JPH0581288B2 - - Google Patents
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- JPH0581288B2 JPH0581288B2 JP15474988A JP15474988A JPH0581288B2 JP H0581288 B2 JPH0581288 B2 JP H0581288B2 JP 15474988 A JP15474988 A JP 15474988A JP 15474988 A JP15474988 A JP 15474988A JP H0581288 B2 JPH0581288 B2 JP H0581288B2
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- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レーザによる同位体分離方法に係わ
り、とくに、レーザで選択的に電離されたイオン
の高効率で回収するのに好適な方法に関する。
り、とくに、レーザで選択的に電離されたイオン
の高効率で回収するのに好適な方法に関する。
従来のレーザ同位体分離法として、有沢他「レ
ーザ法によるウラン濃縮」原子力学会誌Vol.22,
No.2(1980)79頁−84頁がある。この方法では特
定の同位体原子を複数のレーザ光で選択的に電離
し、これを電磁界で回収電極板上に付着させ回収
していた。
ーザ法によるウラン濃縮」原子力学会誌Vol.22,
No.2(1980)79頁−84頁がある。この方法では特
定の同位体原子を複数のレーザ光で選択的に電離
し、これを電磁界で回収電極板上に付着させ回収
していた。
従来の装置構成を第2図に示す。電子ビーム2
01でルツボ202中のウラン等の金属203を
加熱し蒸発させる。生成された金属蒸気はコリメ
ータ204及びイオン回収電極205の間を通り
廃品回収板206に付着する。金属蒸気が回収電
極間を通過する際にレーザで特定の同位体原子の
みを選択的に電離し、これを回収電極間に印加し
た電磁界で捕集し極板上に付着させ回収する。こ
の選択電離の原理を第3図に示す。基底準位ある
いは準安定準位にあつた特定の同位体原子を同位
体シフトに較べ十分狭い発振波長幅を持つたレー
ザで選択励起する。これをもう1つのレーザ光で
電離する(第3図a)。光子1個あたりのエネル
ギが小さく1回で電離できない時は、中間励起準
位を経由して電離させる(第3図b)。
01でルツボ202中のウラン等の金属203を
加熱し蒸発させる。生成された金属蒸気はコリメ
ータ204及びイオン回収電極205の間を通り
廃品回収板206に付着する。金属蒸気が回収電
極間を通過する際にレーザで特定の同位体原子の
みを選択的に電離し、これを回収電極間に印加し
た電磁界で捕集し極板上に付着させ回収する。こ
の選択電離の原理を第3図に示す。基底準位ある
いは準安定準位にあつた特定の同位体原子を同位
体シフトに較べ十分狭い発振波長幅を持つたレー
ザで選択励起する。これをもう1つのレーザ光で
電離する(第3図a)。光子1個あたりのエネル
ギが小さく1回で電離できない時は、中間励起準
位を経由して電離させる(第3図b)。
選択励起には従来より色素レーザが用いられて
いる。色素レーザは紫外〜可視〜近赤外領域で
10-3Å以下の狭帯域レーザ光を連続的に発生でき
る。この発振波長幅はほとんどの元素の同位体シ
フトと比べ十分小さいので、高効率で特定の同位
体原子を選択的に電離させるころができる。
いる。色素レーザは紫外〜可視〜近赤外領域で
10-3Å以下の狭帯域レーザ光を連続的に発生でき
る。この発振波長幅はほとんどの元素の同位体シ
フトと比べ十分小さいので、高効率で特定の同位
体原子を選択的に電離させるころができる。
しかし上記従来技術は電離イオンを回収する際
の電荷交換反応による選択性の低下の点について
配慮がされておらず、分離能力の向上のため蒸気
密度を増加させると電離イオンの同位体比が下が
り分離効率が低下する問題があつた。
の電荷交換反応による選択性の低下の点について
配慮がされておらず、分離能力の向上のため蒸気
密度を増加させると電離イオンの同位体比が下が
り分離効率が低下する問題があつた。
本発明の目的は、選択性の低下の原因となる電
荷交換反応の断面積を小さくして高蒸気密度の条
件下でも効率良く選択電離イオンを回収可能とす
ることで、高効率な同位体分離法を提供すること
にある。
荷交換反応の断面積を小さくして高蒸気密度の条
件下でも効率良く選択電離イオンを回収可能とす
ることで、高効率な同位体分離法を提供すること
にある。
本発明の他の目的は、回収領域のイオン空間分
布の時間変化をレーザ蛍光法により測定すること
で、電荷交換反応断面積の絶対値を知らなくても
最適な蒸気密度を与えまたこれを帰還制御する方
法を提供することにある。
布の時間変化をレーザ蛍光法により測定すること
で、電荷交換反応断面積の絶対値を知らなくても
最適な蒸気密度を与えまたこれを帰還制御する方
法を提供することにある。
上記の目的は、回収に際して電離イオンを適当
な準安定準位へ励起し、蒸気原子との電荷交換反
応を非対称化することにより、達成することがで
きる。
な準安定準位へ励起し、蒸気原子との電荷交換反
応を非対称化することにより、達成することがで
きる。
以下、本発明の概要を原理的な観点から述べ
る。回収電極間でレーザ光で電離された基底準位
イオン(X(g)+とする)が蒸気原子(X(g)とす
る)と電荷交換をする際の反応式は X(g)+X(g)→X(g)+X(g)+ ……(1) と表わされる。(この反応式で同位体効果は無視
できる。)この電荷交換は反応の前後で対称であ
り、また反応の前後の系が持つポテンシヤルエネ
ルギが等しいので対称電荷交換反応と呼ぶ。対称
電荷交換反応断面積は、Xが低エネルギ金属原子
の場合〜10-14cm2と大きいので、蒸気原子密度が
1013cm2-3、イオンの移動距離10cmの時、レーザで
選択電離されたイオンのうちで回収電極に到達す
