JPH05212251A - Isotope separator - Google Patents

Isotope separator

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JPH05212251A
JPH05212251A JP2300892A JP2300892A JPH05212251A JP H05212251 A JPH05212251 A JP H05212251A JP 2300892 A JP2300892 A JP 2300892A JP 2300892 A JP2300892 A JP 2300892A JP H05212251 A JPH05212251 A JP H05212251A
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JP
Japan
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isotope
excitation
separation device
reaction
reaction cell
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Withdrawn
Application number
JP2300892A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Hara
秀雄 原
Takayasu Mochizuki
孝晏 望月
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the isotope separator which has a simple construction and can efficiently separate and refine specific isotope elements. CONSTITUTION:This separator has a light source 4 internally sealing only the specific isotope to be separated as a means for exciting a photoinduction chemical reaction and has further a reaction cell 7 and a hollow elliptic cylinder reflector 10. The light source 4 and the reaction cell 7 are respectively disposed in the positions corresponding to two pieces of focal lines of the hollow elliptic cylinder reflector 10. The reaction cell 7 has a heating means 8 for reactional products.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、露光装置の露光用光源
等に封入される同位体元素を分離・精製する同位体元素
分離装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an isotope separation device for separating and purifying isotopes enclosed in an exposure light source of an exposure device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、特定の同位体元素を分離・精製す
る一般的な技術として、ガス拡散法、遠心分離法、レー
ザー法等を利用するものがあり、この技術は、例えばウ
ラン濃縮技術分野のように、非常に特殊な分野で用いら
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a general technique for separating and purifying a specific isotope, there is a technique utilizing a gas diffusion method, a centrifugal separation method, a laser method or the like. It is used in a very special field like.

【0003】一方、最近、特定の同位体元素のみを封入
した水銀ランプを露光装置として用いて、半導体集積回
路を製造することが提案されている。しかし、このよう
な特定の同位体元素のみを封入した水銀ランプは、特定
の同位体元素自体が高価であるため、非常に高価なもの
となり、この種の水銀ランプを大量に製作することは困
難であった。従来、複数の同位体元素を含む自然状態の
水銀から特定の同位体元素のみを濃縮する装置として、
[Christopher R.Webster and Richard N.Zare,J.Phys.C
hem.,1981,85,1302-1305] に記載された装置がある。こ
の装置は、複数の同位体元素を含む試料に、特定の同位
体元素を自然状態の存在比よりも高濃度に含む元素を封
入したランプ光源と、当該特定の同位体元素に起因する
波長の光のみを透過させる光学フィルターとを組み合せ
た構成を有している。この構成によれば、光学フィルタ
ーを透過した波長の光のみが励起光として試料に照射さ
れ、試料に対して光誘起化学反応を生じさせることがで
き、これによって、当該特定の同位体元素を濃縮でき
る。
On the other hand, recently, it has been proposed to manufacture a semiconductor integrated circuit by using a mercury lamp filled with only a specific isotope element as an exposure device. However, such a mercury lamp filled with only a specific isotope is very expensive because the specific isotope itself is expensive, and it is difficult to mass-produce this type of mercury lamp. Met. Conventionally, as a device for concentrating only specific isotopes from mercury in a natural state containing multiple isotopes,
[Christopher R. Webster and Richard N. Zare, J. Phys. C
hem., 1981, 85, 1302-1305]. This device is a lamp light source in which a sample containing a plurality of isotopes is filled with an element containing a specific isotope at a concentration higher than the abundance ratio in the natural state, and a wavelength of a wavelength caused by the specific isotope. It has a configuration in combination with an optical filter that transmits only light. According to this configuration, only the light having the wavelength that has passed through the optical filter is applied to the sample as the excitation light, and the photoinduced chemical reaction can be caused to the sample, thereby concentrating the specific isotope element. it can.

【0004】より具体的に説明すると、この装置を用い
て、例えば、水銀の同位体 196Hgを濃縮する場合に
は、水銀の同位体 196Hgを自然状態の存在比よりも高
濃度に含んだ水銀を発光元素として封入した低圧ランプ
と、自然状態の水銀から成る光学フィルタ−とを組み合
わせて用いる。そして、水銀金属蒸気とハロゲン化水素
との混合気体を反応セル内に導入しておき、上述した低
圧ランプから放射される紫外線を上記光学フィルタ−を
通してこの混合気体に照射する。即ち、上述した低圧ラ
ンプから放射される紫外線のうち、 196Hgを除く他の
全ての水銀同位体に起因する波長の紫外線を上記光学フ
ィルタ−で吸収することにより、水銀の同位体 196Hg
に起因する波長の紫外線のみを上述した混合気体に照射
するのである。
[0004] More specifically, by using this device, for example, in the case of concentrating isotopic 196 Hg of mercury contained in a higher concentration than the abundance ratio of the natural state of the isotope 196 Hg mercury A low pressure lamp containing mercury as a light emitting element and an optical filter made of mercury in a natural state are used in combination. Then, a mixed gas of mercury metal vapor and hydrogen halide is introduced into the reaction cell in advance, and the mixed gas is irradiated with the ultraviolet rays emitted from the low-pressure lamp described above through the optical filter. That is, among the ultraviolet rays emitted from the above-mentioned low-pressure lamp, ultraviolet rays having a wavelength derived from all the mercury isotopes other than 196 Hg are absorbed by the optical filter to obtain the mercury isotope 196 Hg.
That is, only the ultraviolet rays having a wavelength due to the above are irradiated to the above-mentioned mixed gas.

