JP2005239474A

JP2005239474A - 耐放射線・耐紫外線合成石英ガラス、その製造方法およびその用途

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Publication number: JP2005239474A
Application number: JP2004050225A
Authority: JP
Inventors: Hideharu Horikoshi; 秀春堀越; Shin Kuzuu; 伸葛生
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】放射線照射及び紫外線照射耐性に優れた合成石英ガラス、その製造方法およびこれを用いた放射線／紫外線用光学素材を提供する。
【解決手段】合成石英ガラスのＯＨ基含有量：６００〜１４００ｐｐｍ、Ｈ_２分子含有量：５×１０^１７〜５×１０^１８個／ｃｍ^３、Ｓｉ−Ｈ結合含有量≦５×１０¹⁶個／ｃｍ^３、酸素過剰型欠陥の含有量≦１×１０^１６個／ｃｍ^３、酸素欠乏型欠陥の含有量≦１×１０^１４個／ｃｍ^３、金属不純物含有量の総和≦５０ｐｐｂかつＣｌ含有量≦１０ｐｐｍとすることで放射線／紫外線照射に対して安定な合成石英ガラスとなり、このガラスは、ガラス形成原料を酸水素火炎中で火炎加水分解してシリカ微粒子を合成し、ターゲット上に堆積させると同時に溶融透明化する直接法において、シリカ微粒子の溶融温度を１９５０〜２２５０℃かつ酸水素火炎のＨ_２／Ｏ_２モル比を２．１〜２．５とすることにより得られる。
【選択図】選択図なし。

Description

本発明はＸ線等の放射線及びＡｒＦエキシマレーザー等の波長２００ｎｍ以下の真空紫外線照射に対して優れた耐性を有する、耐放射線・耐紫外線合成石英ガラス、その製造方法およびその用途に関するものである。

合成石英ガラスは、赤外から真空紫外までの広い波長範囲において透明であることから、各種光学部材に用いられている。しかしながら、ＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザー等の高エネルギー密度の紫外線照射や、Ｘ線等の放射線照射により透過率が著しく低下する問題がある。この問題を解決するため、予め石英ガラスに紫外線を照射して欠陥を生成させ、熱処理によって生成した欠陥を修復することで紫外線や放射線照射に対する耐久性を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この他、石英ガラスに周期律表の第一周期または第二周期に属する元素（具体的には、Ｃ、Ｆ等）を添加することで、紫外線及び放射線に対する耐性を改善する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

上述したように、これまでは通常の合成石英ガラスに、何らかの付加処理（紫外線照射あるいは第３元素の添加等）を施すことで、放射線及び紫外線照射に対する耐性を向上させる試みが実施されてきた。

特開２０００−８６２５８号公報（第２〜３頁）

特開２００１−２４７３３１号公報（第２〜３頁）

予め紫外線を照射して積極的に欠陥を生成させ、熱処理により欠陥を取り除く方法では、予め照射した紫外線と同等の紫外線照射に対する耐性の向上は期待できるが、耐性改善のための照射に比べて、より長時間または、より高エネルギー密度での紫外線照射に対して、あるいは、より短波長（高エネルギー）の紫外線あるいは放射線照射に対しての耐性は改善されない。また、紫外線照射処理が必要になるため、処理が煩雑になると共に、紫外線照射設備の設置等を含めて、余分なコストが必要となる問題もある。

石英ガラスにＣやＦ等の元素を添加して、Ｓｉ−ＣやＳｉ−Ｆ結合を生じさせて石英ガラスの構造を安定化させることで紫外線照射耐性を向上させる方法では、通常の石英ガラスの合成に比べ、ＣやＦ等を添加するため合成時に余分な工程が必要となるため、生産性が低下すると共に製造コストが高くなる。また、紫外線照射に関してある程度の耐性向上は期待できるが、エネルギー密度の高いエキシマレーザー照射や、より波長の短い（エネルギーの高い）Ｘ線等の放射線照射に対しては、Ｓｉ−ＣやＳｉ−Ｆ結合も欠陥の前駆体となるため十分な耐性が得られない問題がある。