るのはわずか4割でしかない。その結果回収電極
上の同位体濃度が低下し分離効率も悪くなる。
る。回収電極間でレーザ光で電離された基底準位
イオン(X(g)+とする)が蒸気原子(X(g)とす
る)と電荷交換をする際の反応式は X(g)+X(g)→X(g)+X(g)+ ……(1) と表わされる。(この反応式で同位体効果は無視
できる。)この電荷交換は反応の前後で対称であ
り、また反応の前後の系が持つポテンシヤルエネ
ルギが等しいので対称電荷交換反応と呼ぶ。対称
電荷交換反応断面積は、Xが低エネルギ金属原子
の場合〜10-14cm2と大きいので、蒸気原子密度が
1013cm2-3、イオンの移動距離10cmの時、レーザで
選択電離されたイオンのうちで回収電極に到達す
るのはわずか4割でしかない。その結果回収電極
上の同位体濃度が低下し分離効率も悪くなる。
一方電離イオンが適当な励起準位iに存在する
とき、電荷交換反応は非対称過程となり反応断面
積が(1)の過程に比べ小さくなる。その反応式は、 X(i)++X(g)→X(j)+X(k)++ΔE ……(2) と表わされる。励起準位iにあつた電離イオン
X(i)+は基底準位蒸気原子X(g)より1個の電子
をもらい中性化される。反応後に原子がj準位、
イオンがk単位に存在すると表わし、反応の前後
で系が持つエネルギ差をΔEとすると、ΔEが小さ
くなるほど反応断面積が大きくなる。よつて励起
準位イオンと蒸気原子との電荷交換反応は、反応
の前後で系の持つエネルギの変化ΔEが最少の過
程のみを考えればよい。
とき、電荷交換反応は非対称過程となり反応断面
積が(1)の過程に比べ小さくなる。その反応式は、 X(i)++X(g)→X(j)+X(k)++ΔE ……(2) と表わされる。励起準位iにあつた電離イオン
X(i)+は基底準位蒸気原子X(g)より1個の電子
をもらい中性化される。反応後に原子がj準位、
イオンがk単位に存在すると表わし、反応の前後
で系が持つエネルギ差をΔEとすると、ΔEが小さ
くなるほど反応断面積が大きくなる。よつて励起
準位イオンと蒸気原子との電荷交換反応は、反応
の前後で系の持つエネルギの変化ΔEが最少の過
程のみを考えればよい。
(1)式で表わされる対称電荷交換反応と(2)式で表
わされる非対称電荷交換反応の断面積の定性的な
関係は第4図で表わされる。図の横軸は厳密には
電離イオンと蒸気原子との相対速度であり、縦軸
は反応断面積σの平方根をとつたものである。同
位体分離装置では光電極イオンを電界で効率良く
引き出すことが一般的な手法とされているので、
蒸気原子はイオンに比べ静止していると考えて良
い。よつて図の横軸は引き出しイオンの速度と近
似できる。図の実線は対称電荷交換反応断面積を
表わし、点線は非対称電荷交換反応断面積を表わ
す。対称過程ではイオンの速度が小さくなるに従
つて反応断面積は大きくなる。非対称電荷交換反
応の場合は、高速度領域では対称過程と同じ反応
断面積を持つが、低速度領域で急激な断面積の低
下がおこる。断面積の低下が始まるイオンの速度
Vm〔cm/s〕は Vm2〜3×1014(ΔE2/γ){2.5+2logEi/|ΔE|
} ……(3) で与えられる。ここで、Ei;原子Xの電離エネル
ギ〔eV〕,γ;γ=(Ei/13.6)1/2,ΔE;反応の前
後の系の持つエネルギ差〔eV〕である。この式
よりΔEが大きいほどvnは大きくなるので非対称
電荷交換反応断面積が小さな領域が高速度領域ま
でひろがることがわかる。よつて電荷交換反応断
面積を小さくして選択電離イオンの回収効率を向
上させるためには、イオンをΔEが大きな準位に
励起し、また回収電極へイオンを引き出すための
電界を最適化することが重要である。
わされる非対称電荷交換反応の断面積の定性的な
関係は第4図で表わされる。図の横軸は厳密には
電離イオンと蒸気原子との相対速度であり、縦軸
は反応断面積σの平方根をとつたものである。同
位体分離装置では光電極イオンを電界で効率良く
引き出すことが一般的な手法とされているので、
蒸気原子はイオンに比べ静止していると考えて良
い。よつて図の横軸は引き出しイオンの速度と近
似できる。図の実線は対称電荷交換反応断面積を
表わし、点線は非対称電荷交換反応断面積を表わ
す。対称過程ではイオンの速度が小さくなるに従
つて反応断面積は大きくなる。非対称電荷交換反
応の場合は、高速度領域では対称過程と同じ反応
断面積を持つが、低速度領域で急激な断面積の低
下がおこる。断面積の低下が始まるイオンの速度
Vm〔cm/s〕は Vm2〜3×1014(ΔE2/γ){2.5+2logEi/|ΔE|
} ……(3) で与えられる。ここで、Ei;原子Xの電離エネル
ギ〔eV〕,γ;γ=(Ei/13.6)1/2,ΔE;反応の前
後の系の持つエネルギ差〔eV〕である。この式
よりΔEが大きいほどvnは大きくなるので非対称
電荷交換反応断面積が小さな領域が高速度領域ま
でひろがることがわかる。よつて電荷交換反応断
面積を小さくして選択電離イオンの回収効率を向
上させるためには、イオンをΔEが大きな準位に
励起し、また回収電極へイオンを引き出すための
電界を最適化することが重要である。
同位体分離装置において複数のレーザ光により
光電離されたイオンを、電荷交換反応断面積が小
さい準位へ励起するための方法として以下の方法
が考えられる。
光電離されたイオンを、電荷交換反応断面積が小
さい準位へ励起するための方法として以下の方法
が考えられる。
1 光電離された基底準位イオンを再びレーザを
用いて励起し、電荷交換反応断面積が小さな準
位へ遷移させる(レーザによる原子、イオンの
くみ上げ効果を利用した)方法。
用いて励起し、電荷交換反応断面積が小さな準
位へ遷移させる(レーザによる原子、イオンの
くみ上げ効果を利用した)方法。
2 特定の同位体原子を複数のレーザ光で電離さ
せる際に励起用レーザ光波長を選定し原子を2
電子励起状態に励起し、その励起原子が自動的
に1つ電子を放出して電荷交換反応断面積が小
さな準位へイオン化される(レーザによる原子
の自動電離)過程を利用した方法。
せる際に励起用レーザ光波長を選定し原子を2
