JPH02251228A - 赤外レーザ光による同位体分離用反応器 - Google Patents
赤外レーザ光による同位体分離用反応器Info
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- JPH02251228A JPH02251228A JP7024689A JP7024689A JPH02251228A JP H02251228 A JPH02251228 A JP H02251228A JP 7024689 A JP7024689 A JP 7024689A JP 7024689 A JP7024689 A JP 7024689A JP H02251228 A JPH02251228 A JP H02251228A
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Landscapes
- Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、赤外レーザ光を利用して同位体分離・濃縮を
行う反応器に係わり、特にレーザ光を導入する窓部材の
設置方法を特定することで、レーザパワーを減衰させる
ことなく有効に反応に寄与させる反応器に関する。
行う反応器に係わり、特にレーザ光を導入する窓部材の
設置方法を特定することで、レーザパワーを減衰させる
ことなく有効に反応に寄与させる反応器に関する。
近年のレーザ技術における大出力化、発振波長の多用化
はレーザを光化学反応に利用しようという研究を促進さ
せてきた。レーザの光化学反応への応用の最も適当な例
は、水素からウランに至る種々の元素の同位体分離・濃
縮技術であり、これは原料物質の光吸収特性の同位体シ
フトを利用し、所望の同位体元素を含む物質のみの化学
反応を促進させることによる。−従来このようなレーザ
光による同位体分離・濃縮反応系は種々の方法及び装置
が提室されている。たとえば特開昭６０−１３２６２９
号公報の第１図に開示されているものは、パルス炭酸ガ
スレーザ光を長焦点レンズで集光し、反応器端面に入射
角Ｏ０で設置された窓部材を介してレーザ光を反応器内
に導入するものである。
はレーザを光化学反応に利用しようという研究を促進さ
せてきた。レーザの光化学反応への応用の最も適当な例
は、水素からウランに至る種々の元素の同位体分離・濃
縮技術であり、これは原料物質の光吸収特性の同位体シ
フトを利用し、所望の同位体元素を含む物質のみの化学
反応を促進させることによる。−従来このようなレーザ
光による同位体分離・濃縮反応系は種々の方法及び装置
が提室されている。たとえば特開昭６０−１３２６２９
号公報の第１図に開示されているものは、パルス炭酸ガ
スレーザ光を長焦点レンズで集光し、反応器端面に入射
角Ｏ０で設置された窓部材を介してレーザ光を反応器内
に導入するものである。
このような反応器においては、窓部材においてＫＣｌ、
ＮａＣ１等では１０％弱程度の一定割合のレーザパワー
が反射され、反応器内で利用されるパワーの損失になる
のみならず、その反射光がレーザ発振器側にもどり、発
振器内外の部品の損傷が発生するおそれがあった。
ＮａＣ１等では１０％弱程度の一定割合のレーザパワー
が反射され、反応器内で利用されるパワーの損失になる
のみならず、その反射光がレーザ発振器側にもどり、発
振器内外の部品の損傷が発生するおそれがあった。
従来これに対応するため、窓部材両面に減反射（Ａｎｔ
ｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングを施す方法が
あるが、レンズによりレーザビーム径が小さくなってい
ることがらレーザ光のエネルギ密度が高い場合、コーテ
ィング部での若干の吸収によりコーティング及び窓部材
の）■傷が発生したり、更に反応器内にハロゲン等の反