本発明者らは上記問題点を解決するため、汎用的な製造設備で付加的な操作を加えることなく製造でき、紫外線透過性に優れかつ、エキシマレーザー等の高エネルギー密度の紫外線照射及び、Ｘ線等の高エネルギーな電磁波（放射線）の照射に対して、優れた照射耐性を示す合成石英ガラスを得ることを課題として検討を行った。

本発明者らは、上記課題を解決するため合成石英ガラスの諸物性と、耐放射線性・耐紫外線性との相関について鋭意検討を行った結果、合成石英ガラスのＯＨ基、Ｈ_２分子、Ｓｉ−Ｈ結合、酸素過剰型欠陥、酸素欠乏型欠陥、金属不純物及びＣｌの濃度が、放射線及び紫外線照射耐性に対して特に重要であり、それぞれの値を特定の範囲に制限することで、紫外線透過性に優れかつ、耐放射線・耐紫外線特性に優れた合成石英ガラスが得られることを見出した。

すなわち本発明は、ＯＨ基の含有量が６００〜１４００ｐｐｍ、Ｈ_２分子の含有量が５×１０^１７〜５×１０^１８個／ｃｍ^３、Ｓｉ−Ｈ結合の含有量が５×１０¹⁶個／ｃｍ^３以下、酸素過剰型欠陥の含有量が１×１０^１６個／ｃｍ^３以下、酸素欠乏型欠陥の含有量が１×１０^１４個／ｃｍ^３以下、金属不純物含有量の総和が５０ｐｐｂ以下、Ｃｌの含有量が１０ｐｐｍ以下で、波長１７０ｎｍにおける内部透過率が１ｃｍあたり７０％以上、ＡｒＦエキシマレーザーをエネルギー密度３０ｍＪ／ｃｍ^２、周波数３００Ｈｚで１×１０^６ショット照射した時の波長２１５ｎｍの吸収係数変化が０．００１ｃｍ^−１以下かつ、Ｘ線を照射線量率２×１０^４Ｃ／ｋｇ・ｈ（Ｒｈ管球、管電圧５０ｋＶ、管電流５０ｍＡ）で２時間照射した時の波長２１５ｎｍ及び波長２５０ｎｍにおける吸収係数変化がそれぞれ、０．２ｃｍ^−１以下及び０．０２ｃｍ^−１以下であることを特徴とする耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスである。

また、ガラス形成原料を酸水素火炎中で火炎加水分解してシリカ微粒子を合成すると同時に溶融してターゲット上に堆積させるいわゆる直接法において、前記シリカ微粒子が溶融する温度を１９５０〜２２５０℃とし、かつ酸水素火炎のＨ_２とＯ_２とのモル比（Ｈ_２／Ｏ_２比）を２．１〜２．５とすることを特徴とする、前記物性の耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスの製造方法及び、前記物性の合成石英ガラスを、紫外線用光学部材及び放射線用光学部材として使用する用途も本願発明の範囲に含まれる。

以下本発明を詳細に説明する。

ＯＨ基には石英ガラスの構造を安定化する作用があるため、ＯＨ基含有量が６００ｐｐｍより少なくなると石英ガラスの構造自体が不安定となり、この不安定な構造が紫外線あるいは放射線照射に対する欠陥の前駆体となるため、紫外線あるいは放射線照射に対する耐性が低下することが分かった。従って、ＯＨ基含有量は６００ｐｐｍ以上であることが必要である。このようにＯＨ基には石英ガラスの構造を安定化させる作用があるが、一方で、エキシマレーザーのようなエネルギー密度の高い紫外線の照射や、紫外線より波長の短い（エネルギーが高い）放射線の照射に対しては、ＯＨ基自身が新たな欠陥の前駆体となることが分った。そのため、ＯＨ基含有量が過剰になると紫外線及び放射線耐性が低下するので、ＯＨ基含有量は１４００ｐｐｍ以下にする必要がある。また、ＯＨ基は真空紫外領域で吸収を示すため、ＯＨ基含有量が高くなると真空紫外領域の透過率が低下する。透過率に影響を与える因子としては、ＯＨ基濃度以外にも合成石英ガラス中の構造欠陥等様々な因子があるが、ＯＨ基含有量が１４００ｐｐｍ以下であれば、１７０ｎｍでの内部透過率（厚さ１ｃｍ）として、７０％以上となる蓋然性が高いことが分かった。

