JPH03186321A - 同位体の選択励起方法 - Google Patents

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） 本発明は特定の同位体を他の同位体から分離させて選択
的に光励起させる同位体の選択励起方法に係り、特に、
ゼーマン効果を利用して特定同位体の励起スペクトルを
分裂・シフトさせて励起効率を向上させた同位体の選択
励起方法に関する。

（従来の技術） レーザ光濃縮分野において、原子レーザ法を利用した金
属同位体の同位体分離方法は、ガス拡散法や遠心分離法
等と比較すると同位体分離効率が非常に高く、優れてい
る。このため、原子レーザ法の同位体分離方法は、特定
の同位体を所定濃度のレベルに濃縮させるのに、何回も
同じ分離操作をカスケード方式で繰り返す必要がなく、
注目されている。

原子レーザ法による同位体分離プロセスは、同位体分離
用金属原料を供給する金属原料供給工程と、供給された
金属原料を加熱・溶融し、金属蒸気を生じさせる金属蒸
気生成工程と、この金属蒸気から特定の同位体を選択的
に励起させる選択励起工程と、選択励起された特定同位
体の金属原子を光電離（イオン化）させ、イオン化同位
体を回収する分離回収工程とに大別される。

多段励起による同位体分離の場合、対象となる金属原子
は、電離する前に励起状態があり、この励起エネルギ準
位に同位体シフトが認められる。

このため、同位体分離プロセスにおいては、特定の同位
体のエネルギ準位に合せて選択励起用レーザ光を照射し
て特定同位体だけを励起させ、別の電離用レーザ光を照
射してエネルギ準位をさらに高め、特定同位体だけをイ
オン化させている。

また、同位体には質量数が偶数の偶数核同位体と、奇数
の奇数核同位体とがある。奇数核同位体は、一般に核ス
ピンを有するために、遷移の光吸収ライン（励起レベル
）が複数本に分裂し、励起スペクトルは超微細構造をと
る。同位体分離の対象となる特定同位体が、超微細構造
を有する場合、この特定同位体を選択励起用レーザ光を
用いて選択的に効率よく励起させるためには、レーザ光
の縦モードを特定同位体の励起スペクトルに一致させる
ことが重要である。

（発明が解決しようとする課題） 同位体分離に利用される現在のレーザ技術においては、
選択励起用レーザ光の縦モードを特定同位体の励起スペ
クトルに合せて制御し、対象となる特定同位体を全て効
率よく励起させることは困難であった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、励起
スペクトルを、ゼーマン効果を利用して、選択励起レー
ザ光と好適にマツチングし易い励起スペクトルに分裂・
シフトさせて、特定同位体の励起効率を向上させた同位
体の選択励起方法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） 本発明に係る同位体の選択励起方法は、上述した課題を
解決するために金属蒸気中に選択励起用レーザ光を照射
して特定の同位体を選択的に励起させる方法において、
光反応時に、適度な強度の外部磁場を印加し、特定同位
体の励起スペクトルを、選択励起レーザ光と好適にマツ
チングする励起スペクトルに、ゼーマン効果を利用して
分裂・シフトさせる方法である。

（作用） この同位体の選択励起方法は、同位体分離のための光反
応時に、金属蒸気（原子）中に外部磁場をかけると、同
位体の励起スペクトルが分裂・シフトすることに着目し
たもので、印加する外部磁場の強さをコントロールして
、特定同位体の励起スペクトルを、選択励起用レーザ光
と好適にマツチングする励起スペクトルに、ゼーマン効
果を利用して分裂・シフトさせて励起スペクトル幅を狭
くし、かつ平滑化し、特定同位体の励起効率を向上させ
たものである。

（実施例） 以下、本発明に係る同位体の選択励起方法の一実施例に
ついて添付図面を参照して説明する。

第２図は、本発明の同位体の選択励起方法が適用される
同位体分離装置の原理図を示す。この同位体分離装置１
０は、真空容器１１の下部に金属蒸気発生装置１２が収
容される。金属蒸気発生装置１２は、銅あるいはタング
ステン材料で形成された蒸発用るつぼ１３を有し、この
蒸発用るつぼ１３内にジルコニウム、ガドリニウム、ウ
ラン、プルトニウム等の金属原料１４が収容される。こ
の金属原料１４に電子銃等の電子ビーム発生装置１５か
らの電子ビームＢが照射される。この電子ビームＢはホ
ルムヘルツコイル等の外部偏向磁場１６により例えば１
８０度〜２７０度偏向されて照射され、金属原料１４を
加熱・溶融し、蒸発させている。