【0005】このようにして、紫外線を混合気体に照射
した場合に、上述した反応セル内で生じる光誘起化学反
応を化学式により記述すると以下のようになる。尚、記
1Soは、水銀原子の基底状態を表し、記号 3
1 は、253.7nmの波長を有する光子を放出する水
銀原子の励起状態を表している。
The photoinduced chemical reaction occurring in the above-mentioned reaction cell when the mixed gas is irradiated with the ultraviolet rays as described above is described by a chemical formula as follows. The symbol 1 So represents the ground state of the mercury atom, and the symbol 3 P
1 represents an excited state of a mercury atom that emits a photon having a wavelength of 253.7 nm.

【0006】 196Hg( 1So)+Photon (λ=253.7nm)→ 196Hg( 31 ) (1) 196Hg( 31 )+HCl→ 196HgCl+H (2) 196HgCl+ 196HgCl→ 196Hg2 Cl2 (3) これらのうち、上記化学式(1)に示される253.7
nmの波長(λ)を有する光子(Photon)は、水
銀の253.7nm輝線の超微細構造における同位体
196Hg元素のみから放射される波長の光に含まれる光
子である。尚、上記化学式(2)に示される水素原子
〔H〕は、ブタジエンと反応することによりポリマ−を
形成するので、不必要な化学反応を引き起こすことはな
い。
196 Hg ( 1 So) + Photon (λ = 253.7 nm) → 196 Hg ( 3 P 1 ) (1) 196 Hg ( 3 P 1 ) + HCl → 196 HgCl + H (2) 196 HgCl + 196 HgCl → 196 Hg 2 Cl 2 (3) Of these, 253.7 represented by the above chemical formula (1)
A photon (Photon) having a wavelength (λ) of nm is an isotope in the hyperfine structure of the 253.7 nm emission line of mercury.
It is a photon contained in light of a wavelength emitted only from the 196 Hg element. The hydrogen atom [H] represented by the chemical formula (2) does not cause an unnecessary chemical reaction because it reacts with butadiene to form a polymer.

【0007】以上の化学式(1)、(2)及び(3)で
示される光誘起化学反応の結果として、水銀同位体の塩
化物〔 196Hg2 Cl2 〕〔上記化学式(3)参照〕が
生成され、この水銀同位体の塩化物は、白色の細かい粉
末として反応セルの管壁に付着又は堆積するので、以
後、付着又は堆積した生成物を取り出し、同位体元素を
収集している。
As a result of the photoinduced chemical reactions represented by the above chemical formulas (1), (2) and (3), a chloride of a mercury isotope [ 196 Hg 2 Cl 2 ] [see the above chemical formula (3)] Since the generated mercury isotope chloride adheres or deposits on the tube wall of the reaction cell as a white fine powder, the adhered or deposited product is subsequently taken out to collect isotope elements.

【0008】この付着又は堆積した生成物を取り出す方
法としては、励起光の照射を停止した上で反応セルを取
り外し、取り外した反応セルを別個のシステムを用いて
加熱することにより、反応セル内の生成物を昇華させて
収集するか、励起光の照射を停止し、反応セルを取り付
けたままで、他の何等かの手段を用いて生成物を加熱・
昇華させて収集していた。
As a method of taking out the attached or deposited product, the irradiation of the excitation light is stopped, the reaction cell is removed, and the removed reaction cell is heated by using a separate system. The product is sublimated and collected, or the irradiation of the excitation light is stopped, the reaction cell is still attached, and the product is heated by using some other means.
It was sublimated and collected.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したウラン濃縮の
際に用いられるガス拡散法等を利用する装置では、いず
れも大がかりな設備や高価な装置が必要となり、これら
に比べれば、前述した光誘起化学反応を利用する装置は
簡便且つ経済的であるため、水銀等の元素の同位体分離
の際には非常に有用である。
The apparatus utilizing the gas diffusion method or the like used in the uranium enrichment described above requires large-scale equipment and expensive equipment. Since a device utilizing a chemical reaction is simple and economical, it is very useful for the isotope separation of elements such as mercury.

【0010】しかし、この光誘起化学反応を利用する従
来の装置では、上述したように、濃縮しようとする特定
の同位体元素を単に自然状態の存在比よりも高濃度に含
んだ元素を発光元素として封入したランプ光源を用いて
いる。このため、当該特定の同位体元素に起因する波長
の光のみを透過させる光学フィルターが必要となり、そ
のために有用な同位体に起因する波長の光もかなりの吸
収を受けてしまうので、励起光の利用効率が悪かった。
また、装置全体の構成も複雑にならざるを得なかった。
However, in the conventional apparatus utilizing this photoinduced chemical reaction, as described above, a light emitting element containing an element containing a specific isotope to be enriched at a concentration higher than the abundance ratio in the natural state. The lamp light source enclosed as is used. Therefore, an optical filter that transmits only light having a wavelength caused by the specific isotope is required, and therefore light having a wavelength caused by a useful isotope is also considerably absorbed. Usage efficiency was poor.
In addition, the configuration of the entire device is inevitably complicated.