Ｈ_２分子には生成した欠陥を修復する作用があるため、Ｈ_２を含有させることが必須である。ただし、Ｈ_２分子の含有量が高くなると、紫外線あるいは放射線照射によりＨ_２が石英ガラスと反応し、新たな欠陥（酸素欠乏型欠陥）を生成し、耐性に悪影響を及ぼすことが分かった。また、Ｈ_２含有量が高くなるとＳｉ−Ｈ結合が増加するが、後述するようにこの結合は紫外線あるいは放射線照射に対して欠陥の前駆体となり好ましくない。一方、Ｈ_２含有量が少な過ぎると、欠陥を修復する作用が十分でなくなる。このため、石英ガラス中のＨ_２分子の含有量は５×１０^１７〜５×１０^１８個／ｃｍ^３の範囲に制御することが必要である。

通常、合成石英ガラスは酸水素火炎を用いて合成されるが、火炎中のＨ_２の一部は合成したシリカ微粒子と反応してＳｉ−Ｈ結合を生成する。Ｓｉ−Ｈ結合は石英ガラスの≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合と比べて結合エネルギーが小さく、紫外線あるいは放射線照射により容易に解裂し欠陥を生成するため、Ｓｉ−Ｈ結合の含有量を一定量以下に制限する必要があることが分った。Ｓｉ−Ｈ結合の含有量を５×１０^１６個／ｃｍ^３以下に制御することで放射線及び紫外線照射耐性の高い合成石英ガラスが得られる。

合成石英ガラスは、≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合がランダムにつながった構造であるが、製造条件により、酸素原子（Ｏ）が過剰の欠陥（酸素過剰型欠陥、Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ≡）や、Ｏが欠乏した欠陥（酸素欠乏型欠陥、≡Ｓｉ−Ｓｉ≡）を生成する。これらの欠陥構造は、真空紫外領域に吸収を示すため、紫外域での透過率低下の原因となる。また、これらの欠陥構造は≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合と比べて結合エネルギーが小さく、放射線あるいは紫外線照射により容易に解裂して放射線及び紫外線照射耐性を低下させる。さらに、これらの欠陥構造は隣接する≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡結合を歪ませるため石英ガラスの構造が不安定になり、放射線及び紫外線照射耐性に悪影響を及ぼす。従って、これら欠陥の含有量を一定量以下に制限する必要があることが分った。酸素過剰型欠陥及び酸素欠乏型欠陥の含有量はそれぞれ、１×１０^１６個／ｃｍ^３以下及び１×１０^１４個／ｃｍ^３以下にすることで紫外線領域での透過率が高く、放射線及び紫外線照射耐性に優れた合成石英ガラスが得られる。

金属不純物（アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、その他の金属）は真空紫外領域に吸収を示すためその含有量は出来るだけ少ない方が望ましい。また、金属不純物含有量が多くなると、真空紫外域の透過率が低下するだけでなく、放射線及び紫外線照射により金属不純物に起因する欠陥が生成し、所望の放射線及び紫外線照射に対する耐性が得られない。このような金属不純物量は、例えば溶媒に溶かした試料を高温プラズマ中でイオン化して質量分析器に導入（ＩＣＰ−ＭＳ分析）する方法により、同時に多元素につき定量可能である。この方法によればイオン化可能な金属はすべて分析可能である。耐性に影響する金属不純物とその含有量について検討した結果、具体的には、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属、Ｍｇ，Ｃａなどのアルカリ土類金属、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｍｏの遷移金属、その他Ａｌが放射線及び紫外線照射耐性を特に低下させることが分った。そしてその含有量と耐性との関係から、本発明の放射線及び紫外線照射耐性の高い合成石英ガラスを得るには、金属不純物含有量の総和が５０ｐｐｂ以下であることが好ましく、さらに２０ｐｐｂ以下、特に１０ｐｐｂ以下が好ましいことが分かった。