応性の高い物質が入っている場合、光化学反応によりコ
ーティング自体が損傷を受けるという問題点があった。
ｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティングを施す方法が
あるが、レンズによりレーザビーム径が小さくなってい
ることがらレーザ光のエネルギ密度が高い場合、コーテ
ィング部での若干の吸収によりコーティング及び窓部材
の）■傷が発生したり、更に反応器内にハロゲン等の反
応性の高い物質が入っている場合、光化学反応によりコ
ーティング自体が損傷を受けるという問題点があった。
また他の例は、特開昭５９−１２３５１７号公報の第３
図に開示されているもので、反応器の窓部材と長焦点レ
ンズとを同一のものにする方式である。この場合におい
てもレンズ表面での反射を防ぐためには減反射コーティ
ングを施すことが考えられ、大気側ではレーザ光のエネ
ルギ密度もそれ程高くなく可能であるが、反応器内部側
では前記と同様な問題点がある。
図に開示されているもので、反応器の窓部材と長焦点レ
ンズとを同一のものにする方式である。この場合におい
てもレンズ表面での反射を防ぐためには減反射コーティ
ングを施すことが考えられ、大気側ではレーザ光のエネ
ルギ密度もそれ程高くなく可能であるが、反応器内部側
では前記と同様な問題点がある。
別の例として、Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐＬｉｃｓ、２３（
１）、Ｐ２（３−２９，１９８４中（７）Ｆｉｇ、１に
反応器の窓部材を傾斜させて設置する方式が開示されて
いるが、傾斜の方向及びその角度は特に規定されておら
ず、窓部材表面でのレーザ光のエネルギ密度を低減させ
ることを目的としていると推定される。
１）、Ｐ２（３−２９，１９８４中（７）Ｆｉｇ、１に
反応器の窓部材を傾斜させて設置する方式が開示されて
いるが、傾斜の方向及びその角度は特に規定されておら
ず、窓部材表面でのレーザ光のエネルギ密度を低減させ
ることを目的としていると推定される。
本発明は、赤外レーザ光による同位体分離・濃縮工程の
中で最も高い価格を占めるレーザ光のパワーを途中で損
失することな（、反応物質に安定に供給することができ
る長寿命な反応器を提供することで、廉価な工程を実現
することを目的とする。
中で最も高い価格を占めるレーザ光のパワーを途中で損
失することな（、反応物質に安定に供給することができ
る長寿命な反応器を提供することで、廉価な工程を実現
することを目的とする。
本発明は、回折格子が組み込まれたレーザ発振器から取
り出された単一直線偏光している赤外レーザ光をその波
長に対して吸収の少ない平面部材からなる窓を介して反
応器内に導入し、原料物質の赤外吸収特性の同位体シフ
トを用いて所望の物質の同位体分離・濃縮を行うための
反応器において、窓部材を直線偏光面に垂直な軸のまわ
りに傾斜させ、その角度θを、ｎ＝ｔａｎα（ｎ：レー
ザ光の波長における窓部材の屈折率）、α−５゜≦θ≦
α＋５″と設定することで、窓部材表面でのエネルギ密
度を低下させ該部材の損傷確率を低下させ、且つ窓部材
においてレーザパワーを損失することなく反応物質に供
給できる構成とするものである。
り出された単一直線偏光している赤外レーザ光をその波
長に対して吸収の少ない平面部材からなる窓を介して反
応器内に導入し、原料物質の赤外吸収特性の同位体シフ
トを用いて所望の物質の同位体分離・濃縮を行うための
反応器において、窓部材を直線偏光面に垂直な軸のまわ
りに傾斜させ、その角度θを、ｎ＝ｔａｎα（ｎ：レー
ザ光の波長における窓部材の屈折率）、α−５゜≦θ≦
α＋５″と設定することで、窓部材表面でのエネルギ密
度を低下させ該部材の損傷確率を低下させ、且つ窓部材
においてレーザパワーを損失することなく反応物質に供
給できる構成とするものである。
