JPH0217688A

JPH0217688A - 金属蒸気レーザ装置

Info

Publication number: JPH0217688A
Application number: JP16693188A
Authority: JP
Inventors: Koji Mizuguchi; 水口　宏司
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1988-07-06
Publication date: 1990-01-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は金属蒸気レーザ装置に係り、特に長時間のレー
ザ発振を可能とした金属蒸気レーザ装置に関する。

（従来の技術〉近年、レーザ装置は、素材切削加工、光通信、医療技術
、原子力産業など広い分野で使用されている。特に原子
力産業においては、複数のウラン同位体混合物から特定
の同位体を選択的に励起し分離する金属蒸気レーザ払が
ウラン同位体濃縮技術の中核をなしている。

ウラン同位体の２１ｗＪにおいて使用する金属蒸気レー
ザ装置としては、高効率的で高出力のレーザが（ｑられ
る銅金属蒸気レーザ装置が広く採用されている。この装
置は金属銅に放電エネルギをｆ−ｊ与し、高温に加熱し
て金属蒸気を形成し、同時にレーザ１ｓ質となるプラズ
マを生成し、所定の波長を有するレーザ光を発振させる
ものである。

第４図は従来の金属蒸気レーザ装置の構成を示す断面図
、第５図は第４図の要部拡大図、第６図は第５図のＶｌ
　−Ｖｌ線断面図である。

第４図に示すように、発振管本体・１を構成する炉心管
２が設けられ、この炉心管２の両端部には、陽電極３お
よび陰電極４が電極支持７ランジ５゜６に支持されて互
いに対向設置されている。そして、この各電極３，４間
に形成される放電空間７においてパルス二極放電が行な
われる。炉心管２の内底部には、金属蒸気を生成する、
銅粒などの金属蒸気源８が配置される。

また、炉心管２の外周にはアルミナファイバ等の材料か
らなる断熱層９が形成され、その断熱層９を所定位置に
固定保持するために、断熱層９の外周に石英等からなる
保護管１０が設けられている。また、保護管１０とその
外周に配設された外部真空容器１１とにより真空断熱室
１２が形成されている。この真空所熱室１２および炉心
管２内の放電空間７は排気装置１３に接続されて、内部
が真空状態に維持される。

また、陽電極３と陰電極４とを絶縁し、良好な放電を得
るために、外部真空容器１１と電極支持フランジ６との
間に、セラミックスまたはガラス等の絶縁月で形成した
ブレーク管１４が介装されている。なお、各電極支持７
ランジ５．６の軸方向外端側にはブリュースタ窓１９．
２０が設けである。

レーリ′光を発振させる操作を説明すると、まず排気装
置１３を作動させて真空断熱室１２および放電空間７内
を排気する。続いて、バッファガス供給源１５から１１
ｉ電空間７内にＮｅ等のバッファガスを導入し、内部を
一定の圧力に保持する。

この状態で高電圧電源１６、パルス回路１７、パルスド
ライブ電源１８を起動すると、陽電極３および陰電極４
の間にパルス状高電圧が印加され、放電空間７において
放電プラズマが生起づる。この放電プラズマ中の自由電
子に浮遊状態の金属蒸気が衝突して金属蒸気が励起され
、励起された金属蒸気が低エネルギ準位に遷移する際に
所定波長のレーザ光が発生ずる。放電空間７内で発生し
たレーザ光はブリュースタ窓１９．２０を通過し、ざら
にシー１１光発振器２１を構成する出力ミラー２２およ
び全反射ミラー２３で反射する間にその振幅が増大し、
出力ミラー２２から発振する。

（発明が解決しようとプる課題）上述した従来構造の金属蒸気レーザ装置においては、例
えば銅蒸気を発生・保持さゼるためには、炉心管２の温
度を１３００〜１４００℃にする必要がある。そして、
最大のレーザ発振出力を得るためには、最適な銅の蒸気
量（蒸発量）が必要となる。

そこで、通常運転時において生じる炉心管２の温度分布
を考慮し、最適点に銅８を設置するようにしている。銅
８の設置場所が上記の最適点よりもＵｉ分布上、高温側
の領域の場合、銅が加熱されて銅蒸気聞が増大する。一
方、銅８の設置場所が上記の最適点よりも温度分布上、
低温側の領域の場合、銅８の温度が低下して銅蒸気吊が
減少する。

