JPH03258328A - 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） 本発明は超微細構造を有する特定の１同位体を他の同位
体から分離させて選択的に励起させる同位体の選択励起
方法に関する。

（従来の技術） 同位体分離の分野において、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紫がなく、
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。

一方、同位体分離の対象となる金属原子をレーザにより
多段励起させる際、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励起された特定同位体のエネル
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、同位体には偶数核同位体と奇数核同位体とがあり
、偶数核同位体の核スピンがゼロであるのに対し、奇数
核同位体は、核スピンを有するために、遷移の光吸収ス
ペクトル線が複数本に分裂し、超微細構造をとるものが
ある。特定同位体が超微細構造をとり、その主要遷移に
よる励起スペクトル幅が広い場合、特定同位体をレーザ
光照射により選択的に全て励起させるには、広い励起ス
ペクトル幅をカバーするように、レーザ光の線幅（波長
幅）を広くする必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 超微細構造の特定同位体を励起させるために、線幅の広
いレーザ光を照射すると、特定同位体以外の同位体も励
起させてしまう、いわゆる寄生吸収を生じさせ、特定同
位体のみを選択的に励起させる上で支障が生じ、同位体
の分離効率が低下するという課題があった。また、線幅
の広いレーザ光を用いるため、各波長域に所定のパワー
が必要となり、大出力のレーザ光が必要となり、レーザ
光をエネルギ的に有効に利用することが困難であった。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、選
択励起上、好ましくない超微細構造を有する特定同位体
を、ある主要遷移に代えてそれに対応した副次遷移の光
吸収スペクトル線を利用して寄生吸収を有効的に防ぎ、
線幅の狭い選択励起用レーザ光の照射により、特定同位
体のみを効率よく選択的に励起させた、エネルギ効率の
よい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、金属蒸気に選択励起用レーザ光を照射
して特定同位体原子を選択的に励起させる方法において
、特定同位体が超微細構造を有し、その主要遷移による
光吸収スペクトル線の少なくとも１本が、グループを形
成する残りの光吸収スペクトル線帯域から離れていると
き（特にそれが他の同位体の光吸収スペクトル近傍にあ
って寄生吸収を起こさせるような場合）、光吸収スペク
トル線帯域内あるいはその近傍の副次遷移の光吸収スペ
クトル線を利用して特定同位体の励起スペクトル線幅を
圧縮し、副次遷移の特定同位体原子を飽和させるエネル
ギの選択励起用レーザ光を照射して特定同位体原子を選
択的に励起させる方法である。

（作用） この同位体の選択励起方法は、超微細構造を有する特定
同位体が複数本の主要遷移光吸収スペクトル線を有し、
これらの光吸収スペクトル線の少なくとも１本が残りの
グループから離れているとき、グループを形成する光吸
収スペクトル線帯域に近い副次遷移の光吸収スペクトル
線を利用して、特定同位体の選択励起用光吸収スペクト
ル線幅を圧縮し、副次遷移の特定同位体原子を飽和させ
るエネルギの選択励起用レーザ光を照射して、特定同位
体を選択的に励起させたものである。

特定同位体の選択励起用光吸収スペクトル線幅を圧縮さ
せることにより、選択励起用レーザ光はその線幅を狭く
、シャープにすることができ、効率よく特定の同位体を
選択励起させることができ、寄生吸収も有効的に防止で
きる。

（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１０
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１、この
蒸発用るつぼ１３内に、カドリニウム、ジルコニウム、
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
から射出される電子ビームＢを照射させる。

この電子ビームＢはホルムヘルツコイル等の！偏向磁場
］６により例えば１８０度〜２７０度偏向されて照射さ
れ、金属原料］４を加熱・溶融し、蒸発させる。

金属原料１４に照射される電子ビームＢが、溶融された
金属液面をたたくことにより、金属原料１４が蒸発し、
蒸発した金属原料１４の蒸気流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
照射する。

選択励起レーザ光りの照射により、金属蒸気流Ｓは特定
の同位体の金属原子が光共鳴反応により選択的に励起さ
れる。励起された特定同位体の金属原子に電離用レーザ
光りを照射さぜることにより、金属原子のエネルギ準位
を高め、イオン化させる。このイオン化された特定同位
体は正電荷を有するイオン化同位体となり、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、イオン化されない金属原子は電界の影響を受けな
いために、電極１７間の電界空間を素通りし、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。

ところで、金属原料１４から同位体分離される特定同位
体が奇数核同位体で超微細構造を有し、他の同位体が偶
数核同位体で超微細構造を有さない場合について、第１
図を参照して考察する。

この場合、超微細構造を有する特定同位体１は、核スピ
ンを有するために、光吸収スペクトル線は分裂する。そ
のうち主要遷移による光吸収スペクトル線は第１図（Ａ
、　）に示すように、複数本、例えば８本（Ａ−Ｈ）に
分裂しており、このうち、遷移強度の大きな（光吸収断
面積の大きな）光吸収スペクトル線Ａが残りのグループ
をなす光吸収スペクトル線１３〜Ｈ帯域から他の同位体
２の光吸収スペクトル線側に離れ、しかも主要遷移の光
吸収スペクトル線Ａの副次遷移の光吸収スペクトル線ａ
がグループ側の光吸収スペクトル線Ｂ−Ｈの帯域内およ
びその近傍に位置すると仮定する。