合成石英ガラスの製造では、一般的に、取り扱い易さ、価格の点などから原料にＳｉＣｌ_４が用いられる。このため、合成された石英ガラスには、Ｃｌが残存する可能性があり、このＣｌは合成石英ガラス内部でＳｉと結合して≡Ｓｉ−Ｃｌの形態で存在していると考えられる。この≡Ｓｉ−Ｃｌ結合は、放射線及び紫外線照射により容易に解裂し欠陥の原因となるため、Ｃｌの含有量は出来るだけ少ない方が好ましい。Ｃｌの含有量が１０ｐｐｍ以下であれば耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスとして十分満足出来る性能が得られ、より好ましくは１ｐｐｍ以下でより高い性能が得られることが分かった。

合成石英ガラスのＯＨ基、Ｈ_２分子、Ｓｉ−Ｈ結合、酸素過剰型欠陥、酸素欠乏型欠陥、金属不純物及びＣｌの含有量を上記の範囲に制御することで、波長１７０ｎｍにおける内部透過率が厚さ１ｃｍにおいて７０％以上、ＡｒＦエキシマレーザーをエネルギー密度３０ｍＪ／ｃｍ^２、周波数３００Ｈｚで１×１０^６ショット照射した時の波長２１５ｎｍの吸収係数変化が０．００１ｃｍ^−１以下かつ、Ｘ線を照射線量率２×１０^４Ｃ／ｋｇ・ｈ（Ｒｈ管球、管電圧５０ｋＶ、管電流５０ｍＡ）で２時間照射した時の波長２１５ｎｍ及び２５０ｎｍにおける吸収係数変化がそれぞれ、０．２ｃｍ^−１以下及び０．０２ｃｍ^−１以下であることを特徴とする耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスが得られる。

次に本発明の合成石英ガラスの製造方法について説明する。本発明の耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスの製造方法は、運転操作性、生産性、品質安定性、コスト等の点から直接法が好ましい。以下、直接法について具体的に説明する。

直接法では、例えば、多重管構造の石英ガラス製バーナーの中心からＳｉＣｌ_４等の原料を供給し、その外側の管からＨ_２及びＯ_２を供給して原料を火炎加水分解してシリカ微粒子を合成すると同時に溶融してターゲット上に透明な石英ガラスを堆積させる。ＯＨ基含有量には種々な製造条件が影響するが、現行のプラントで実際に製造されている直接法の一般的な製造設備における製造条件の範囲内では、シリカ微粒子が溶融して堆積する溶融面の温度が特に重要であることが分った。溶融面の温度が１９５０℃より低いとＯＨ基含有量が１４００ｐｐｍより高くなる。逆に２２５０℃より高いとＯＨ基含有量が６００ｐｐｍより低くなる。一般的な製造設備及び製造条件では、溶融面温度を制御することでＯＨ基含有量を所望の範囲に制御できるが、特殊な製造設備や製造条件（炉の形状、インゴット形状等）で製造する場合は、溶融面温度に加えて別の因子がＯＨ基含有量に影響する可能性があるが、その場合は、溶融面温度の他にＯＨ基含有量に影響する他の因子を適切な範囲に制御すれば良い。

バーナーから供給するＨ_２とＯ_２との比を理論量２．０よりＨ_２過剰な２．１以上とすることで、Ｈ_２含有量を５×１０^１７個／ｃｍ^３以上にできると同時に、酸素過剰型欠陥の生成を抑制できることが分かった。ただし、比が２．５を越えると、Ｈ_２過剰となり、Ｈ_２、Ｓｉ−Ｈ結合及び酸素欠乏型欠陥の含有量を請求項１記載の範囲に保てなくなることが分かった。従って、Ｈ_２とＯ_２との比は、２．１〜２．５の範囲に制御することが重要である。

原料は、取り扱い及び入手が容易で、かつ安価である等の点からＳｉＣｌ_４が望ましい。しかし、本発明は特にこれに限定されるものではない。原料にＳｉＣｌ_４などのＣｌ含有ケイ素化合物を使用した場合、金属不純物は塩化物として系外に除去されるため、特別な処理を行うことなく金属不純物含有量を５０ｐｐｂ以下にすることが出来る。