【0011】また、当該装置内には、反応生成物を加熱
する手段は設けられていないので、光化学反応により反
応セル内に付着又は堆積した生成物を収集するには、前
述したように、一旦励起光の照射を停止した上で、反応
セルを取り外して別個のシステムを用いて加熱する方法
あるいは反応セルを取り付けたままで他の何等かの手段
を用いて加熱する方法が採用されている。いずれの方法
を用いた場合にも、光化学反応物の生成及び収集の効率
が悪く、従って特定の同位体元素を安価に分離・精製す
ることも困難であるという問題点があった。
Further, since no means for heating the reaction product is provided in the apparatus, in order to collect the product attached or deposited in the reaction cell by the photochemical reaction, as described above, A method of stopping the irradiation of the excitation light and then removing the reaction cell and heating it using a separate system, or a method of heating the reaction cell with the reaction cell attached using some other means is adopted. Whichever method is used, there is a problem in that the efficiency of generation and collection of the photochemical reaction product is low, and therefore it is difficult to inexpensively separate and purify a specific isotope element.

【0012】そこで本発明の目的は、簡単な構造を有
し、経済的に安いコストで製作できる同位体元素分離装
置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an isotope separation device having a simple structure and which can be manufactured economically at low cost.

【0013】本発明の別の目的は、比較的安価に特定の
同位体元素を分離・精製することができる同位体元素分
離装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an isotope separation device which can separate and purify a specific isotope at a relatively low cost.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、光誘起化学反応を誘起する励起手段として、分離し
ようとする特定の同位体元素のみを発光元素として封入
した光源を有する同位体元素分離装置が得られる。
According to one embodiment of the present invention, as an excitation means for inducing a photoinduced chemical reaction, an isotope having a light source in which only a specific isotope element to be separated is enclosed as a light emitting element. An element separation device is obtained.

【0015】また、本発明の他の態様によれば、光誘起
化学反応を誘起する励起手段として、励起光が照射され
る試料中に含まれる複数の同位体元素のうち分離しよう
とする特定の同位体元素以外の全ての同位体元素を発光
元素として封入した光源を有する同位体元素分離装置が
得られる。
According to another aspect of the present invention, as the excitation means for inducing a photoinduced chemical reaction, a specific isotope element to be separated from a plurality of isotope elements contained in a sample irradiated with excitation light is used. An isotope separation device having a light source in which all isotopes other than isotopes are enclosed as luminescent elements can be obtained.

【0016】また、本発明の同位体元素分離装置は、上
記した光源のほかに、前記光誘起化学反応を生じる反応
セルと、前記励起手段からの励起光を反射する内面を有
する中空楕円柱反射体とを備え、前記励起手段と前記反
応セルとを前記中空楕円柱反射体の2本の焦点線に対応
する位置にそれぞれ配置した構成を有していても良い。
また、前記反応セルは前記光誘起化学反応により当該セ
ル内に生成される生成物を加熱するための加熱手段を一
体化した構成を採ってもよい。
Further, in the isotope separation device of the present invention, in addition to the above-mentioned light source, a hollow elliptic cylindrical reflection having a reaction cell for causing the photoinduced chemical reaction and an inner surface for reflecting the excitation light from the excitation means. A body may be provided, and the excitation means and the reaction cell may be arranged at positions corresponding to two focal lines of the hollow elliptic cylinder reflector.
In addition, the reaction cell may have a structure in which a heating unit for heating a product generated in the cell by the photoinduced chemical reaction is integrated.

【0017】[0017]

【作用】光誘起化学反応の励起手段として、分離しよう
とする特定の同位体元素のみを発光元素として封入した
光源を用いているため、他の同位体元素に起因する波長
の光を遮断あるいは減衰させる必要がなくなり、従っ
て、前述した光学フィルターが不要となる。
[Function] As a light source in which only the specific isotope to be separated is encapsulated as a light emitting element is used as a means for exciting the photoinduced chemical reaction, light having a wavelength caused by another isotope is blocked or attenuated. Therefore, the optical filter described above is unnecessary.

【0018】また、光誘起化学反応の励起手段として、
複数の同位体元素のうち分離しようとする特定の同位体
元素以外の全ての同位体元素を発光元素として封入した
光源を用いる場合には、試料に含まれる複数の同位体元
素のうち光誘起化学反応を生じなかった生成物だけを回
収することにより、前記特定の同位体元素のみを分離す
ることができる。従って、この場合にも、光学フィルタ
ーは不要となる。
Further, as means for exciting the photoinduced chemical reaction,
When using a light source in which all isotopes other than the specific isotope to be separated among the plurality of isotopes are enclosed as luminescent elements, the photoinduced chemistry of the plurality of isotopes contained in the sample is used. By recovering only the product that has not reacted, only the specific isotope can be separated. Therefore, also in this case, the optical filter becomes unnecessary.

【0019】更に、前記励起手段からの励起光を反射す
る内面を有する中空楕円柱反射体の2本の焦点線に対応
する位置に、前記励起手段と反応セルがそれぞれ配置さ
れているので、励起手段からの励起光が効率良く反応セ
ルへ集光される。従って、励起光の利用効率が向上し
て、光誘起化学反応物の生成効率も向上する。
Further, since the excitation means and the reaction cell are respectively arranged at positions corresponding to two focal lines of the hollow elliptic cylinder reflector having an inner surface for reflecting the excitation light from the excitation means, Excitation light from the means is efficiently collected in the reaction cell. Therefore, the utilization efficiency of the excitation light is improved, and the production efficiency of the photoinduced chemical reaction product is also improved.