以下に本発明の詳細な説明する。炭酸ガスレーザのよう
にレーザ遷移が多数存在するレーザにおいては共振器内
に回折格子を組み込むことにより、その発振波長を同調
することができる０回折格子の回折効率（反射率）は直
線偏光面に依存し、−般に格子縞と垂直な方向の直線偏
光成分の反射率の方が高い。その結果出力されるレーザ
光はほぼ完全な単一直線偏光となっている。
にレーザ遷移が多数存在するレーザにおいては共振器内
に回折格子を組み込むことにより、その発振波長を同調
することができる０回折格子の回折効率（反射率）は直
線偏光面に依存し、−般に格子縞と垂直な方向の直線偏
光成分の反射率の方が高い。その結果出力されるレーザ
光はほぼ完全な単一直線偏光となっている。
第２図は、このような直線偏光が窓部材２に入射した際
、レーザパワーが透過・反射する現象を説明する模式図
である９図中ではレーザ発振器１内の左側に組み込まれ
ている回折格子の格子縞（図示しない）が紙面に垂直な
方向に切られている例を示しており、以下同図に示され
た方向の直線偏光を１１、紙面に垂直な直線偏光を土で
表す。
、レーザパワーが透過・反射する現象を説明する模式図
である９図中ではレーザ発振器１内の左側に組み込まれ
ている回折格子の格子縞（図示しない）が紙面に垂直な
方向に切られている例を示しており、以下同図に示され
た方向の直線偏光を１１、紙面に垂直な直線偏光を土で
表す。
一般にある特定の波長に対する屈折率ｎ８の媒質に屈折
率ｎ、の媒質から直線偏光した光が入射する場合、その
界面でのパワー反射率ｒは入射角と偏光方向に依存して
変化し、以下の表穴で表示される。
率ｎ、の媒質から直線偏光した光が入射する場合、その
界面でのパワー反射率ｒは入射角と偏光方向に依存して
変化し、以下の表穴で表示される。
ｒ上 ＝ （ｎ＋ｃＯ３θｌ −１１３００３θ宜）
”／（ｎ、ｃｏｓθ１＋ｎｇＣＯ３θｔ）８ ’ＩＩ ” （ｎｚｃｏｓθ１ −ｎｌｃＯ３θｇ）
”／（ｎｔｃｏｓθ１＋ｎｕ：Ｏ３θ＝）２ 但し、θ１、θｔ：領域１．２での人出射角尚、スネル
の法則より ｎ２ｓｉｎθ２ ＝ ｎ２ｓｉｎθ２一
般の窓部材の如く界面が２面ある場合、部材２中でのレ
ーザパワーの吸収を無視すると、レーザパワー反射率（
Ｒ） ・透過率（Ｔ）は両界面での多重反射の影響を
受けて、以下の表穴で表される。
”／（ｎ、ｃｏｓθ１＋ｎｇＣＯ３θｔ）８ ’ＩＩ ” （ｎｚｃｏｓθ１ −ｎｌｃＯ３θｇ）
”／（ｎｔｃｏｓθ１＋ｎｕ：Ｏ３θ＝）２ 但し、θ１、θｔ：領域１．２での人出射角尚、スネル
の法則より ｎ２ｓｉｎθ２ ＝ ｎ２ｓｉｎθ２一
般の窓部材の如く界面が２面ある場合、部材２中でのレ
ーザパワーの吸収を無視すると、レーザパワー反射率（
Ｒ） ・透過率（Ｔ）は両界面での多重反射の影響を
受けて、以下の表穴で表される。
ＲＪＬ ＝ ２ｒｌ ／ （１＋ｒｌ ）、 １７１１
””２ｒｌｌ ／（１４ｒ１１ ）Ｔｌ ＝ （１−
ｒ上）／（１＋ｒ工）、Ｔｌｌ ＝ （１−ｒｌｌ
）／（１＋ｒｌｌ ）上記で表されたレーザパワー
の透過率特性の一例として、炭酸ガスレーザの最も強い
発振ラインである波長１０．６μｍのレーザ光がＮａＣ
１部材（ｎ＝１．５２）に入射した場合の計算結果を第
３図に示す０図で表されている如（、！１偏光に対して
はパワー透過率が１００％となるブリュースター角αが
存在し、この角はｎ＝ｔａｎαで表現される。これに基
づき、ＣＯ□レーザの発振波長帯の窓材としてよく使わ
れているＮａＣ１，ＫＣＩ。
””２ｒｌｌ ／（１４ｒ１１ ）Ｔｌ ＝ （１−
ｒ上）／（１＋ｒ工）、Ｔｌｌ ＝ （１−ｒｌｌ
）／（１＋ｒｌｌ ）上記で表されたレーザパワー
の透過率特性の一例として、炭酸ガスレーザの最も強い
発振ラインである波長１０．６μｍのレーザ光がＮａＣ
１部材（ｎ＝１．５２）に入射した場合の計算結果を第