電子励起状態に励起し、その励起原子が自動的
に1つ電子を放出して電荷交換反応断面積が小
さな準位へイオン化される(レーザによる原子
の自動電離)過程を利用した方法。
3 特定の同位体原子を狭帯域レーザ光で選択励
起した後に仮想準位を経由して多光子電離させ
イオン化する際に電荷交換反応断面積の小さな
準位に遷移させる方法。
起した後に仮想準位を経由して多光子電離させ
イオン化する際に電荷交換反応断面積の小さな
準位に遷移させる方法。
以下、これらの方法の原理を示す。
1 レーザによる光電離イオンのくみ上げ法。
レーザで原子を選択励起し(場合によつては中
間励起を経由し)光電離させる場合、イオンは基
底準位に存在するため電荷交換反応断面積は大き
くなる。よつてレーザによる光電離が終了してか
らイオンを回収する前に、イオンをレーザで電荷
交換反応断面積が小さな準位へくみ上げる必要が
ある。
間励起を経由し)光電離させる場合、イオンは基
底準位に存在するため電荷交換反応断面積は大き
くなる。よつてレーザによる光電離が終了してか
らイオンを回収する前に、イオンをレーザで電荷
交換反応断面積が小さな準位へくみ上げる必要が
ある。
以下、レーザによるイオンのくみ上げの原理を
示す(第5図)。基底準位1にあつたイオンを波
長λ12のレーザ光で励起準位2に励起すると、そ
の1部は自然放出過程で3準位へ遷移する(レー
ザによるくみ上げ効果)。レーザのパルス幅が十
分長いと1準位にあつたイオンは3準位にすべて
くみ上げられる。レーザのパルス幅をT、準位2
の寿命をτ2、準位iの統計重率をgi、準位2→3
自然放出確率をA23とすると、基底準位の分布密
度の減少率ηは次のパラメータを用いて求められ
る。
示す(第5図)。基底準位1にあつたイオンを波
長λ12のレーザ光で励起準位2に励起すると、そ
の1部は自然放出過程で3準位へ遷移する(レー
ザによるくみ上げ効果)。レーザのパルス幅が十
分長いと1準位にあつたイオンは3準位にすべて
くみ上げられる。レーザのパルス幅をT、準位2
の寿命をτ2、準位iの統計重率をgi、準位2→3
自然放出確率をA23とすると、基底準位の分布密
度の減少率ηは次のパラメータを用いて求められ
る。
準位1及び2の間のレーザの吸収飽和度S、
S=6.7×g1+g2/g2A21τ2Pλ1 5 ……(4)
ここで、P;イオン励起レーザ強度〔kW/
cm2・nm〕、λ1;レーザ波長〔μm〕である。
cm2・nm〕、λ1;レーザ波長〔μm〕である。
準位2から準位3へ遷移する分岐比β、
β=g2/g1+g2A23・τ2 ……(5)
以上のβ及びSをパラメータとしてレーザパル
ス幅と分布密度の減少率ηの関係は第6図のよう
に与えられる。図よりβS〜10の時レーザパルス
幅Tが励起準位寿命τ2の5倍以上あれば基底準位
イオンの90%を3準位へくみ上げられることがわ
かる。励起準位寿命は可視領域の遷移の場合〜
102nsec程度であるので、〜500nsec程度の長パル
ス励起レーザ光で光電離イオンをくみ上げる必要
がある。くみ上げる準位は、電離イオンの回収に
〜μsec程度の時間が必要なため、準安定準位でな
ければならない。
ス幅と分布密度の減少率ηの関係は第6図のよう
に与えられる。図よりβS〜10の時レーザパルス
幅Tが励起準位寿命τ2の5倍以上あれば基底準位
イオンの90%を3準位へくみ上げられることがわ
かる。励起準位寿命は可視領域の遷移の場合〜
102nsec程度であるので、〜500nsec程度の長パル
ス励起レーザ光で光電離イオンをくみ上げる必要
がある。くみ上げる準位は、電離イオンの回収に
〜μsec程度の時間が必要なため、準安定準位でな
ければならない。
2 自動電離過程を用いた励起イオン生成法。
この手法は、1で述べた手法がイオン生成後に
別のレーザで励起イオンに変換するのに比較し、
自動電離過程を経由することでイオン生成と励起
を同時に行つてしまう点で有利である。
別のレーザで励起イオンに変換するのに比較し、
自動電離過程を経由することでイオン生成と励起
を同時に行つてしまう点で有利である。
自動電離と光電離の原理的な差を第7図に示
す。後者の光電離過程ではレーザ光で1つの電子
を段階的に励起するため残りの電子の軌道状態は
変化しないと考えてよい。これに対し自動電離過
程ではレーザ光で励起される電子は2つとなる。
始めに原子をレーザ光で励起すると(選択励起+
中間励起)、光を吸収した電子の軌道半径が大き
くなり原子Xは残された一価のイオンX+と電子
e-と空間的に分けて考えることができる。次に入
射するレーザ光でX+内の電子を励起すると原子
全体では2つの電子が励起されており原子全体と
してイオン化エネルギより高いエネルギを持つ。
この状態は不安定なため、1つの電子が自動的に
電離され残つたイオンは適当な励起準位に遷移す
る。選択励起(及び中間励起)した後に2電子励
起状態を作るレーザ光の波長はX+のスペクトル
から予想することができる。これは励起された原
子の中で光を吸収した電子の軌道が大きくなるの
で、残されたX+の電子エネルギ分布がイオンと
同様の分布と近似できるからである。
す。後者の光電離過程ではレーザ光で1つの電子
を段階的に励起するため残りの電子の軌道状態は
変化しないと考えてよい。これに対し自動電離過
程ではレーザ光で励起される電子は2つとなる。
始めに原子をレーザ光で励起すると(選択励起+
中間励起)、光を吸収した電子の軌道半径が大き
くなり原子Xは残された一価のイオンX+と電子
e-と空間的に分けて考えることができる。次に入
射するレーザ光でX+内の電子を励起すると原子
全体では2つの電子が励起されており原子全体と
してイオン化エネルギより高いエネルギを持つ。
この状態は不安定なため、1つの電子が自動的に
電離され残つたイオンは適当な励起準位に遷移す
る。選択励起(及び中間励起)した後に2電子励
起状態を作るレーザ光の波長はX+のスペクトル
から予想することができる。これは励起された原
子の中で光を吸収した電子の軌道が大きくなるの
で、残されたX+の電子エネルギ分布がイオンと