電子ビームＢが金属原料１４の溶融液面をたたくことに
より、金属原料１４は蒸発し、蒸発した金属蒸気流Ｓは
所定の拡がりをもって上昇する。

この上昇金属蒸気流Ｓに図示しないレーザ装置から選択
励起用レーザ光および電離用レーザ光りを照射させる。

金属蒸気流Ｓは選択励起レーザ光りの照射を受けて特定
同位体１の金属原子が光共鳴反応により選択的に励起さ
れ、エネルギ準位が高められる。

励起された特定同位体１の金属原子に電離用レーザ光り
を照射することにより、金属原子のエネルギ準位をさら
に高め、イオン化させる。イオン化された特定同位体１
は正電荷を有するイオン化同位置となり、電極１７間に
形成される電界により陰電極側の回収電極に回収される
。

一方、イオン化されない他の同位体２の金属原子は、電
界の影響を受けないために、電極１７間を素通りし、電
極１７の二次側に配設された捕集用回収板１８に捕集さ
れ、回収される。

また、選択励起用レーザ光および電離用レーザ光りの照
射による光反応時には、磁界発生装置１９により金属蒸
気流Ｓの同位体に外部磁界を付与させる。この磁界発生
装置１９は真空容器１１の周りに電極部を囲むように配
置しても、真空容器１１内に配設してもよい。

ところで、金属原料１４から同位体分離される特定同位
体１が奇数核同位体で超微細構造を有するとき、この特
定同位体１は核スピンを有するために、遷移の光吸収ラ
イン（励起レベル）が、第１図（Ｂ）に示すように複数
本、例えばウラン２３５の場合８本Ａ−Ｈに分裂される
。この励起スペクトルＡ−Ｈを有する特定同位体１に、
第１図（Ａ）に示す選択励起用レーザ光りを照射すると
、このレーザ光りのモードのため、モードの谷間に位置
する励起スペクトルＡ、　　Ｄの特定同位体１が励起さ
れず、励起洩れが生じる。この励起洩れのために、励起
効率は低下する。

本発明では、磁界発生装置１９により光反応部に外部磁
場を第１図（Ｃ）に示すように印加する。

この外部磁場の存在により、特定同位体１の励起スペク
トルＡ−Ｈ（外部磁場無）はゼーマン効果によりエネル
ギレベルのシフトが生じ、超微細構造の特定同位体の励
起スペクトル幅を狭くする一方、各励起スペクトルのエ
ネルギレベルを分散させて全体の励起スペクトルを平滑
化させる。

その際、励起スペクトルのエネルギレベルの分裂・シフ
トの割合は、一般的に第３図に示すように、外部磁場の
強度に依存する。このため、予め磁界発生装置１９で発
生する外部磁界の強さを制御して、特定同位体１の励起
量Ｅに対する特性曲線（第４図にその例を示す）を測定
する。

この第４図に着目すると、外部磁場の強さを、選択励起
用レーザ光りと好適にマツチングする所用値αにセット
することにより、特定同位体１の励起量を最大にするこ
とができ、特定同位体原子の励起洩れの割合を低減させ
、励起効率を向上させ得ることがわかる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明においては、光反応時に外部
磁場を印加し、特定同位体の励起スペクトルを、選択励
起用レーザ光と好適にマツチングする励起スペクトルに
、ゼーマン効果を利用して分裂・シフトさせてレーザ光
照射による励起洩れが生じる割合を低減させ、特定同位
体の励起効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、　　（Ｂ）および（Ｃ）は本発明に係る
同位体の選択励起方法の一実施例を説明するための説明
図、第２図は上記同位体の選択励起方法が適用される同
位体分離装置の原理図、第３図は超微細構造の同位体の
ゼーマン効果を説明する図、第４図は特定同位体の励起
量と外部磁場の強さの関係を示す図である。 １・・・特定同位体、２・・・他の同位体、１０・・・
同位体分離装置、１１・・・真空容器、１２・・・金属
蒸気発生装置、１３・・・蒸発用るつぼ、１４・・・金
属原料、１５・・・電子ビーム発生装置、１７・・・電
極、１９・・・磁界発生装置、Ｌ・・・選択励起用レー
ザ光および電離用レーザ光、Ｓ・・・金属蒸気流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属蒸気中に選択励起用レーザ光を照射して特定の同位
   体を選択的に励起させる方法において、光反応時に、適
   度な強度の外部磁場を印加し、特定同位体の励起スペク
   トルを、励起レーザ光と好適にマッチングする励起スペ
   クトルに、ゼーマン効果を利用して分裂・シフトさせる
   ことを特徴とする同位体の選択励起方法。