用于收集和/或分离离子化物质的方法和装置 本发明涉及对各种物质的收集和/或分离的改进及与其有关的改进，尤其是离子化的和/或汽化的物质的收集和/或分离方面的改进，但又不仅限于此。
许多分离技术，比如离子回旋加速器共振，会在输送至其中的离子化物质中产生不同的能级，并在此基础上进行分离。就离子回旋加速器共振(ICR)而言，一个或多个被选择的元素或其同位素的能级，大大高于其它元素或其同位素。
现行技术水平下，上述物质的收集是建立在如下基础上的：高能量的物质同步放电和凝固，随后对低能量物质执行独立的类似过程。
一个这样的系统，使用了朝着处理过的物质流流动方向的开放的极板格栅。极板是接地的或者保持于某一固定的电势上，以使触击它们的部分产生放电。格栅也比处理过的物质流更冷，因此与其接触地物质会在放电的同时在格栅上凝固。格栅能周期性的被从处理过的物质流中取出，从而将凝固的物质取出。
低能级物质，由于多种因素，基本上避开了格栅。在其后的收集器上对这部分处理过的物质流进行单独的放电和冷凝。
其它技术，比如各种选择性离子化方法，也要求处理过的物质流以表现为离子化的汽化的形态被收集。同样地的技术也被用于实现它们的收集。
由于许多原因，现行技术水平的收集器/分离系统并不理想。这包括需要向该装置提供高强度的冷却，需要周期性地从处理过的物质流中取出收集装置。周期性收集系统为产品的收集提供了一个基本上间歇式的过程以限制激活过程。而且，在插入干净的格栅和将其取出之间的时间内，当上料时，由于被收集的物质聚集而影响收集的效果，收集系统的操作也会产生不希望有的变化。这样的收集格栅也不适用于处理通常产生液体或气体产品的物质流，因为这些产品不能被格栅留住。例如，产生重水的水处理过程，就不能较容易地提供一种适合于用格栅收集的产品。
本发明的目的是提供可替换的收集/分离系统和操作方法，至少向现行技术水平的收集器/分离器中存在的一些问题提出建议。
按照本发明的第一方面，我们提供一种方法，至少可以收集一部分包含于磁场的保留部分中的最低限度已部分离子化的样品。该方法包括以下步骤：
a)通过与电导体接触，对待收集的样品的一部分进行放电；
b)样品中被放电的部分，脱离磁场中保留部分的区域。和
c)单独收集样品中被放电的部分，或者将样品中被放电的部分转化为液体或固体形态。
采用这种方法，样品中待收集的部分不需要附着在用于对其放电的同一元件上，而是在另外一处恢复或转化为非汽化状态。
样品可以完全或者大体上完全呈离子化形态。
样品中被放电的部分能够在收集之前或在转化为液态或固态之前脱离磁场中保留部分的区域。这尤其适用于下列情况，例如，在分离技术中只有样品中的一部分被收集，或者只有样品中的一些被收集。
换句话说，样品中被放电的部分可以在磁场中保留部分的区域之内，或者在磁场强度降低的部分中被收集或转化为非汽化状态，并随后被移出。这种工序可适用于比如在前面的分离步骤之后，整个物质流都需被如此转化的情况。
样品脱离磁场的保留部分之后，样品可能仍处于磁场之中。但是，带电的物质被限制在磁场的此保留部分中。磁场中保留部分的磁通密度在0.5至10特斯拉(Tesla)之间，最好是在1至6特斯拉之间。
更可取的是这种收集方法，提供了将一部分样品从另外一部分样品中分离的方法。这一部分可能是，或者包括与其它部分不同的元素和/或不同的同位素和/或不同的混合物。这一部分和/或其它部分可以由样品中所有被选择的元素和/或同位素和/或混合物组成。另一方面，被选择的物质的一部分，在分离之后，可能仍存在于其它部分中。
这一分离可能是从Pu中分离出U，和/或从裂变反应产物中分离出两者之一或两者兼有，从238U中分离出235U，从H2O中分离出D2O和/或HDO，从H2中分离出D2和/或DH，或者其它这样的分离过程。分离过程可以以单个的原子和/或元素和/或分子的形态，如离子来完成。
更可取的是，将样品的一部分从样品的另一部分中分离出来，是基于样品的这一部分具有比其它部分更高的能级。最好有选择地提供有差别的能级。离子回旋加速器共振可用来提供不同的能级。
具有更高能级的部分最好在与电导体接触时放电。最好所有，或者大体上所有的高能量部分与电导体接触。低能量的其它部分或其中的大部分最好能避开电导体。
由于磁场中保留部分范围之外较低的压力，样品中已放电的部分可以脱离保留部分的范围。由于磁场中保留部分内部压力的升高和/或磁场中保留部分外部压力的降低，压力差将会增大。真空泵可以使压力降低。压力差也可被用于将样品中被放电的部分从该装置中移出送到一个较远的位置，比如完全脱离磁场。