同様の分布と近似できるからである。
この自動電離過程を用いて励起イオンを生成す
る場合、1の方法に比較し、 イオン励起用レーザが不要となる。
る場合、1の方法に比較し、 イオン励起用レーザが不要となる。
電離断面積が1の光電離に比較し1〜2桁向
上するので、レーザ濃縮で主な電力消費源であ
る電離用レーザの出力を下げられ濃縮コストの
低減の可能性を持つ。
上するので、レーザ濃縮で主な電力消費源であ
る電離用レーザの出力を下げられ濃縮コストの
低減の可能性を持つ。
3 多光子電離による励起イオン生成法。
同位体原子を選択励起した後に多光子電離過程
を用いて励起イオンを生成する手法である。例と
して2光子電離の原理を第8図に示す。多光子電
離は仮想準位を経由して電離状態にまで励起する
方法である。仮想準位への励起断面積は1で述べ
た中間励起断面積に比べ小さい(10-6)ので励
起には大きなレーザを必要とするが、原子の遷移
波長に同調する必要がなく、また中間励起と電離
を同じレーザ光でできるので装置が簡単になる。
また仮想準位を実在する原子の励起準位の近傍に
設定することで励起断面積を104以上大きくでき
る。
を用いて励起イオンを生成する手法である。例と
して2光子電離の原理を第8図に示す。多光子電
離は仮想準位を経由して電離状態にまで励起する
方法である。仮想準位への励起断面積は1で述べ
た中間励起断面積に比べ小さい(10-6)ので励
起には大きなレーザを必要とするが、原子の遷移
波長に同調する必要がなく、また中間励起と電離
を同じレーザ光でできるので装置が簡単になる。
また仮想準位を実在する原子の励起準位の近傍に
設定することで励起断面積を104以上大きくでき
る。
以上述べてきた様に、レーザによる選択電離イ
オンを適用な励起状態にくみ上げることで電荷交
換反応断面積を1桁以上小さくできるので、分離
回収領域の蒸気密度を1桁大きくでき高効率の同
位体分離が可能となる。
オンを適用な励起状態にくみ上げることで電荷交
換反応断面積を1桁以上小さくできるので、分離
回収領域の蒸気密度を1桁大きくでき高効率の同
位体分離が可能となる。
回収電極間でレーザにより選択電離されたイオ
ンの回収率pは、第9図の装置構成のとき P=1/nσl〔1−e-n〓l ……(6) で表わされる。ここで、n;蒸気原子密度,σ;
電荷交換反応断面積、l;回収電極間の距離、で
ある。σ〜10-14cm2,n〜1013cm-3,l〜20cmの時
p〜43%であるが、σが1桁小さくなるとp〜91
%と回収効率は約2倍向上する。また蒸気密度を
1014cm-3と1桁増しても回収効率は、イオンを励
起しない時と同じ43%であるので、同位体分離作
業量を1桁向上できる。
ンの回収率pは、第9図の装置構成のとき P=1/nσl〔1−e-n〓l ……(6) で表わされる。ここで、n;蒸気原子密度,σ;
電荷交換反応断面積、l;回収電極間の距離、で
ある。σ〜10-14cm2,n〜1013cm-3,l〜20cmの時
p〜43%であるが、σが1桁小さくなるとp〜91
%と回収効率は約2倍向上する。また蒸気密度を
1014cm-3と1桁増しても回収効率は、イオンを励
起しない時と同じ43%であるので、同位体分離作
業量を1桁向上できる。
以下、本発明をウランレーザ濃縮に適用した実
施例について説明する。
施例について説明する。
ウランレーザ濃縮は第3図で示された過程を用
いて行われる。基底準位あるいはその近傍の準安
定準位(620cm-1)原子を狭帯域レーザ(波長幅
10-3nm)で235Uを選択励起し、その後、中間
励起を経由して光電離される(第3図b)。電離
用レーザとしてエキシマレーザ等の紫外レーザを
用いると選択励起準位より直接電離できるので中
間励起過程は不要となる(第3図a)。ウラン原
子の励起及び電離断面積は〜10-15cm2及び〜10-17
cm2であるので、〜10-7nsec程度のレーザパルス幅
の間で励起・電離を完了するために励起レーザ強
度〜103W/cm2、電離レーザ強度〜5×105W/cm2
程度が必要となる。これでレーザ濃縮用レーザ運
転経費のうちの大部分は電離用レーザの電気代と
して消費されることがわかる。
いて行われる。基底準位あるいはその近傍の準安
定準位(620cm-1)原子を狭帯域レーザ(波長幅
10-3nm)で235Uを選択励起し、その後、中間
励起を経由して光電離される(第3図b)。電離
用レーザとしてエキシマレーザ等の紫外レーザを
用いると選択励起準位より直接電離できるので中
間励起過程は不要となる(第3図a)。ウラン原
子の励起及び電離断面積は〜10-15cm2及び〜10-17
cm2であるので、〜10-7nsec程度のレーザパルス幅
の間で励起・電離を完了するために励起レーザ強
度〜103W/cm2、電離レーザ強度〜5×105W/cm2
程度が必要となる。これでレーザ濃縮用レーザ運
転経費のうちの大部分は電離用レーザの電気代と
して消費されることがわかる。
レーザ濃縮用分離チエンバの概念は第2図で示
された通りである。レーザ光路上で1013cm-3以上
の蒸気密度を確保するためルツボ中のウラン金属
を電子ビームにより2800°K以上に加熱している。
レーザ光路上で1014cm-3程度の蒸気密度を得るの
に必要な電子ビーム強度は、1013cm-3の場合と比
較し約1.3倍と予想される。
された通りである。レーザ光路上で1013cm-3以上
の蒸気密度を確保するためルツボ中のウラン金属
を電子ビームにより2800°K以上に加熱している。
レーザ光路上で1014cm-3程度の蒸気密度を得るの
に必要な電子ビーム強度は、1013cm-3の場合と比
較し約1.3倍と予想される。
本発明の目的である235U+の回収効率の向上の
ために235U+を励起準位にくみ上げる必要がある。
この手法として3通りの方法を前節で述べた。
ために235U+を励起準位にくみ上げる必要がある。
この手法として3通りの方法を前節で述べた。
以下、それぞれの方法について実施例を示す。
実施例1:レーザによる光電離イオンのくみ上げ
法 レーザの選択電離で生成された基底準位235U+