【0020】また、光誘起化学反応により反応セル内に
生成される生成物を加熱するための加熱手段を設けたの
で、反応セルに励起光を照射しつつ、同時に反応生成物
を加熱することができる。従って、光誘起化学反応と生
成物の昇華を同時に進行させることが可能となるので、
生成物の収集効率が向上して、同位体元素の分離効率も
向上する。
Further, since the heating means for heating the product generated in the reaction cell by the photoinduced chemical reaction is provided, it is possible to simultaneously heat the reaction product while irradiating the reaction cell with the excitation light. it can. Therefore, since it becomes possible to proceed the photoinduced chemical reaction and the sublimation of the product at the same time,
The product collection efficiency is improved, and the isotope separation efficiency is also improved.

【0021】[0021]

【実施例】図1を参照して、本発明の第1の実施例に係
る同位体元素分離装置を説明する。本実施例は、半導体
回路製造用露光装置における遠紫外線を放射する光源の
発光元素として用いられる水銀の特定の単一同位体を分
離するために使用されるものとして説明する。
EXAMPLE An isotope separation apparatus according to a first example of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment will be described as being used for separating a specific single isotope of mercury used as a light emitting element of a light source that emits deep ultraviolet rays in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor circuit.

【0022】表1に、水銀の各同位体をその自然存在比
と共に示す。
Table 1 shows each isotope of mercury together with its natural abundance.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】本実施例の同位体元素分離装置を用いて分
離する同位体は 200Hgであるものとして説明するが、
図示された装置は他の全ての水銀同位体を個々に分離す
るのにも用いることができる。
The isotope separated by using the isotope separation device of this embodiment will be described as 200 Hg.
The depicted apparatus can also be used to individually separate all other mercury isotopes.

【0025】図示された装置は、励起部1、反応部2、
これらを収納する収納容器3とを備え、これら以外の構
成要素はブロックで示されている。
The illustrated apparatus comprises an excitation part 1, a reaction part 2,
A storage container 3 for storing them is provided, and other components are shown by blocks.

【0026】まず、励起部1は、低圧水銀ランプ4と、
この低圧水銀ランプ4の周囲を覆っているフローチュー
ブ5を有している。低圧水銀ランプ4は、石英ガラスを
用いて外径6mm、長さ20cmの管状に製作されており、
内部には、約5mgの水銀の単一同位体 200Hg(非常に
高価であるが、フランス又は米国において入手可能であ
る。)が3torrのアルゴンガスと共に封入されている。
低圧水銀ランプ4は、電源6から電圧を印加することに
より励起される。フローチューブ5は、波長253,7
nmの光に対しては透明であるが185nmの光は吸収する
ガラスを用いて製作されており、内部には、上記低圧水
銀ランプ4を40℃の一定温度に保つための冷却用窒素
ガスが流れている。
First, the excitation unit 1 includes a low pressure mercury lamp 4 and
It has a flow tube 5 covering the low pressure mercury lamp 4. The low-pressure mercury lamp 4 is made of quartz glass in a tubular shape with an outer diameter of 6 mm and a length of 20 cm.
Inside, about 5 mg of mercury isotope 200 Hg (very expensive but available in France or USA) is enclosed with 3 torr of argon gas.
The low-pressure mercury lamp 4 is excited by applying a voltage from the power supply 6. The flow tube 5 has a wavelength of 253,7.
It is made of glass that is transparent to the light of 185 nm but absorbs the light of 185 nm. Inside, there is a cooling nitrogen gas for keeping the low-pressure mercury lamp 4 at a constant temperature of 40 ° C. Flowing.

【0027】次に、反応部2は、反応セル7と、コイル
状の電熱線8を備えている。反応セル7は、透明な石英
ガラスを用いて外径30mm、内径20mm、有効長20cm
の管状に製作されている。電熱線8は、上記反応セル7
の外周面に沿って巻かれており、必要に応じてこの電熱
線8に電源9から電流を流すことにより、上記反応セル
7の内部を加熱することができる。
Next, the reaction section 2 comprises a reaction cell 7 and a coil-shaped heating wire 8. The reaction cell 7 is made of transparent quartz glass and has an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 20 mm and an effective length of 20 cm.
It is manufactured in a tubular shape. The heating wire 8 is the reaction cell 7 described above.
It is wound along the outer peripheral surface of the reaction cell 7, and the inside of the reaction cell 7 can be heated by supplying a current from the power source 9 to the heating wire 8 as necessary.

【0028】次に、収納容器3は、中空楕円柱反射体1
0によって構成され、この中空楕円柱反射体10内に
は、励起部1と反応部2とが収納され、これら励起部1
及び反応部2はそれぞれ2本の焦点線位置に配置されて
いる。中空楕円柱反射体10の内面は、波長253,7
nmの紫外線を効率良く反射するように、アルミニウムを
真空蒸着したミラー状に形成されている。尚、図示され
てはいないが、収納容器3は、通常の封止(閉塞)構造
を用いて封止又は閉塞されている。
Next, the container 3 is a hollow elliptic cylinder reflector 1.
0. The hollow elliptic cylindrical reflector 10 accommodates an exciting part 1 and a reacting part 2.
The reaction section 2 and the reaction section 2 are arranged at two focal line positions. The inner surface of the hollow elliptic cylinder reflector 10 has a wavelength of 253,7.
Aluminum is vacuum-deposited in a mirror shape so as to efficiently reflect ultraviolet rays of nm. Although not shown, the storage container 3 is sealed or closed by using a normal sealing (closing) structure.