３図に示す０図で表されている如（、！１偏光に対して
はパワー透過率が１００％となるブリュースター角αが
存在し、この角はｎ＝ｔａｎαで表現される。これに基
づき、ＣＯ□レーザの発振波長帯の窓材としてよく使わ
れているＮａＣ１，ＫＣＩ。
Ｚｎ５ｅ等の材料について、前記理論計算と実測値との
対比を行い鋭意検討した結果、レーザービームの窓材へ
の入射角θをα−５°≦θ≦α＋５０の範囲で設定すれ
ば、９７％以上のレーザパワーの伝送効率が得られるこ
とが判明した。したがって、反応器への窓部材２の設定
を上記の範囲内で行えば、窓部材２に減反射コーティン
グをほどこすことなく、すなわちコーティングに起因す
る損傷を来すことなく、レーザパワーの損失を抑えて反
応器内に導入できることがわかる。また第３図の例にお
いてはα−５６，７’であり、窓部材表面でのレーザビ
ームの面積はｌ ／ ｃ ｏ ｓα＝１．８２の倍率で
大きくなる。その結果レーザビームを長焦点レンズによ
り絞り始めた後、窓部材２に入射させる場合にも、その
エネルギ密度を低く保っておくことができるので、高い
エネルギ密度に起因する窓部材２の損傷の危険性も軽減
することができる。
対比を行い鋭意検討した結果、レーザービームの窓材へ
の入射角θをα−５°≦θ≦α＋５０の範囲で設定すれ
ば、９７％以上のレーザパワーの伝送効率が得られるこ
とが判明した。したがって、反応器への窓部材２の設定
を上記の範囲内で行えば、窓部材２に減反射コーティン
グをほどこすことなく、すなわちコーティングに起因す
る損傷を来すことなく、レーザパワーの損失を抑えて反
応器内に導入できることがわかる。また第３図の例にお
いてはα−５６，７’であり、窓部材表面でのレーザビ
ームの面積はｌ ／ ｃ ｏ ｓα＝１．８２の倍率で
大きくなる。その結果レーザビームを長焦点レンズによ
り絞り始めた後、窓部材２に入射させる場合にも、その
エネルギ密度を低く保っておくことができるので、高い
エネルギ密度に起因する窓部材２の損傷の危険性も軽減
することができる。
第２図に示された例においては、窓部材２は図中右上り
に設置されるものを示したが、前記θ値の範囲においＬ
右下りに設置してもよい。またレーザ光源は炭酸ガスレ
ーザの例を示したが、赤外領域において多波長発振可能
なレーザ（ＣＯ１ＮＨ３、等）で、回折格子が共振器内
に組込まれ波長選°択ができる構成となっていればよい
、更に窓部材は遠赤外領域で吸収の少ない材料であれば
よ＜、ＮａＣ１、ＫＣｌ５ＫＢｒ等の１１−■。
に設置されるものを示したが、前記θ値の範囲においＬ
右下りに設置してもよい。またレーザ光源は炭酸ガスレ
ーザの例を示したが、赤外領域において多波長発振可能
なレーザ（ＣＯ１ＮＨ３、等）で、回折格子が共振器内
に組込まれ波長選°択ができる構成となっていればよい
、更に窓部材は遠赤外領域で吸収の少ない材料であれば
よ＜、ＮａＣ１、ＫＣｌ５ＫＢｒ等の１１−■。
（アルカリ−ハロゲン）族化合物、ＢａＦ、等のＩＩａ
−■、族化合物（アルカリ土類−ハロゲン）族化合物、
Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳ、ＣｄＴｅ等の■。
−■、族化合物（アルカリ土類−ハロゲン）族化合物、
Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳ、ＣｄＴｅ等の■。
■、族化合物、ＧａＡｓ等のＩＩＩ ｂ Ｖ ｂ族化
合物、Ｇｅ等の■、族単結晶のいずれかであればよい。
合物、Ｇｅ等の■、族単結晶のいずれかであればよい。
第１図に本発明に係わる赤外レーザ光による同位体分離
用反応器の一実施例を示す０図においてレーザ発振器１
は回折格子を組込んだパルスＴＥＡＣｏｔレーザであり
、１１方向に単一直線偏光しているレーザ光（パルス幅
：約１００ ｎ５ｅｃ、レーザ出カニ約８Ｊ）を出力す