を励起する過程の例を第10図に示す。基底基準
235U+の電子配列は(f3s2,4I°9/2)で表わされる。
355.08nmのレーザ光を入射すると(f3dp,6L11/2)
に励起され、424.1nm蛍光を放出して4585cm-1の
準安定準位へ遷移する。
法 レーザの選択電離で生成された基底準位235U+
を励起する過程の例を第10図に示す。基底基準
235U+の電子配列は(f3s2,4I°9/2)で表わされる。
355.08nmのレーザ光を入射すると(f3dp,6L11/2)
に励起され、424.1nm蛍光を放出して4585cm-1の
準安定準位へ遷移する。
この準位の総電子状態は6M13/2と表わされ、55
%がf3d2、45%がf3dsの電子配列をもつ。6L11/2励
起準位から遷移に367.0nmの過程もあるので6
M13/2に基底準位235U+をすべてくみ上げるため
に、367.0nmレーザ光を355.8nmレーザと同時に
入射する。355nm,367nm,424nmの遷移確率は
それぞれ4.4×106(s-1),7.8×106(s-1),4.6×106
(s-1)である。よつて(5)式より6L11/2準位から6
M13/2準位への分岐比βは0.126となる。また6
M11/2準位の寿命は60nsである。βS〜10であれば
レーザパルス幅が6L11/2準位寿命の5倍(300ns)
程度の355nmレーザ光で基底準位235U+をすべて
くみ上げられる。よつてS〜80が必要である。こ
の時イオン励起に必要なレーザ強度Pは(4)式より
4.4MW・cm-2・nm-1と求められる、235U+の
355.8nm吸収波長幅はスペクトルの超微細構造に
より決まり〜10-3nmである。よつてイオン励起
に必要なレーザの特性は、波長幅〜10-3nm、出
力4.4KW・cm-2、パルス幅300nsである。
355.8nmでこの性能を満たすためのレーザとして
は、エキシマレーザ励起色素レーザが適当であ
る。
%がf3d2、45%がf3dsの電子配列をもつ。6L11/2励
起準位から遷移に367.0nmの過程もあるので6
M13/2に基底準位235U+をすべてくみ上げるため
に、367.0nmレーザ光を355.8nmレーザと同時に
入射する。355nm,367nm,424nmの遷移確率は
それぞれ4.4×106(s-1),7.8×106(s-1),4.6×106
(s-1)である。よつて(5)式より6L11/2準位から6
M13/2準位への分岐比βは0.126となる。また6
M11/2準位の寿命は60nsである。βS〜10であれば
レーザパルス幅が6L11/2準位寿命の5倍(300ns)
程度の355nmレーザ光で基底準位235U+をすべて
くみ上げられる。よつてS〜80が必要である。こ
の時イオン励起に必要なレーザ強度Pは(4)式より
4.4MW・cm-2・nm-1と求められる、235U+の
355.8nm吸収波長幅はスペクトルの超微細構造に
より決まり〜10-3nmである。よつてイオン励起
に必要なレーザの特性は、波長幅〜10-3nm、出
力4.4KW・cm-2、パルス幅300nsである。
355.8nmでこの性能を満たすためのレーザとして
は、エキシマレーザ励起色素レーザが適当であ
る。
選択電離された235U+を励起するためのレーザ
系の構成を第1図に示す。波長λ5のレーザ系は基
底準位イオン励起用色素レーザシステムであり、
波長λ6のレーザ系は励起されたイオンを効率良く
6M13/2準安定準位に遷移させるためのレーザであ
る(λ5=355.0nm,λ6=367.0nm)。各レーザ系
は、色素レーザ発振段・レーザパルス幅拡大用パ
ルスストレツチヤー・色素レーザ増幅段で構成さ
れる。レーザ系のくり返し周波数Lは蒸気の有効
利用を図るためL>vth/Hでなければならない。
ここで、vth:蒸気原子熱速度,H;レーザ光高
さである。ルツボ表面温度が2800°Kの時vth〜5
×104cm/sであるので、H〜20cmの時レーザく
り返し周波数Lは、2.5kHzとなる。この程度のく
り返し周波数は十分現存するエキシマレーザで得
ることができるが、ビーム径を小さくしたりまた
高く、くり返し動作で高濃縮ウラン生成を行なう
場合にはエキシマレーザをNコならべ順次発振さ
せることで、くり返し周波数をN倍向上させるこ
とが必要である。発振段の色素レーザは発振波長
幅が10-3nm程度の単一モードとする。235U+の吸
収スペクトルは核スピンが0でないため複数の離
散的な吸収線(超微細構造)で構成される。した
がつて吸収スペクトル中にレーザの縦モードが存
在すると、レーザで励起されない吸収線が出るの
で単一モード発振が必要となる。これは、発振段
に短共振器長(10〜15cm)のパルス色素レーザを
用いるか、単一モード発振している連続色素レー
ザをパルス色素レーザで増幅することにより実現
できる。前者の短共振器パルス色素レーザは従来
より用いられている手法であり、構造は簡単であ
るが発振波長及びその幅の制御が難しく安定性が
良くなかつた。よつて本発明では連続色素レーザ
のパルス増幅で高安定励起光を得た。リング型連
続色素レーザは10-6nm以下の発振波長幅及び波
長安定性を持つ。その連続レーザ光を色素レーザ
増幅器で3nsec程度のパルスレーザ光とすると、
フーリエ効果によりレーザ発振波長幅が10-3nm
の単一モードレーザ光となる。この時の発振中心
波長の安定性は入射した連続色素レーザ光で決ま
り10-6nmである。またレーザ発振波長幅は増幅
器のパルス幅に反比例するので、増幅器励起用エ
キシマレーザのパルス幅を制御してイオン励起に
最適な発振波長幅を持つレーザ光が得られる。ま
た、この手法は235Uの選択励起に際してその選択
効率を向上させる手法にも応用が可能である。連
続色素レーザを増幅した後のレーザパルス幅は
3nsecと短かいのでパルスストレツチヤによりパ
ルス幅の拡大を行なう。
系の構成を第1図に示す。波長λ5のレーザ系は基
底準位イオン励起用色素レーザシステムであり、
波長λ6のレーザ系は励起されたイオンを効率良く