从未被放电的蒸气到液态或固态的转变，可由将物质中被放电的部分与温度降低的元件相接触来进行和完成。元件的温度达到可将物质的温度降低至低于其处于那一位置条件下的液化点或凝固点的程度。一个接触表面可以被采用。从而可以产生液化产物和/或固化产物。
可提供有移去装置，用于将液化或固化物质从该设备中移出送入产品流中。
样品中被放电的部分，可以作为样品中被分离的部分以蒸气或气体形态被保留。
固态产物可能包括二氧化铀，液态产物可能包括D2O，气态产物可能包括D2。
样品中未被放电的部分，可以在另一位置被放电和/或被转化为非蒸气形态。最好采用单级的放电和转化为产物形态，比如无汽化状态。放电会受到样品未放电部分与导体接触的影响，导体被提供有外加电势或接地电势。可以采用与冷却表面相接触，可以产生汽态和/或液态和/或固态产物。
按照本发明的第二方面，我们提供了一种收集装置，它包括：磁场，用于把至少部分离子化的样品中的离子化部分保留在磁场的保留部分之内；电导体，被提供于磁场中的保留部分之内，用以使至少一部分样品与之接触并被放电；和分离装置，用于收集样品中被放电的部分或用于将样品中被放电的部分从被放电的蒸气转化为固态和/或液态。
电导体可包括一个格栅。电导体可以被接地，或者最好是固定的电势，可以外加的。格栅最好由一系列极板组成，最好是平行的极板。格栅被放置于大体上与处理过的物质流流动方向垂直对准的方向。格栅最好被加工成与样品中高能量部分的轨道直径相一致的尺寸，以便避开样品中低能量部分的轨道直径。
格栅最好被加热。这可以确保只有与之接触的粒子产生放电。格栅可以在超过待放电物质工作压力下的沸点或升华点的温度下操作。在操作中，格栅可存在于0.1至2Pa之间的压力中。格栅的加热可由电子装置实现。
样品中被放电的部分，可在被移出之前，在磁场中的保留部分之内被收集和/或转化为固态和/或液态，但最好在磁场保留部分之外被收集和/或转化为固态和/或液态。在上述两种情况下，样品都可能仍处于磁场中和/或该装置中。
用于转化样品中被放电的部分的装置，包括一个温度降低元件。一个元件，比如使样品中的一部分与之接触的表面，可以被采用。这一表面可以是该装置的壁和/或一个单独的元件。这个元件最好是电导体。
上述元件包括与样品接触的流体。流体可以是气体，比如惰性气体，和/或液体。液体可能包括元件以前收集的部分。
移去装置用于促进将物质移出至产品流。移去装置可包括一个或多个刮刀。刮刀可以在该设备的壁的表面和/或远离该设备的位置旋转、或往复运动或做其它运动。推荐使用旋转螺旋刮刀，最好在该设备的圆柱状侧壁上运动。移去装置最好安装在磁场保留部分之外。非气化产物最好从形成产品流的冷却元件上分离出来。
样品中未放电的部分，可以由另外的收集装置放电和/或转化为非汽化形态。另外的收集装置可以是与第一个相同的类型。另外的收集装置可以在单一步骤中完成两种转化过程。可以采用旋转的冷却鼓。鼓可由液氮冷却，尤其适用于挥发性物质。刮刀用于从鼓上取下固态物质。
最好在收集之前和/或转化为非汽化形态之前，该装置能从磁场中移去样品中已放电的部分。该装置中存在一个压力差，压力差是由于磁场内压力的升高、磁场外压力的降低或者二者的联合作用产生的。这个装置可包括一个真空泵。
收集装置提供有用于将样品的一部分从另一部分中分离出来的分离装置。分离过程是基于样品的一部分具有比样品的其它部分更高的能级。该设备包括用于部分样品的选择激励装置。选择激励装置可以是一个离子回旋加速器共振装置。
按照本发明的第三方面，我们提供了一种产物和/或经进一步处理的产物，这些可由本发明的第一方面的方法和/或本发明第二方面的设备获得。
上述产物可以是235U浓缩物质；239Pu和/或241Pu浓缩物质；HDO和/或D2O浓缩物质；HD和/或D2浓缩物质；奇数原子的Gd同位素；裂变反应产物。经进一步处理的产物包括核燃料、燃料丸、填料燃料棒、中子吸收体、重水等。
现在将参阅附图，对本发明的各种实施例仅作为示例进行说明，其中：
图1图示了本发明的第一实施例，
图2图示了本发明的第二实施例，
图3图示了本发明的第三实施例。
在第一实施例中，包含有铀的混合同位素--238U和235U的原料物质，被送入磁场2中，随后在离子化阶段4被电子回旋加速器共振装置离子化。离子化的原料然后被送入离子回旋加速器共振装置6中，该装置被调谐以优先激活离子化原料中较小的物质，235U。
因此，离子回旋加速器共振装置6产生具有大体上比现有的238U离子能级更高的235U离子。由于包含磁场2，离子按照大体螺旋的路径在装置内向下前进。高能量物质以比低能量物质更大的半径盘旋运动。
安装在该装置下部的收集装置，包括用于较高和较低能量的物质的独立的收集装置。