【0029】以上のように構成される本実施例の同位体
元素分離装置において、上述した反応セル7は、更に、
真空排気システムの一部を形成している。即ち、反応セ
ル7の上流側には、混合セル11を介して2系統の供給
系が用意されており、一方の供給系は塩化水素〔HC
l〕ガスの供給源12を有し、他方の供給系は水銀金属
蒸気の供給源13を備えている。また、この水銀金属蒸
気の供給源13は、ヒータ付の水銀溜14と1,3−ブ
タジエン〔C4 6 〕ガスの供給源15とを含んでい
る。一方、反応セル7の下流側には、光誘起化学反応の
結果として生成される塩化物を回収するトラップ16が
用意され、このトラップ16の更に下流側には、未反応
水銀を回収するトラップ17が用意されている。尚、ト
ラップ16及び17は真空排気ポンプ18により排気さ
れている。
In the isotope separation device of this embodiment having the above structure, the above-mentioned reaction cell 7 further comprises
It forms part of an evacuation system. That is, two supply systems are prepared upstream of the reaction cell 7 via the mixing cell 11, and one supply system uses hydrogen chloride [HC
l] A gas supply source 12 is provided, and the other supply system is provided with a mercury metal vapor supply source 13. The mercury metal vapor supply source 13 includes a mercury reservoir 14 with a heater and a 1,3-butadiene [C 4 H 6 ] gas supply source 15. On the other hand, on the downstream side of the reaction cell 7, there is prepared a trap 16 for collecting chlorides generated as a result of the photo-induced chemical reaction, and on the further downstream side of this trap 16, a trap 17 for collecting unreacted mercury. Is prepared. The traps 16 and 17 are exhausted by a vacuum exhaust pump 18.

【0030】さて、本実施例の同位体元素分離装置を用
いた場合に、上述した反応セル7の内部で生じる光誘起
化学反応を化学式により記述すると以下のようになる。
The photoinduced chemical reaction occurring inside the above-mentioned reaction cell 7 when the isotope separation apparatus of this embodiment is used is described by the chemical formula as follows.

【0031】 200Hg( 10 )+Photon(λ´=253.7nm)→ 200Hg( 31 ) (4) 200Hg( 31 )+HCl→ 200HgCl+H (5) 200HgCl+ 200HgCl→ 200Hg2 Cl2 (6) これらのうち、上記化学式(4)に示される253.7
nmの波長(λ´)を有する光子(Photon)は、
図3に示す水銀の253.7nm輝線の超微細構造にお
ける同位体 20OHg元素のみから放射される波長の光に
含まれる光子であり、前述した化学式(1)に示した光
子の波長(λ)とは253.7nm波長帯中において若
干相違している。尚、上記化学式(5)に示される水素
原子〔H〕は、ブタジエンと反応することによりポリマ
ーを形成するので、不必要な化学反応を引き起こすこと
はない。
200 Hg ( 1 S 0 ) + Photon (λ ′ = 253.7 nm) → 200 Hg ( 3 P 1 ) (4) 200 Hg ( 3 P 1 ) + HCl → 200 HgCl + H (5) 200 HgCl + 200 HgCl → 200 Hg 2 Cl 2 (6) Of these, 253.7 represented by the above chemical formula (4)
A photon (Photon) having a wavelength (λ ′) of nm is
It is a photon contained in light of a wavelength emitted from only the isotope 20O Hg element in the hyperfine structure of the 253.7 nm emission line of mercury shown in FIG. 3, and the photon wavelength (λ) shown in the chemical formula (1) above And are slightly different in the 253.7 nm wavelength band. The hydrogen atom [H] represented by the above chemical formula (5) does not cause an unnecessary chemical reaction because it reacts with butadiene to form a polymer.

【0032】以上の化学式(4)、(5)及び(6)で
示される光誘起化学反応の結果として、水銀同位体の塩
化物〔 20OHg2 Cl2 〕〔上記化学式(6)参照〕が
生成され、この水銀同位体の塩化物〔 20OHg2
2 〕は、白色の細かい粉末として反応セル7の管壁に
付着又は堆積する。
As a result of the photoinduced chemical reactions represented by the above chemical formulas (4), (5) and (6), a chloride of a mercury isotope [ 20O Hg 2 Cl 2 ] [see the above chemical formula (6)] is obtained. The mercury isotope chloride produced [ 20O Hg 2 C
l 2 ] adheres to or deposits on the tube wall of the reaction cell 7 as white fine powder.