6M13/2準安定準位に遷移させるためのレーザであ
る(λ5=355.0nm,λ6=367.0nm)。各レーザ系
は、色素レーザ発振段・レーザパルス幅拡大用パ
ルスストレツチヤー・色素レーザ増幅段で構成さ
れる。レーザ系のくり返し周波数Lは蒸気の有効
利用を図るためL>vth/Hでなければならない。
ここで、vth:蒸気原子熱速度,H;レーザ光高
さである。ルツボ表面温度が2800°Kの時vth〜5
×104cm/sであるので、H〜20cmの時レーザく
り返し周波数Lは、2.5kHzとなる。この程度のく
り返し周波数は十分現存するエキシマレーザで得
ることができるが、ビーム径を小さくしたりまた
高く、くり返し動作で高濃縮ウラン生成を行なう
場合にはエキシマレーザをNコならべ順次発振さ
せることで、くり返し周波数をN倍向上させるこ
とが必要である。発振段の色素レーザは発振波長
幅が10-3nm程度の単一モードとする。235U+の吸
収スペクトルは核スピンが0でないため複数の離
散的な吸収線(超微細構造)で構成される。した
がつて吸収スペクトル中にレーザの縦モードが存
在すると、レーザで励起されない吸収線が出るの
で単一モード発振が必要となる。これは、発振段
に短共振器長(10〜15cm)のパルス色素レーザを
用いるか、単一モード発振している連続色素レー
ザをパルス色素レーザで増幅することにより実現
できる。前者の短共振器パルス色素レーザは従来
より用いられている手法であり、構造は簡単であ
るが発振波長及びその幅の制御が難しく安定性が
良くなかつた。よつて本発明では連続色素レーザ
のパルス増幅で高安定励起光を得た。リング型連
続色素レーザは10-6nm以下の発振波長幅及び波
長安定性を持つ。その連続レーザ光を色素レーザ
増幅器で3nsec程度のパルスレーザ光とすると、
フーリエ効果によりレーザ発振波長幅が10-3nm
の単一モードレーザ光となる。この時の発振中心
波長の安定性は入射した連続色素レーザ光で決ま
り10-6nmである。またレーザ発振波長幅は増幅
器のパルス幅に反比例するので、増幅器励起用エ
キシマレーザのパルス幅を制御してイオン励起に
最適な発振波長幅を持つレーザ光が得られる。ま
た、この手法は235Uの選択励起に際してその選択
効率を向上させる手法にも応用が可能である。連
続色素レーザを増幅した後のレーザパルス幅は
3nsecと短かいのでパルスストレツチヤによりパ
ルス幅の拡大を行なう。
パルスストレツチヤーは多数の部分透過ミラー
を用いてレーザ光を分割し適当な光路差をつけ再
び合成することでレーザパルス幅の拡大を行なう
技術である。3nsecのパルス幅を持つレーザ光束
の長さは90cmであるので第10図中のパルススト
レツチヤー段当りの光路は90cmが適当となる。分
割したレーザを合成する際にレーザが重なり合う
部分で光の干渉が起らないようにするため、レー
ザ光の位相整合が必要である。これは位相整合状
態をレーザ合成用ハーフミラ上のレーザ光の干渉
じまをTVカメラでモニターし、干渉じまがなく
なるようにハーフミラーを微調して行なう。パル
スストレツチヤー内部では多数の光学素子でレー
ザを分割しているのでレーザ光の減衰は大きい。
よつてパルスストレツチヤーより出力されたレー
ザ光をエキシマレーザ励起色素レーザで増幅し要
求される出力を得る。
を用いてレーザ光を分割し適当な光路差をつけ再
び合成することでレーザパルス幅の拡大を行なう
技術である。3nsecのパルス幅を持つレーザ光束
の長さは90cmであるので第10図中のパルススト
レツチヤー段当りの光路は90cmが適当となる。分
割したレーザを合成する際にレーザが重なり合う
部分で光の干渉が起らないようにするため、レー
ザ光の位相整合が必要である。これは位相整合状
態をレーザ合成用ハーフミラ上のレーザ光の干渉
じまをTVカメラでモニターし、干渉じまがなく
なるようにハーフミラーを微調して行なう。パル
スストレツチヤー内部では多数の光学素子でレー
ザを分割しているのでレーザ光の減衰は大きい。
よつてパルスストレツチヤーより出力されたレー
ザ光をエキシマレーザ励起色素レーザで増幅し要
求される出力を得る。
次にイオン励起レーザの減衰について議論す
る。天然ウランを加熱して生成した蒸気の密度が
1013cm-3の時選択電離で生成される235U+の密度
は最大7×1010cm-3である。235U+の励起断面積σ21
は吸収線の遷移確率A21から σ21=2.69×10-29λ21(3Å)A21/√T(〓) g2/
g1……(7) で求められる。ここでT=3000〓とするとλ21=
3551Åのレーザ吸収断面積σ21は1.2×10-13cm2とな
る。レーザ光の平均吸収長LはL〜1/nσ21と表
わされるので上記条件ではL〜120cmとなる。回
収電極のレーザ光路方向の長さは、〜100cm程度
であるので1つの分離回収チエーンに1つのレー
ザビームが必要となる。しかし235U電離用レーザ
強度は500kW/cm2なのに比較し、イオン励起用
レーザは1つの励起波長に対し〜5kW/cm2であ
り前者に比べ充分小さいので、イオン励起用レー
ザを従来の原子の選択用レーザ系に付加しても運
転コストの上昇はほとんど無視できる。
る。天然ウランを加熱して生成した蒸気の密度が
1013cm-3の時選択電離で生成される235U+の密度
は最大7×1010cm-3である。235U+の励起断面積σ21
は吸収線の遷移確率A21から σ21=2.69×10-29λ21(3Å)A21/√T(〓) g2/
g1……(7) で求められる。ここでT=3000〓とするとλ21=
3551Åのレーザ吸収断面積σ21は1.2×10-13cm2とな
る。レーザ光の平均吸収長LはL〜1/nσ21と表
わされるので上記条件ではL〜120cmとなる。回
収電極のレーザ光路方向の長さは、〜100cm程度
であるので1つの分離回収チエーンに1つのレー
ザビームが必要となる。しかし235U電離用レーザ
強度は500kW/cm2なのに比較し、イオン励起用
レーザは1つの励起波長に対し〜5kW/cm2であ
