentials alternately. Electrode plate 19a, 1
9b is arranged and formed.
この場合、フィルタ電極１４の電界のみでは排除されず
に光反応部８に侵入した不純物イオンは、前記不純物イ
オン収集電極１９ａ、１９ｂに形成された電界によって
捕集されてウラン蒸気流５から分離される。In this case, impurity ions that are not removed by the electric field of the filter electrode 14 alone and enter the photoreaction area 8 are collected by the electric field formed in the impurity ion collection electrodes 19a and 19b and separated from the uranium vapor flow 5. Ru.
したがって、光反応部８に混入する不純物イオン通は第
２図に示す同位体分離装置と比較して、一層低減化され
る。Therefore, the amount of impurity ions entering the photoreaction section 8 is further reduced compared to the isotope separation apparatus shown in FIG.
そのため、同位体捕集装置１２における同位体の分離係
数および分離回収された同位体の純度品質をさらに向上
することができる。Therefore, the isotope separation coefficient in the isotope collection device 12 and the purity quality of the separated and recovered isotopes can be further improved.
なお、本発明に係る同位体分離方法および装置の実施に
あたり、既存の同位体分離装置の機器構成に抜本的な改
造変更は要しない。すなわち、蒸気流通路にフィルタ電
極を新たに装備するだけで蒸気流に含まれる熱電子、イ
オン化同位体、金属イオンなどの荷電粒子を容易に除去
することができる。In addition, in carrying out the isotope separation method and apparatus according to the present invention, there is no need for drastic modifications to the equipment configuration of the existing isotope separation apparatus. That is, charged particles such as thermoelectrons, ionized isotopes, and metal ions contained in the steam flow can be easily removed simply by newly installing a filter electrode in the steam flow path.
また、荷電粒子の運動エネルギの大小に対応して、フィ
ルタ電極または不純物イオン収集電極に印加する電圧を
適宜調整する機構を装備しておけば、金属ウランの種類
、操作温度に対応して、容易に最適電圧を選択すること
ができる。In addition, if a mechanism is installed to appropriately adjust the voltage applied to the filter electrode or impurity ion collection electrode in accordance with the magnitude of the kinetic energy of the charged particles, it will be possible to easily The most suitable voltage can be selected.
（発明の効果）
以上説明の通り、本発明に係る同位体分離方法および装
置によれば、同位体捕集装置に接続する蒸気流通路に所
定の電界を印加することにより蒸気流に含まれる不純物
イオン等の荷電粒子を予め排除しているため、同位体捕
集装置の回収電極に吸引される不純物損を大幅に低減す
ることが可能となる。したがって、同位体分離装置の運
転効率の指標となる分離係数が高く、また分離回収した
同位体製品の純度品質を大幅に向上することができる。(Effects of the Invention) As explained above, according to the isotope separation method and device according to the present invention, impurities contained in the vapor flow can be removed by applying a predetermined electric field to the vapor flow path connected to the isotope collection device. Since charged particles such as ions are removed in advance, it is possible to significantly reduce the loss of impurities attracted to the collection electrode of the isotope collection device. Therefore, the separation coefficient, which is an indicator of the operating efficiency of the isotope separation device, is high, and the purity quality of the separated and recovered isotope product can be significantly improved.
第１図は本発明に係る同位体分離方法を実施する同位体
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ＩＩ−ＩＩ矢視断面図、第３図は第１図、第２図に
示すフィルタ電極板の形状を示す斜視図、第４図は本発
明に係る同位体分離装置の他の実施例を示す断面図、第
５区は従来の同位体分離装置の構成を示す斜視図、第６
図は第５図におけるＶｌ −Ｖｌ矢視断面図である。
１・・・金属ウラン、２・・・容器、３・・・リニア電
子銃、４・・・電子ビーム、５・・・ウラン蒸気流、６
・・・陽電極、７・・・陰電極、８・・・光反応部、９
・・・電離用レーザ光、１０・・・蒸気回収板、１１・
・・酒気生成装置、１２・・・同位体捕集装置、１３・
・・蒸気流通路、１４・・・フィルタ電極、１４ａ、１
４ｂ、１４ｃ・・・フィルタ電極板、１５・・・開口部
、１６・・・電離用レーザビーム発生装置、１７・・・
電源装置、１日・・・フィルタ電極用電源装置、１９・
・・不純物イオン収集電極、１９ａ、１９ｂ・・・不純
物イオン収集電極板、■・・・運転操作温度、Ｅｅ・・
・熱電子の遅動エネルギ、Ｅｊ・・・電離イオンの運転
エネルギ、■ａ・・・負電位、ｖｂ・・・正電位。
代理人弁理士 則 近 憲 佑
同 三 俣 弘 交電１図
第２図
第４図FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an isotope separation apparatus for carrying out the isotope separation method according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIG. 2 is a perspective view showing the shape of the filter electrode plate shown in FIG. Perspective view showing the configuration, No. 6
The figure is a sectional view taken along the line Vl-Vl in FIG. 5. 1... Metal uranium, 2... Container, 3... Linear electron gun, 4... Electron beam, 5... Uranium vapor flow, 6
...Positive electrode, 7...Cathode electrode, 8...Photoreactive part, 9
... Laser beam for ionization, 10... Vapor recovery plate, 11.