る。レーザビームは両面に減反射コーティングがほどこ
された長焦点の集光レンズ３（ＮａＣＩ、ｒ＝２ｍ）で
集光が始められ、入射端側のＺｎ５ｅ窓部材２（ｎ＝２
．４０）より反応器４に入射する。反応器４はガラス製
で長さ２．７ｍであり、反応物質により吸収されなかっ
たレーザパワーは出射端側の窓部材２より取り出される
。第１図の構成において、レーザ発振器出力に対する反
応器入射端側の窓部材２０透過パワーの比を各種の入射
角および偏光特性で測定した結果を前記の理論計算値と
共に第４図に示す。第４図の条件ではα＝６７・であり
、従来の如くθ−０″で１１偏光を入射させた場合はレ
ーデパワーの伝送効率は７３％に過ぎないのに対し、１
１偏光をθ＝６２＠で入射させた場合レーザパワーの伝
送効率が９８％となり、原料物質へのレーザパワーの供
給効率は約３４％も改善された。したがって、直線偏光
面に垂直な軸のまわりに窓部材２を傾斜させ、その角度
θをｎ＝ｔａｎα（ｎ：レーザ光の波長における窓部材
２の屈折率）、α−５°≦θ≦α＋５８とすることで、
レーザ出力の９８％以上を有効に反応器内に導入するこ
とができた。
用反応器の一実施例を示す０図においてレーザ発振器１
は回折格子を組込んだパルスＴＥＡＣｏｔレーザであり
、１１方向に単一直線偏光しているレーザ光（パルス幅
：約１００ ｎ５ｅｃ、レーザ出カニ約８Ｊ）を出力す
る。レーザビームは両面に減反射コーティングがほどこ
された長焦点の集光レンズ３（ＮａＣＩ、ｒ＝２ｍ）で
集光が始められ、入射端側のＺｎ５ｅ窓部材２（ｎ＝２
．４０）より反応器４に入射する。反応器４はガラス製
で長さ２．７ｍであり、反応物質により吸収されなかっ
たレーザパワーは出射端側の窓部材２より取り出される
。第１図の構成において、レーザ発振器出力に対する反
応器入射端側の窓部材２０透過パワーの比を各種の入射
角および偏光特性で測定した結果を前記の理論計算値と
共に第４図に示す。第４図の条件ではα＝６７・であり
、従来の如くθ−０″で１１偏光を入射させた場合はレ
ーデパワーの伝送効率は７３％に過ぎないのに対し、１
１偏光をθ＝６２＠で入射させた場合レーザパワーの伝
送効率が９８％となり、原料物質へのレーザパワーの供
給効率は約３４％も改善された。したがって、直線偏光
面に垂直な軸のまわりに窓部材２を傾斜させ、その角度
θをｎ＝ｔａｎα（ｎ：レーザ光の波長における窓部材
２の屈折率）、α−５°≦θ≦α＋５８とすることで、
レーザ出力の９８％以上を有効に反応器内に導入するこ
とができた。
以上説明したように、本発明の反応器を用いれば、赤外
レーザ光による同位体分離・濃縮工程の中で最も高い価
格を占めるレーザ光のパワーを途中で損失することなく
、反応物質に供給することができ、かつ反応器の窓部材
の長寿命化が確立されるので、低コストの工程を実現で
きる利点を有する。
レーザ光による同位体分離・濃縮工程の中で最も高い価
格を占めるレーザ光のパワーを途中で損失することなく
、反応物質に供給することができ、かつ反応器の窓部材
の長寿命化が確立されるので、低コストの工程を実現で
きる利点を有する。
第１図は本発明による赤外レーザ光による同位体分離用
反応器の一実施例を示す構成図、第２図は本発明の詳細
な説明するための模式図、第３図はＮａＣ１窓部材に波
長１０．６μｍのレーザ光が入射した際のパワー透過率
の理論計算結果を示すグラフ、第４図は第１図に示され
た実施例に対するレーザパワーの反応物質への伝送効率
を各種の入射角、偏゛光特性に対して測定した結果を計
算値とあわせて示したグラフを表す。 ■・・・レーザ発振器、 ２・・・窓部材、 ３・・・集光レンズ、 ４・・・反応器。
反応器の一実施例を示す構成図、第２図は本発明の詳細
な説明するための模式図、第３図はＮａＣ１窓部材に波
長１０．６μｍのレーザ光が入射した際のパワー透過率