り前者に比べ充分小さいので、イオン励起用レー
ザを従来の原子の選択用レーザ系に付加しても運
転コストの上昇はほとんど無視できる。
次にレーザで6M13/2準安定準位にくみ上げられ
たウラン励起イオンの蒸気原子との電荷交換反応
について述べる。その反応式、原子・イオンの電
子状態及びエネルギ準位を示す。
たウラン励起イオンの蒸気原子との電荷交換反応
について述べる。その反応式、原子・イオンの電
子状態及びエネルギ準位を示す。
U(6M13/2+U(5L6)→U(7M6)+U(6M5.5)
(f3d2;55%),(f3ds2);(f3d2s),(f3ds)
[4585+I.E.cm-1]+[0cm-1]≠[6249cm-1]+
[289+I.E.cm-1] [ΔE=−1953cm-1(−0.2eV)] U(6M13/2+U(5L6)→U(5L7)+U(6L5.5)
(f3ds;45%),(f3ds2);(f3ds2);(f3ds2),
(f3
ds)[4585+I.E.cm-1]+[0cm-1]≠[3801cm-1]
+[289+I.E.cm-1] [ΔE=495cm-1(0.06eV)] ここでI.E.はウラン原子のイオン化エネルギで
49958.1cm-1である。,2つの電荷交換反応
があるのはU+(M13/2)が2つの波動関数の混合
であるからである。の反応断面積は(3)式より
vn〜9.7×106cm/sで最大となりイオンの速度が
小さくなるに従い急激に小さくなる。の反応断
面積は(3)式よりvn〜3.2×106cm/sで最大とな
る。ウランの電荷交換反応断面積のデータがない
ので第11図のセシウムのデータを参考に示す。
ウランの断面積も同様な変化をすると考えて良
い。この図よりの過程の寄与はv5×106
cm/sでは無視できる。の過程はv〜106cm/
sで対称電荷交換反応に比べ約1/3になる。の
過程に寄与する6M13/2準位原子は45%なので全体
として1/3×0.45=15%まで断面積が減少した
ことになる。電荷交換反応断面積が15%まで減少
するときのイオン回収効率は(6)式より求められ
る。蒸気密度〜1013cm-3、電極間距離l〜20cm、
の時、σが10-14cm2から1.5×10-15cm2になると回収
率Pは86%と約2倍向上する。また、回収率Pが
43%で変えないときは蒸気密度を約7倍にでき分
離作業量を7倍向上させることができる。
(f3d2;55%),(f3ds2);(f3d2s),(f3ds)
[4585+I.E.cm-1]+[0cm-1]≠[6249cm-1]+
[289+I.E.cm-1] [ΔE=−1953cm-1(−0.2eV)] U(6M13/2+U(5L6)→U(5L7)+U(6L5.5)
(f3ds;45%),(f3ds2);(f3ds2);(f3ds2),
(f3
ds)[4585+I.E.cm-1]+[0cm-1]≠[3801cm-1]
+[289+I.E.cm-1] [ΔE=495cm-1(0.06eV)] ここでI.E.はウラン原子のイオン化エネルギで
49958.1cm-1である。,2つの電荷交換反応
があるのはU+(M13/2)が2つの波動関数の混合
であるからである。の反応断面積は(3)式より
vn〜9.7×106cm/sで最大となりイオンの速度が
小さくなるに従い急激に小さくなる。の反応断
面積は(3)式よりvn〜3.2×106cm/sで最大とな
る。ウランの電荷交換反応断面積のデータがない
ので第11図のセシウムのデータを参考に示す。
ウランの断面積も同様な変化をすると考えて良
い。この図よりの過程の寄与はv5×106
cm/sでは無視できる。の過程はv〜106cm/
sで対称電荷交換反応に比べ約1/3になる。の
過程に寄与する6M13/2準位原子は45%なので全体
として1/3×0.45=15%まで断面積が減少した
ことになる。電荷交換反応断面積が15%まで減少
するときのイオン回収効率は(6)式より求められ
る。蒸気密度〜1013cm-3、電極間距離l〜20cm、
の時、σが10-14cm2から1.5×10-15cm2になると回収
率Pは86%と約2倍向上する。また、回収率Pが
43%で変えないときは蒸気密度を約7倍にでき分
離作業量を7倍向上させることができる。
実施例2:自動電離過程を用いた例起イオン生成
法 電荷交換反応断面積が小さな準安定準位にウラ
ンイオンを電離と同時に自動電離過程を用いて励
起準位に遷移させる手法である。ウラン原子の選
択励起、中間励起までは従来の手法で励起する。
電離に際して電離レーザの波長を変化すると吸収
断面積が約1〜2桁大きい構造が見られる。ウラ
ン原子の自動電離波長の例として33082.7cm-1準
位(J=6,7,8)より5925Åで励起する過程
の報告があるがこの遷移では1で述べた6M13/2準
安定準位までイオンを励起できない。6M13/2準位
にイオンが遷移できるためには33082.7cm-1にあ
つたウラン原子を4660Åより短かいレーザで自動
電離させなくてはならない。ウランイオンのスペ
クトルから予想して、4224Å付近に適当な自動電
離準位が存在すると考えられる。
法 電荷交換反応断面積が小さな準安定準位にウラ
ンイオンを電離と同時に自動電離過程を用いて励
起準位に遷移させる手法である。ウラン原子の選
択励起、中間励起までは従来の手法で励起する。
電離に際して電離レーザの波長を変化すると吸収
断面積が約1〜2桁大きい構造が見られる。ウラ
ン原子の自動電離波長の例として33082.7cm-1準
位(J=6,7,8)より5925Åで励起する過程
の報告があるがこの遷移では1で述べた6M13/2準
安定準位までイオンを励起できない。6M13/2準位
にイオンが遷移できるためには33082.7cm-1にあ
つたウラン原子を4660Åより短かいレーザで自動
電離させなくてはならない。ウランイオンのスペ
クトルから予想して、4224Å付近に適当な自動電
離準位が存在すると考えられる。
この励起に必要な装置例を第12図に示す。選
択及び中間励起用レーザは従来より用いられてい
る装置をそのまま利用できる。自動電離準位への