... Alcohol generation device, 12 ... Isotope collection device, 13.
...Steam flow path, 14...Filter electrode, 14a, 1
4b, 14c... Filter electrode plate, 15... Opening, 16... Laser beam generator for ionization, 17...
Power supply device, 1st... Power supply device for filter electrode, 19.
... Impurity ion collecting electrode, 19a, 19b... Impurity ion collecting electrode plate, ■... Operating temperature, Ee...
- Slow energy of thermoelectrons, Ej...operating energy of ionized ions, ■a...negative potential, vb...positive potential. Representative Patent Attorney Yudo Noriyuki Chika Hiroshi Mitsumata Electric power Figure 1 Figure 2 Figure 4
Claims (1)
気流を生成し、この蒸気流を陽電極と陰電極とを交互に
並置して形成した同位体捕集装置に蒸気流通路を経由し
て導入した後に、前記蒸気流に特定の同位体を選択的に
イオン化する電離用レーザビームを照射してイオン化同
位体を生成し、上記電極間に電界を印加することによっ
てイオン化同位体を回収電極方向に偏向させて特定の同
位体を分離回収する同位体分離方法において、前記蒸気
流を同位体捕集装置に導入する蒸気流通路に所定の電界
を印加することにより、蒸気流に含まれる不純物イオン
を予め回収除去することを特徴とする同位体分離方法。 ２、複数種類の同位体を含む物質を加熱蒸発せしめて蒸
気流を生成する蒸気生成装置と、陽電極と陰電極を交互
に並置して形成した同位体捕集装置と、前記蒸気生成装
置から同位体捕集装置に至る蒸気流通路と、蒸気流通路
を通り同位体捕集装置に流入した蒸気流に電離用レーザ
ビームを照射して特定の同位体を選択的にイオン化する
電離用レーザビーム発生装置と、電離用レーザビームに
よってイオン化した同位体を同位体捕集装置の回収電極
に偏向させて分離回収するために電極板間に電界を印加
する電源装置とを備え、前記蒸気生成装置にて生成した
蒸気流に含まれる不純物イオンを分離回収するフィルタ
電極を、蒸気流通路に設けたことを特徴とする同位体分
離装置。 ３、フィルタ電極は、蒸気流通路における蒸気流の入口
側から順に、熱電子を除去する熱電子除去電極と、不純
物イオンを減速偏向させて回収する不純物除去電極とを
所定間隔をおき相互に絶縁状態で複数段に積層された電
極群から成り、電極群における電位分布を蒸気流通路の
入口部において負電位、中央部において零電位、出口部
において正電位となるように設定したことを特徴とする
特許請求の範囲第２項記載の同位体分離装置。[Claims] 1. An isotope collection device that heats and evaporates substances containing multiple types of isotopes to generate a vapor flow, and forms this vapor flow by alternately arranging positive and negative electrodes. irradiating the vapor flow with an ionizing laser beam that selectively ionizes a specific isotope to generate ionized isotopes, and applying an electric field between the electrodes. In an isotope separation method in which a specific isotope is separated and recovered by deflecting an ionized isotope toward a recovery electrode, by applying a predetermined electric field to a vapor flow path that introduces the vapor flow into an isotope collection device. , an isotope separation method characterized by collecting and removing impurity ions contained in a vapor flow in advance. 2. A steam generation device that heats and evaporates substances containing multiple types of isotopes to generate a vapor flow, an isotope collection device formed by alternately arranging positive and negative electrodes, and from the steam generation device An ionizing laser beam that selectively ionizes specific isotopes by irradiating the vapor flow path leading to the isotope collection device and the vapor flow that has passed through the vapor flow path and entered the isotope collection device. The steam generating device is equipped with a generator, and a power supply device that applies an electric field between electrode plates in order to deflect isotopes ionized by an ionizing laser beam to a recovery electrode of an isotope collection device and separate and recover them. An isotope separation device characterized in that a filter electrode for separating and recovering impurity ions contained in a vapor flow generated by a vapor flow is provided in a vapor flow passage. 3. The filter electrode includes a thermionic removal electrode that removes thermionic electrons and an impurity removal electrode that decelerates and deflects impurity ions and recovers them, which are insulated from each other at a predetermined interval, in order from the inlet side of the steam flow in the steam flow path. It consists of a group of electrodes stacked in multiple stages in a state of An isotope separation device according to claim 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24415886A JPS63100920A (en) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | Separation method and device for isotope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24415886A JPS63100920A (en) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | Separation method and device for isotope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63100920A true JPS63100920A (en) | 1988-05-06 |
Family
ID=17114627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24415886A Pending JPS63100920A (en) | 1986-10-16 | 1986-10-16 | Separation method and device for isotope |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63100920A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009525721A (en) * | 2006-02-02 | 2009-07-09 | トムソン ライセンシング | Two-level current limit power supply system |
-
1986
- 1986-10-16 JP JP24415886A patent/JPS63100920A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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