原料にＳｉＣｌ_４などのＣｌ含有物を用いた場合、石英ガラス中にＣｌが残留する可能性があるが、Ｈ_２過剰の条件で合成することで、Ｃｌは余剰なＨ_２と反応してＨＣｌとして系外に除去されるため、特別な処理を行うことなく残留するＣｌ含有量を１０ｐｐｍ以下にすることが出来る。

上述した条件で合成石英ガラスを製造すれば、二次的な処理を行うことなく、汎用的な製造方法、製造設備により、安価で、優れた放射線及び紫外線照射耐性を有する、耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスを得ることが出来る。
なお、各成分を請求項１に記載した含有量の範囲に制御した合成石英ガラスを得るためには、上述した以外の製造条件（例えば原料と燃料のガス流量比等）も適切な範囲に制御する必要がある。しかし、これらの条件は、炉の構造や合成する石英ガラスの形状等によって大きく異なるため、溶融面温度やＨ_２／Ｏ_２比のように適切な条件範囲を一般的な値として限定することは出来ない。

このようにして合成した石英ガラスを、所定の形状に加工、研磨して紫外線及び放射線用光学素材として使用した場合、優れた紫外線及び放射線照射耐性を示し、紫外線及び放射線用光学素材としての使用に特に適している。

本発明の方法により、放射線及び紫外線照射耐性に優れた合成石英ガラスの提供が可能となった。本発明の方法では、石英ガラス中のＯＨ基、Ｈ_２分子、Ｓｉ−Ｈ結合、酸素過剰型欠陥及び酸素欠乏型欠陥、金属不純物及びＣｌの各含有量を制御することで構造を安定化して、紫外線領域の透過率を向上させると共に、放射線及び紫外線照射耐性を高めているので、特殊な製造方法によることなく、安価で、優れた耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスの提供が可能である。

以下の実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何等限定されるものではない。
各試料の含有成分の定量方法は以下の通りである。

［ＯＨ基含有量］
ＩＲ測定法で求めた約２．７μｍの吸光度から、Ｇ．ＨｅｔｈｅｒｉｎｇｔｏｎａｎｄＫ．Ｈ．Ｊａｃｋ、ＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆＧｌａｓｓｅｓ，３（１９６２）１２９−１３３に記載の方法により定量した。本測定方法の検出限界は１ｐｐｍである。

［Ｈ_２分子含有量］
ラマン分光測定法で求めた。Ｈ_２分子に対応する約４１５０ｃｍ^−１のピークと石英ガラスの基本振動に対応する約８００ｃｍ^−１のピークの面積強度比から、Ｖ．Ｓ．Ｋｈｏｔｉｍｃｈｅｎｋｏ，Ｇ．Ｍ．Ｓｏｃｈｉｖｋｉｎ，Ｉ．Ｉ．ＮｏｖａｋａｎｄＫ．Ｎ．Ｋｕｓｅｎｋｏ、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，４６（６）（１９８７）６３２−６３５に記載の方法により定量した。本測定方法の検出限界は５×１０^１６個／ｃｍ^３である。

［Ｓｉ−Ｈ結合含有量］
ラマン分光測定法求めた。Ｓｉ−Ｈ結合に対応する約２２５０ｃｍ^−１のピークと石英ガラスの基本振動に対応する約８００ｃｍ^−１のピークの面積強度比から、林茂利、荒堀忠久、中村哲之、特開平０９−５９０３４、第７頁に記載の方法により定量した。本測定方法の検出限界は５×１０^１６個／ｃｍ^３である。

［酸素過剰型欠陥及び酸素欠乏型欠陥含有量］
紫外透過スペクトルを測定し、酸素過剰型欠陥及び酸素欠乏型欠陥の含有量を、それぞれ３３０ｎｍ及び２５０ｎｍの吸収係数から算出した。本測定方法の検出限界はそれぞれ、１×１０^１６個／ｃｍ^３及び１×１０^１４個／ｃｍ^３である。