ここで、実際の炉心管軸方向の温度分布は、ブリュース
タ窓１９．２０からの放熱等の影響により一様ではなく
、凸状の分布を示す。このため、炉心管２内に設置され
る金属蒸気源としての銅８の位置は、特定の点に限定さ
れることになる。

また、放電空間７には、放電空間内に不純物が蓄積され
ることを防止するためにバッフ７ガスが導入され、゛さ
らにそのバッファガスは置換が行なわれるように、微量
ではあるが発振操作中、常時流動するようにしている。

このように放電空間７内の温度分布が凸状になっており
、また、ｔＩｉｆｆｉ空間７内にバッファガスが流れて
いることから、従来では放電空間７内の金属蒸気源とし
ての銅８の蒸気量を最適な値に保持することが困難であ
る。また、金属蒸気源としての銅８を多量に配置した場
合には、第５図および第６図に示すように、銅８がレー
ザ発振操作時に表面張力によって球状となり、シー１１
発振有効面積を充分に拡大することができない問題があ
る。

本発明はこのような事情に篤みてなされたもので、レー
デ発振有効面積を保持づることができ、出力低下をＫｌ
　＜ことなくレーザｖ１質金属を多Ｒに補給可能とし、
長時間のレーザ発振を行なうことができる金属蒸気シー
１１装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、金属蒸気源を収容する炉心管と、この炉心管
の両端部に対向して設けられ、上記炉心管内にパルス放
電を行なうことにより前記蒸気源に放電エネルギを付与
するとともにレーザ媒質となるプラズマを発生させる電
極と、上記炉心管の外周に形成されたｔ／ｉ電熱保持用
の断熱層とを備えた金属蒸気レーザ装置において、上記
金属蒸気源と上記炉心管との間にこの金属蒸気源よりも
融点が高く、かつその金属蒸気源に対して濡れ性を有づ
る金属受は片を介在させたことを特徴とする。

（作用）本発明によれば、金属受Ｇノ片にレーザ媒質金属を載置
した状態で炉心管を介してレーザ媒質金属を加熱するの
で、レーザ媒質金属は溶融状態となる。即ち、レーザ媒
質金属を載置する金属受は片は、レーザ媒質よりも融点
が高く、かつレーザ媒ｆ”ｌ金属に対して濡れ性を有す
るため、溶融したレーザ媒質金属は、球状（水滴状）に
なることなく、その金属液面が上記した金属受１ノ片面
全体を拡大する。このため、溶融したレーザ媒質金属は
、炉心管の管面に対する表面積が拡大することになり、
レーザ発振有効面積を減少さけることがない。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は金属蒸気レーザ装置の断面図、第２図は第１図
の要部拡大図、第３図は第２図の■−■線断面図である
。

この実施例の金属蒸気レーザ装置においては、炉心管内
の構成以外は従来のものと略同様である。

発成管本体１を構成する炉心管２が設けられ、この炉心
管２の両端部には、陽電極３および陰電極４が電極支持
７ランジ５，６に支持されて互いに対向設置されている
。そして、この各電極３゜４間に形成される放電空間７
においてパルス二極放電が行なわれる。炉心管２の内底
部には、金属蒸気を生成する、銅粒などの金属蒸気源８
が配置される。

また、炉心管２の外周にはアルミナファイバ等の材料か
らなる断熱層９が形成され、その断熱層９を所定位買に
固定保持するために、断熱層９の外周に石英等からなる
保護管１０が設けられている。また、保護管１０とその
外周に配設された外部真空容器１１とにより真空断熱室
１２が形成されている。この真空断熱室１２および炉心
ｇ２内の放電空間７は排気装置１３に接続されて、内部
が真空状態に維持される。

また、陽電極３と陰電極４とを絶縁し、良好な放電を（
９るために、外部真空容器１１と電極支持７ランジ６と
の間に、セラミックスまたはガラス等の絶縁材で形成し
たブレーク管１４が介装されている。なお、各電極支持
７ランジ５．６の軸方向外端側にはブリュースタ窓１９
，２０が設けである。