高能量物质的收集器包括一个冲击器格栅12，冲击器格栅12包括一系列极板，其较薄的侧面朝向箭头A所示的流动方向。
极板之间的开口是为了与大多数235U离子碰撞，但又有足够大的尺寸以允许绝大多数未被充分激活的238U离子通过。
冲击器格栅(12)是接地的，或者提供有固定的电势，以便通过与其接触，对235U离子所带的电荷进行放电。冲击器格栅12仍处于包含磁场2中。
但是，与现行技术水平的系统相反，冲击器格栅并不作为高能量物质的收集点。而是使冲击器格栅保持于相对较热的温度，大于2200K，而总的结果是，当分子被放电时，它们仍保持蒸气状态。
处理过的物质流到达冲击器格栅12的最终结果是：大多数235U被放电但处于蒸气形态，而绝大多数238U保持带电蒸气形态。
作为不带电物质，235U不再被磁场所容纳。235U可自由地与该装置的侧壁14接触，仍带电的粒子被磁场2同位素化。在可选的型式中，一个单独的部件(图中未示出)可被安装在被容纳的处理过的物质流和装置侧壁之间。运用这些元件，或者冷却的侧壁(14)，可以将与之接触的235U由气态转化为液态或固态。
如本实施例所介绍，该装置安装有旋转螺旋刮刀18，可以在该装置侧壁的表面上刮动，或者稍微与其分离，这促进了固体化的235U朝着产品接收器20通过此位置。刮刀18可以刮干净表面上的冷凝产物，或者把一层冷凝产物留在原处。
仍然带电的气态238U继续向它自己的收集装置22运动。这个装置包括受处理物质流冲击的冷却旋转鼓24。鼓的接地提供了对离子的放电，而冷却则使产物固化。鼓的旋转使固化的物质被刮刀26刮掉。238U固化的不带电的产物经由产物流28离开该装置。
上述装置和方法同样适用于分子状态的物质的分离。例如：铀的同位素可以以一种或多种氧化形态彼此分离，即可从238U02中分离出235U02。
图2图示了本发明的另一实施例，基于同样的原理用于优先激活物质的生产。然而，在这种情况下，被供入的物料包括水。水通常被转化为蒸气，然后在被离子化装置50转化之前被送入磁场48中。离子化装置中的各种状况受到控制以产生分子离子。
在离子回旋加速器共振装置中，针对H2O产生D2O和/或HDO的优先激活。
在到达收集装置时，冲击器格栅52以同样的方式起作用。高能量离子上的电子被放电，但是格栅的温度足以使物质保持气体形态。低能量的H2O继续前进而未被格栅5改变，仍然处于离子化和蒸气形态。
因不受磁场限制，不带电的D2O和HDO可以自由的由真空泵排出到冷凝位置56。在冲击器格栅56的下面有许多排出点。浓缩的产物流也由此形成了。
正如上文对第一实施例所概述的，H2O被冲击、放电和冷凝，例如在液氮冷却鼓上。
产物流56被浓缩为HDO和D2O，并可获得许多应用，包括用在加拿大氘铀(CANDU)反应堆中。
图3图示了本发明的第三实施例，使用了包括氢和氘分子的原料流。混合的氢和氘可以从提高原料中氘的浓度的前面的浓缩过程中获得，或者可能包括固有分级的原料。进入该装置的分子形态H2、D2和HD首先被送到电子回旋加速器共振装置80，将原料转化为至少已部分离子化的形态。离子被容纳于磁场中，从入口82流走。最好大体上所有的原料都被离子化。原料可能被转化为多种离子形态，包括H+，D+(H3+)，(HD2)+，(D2H)+和D2+。
离子然后经受离子回旋加速器共振阶段84，在此期间，离子被另外能量的输入所激活。
被激活的分子经过磁场并到达与处理物质流交叉放置的冲击器格栅86。由于它们较高的能量，含有离子的氘，或者根据激活的程度只含有氘的离子，冲击格栅装置。未被充分激活的离子穿过格栅仍在区域88保持离子化的形态。
冲击导电的格栅86之后，高能量的物质被放电。然而，实际情况是被放电的离子保持气体形态并也进入区域88。
放电后的能量等级，达到产生以分子形态存在的氘离子，即D2的程度。
通过相对于出口90和区域88的压力差的作用，不带电的离子被从该装置内部排出，形成氘浓缩的产物流92。
在区域88内部，仍带电的离子被磁场所容纳，从而进一步通过该装置到达放电极板94。这一放电极板导致对离子的放电，并被冷却以提供如分子氢的已放电产物。一系列导流板96用于阻止被放电的氢逆行通过该装置进入区域88。导流板上的孔98完全处于磁场的横截面之内。
已放电的产物形成产品流100，因为压力差从该装置中被排出。
氘浓缩流92和氘贫化/氧浓缩流100，可以分别被传送到其它类似装置，以进行进一步的加工。这样，产物流100中残留的氘可能被除去，和被同位素化，而同样地，任何存在于氘浓缩流92中的氢，也可被除去，以进行进一步的浓缩。
上述三个实施例中所介绍的特性和方案，同样适用于其它原料的加工，适用于生产离子化或部分离子化的处理过的物质流的其它工艺中的收集。