【0033】このようにして反応セル7内に生成された
水銀同位体の塩化物〔 20OHg2 Cl2 〕は、上述した
ように、電熱線8に電源9から電流を流すことにより4
50℃程度の熱を加えることによって容易に昇華して気
体となり、反応セル7から下流側に流出して上述したト
ラップ16に集められ、ここで固体となって回収され
る。回収された塩化物〔 20OHg2 Cl2 〕は、続い
て、通常の化学的方法により塩素と水銀に分離される。
この水銀中には、水銀の同位体 20OHgが高濃度に含ま
れており、従って、このようにして水銀の同位体 20O
gを他の同位体から分離することができる。
As described above, the mercury isotope chloride [ 20O Hg 2 Cl 2 ] thus produced in the reaction cell 7 is supplied to the heating wire 8 by applying a current from the power source 9 to
When heat of about 50 ° C. is applied, it is easily sublimated into a gas, flows out from the reaction cell 7 to the downstream side, is collected in the trap 16 described above, and is collected here as a solid. The recovered chloride [ 20O Hg 2 Cl 2 ] is subsequently separated into chlorine and mercury by conventional chemical methods.
The mercury isotope 20O Hg is contained in a high concentration in this mercury, and thus the mercury isotope 20O Hg is thus obtained.
g can be separated from other isotopes.

【0034】尚、上述した化学式(4)で示される過程
で生成された水銀同位体 20OHgの励起原子 20OHg(
31 )の一部は、上記化学式(5)で示される反応が
生じる以前に、他の同位体原子との衝突によりその励起
エネルギーを失い、衝突した相手側の他の同位体原子を
励起してしまう結果、分離しようとする同位体以外の同
位体原子に由来する塩化物を生成してしまう。
The excited atom 20O Hg (of the mercury isotope 20O Hg generated in the process represented by the above chemical formula (4) is
A part of 3 P 1 ) loses its excitation energy by collision with another isotope atom before the reaction represented by the above chemical formula (5) occurs, and excites the other isotope atom on the other side of the collision. As a result, chlorides derived from isotope atoms other than the isotope to be separated are produced.

【0035】この反応を化学式により記述すると以下の
ようになる。尚、nは 20OHg以外の水銀同位体を表
し、n′は水銀の全ての同位体を表す。
This reaction is described by a chemical formula as follows. In addition, n represents a mercury isotope other than 20 O Hg, and n'represents all the mercury isotopes.

【0036】 200Hg( 31 )+nHg( 10 ) →nHg( 31 ) (7) nHg( 31 )+HCl→nHgCl+H (8) nHgCl+n′HgCl→nHgn′HgCl2 (9) 以上の化学式(7)、(8)及び(9)で示されるよう
に、本実施例の同位体元素分離装置を用いて分離された
水銀には、わずかながら水銀の同位体 200Hg以外の同
位体が含まれることもある。この場合には、所望の純度
に到るまで精製するために、回収した水銀を更に本実施
例の同位体元素分離装置にかければ良い。
200 Hg ( 3 P 1 ) + nHg ( 1 S 0 ) → nHg ( 3 P 1 ) (7) nHg ( 3 P 1 ) + HCl → nHgCl + H (8) nHgCl + n′HgCl → nHgn′HgCl 2 (9) or more As shown by the chemical formulas (7), (8) and (9) in the above, the mercury separated by the isotope separation device of this embodiment contains a slight amount of isotopes other than 200 Hg of isotopes of mercury. May be included. In this case, the recovered mercury may be further applied to the isotope separation device of this embodiment in order to purify it to a desired purity.

【0037】尚、本実施例においては、励起部1の光源
として、水銀の単一同位体 200Hgを発光元素として封
入した低圧水銀ランプ4を用いているが、試料中の水銀
に含まれる複数の同位体元素のうち 200Hgを除く全て
の同位体元素を封入した低圧水銀ランプを用いてもよ
い。この場合には、光誘起化学反応を生じなかった生成
物だけがトラップ16に集められ、これによって水銀の
同位体 200Hgのみを分離・精製することができる。
In this embodiment, the low-pressure mercury lamp 4 in which 200 Hg of a single isotope of mercury is enclosed as a light emitting element is used as the light source of the excitation part 1. However, a plurality of mercury contained in mercury in the sample is used. It is also possible to use a low-pressure mercury lamp in which all the isotope elements other than 200 Hg among the isotope elements are sealed. In this case, only the product that did not cause the photo-induced chemical reaction is collected in the trap 16, whereby only 200 Hg of the isotope of mercury can be separated and purified.

【0038】また、本実施例においては、コイル状の電
熱線8が反応セル7の外周面に添って巻かれているが、
コイル状の電熱線を反応セル7の内周面に沿って設けて
もよい。更に、より小径のコイル状の電熱線を反応セル
7の内部に設けてもよいのは勿論である。
In this embodiment, the coil-shaped heating wire 8 is wound along the outer peripheral surface of the reaction cell 7,
A coil-shaped heating wire may be provided along the inner peripheral surface of the reaction cell 7. Further, it goes without saying that a coil-shaped heating wire having a smaller diameter may be provided inside the reaction cell 7.

【0039】更に、本実施例においては、反応セル7内
に生成される生成物を加熱する手段として、反応部2が
電熱線8を備えているが、励起部1に上述した生成物を
加熱するための熱線光源を低圧水銀ランプ4と一体化し
て設けてもよい。
Further, in this embodiment, the reaction section 2 is provided with the heating wire 8 as means for heating the product produced in the reaction cell 7, but the excitation section 1 is heated with the above-mentioned product. A heat ray light source for doing so may be provided integrally with the low-pressure mercury lamp 4.