選択励起レーザ光りを照射して特定の同位体１を全で励
起させるためには、主要遷移の光吸収スペクトル線Ａ　
−ｉ（のみに着目すると、第１図（）３）に示すように
、波長幅（線幅）の広いレーザ光か必要となる。しかし
ながら、線幅の広いレーザ光を照射すると、同位体分離
の対象ではない他の同位体２も励起させてしまい、いわ
ゆる寄生吸収を生じさせるおそれがあり、同位体分離の
分離効率が低減してしまう。

本発明では、特定同位体１の主要遷移の光吸収スペクト
ル線Ａの副次遷移の光吸収スペクトル線ａが、グループ
化された光吸収スペクトル線Ｂ−Ｈ帯域側に位置するこ
とに着目し、この副次遷移の光吸収スペクトル線ａの特
定同位体原子を飽和させるに充分なエネルギの線幅の狭
いシャープな選択励起レーザ光■２を第１図（Ｃ）に示
すように照射させれば、他の同位体２を励起させないで
、特定同位体１のみを選択的に励起させ得る。

この場合、副次遷移の光吸収スペクトル線ａの遷移強度
（励起断面積）は主要遷移の光吸収スペクトル線Ａより
一般的には数分の１以上小さいので、それに相当したレ
ーサパワーが・必要となる。

しかし、なから、超微細構造を有する特定同位体１の選
択励起に、主要遷移に代えて副次遷移の光吸収スペクト
ル線ａを利用することにより、波長幅の狭いシャー・ブ
な選択励起レーザ光りを使用できるので、この選択励起
Ｌノーザ光りの全体の出力強度は、第１図（Ｂ）に示す
レーザ光より小さくて済む。しかも、選択励起レーザ光
りの波長幅（線幅）を狭くできるので、寄生吸収も有効
的に防ぐことかできる。また、主要遷移と副次遷移では
、遷移光のエネルギレベルが異なるために、副次遷移を
選択的に利用すれば、特定同位体１の励起レベル状態を
より好適なものに変化させることができる。

第３図は同位体分離に適用される超微細構造の特定同位
体の一例として、例えばウラン−２３５の遷移強度スペ
クトル分布を示す。ウラン−２３５の核スピンはｌ＝７
／２であり、全角運転量Ｊが５のレベルから６のレベル
に遷移する遷移確率は、第４図に示す遷移強度マトリッ
クスで表わされ、核スピンを含めた全運動量Ｆの変化量
ΔＦはΔＦ＝＋１の主たる強いピーク（主要遷移）、Δ
Ｆ＝０の弱いピーク（副次遷移）、ΔＦ＝−１の極く弱
いピーク（副次遷移）となり、第５図に示すように表記
される。第５図において、Ａ−Ｈは主要遷移であり、ａ
　−Ｈにおよびα〜ζは一次および二次の副次遷移であ
る。Ａ　−Ｈ、ａ　−ｇおよびα〜ξにそれぞれ対応す
る第４図の遷移強度マトリックスの数値は、（励起断面
積Ｘレベル占有率）を示すもので、選択励起レーザ光の
照射したときの励起のし易さを相対値で表示している。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る同位体の選択励起方法
においては、超微細構造を有する特定同位体を選択的に
励起させる方法で、特定同位体の主要遷移の光吸収スペ
クトル線が複数本に分裂し、少なくとも１本か残りのグ
ループをなす光吸収スペクトル線帯域から離れていると
きであって、その副次遷移の光吸収スペクトル線がグル
ープをなす光吸収スペクトル線帯域内あるいはその近傍
に位置する場合、前記副次遷移の光吸収スペクトル線を
利用して特定同位体の励起スペクトル線幅を圧縮し、こ
の線幅をカバーし、副次遷移の特定同位体原子を飽和さ
せるエネルギの選択励起レーザ光を照射して、特定同位
体を有効的かつ選択的に励起させるから、他の同位体を
励起させる寄生吸収を起こすことが少ない。しかも、選
択励起用レーザ光はその線幅を狭く、シャープにするこ
とができるのでエネルギ効率よく特定同位体を選択的に
励起させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（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図、第２図は上記同位
体の選択励起方法か適用される同位体分離装置の原理図
、第３図は同位体分離における特定同位体の対象となる
ウラン−２３５の遷移強度スペクトル分布図、第４図は
第３図における遷移強度マトリックスを示す図、第５図
は第４図の遷移強度マトリックスの表記方法を示す図で
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、Ｓ・・・金属蒸気流、１７・・・電極、Ｌ・・
・選択励起用および電離用レーザ光。 し−丁范の波長 レー１ｙ′光のｆｔ長

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属蒸気に選択励起用レーザ光を照射して特定同位体原
   子を選択的に励起させる方法において、特定同位体が主
   要遷移の光吸収スペクトル線を複数本有する超微細構造
   を有し、上記光吸収スペクトル線の少なくとも１本が、
   グループを形成する残りの光吸収スペクトル線帯域から
   離れているとき、光吸収スペクトル線帯域内あるいはそ
   の近傍の副次遷移の光吸収スペクトル線を利用して、特
   定同位体の励起スペクトル線幅を圧縮し、副次遷移の特
   定同位体原子を飽和させるエネルギの選択励起用レーザ
   光を照射して、特定同位体原子を選択的に励起させるこ
   とを特徴とする同位体の選択励起方法。