［金属不純物含有量］
ＩＣＰ―ＭＳ分析法で定量された金属含有量の合計値を示す。本測定方法の検出限界は１ｐｐｂである。

［Ｃｌ含有量］
検量線法により蛍光Ｘ線測定法で定量した。本測定方法の検出限界は１０ｐｐｍである。

［１７０ｎｍの内部透過率］
厚さの異なる試料の１７０ｎｍにおける透過率の測定値から吸収係数を算出して厚さ１ｃｍにおける内部透過率を算出した。

［紫外線耐性］
ＡｒＦエキシマレーザーを周波数３００Ｈｚで１ショット当りのエネルギー密度３０ｍＪ／ｃｍ^２で１×１０^６ショット照射し、照射前後の紫外透過スペクトルから２１５ｎｍの吸収係数を求め、レーザー耐性を評価した。本測定方法の吸収係数変化の検出限界は１×１０^―３ｃｍ^−１である。

［放射線耐性］
Ｘ線を照射線量率２×１０^４Ｃ／ｋｇ・ｈ（蛍光Ｘ線装置に試料をセットしてＸ線照射試験を行った。照射条件は、Ｒｈ管球、管電圧５０ｋＶ、管電流５０ｍＡ。）で２時間照射し、照射前後の紫外透過スペクトルから２１５ｎｍ及び２５０ｎｍの吸収係数を求め、放射線耐性を評価した。本測定方法の吸収係数変化の検出限界は１×１０^−３ｃｍ^−１である。

実施例１
原料にＳｉＣｌ_４を使用して、直接法により合成石英ガラスインゴットを製造した。石英ガラス製バーナーの中心管から原料を供給し、バーナーの外管からＨ_２及びＯ_２をＨ_２／Ｏ_２比が２．２となるように供給し、溶融面温度を２０００℃としてインゴットを合成した。こうして合成した石英ガラスインゴットから評価用試料を切り出し、上記の方法で各物性値を測定した。

実施例２
溶融面温度を２２００℃とした以外は実施例１と同じ方法で実施した。

実施例３
Ｈ_２／Ｏ_２比が２．４とした以外は、実施例１と同じ方法で実施した。

実施例４
Ｈ_２／Ｏ_２比を２．４とし、溶融面温度を２２００℃とした以外は実施例１と同じ方法で実施した。

実施例５
Ｈ_２／Ｏ_２比を２．３とし、溶融面温度を２１００℃とした以外は実施例１と同じ方法で実施した。

比較例１
溶融面温度を１８５０℃とした以外は実施例１と同等な条件で石英ガラスインゴットを合成し、評価用試料を切り出した。その試料を上記の方法で各物性値を測定した。この試料では、ＯＨ基含有量は１５６０ｐｐｍと高く、放射線照射耐性に劣っていた。

比較例２
溶融面温度を２３５０℃とした以外は実施例１と同等な条件で石英ガラスインゴットを合成し、評価用試料を切り出した。その試料を上記の方法で各物性値を測定した。この試料のＯＨ基含有量は４８０ｐｐｍと低く、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。

比較例３
Ｈ_２／Ｏ_２比を１．９とした以外は実施例１と同等な条件で石英ガラスインゴットを合成し、評価用試料を切り出した。その試料を上記の方法で各物性値を測定した。比較例３の試料は酸素過剰型欠陥含有量が２×１０^１６個／ｃｍ^３と高く、透過率が低いと共に、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。

比較例４
Ｈ_２／Ｏ_２比を２．７とした以外は実施例１と同等な条件で石英ガラスインゴットを合成し、評価用試料を切り出した。比較例４の試料は酸素欠乏型欠陥含有量が２×１０^１４個／ｃｍ^３と高く、透過率が低いと共に、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。

比較例５
Ｈ_２／Ｏ_２比を３．５とした以外は実施例１と同等な条件で石英ガラスインゴットを合成し、評価用試料を切り出した。比較例５の試料は、Ｈ_２含有量、Ｓｉ−Ｈ結合含有量及び酸素欠乏欠陥含有量が特許請求の範囲外となり、透過率が低いと共に、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。