の理論計算結果を示すグラフ、第４図は第１図に示され
た実施例に対するレーザパワーの反応物質への伝送効率
を各種の入射角、偏゛光特性に対して測定した結果を計
算値とあわせて示したグラフを表す。 ■・・・レーザ発振器、 ２・・・窓部材、 ３・・・集光レンズ、 ４・・・反応器。
Claims (3)
- （１）単一直線偏光している赤外レーザ光を、その波長
に対して吸収の少ない平面部材からなる窓を介して反応
器内に導入し、原料物質の赤外吸収特性の同位体シフト
を用いて所望の元素の同位体分離・濃縮を行うための反
応器において、窓部材を直線偏光面に垂直な軸のまわり
に傾斜させ、その角度θを ｎ＝ｔａｎα （ｎ：レーザ光の波長における窓部材の屈折率）α−５
°≦θ≦α＋５° とすることを特徴とする赤外レーザ光による同位体分離
用反応器。 - （２）レーザ光が赤外領域において多波長の発振可能な
レーザから得られたものであり、その波長同調がレーザ
共振器内に組み込まれた回折格子によって行われる請求
項１記載の赤外レーザ光による同位体分離用反応器。 - （３）窓部材が、 I ＿ａ−VII＿ｂ（アルカリ−ハロゲ
ン）族化合物、II＿ａ−VII＿ｂ（アルカリ土類−ハロ
ゲン）族化合物、II＿ｂ−VI＿ｂ族化合物、III＿ｂ−
Ｖ＿ｂ族化合物、IV＿ｂ族単結晶の何れかからなる請求
項１又は２記載の赤外レーザ光による同位体分離用反応
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7024689A JPH02251228A (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 赤外レーザ光による同位体分離用反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7024689A JPH02251228A (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 赤外レーザ光による同位体分離用反応器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02251228A true JPH02251228A (ja) | 1990-10-09 |
Family
ID=13426017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7024689A Pending JPH02251228A (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 赤外レーザ光による同位体分離用反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02251228A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007181763A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Japan Atomic Energy Agency | 分子回転周期差を利用した同位体の分離方法 |
-
1989
- 1989-03-22 JP JP7024689A patent/JPH02251228A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007181763A (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-19 | Japan Atomic Energy Agency | 分子回転周期差を利用した同位体の分離方法 |
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