【0040】図2を参照して、本発明の第2の実施例に
係る同位体元素分離装置を説明する。
With reference to FIG. 2, an isotope separation device according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0041】本実施例の同位体元素分離装置において
は、収納容器3が、上述した第1の実施例における中空
楕円柱反射体10の代わりに、単一の共通焦点線位置と
2つの個々の焦点線位置とを備えた双楕円柱反射体19
によって構成されている。該双楕円柱反射体19の共通
焦点線に対応する位置には、第1の実施例におけると同
様の反応セル7が配置されており、一方の焦点線に対応
する位置には第1の実施例におけると同様の低圧水銀ラ
ンプ4が、他方の焦点線に対応する位置には有効長20
cmの円柱状の熱線ランプ20が、それぞれ配置されて
いる。この熱線ランプ20は、電源21から電圧を印加
することにより励起される。双楕円柱反射体19は、そ
の低圧水銀ランプ4が配置されている側の楕円柱の内面
が、波長253.7nmの紫外線を効率良く反射するよ
うに、アルミニウムを真空蒸着したミラー状になってお
り、一方、熱線ランプ20が配置されている側の楕円柱
の内面は、主に赤外線を効率良く反射するように、金を
真空蒸着したミラー状になっている。このように、本実
施例では、双楕円柱反射構造を用いて低圧水銀ランプ4
から放射される紫外線と熱線ランプ20から放射される
赤外線を同時に反応セル7に集光することができるの
で、反応生成物の生成及び収集を極めて効率良く行うこ
とができる。
In the isotope separation device of this embodiment, the storage container 3 has a single common focal line position and two individual focus line positions instead of the hollow elliptic cylinder reflector 10 in the first embodiment. Bi-elliptic cylinder reflector with focal line position 19
It is composed by. A reaction cell 7 similar to that in the first embodiment is arranged at a position corresponding to the common focal line of the bi-elliptic cylinder reflector 19, and a first embodiment is provided at a position corresponding to one focal line. A low pressure mercury lamp 4 similar to that in the example has an effective length of 20 at a position corresponding to the other focal line.
The cylindrical heat wire lamps 20 having a size of 10 cm are arranged. The heat ray lamp 20 is excited by applying a voltage from a power source 21. The bi-elliptical cylinder reflector 19 has a mirror shape in which aluminum is vacuum-deposited so that the inner surface of the ellipse cylinder on the side where the low-pressure mercury lamp 4 is arranged efficiently reflects ultraviolet rays having a wavelength of 253.7 nm. On the other hand, the inner surface of the elliptic cylinder on the side on which the heat ray lamp 20 is arranged has a mirror shape in which gold is vacuum-deposited so as to mainly reflect infrared rays efficiently. As described above, in the present embodiment, the low-pressure mercury lamp 4 is formed by using the bi-elliptical cylindrical reflection structure.
Since the ultraviolet rays emitted from and the infrared rays emitted from the heat ray lamp 20 can be simultaneously focused on the reaction cell 7, the reaction products can be produced and collected extremely efficiently.

【0042】上記したことから明らかなように、本実施
例では、低圧水銀ランプ4、フローチューブ5、及び熱
線ランプ20により、励起部を構成している。
As is clear from the above, in this embodiment, the low-pressure mercury lamp 4, the flow tube 5, and the heat ray lamp 20 constitute the excitation part.

【0043】尚、本実施例は、同位体元素分離システム
全体を最適状態に保つようコンピュータにより制御しつ
つ連続運転をする場合に適している。
The present embodiment is suitable for continuous operation while controlling the entire isotope separation system by a computer so as to keep it in an optimum state.

【0044】以上に述べた実施例では、光誘起化学反応
により水銀と結合する元素には、塩素を用いているが、
塩素の代わりに酸素を用いても良い。この場合には、下
記の化学式に示される反応過程を経て、上述した実施例
におけると同様の同位体分離を実現できる。
In the above-mentioned embodiments, chlorine is used as the element that bonds with mercury by the photoinduced chemical reaction.
Oxygen may be used instead of chlorine. In this case, the same isotope separation as in the above-mentioned examples can be realized through the reaction process represented by the following chemical formula.

【0045】 2 200Hg( 31 )+O2 →2 200HgO (10)2 200 Hg ( 3 P 1 ) + O 2 → 2 200 HgO (10)

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、光誘起化学反応の励起
手段として、分離しようとする特定の同位体元素と関連
した発光元素を封入した光源を用いているため、光学フ
ィルターにより、他の同位体元素に起因する光を遮断あ
るいは透過させる必要がなくなる。
According to the present invention, since a light source encapsulating a luminescent element related to a specific isotope to be separated is used as a means for exciting a photo-induced chemical reaction, another optical filter is used. It is not necessary to block or transmit light due to isotopes.

【0047】従って、簡単な構造を有し、より安価な費
用で製作することができる同位体元素分離装置が得られ
る。
Therefore, it is possible to obtain an isotope separation device which has a simple structure and can be manufactured at a lower cost.