比較例６
実施例１で製造したインゴットから試料を切り出し、１００％Ｈ_２雰囲気、５００℃で１０時間処理して比較例６の試料とした。この試料はＨ_２を８．５×１０^１８個／ｃｍ^３含有しており、紫外線及び放射線照射耐性が劣っていた。

比較例７
実施例１で製造したインゴットから試料を切り出し、１００％Ｈ_２雰囲気、１０００℃で１時間処理して比較例７の試料とした。この試料はＳｉ−Ｈ結合を２．４×１０^１７個／ｃｍ^３含有しており、放射線及び紫外線照射耐性が劣っていた。

比較例８
実施例１で製造したインゴットから試料を切り出し、１×１０^２Ｐａの真空下、１０００℃で１時間処理して比較例８の試料とした。この試料はＨ_２含有量が２×１０^１７個／ｃｍ^３と少なく、放射線及び紫外線照射耐性が劣っていた。

比較例９
石英ガラス合成炉内をＣｌ_２ガス含有雰囲気として合成した以外は、実施例１と同等な条件で石英ガラスインゴットを合成し、比較例９の試料を作製した。この条件で合成した石英ガラスは、Ｃｌを４０ｐｐｍ含有しており、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。

比較例１０
酸化鉄を散布したターゲット上に実施例１と同等の条件で石英ガラスを堆積させて石英ガラスインゴットを合成し、比較例１０の試料を作製した。この試料はＦｅを５５ｐｐｂ含有しており、金属不純物の総含有量は７０ｐｐｂと高く、透過率が低いと共に、放射線及び紫外線照射耐性に劣っていた。

以下の表１に、実施例１〜５及び比較例１〜１０の合成石英ガラスインゴットの製造条件を示す。

以下の表２に、実施例１〜５及び比較例１〜１０の石英ガラスインゴットから切り出した試料の各物性値を示す。

表２に示すように、実施例１〜５の石英ガラスインゴットから切り出した試料は、耐放射線・耐紫外線用光学材料として優れた特性を示した。
一方、比較例１〜１０の試料では、耐放射線・耐紫外線用光学材料として物性が実施例１〜５の物性値より劣っていることが表２により明らかである。

Claims

ＯＨ基の含有量が６００〜１４００ｐｐｍ、Ｈ_２分子の含有量が５×１０^１７〜５×１０^１８個／ｃｍ^３、Ｓｉ−Ｈ結合の含有量が５×１０^１６個／ｃｍ^３以下、酸素過剰型欠陥の含有量が１×１０^１６個／ｃｍ^３以下、酸素欠乏型欠陥の含有量が１×１０^１４個／ｃｍ^３以下、金属不純物含有量の総和が５０ｐｐｂ以下、Ｃｌの含有量が１０ｐｐｍ以下、波長１７０ｎｍにおける内部透過率が厚さ１ｃｍにおいて７０％以上、ＡｒＦエキシマレーザーをエネルギー密度３０ｍＪ／ｃｍ^２、周波数３００Ｈｚで１×１０^６ショット照射した時の波長２１５ｎｍの吸収係数変化が０．００１ｃｍ^−１以下かつ、Ｘ線を照射線量率２×１０^４Ｃ／ｋｇ・ｈ（Ｒｈ管球、管電圧５０ｋＶ、管電流５０ｍＡ）で２時間照射した時の波長２１５ｎｍ及び波長２５０ｎｍにおける吸収係数変化がそれぞれ、０．２ｃｍ^−１以下及び０．０２ｃｍ^−１以下である耐放射線・耐紫外線合成石英ガラス。
ガラス形成原料を、酸水素火炎中で火炎加水分解してシリカ微粒子を合成し、ターゲット上に堆積させると同時に溶融透明化する直接法において、前記シリカ微粒子が溶融する温度を１９５０〜２２５０℃とし、かつ酸水素火炎のＨ_２とＯ_２とのモル比（Ｈ_２／Ｏ_２比）を２．１〜２．５として合成することを特徴とする請求項１に記載の合成石英ガラスの製造方法。
請求項１に記載の耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスを加工してなる紫外線用光学素材。
請求項１に記載の耐放射線・耐紫外線合成石英ガラスを加工してなる放射線用光学素材。