ところで、このレーザ媒質金属としての銅８は、第２図
および第３図に示すように炉心管２の内壁面に設置され
た金属受は片２４上に載置される。

金属受は片２４は、レーザ媒質金属よりも融点が高く、
かつレーザ媒質金属に対して濡れ性を有する金属により
形成されている。レーザ媒質金属として銅８を使用する
場合、金属受は片２４は、例えば、タングステン（Ｗ）
、モリブデン（Ｍｏ）等で構成される。

金属受は片２４の構造は、炉心管２からの放電熱を効率
的にレーザ媒質金属に伝達させる点から図示のように炉
心管２の曲面に対応した形状が望ましい。

レーザ光を発振させる操作を説明すると、まず排気装置
１３を作動させて真空断熱室１２および放電空間７内を
排気する。続いて、バッファガス供給源１５から放電空
間７内にＮｅ等のバッフ７ガスを導入し、内部を一定の
圧力に保持する。

この状態でｉ！５電圧電源１６、パルス回路１７、パル
スドライブ電源１８を起動すると、陽電極３ａおよび陰
電極４の間にパルス状高電圧が印加され放電空間７にお
いて放電プラズマが生起する。

この放電プラズマ中の自由電子に浮遊状態の金属蒸気が
衝突して金属蒸気が励起され、励起された金属蒸気が低
エネルギ準位に遷移する際に所定波長のレープ光が発生
する。放電空間７内で発生したレープ光はブリュースタ
窓１９．２０を通過し、ざらにレーザ光発振器２１を構
成する出力ミラー２２および全反射ミラー２３で反射す
る間にその振幅が増大し、出力ミラー２２から発振する
。

このようなレーザ光を発振させる操作時において、第２
図および第３図に示すように、金属受は片２４上に載置
されたレーザ媒質金属としての銅８は、溶融状態となる
が、銅８と金属受は片２４との金属間では、親和力（濡
れ性）を有するため、銅８の溶融金属は、球状（水滴状
）になることなく、その金属液面が金属受６１片２４面
の領域で拡大し、その表面積が増大する。このため、レ
ーザ発娠右効面梢が減少することがない。

本発明において、金属受は片２４は、レーザ媒質金属よ
りも融点が高く、かつレーザ媒質金属に対して濡れ性を
有するものが採用される。しだがつて、上記した実施例
では、特にタングステン（Ｗ）、モリブデン（ＭＯ）等
を例示したが、レーザ媒質金属により相対的関係により
選定されるものであり、上記した金属に限定されないこ
とはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、炉心管に配置された金属
受は片上にレーザ媒質金属を載置してレーザ発振操作を
行なうため、レーザ媒質金属と金属受は片との金属間の
親和税（濡れ性）が溶融状態のレーザ媒質金属の表面張
力よりも大きくなり、レーザ媒質金属は金属受は片上に
薄くなって拡大する。このため、炉心管内にレーザ媒質
金属を条苗に配置しても炉心管の有効面積が減少しない
ので出力の低下が防止され、長時間の発振が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金属蒸気レーザ装置の一実施例を示す
断面図、第２図は第１図の要部拡大図、第３図は第２図
の■−■線断面図、第４図は従来の金属蒸気レーザ装置
を示す断面図、第５図は第４図の要部拡大図、第６図は
第５図のＶｌ−Ｖｌ線断面図である。２・・・炉心管、３・・・陽電極、４・・・陰電極、８
・・・金属蒸気源（銅）、９・・・断熱層、２４・・・
金属受は片。

Claims

【特許請求の範囲】

金属蒸気源を収容する炉心管と、この炉心管の両端部に
対向して設けられ、上記炉心管内にパルス放電を行なう
ことにより前記蒸気源に放電エネルギを付与するととも
にレーザ媒質となるプラズマを発生させる電極と、上記
炉心管の外周に形成された放電熱保持用の断熱層とを備
えた金属蒸気レーザ装置において、上記金属蒸気源と上
記炉心管との間にこの金属蒸気源よりも融点が高く、か
つその金属蒸気源に対して濡れ性を有する金属受け片を
介在させたことを特徴とする金属蒸気レーザ装置。