【0048】また、本発明によれば、中空楕円柱反射体
の2本の焦点線に対応する位置に、光誘起化学反応の励
起手段と反応セルがそれぞれ配置されているので、励起
手段から放射される励起光の反応セルへの集光効率が良
くなる結果、光誘起化学反応物の生成効率が向上する。
従って、比較的安価に、特定の同位体元素を分離・精製
することができる。
Further, according to the present invention, since the exciting means for the photoinduced chemical reaction and the reaction cell are respectively arranged at the positions corresponding to the two focal lines of the hollow elliptic cylinder reflector, the exciting means emits light. As a result of improving the efficiency of collecting the excited light into the reaction cell, the efficiency of generating the photoinduced chemical reaction product is improved.
Therefore, the specific isotope can be separated and purified at a relatively low cost.

【0049】更に、本発明によれば、光誘起化学反応に
より反応セル内に生成される生成物の加熱手段を備えて
いるので、光誘起化学反応と生成物の昇華を同時に進行
させることが可能となるので、効率良く生成物を収集し
て同位体元素を分離することができる。
Further, according to the present invention, since the means for heating the product generated in the reaction cell by the photoinduced chemical reaction is provided, it is possible to simultaneously advance the photoinduced chemical reaction and the sublimation of the product. Therefore, the products can be efficiently collected and the isotope elements can be separated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る同位体元素分離装
置を示す図である。
FIG. 1 is a view showing an isotope separation device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例に係る同位体元素分離装
置を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an isotope separation device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】水銀の253.7nm輝線の超微細構造を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing an ultrafine structure of a 253.7 nm emission line of mercury.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 励起部 2 反応部 4 低圧水銀ランプ 7 反応セル 8 電熱線 10 中空楕円柱反射体 19 双楕円柱反射体 20 熱線ランプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Excitation part 2 Reaction part 4 Low-pressure mercury lamp 7 Reaction cell 8 Heating wire 10 Hollow elliptic cylinder reflector 19 Bi-elliptic cylinder reflector 20 Heat ray lamp

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の同位体元素を含む試料に励起光を
照射する励起手段を備え、前記励起光によって誘起され
る光誘起化学反応により、特定の同位体元素を分離する
同位体元素分離装置において、前記励起手段は、前記特
定の同位体元素のみを発光元素として封入した光源を有
していることを特徴とする同位体元素分離装置。
1. An isotope element separation device comprising an excitation means for irradiating a sample containing a plurality of isotopes with excitation light, and separating a specific isotope element by a photoinduced chemical reaction induced by the excitation light. 2. The isotope separation device according to claim 1, wherein the excitation means has a light source in which only the specific isotope element is enclosed as a light emitting element.
【請求項2】 複数の同位体元素を含む試料に励起光を
照射する励起手段を備え、前記励起光によって誘起され
る光誘起化学反応により、特定の同位体元素を分離する
同位体元素分離装置において、前記励起手段は、前記複
数の同位体元素のうち前記特定の同位体元素以外の全て
の同位体元素を発光元素として封入した光源を有してい
ることを特徴とする同位体元素分離装置。
2. An isotope element separation device comprising an excitation means for irradiating a sample containing a plurality of isotopes with excitation light, and separating a specific isotope element by a photoinduced chemical reaction induced by the excitation light. In the isotope separation device, the excitation means includes a light source in which all isotopes other than the specific isotope element among the plurality of isotope elements are enclosed as light emitting elements. ..
【請求項3】請求項1又は請求項2記載の同位体元素分
離装置は、更に、前記光誘起化学反応を生じる反応セル
と、前記励起手段からの励起光を反射する内面及び該内
面内側に2本の焦点線を有する中空楕円柱反射体とを備
え、前記励起手段と前記反応セルとが前記2本の焦点線
に対応する位置にそれぞれ配置されていることを特徴と
する同位体元素分離装置。
3. The isotope separation device according to claim 1 or 2, further comprising a reaction cell that causes the photoinduced chemical reaction, an inner surface that reflects the excitation light from the excitation means, and an inner surface of the inner surface. A hollow elliptic cylinder reflector having two focal lines, wherein the excitation means and the reaction cell are respectively arranged at positions corresponding to the two focal lines. apparatus.
【請求項4】請求項3記載の同位体元素分離装置におい
て、前記反応セルは前記光誘起化学反応により当該セル
内に生成される生成物を加熱するための加熱手段を有し
ていることを特徴とする同位体元素分離装置。
4. The isotope separation device according to claim 3, wherein the reaction cell has a heating means for heating a product generated in the cell by the photoinduced chemical reaction. Characteristic isotope separation device.
【請求項5】請求項1又は請求項2記載の同位体元素分
離装置は、更に、前記励起手段からの励起光を反射する
内面及び該内面内側に単一の共通焦点線位置と2つの個
々の焦点線位置とを有する双楕円柱反射体と、前記共通
焦点線に対応する位置に置かれた反応セルとを備え、且
つ、前記励起手段は、一方の焦点線に対応する位置に配
置された前記光源と、他方の焦点線に対応する位置に配
置された熱線光源とを備えていることを特徴とする同位
体元素分離装置。
5. The isotope separation apparatus according to claim 1 or 2, further comprising: an inner surface that reflects the excitation light from the excitation means, and a single common focal point position and two individual inside focal points. And a reaction cell placed at a position corresponding to the common focus line, and the excitation means is arranged at a position corresponding to one focus line. An isotope separation device, comprising: the light source; and a heat ray light source arranged at a position corresponding to the other focal line.
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