励起はエキシマレーザ励起色素レーザが適当であ
る。必要なレーザ出力は1で述べた光電離過程を
用いる場合に比べ1〜2桁小さくてすみ、5〜
50kW/cm2である。よつて電離に際してイオンが
準安定準位に遷移する自動電離過程を用いること
により高効率ウラン回収法が可能となる。
択及び中間励起用レーザは従来より用いられてい
る装置をそのまま利用できる。自動電離準位への
励起はエキシマレーザ励起色素レーザが適当であ
る。必要なレーザ出力は1で述べた光電離過程を
用いる場合に比べ1〜2桁小さくてすみ、5〜
50kW/cm2である。よつて電離に際してイオンが
準安定準位に遷移する自動電離過程を用いること
により高効率ウラン回収法が可能となる。
実施例3:多光子電離を用いた励起イオン生成法
ウラン原子を選択励起した後に仮想準位を経由
して原子をイオン化、準安定準位へ遷移させる手
法である。この過程の例としてウラン原子を
6395.4Å選択励起レーザ光で5L7準位[1563.1.9cm
−1]に励起した後、4929Åより短かい波長の大出
力レーザ光で多光子電離し6M13/2準安定イオンを
生成する過程が考えられる。特に4850Å付近のレ
ーザを用いる場合仮想準位が、5L7[36249cm-1]の
実在する準位の近傍となり、仮想準位への励起断
面積が大きくなるのでレーザの出力が小さくてす
む。反面、適用可能な大出力レーザの種類が少な
くなるのでレーザの開発が必要となる。多光子電
離に銅蒸気レーザを用いた装置を第13図に示
す。銅蒸気レーザの波長は510nmなのでウランイ
オンを6M13/2準位へ励起するためには選択励起準
位を7L6[17362cm-1]以上にする必要がある。そ
の場合選択励起波長は5758Åとなる。
して原子をイオン化、準安定準位へ遷移させる手
法である。この過程の例としてウラン原子を
6395.4Å選択励起レーザ光で5L7準位[1563.1.9cm
−1]に励起した後、4929Åより短かい波長の大出
力レーザ光で多光子電離し6M13/2準安定イオンを
生成する過程が考えられる。特に4850Å付近のレ
ーザを用いる場合仮想準位が、5L7[36249cm-1]の
実在する準位の近傍となり、仮想準位への励起断
面積が大きくなるのでレーザの出力が小さくてす
む。反面、適用可能な大出力レーザの種類が少な
くなるのでレーザの開発が必要となる。多光子電
離に銅蒸気レーザを用いた装置を第13図に示
す。銅蒸気レーザの波長は510nmなのでウランイ
オンを6M13/2準位へ励起するためには選択励起準
位を7L6[17362cm-1]以上にする必要がある。そ
の場合選択励起波長は5758Åとなる。
以上選択電離イオンを適当な準安定準位に励起
することで蒸気原子との電荷交換反応断面積を小
さくし、ウランイオン回収効率を向上する手法に
ついて述べた。しかし準安定ウランイオンを電界
で加速し電極に捕集しようとすると、第11図か
ら明らかな様に電荷交換反応断面積が増加し、イ
オンの回収効率を下げるおそれがある。第11図
より引き出し電圧として100V程度までは十分電
圧が印加できることがわかる。しかし実際の装置
で回収に際してのイオン密度の減衰の仕方をモニ
ターしながら印加電圧を制御する方がより実用的
である。この方法としてレーザ蛍光法により
235U+の回収時の密度の減衰の仕方を測定し、そ
の減衰が最少となる様に回収電極間に印加する電
圧を制御することができる(第14図)。
することで蒸気原子との電荷交換反応断面積を小
さくし、ウランイオン回収効率を向上する手法に
ついて述べた。しかし準安定ウランイオンを電界
で加速し電極に捕集しようとすると、第11図か
ら明らかな様に電荷交換反応断面積が増加し、イ
オンの回収効率を下げるおそれがある。第11図
より引き出し電圧として100V程度までは十分電
圧が印加できることがわかる。しかし実際の装置
で回収に際してのイオン密度の減衰の仕方をモニ
ターしながら印加電圧を制御する方がより実用的
である。この方法としてレーザ蛍光法により
235U+の回収時の密度の減衰の仕方を測定し、そ
の減衰が最少となる様に回収電極間に印加する電
圧を制御することができる(第14図)。
図中、蒸気原子を選択電離する時刻をt=0と
するとΔt1だけおくれ選択電離イオンを準安定準
位にくみ上げるパルス色素レーザ系が動作する。
この時放出されるウランイオンの蛍光強度よりイ
オン密度がモニターできる。またΔt1+Δt2に励
起イオンポンプ用レーザを動作させることでイオ
ンの密度変化をレーザ蛍光法により測定し、イオ
ン密度の減衰を最少とする印加電圧を帰還制御
し、ウランイオン回収条件を最適化する。
するとΔt1だけおくれ選択電離イオンを準安定準
位にくみ上げるパルス色素レーザ系が動作する。
この時放出されるウランイオンの蛍光強度よりイ
オン密度がモニターできる。またΔt1+Δt2に励
起イオンポンプ用レーザを動作させることでイオ
ンの密度変化をレーザ蛍光法により測定し、イオ
ン密度の減衰を最少とする印加電圧を帰還制御
し、ウランイオン回収条件を最適化する。
本発明によれば、選択電離イオンを追励起した
り自動電離、多光子電離過程を用いることにより
準安定準位に遷移させることで、蒸気原子との電
荷交換反応断面積を小さくできる。よつて、イオ
ンの回収に際して電荷交換反応による同位体選択
性の低下を防げる他、蒸気密度を上げて同位体分
離が可能となる。特にレーザウラン濃縮でこの手
法を用いるとき選択電離イオンを6M13/2準安定準
位にくみ上げれば、断面積を約7倍小さくできる
ので、高効率で高密度レーザウラン濃縮が可能と
なる。レーザ濃縮コストのうちで電気代は約20%
と言われているが、本発明によりそのコストを約
1/2とできるので、全ウランコストを10%下げら
れる可能性がある。
り自動電離、多光子電離過程を用いることにより
準安定準位に遷移させることで、蒸気原子との電
荷交換反応断面積を小さくできる。よつて、イオ
ンの回収に際して電荷交換反応による同位体選択
性の低下を防げる他、蒸気密度を上げて同位体分
離が可能となる。特にレーザウラン濃縮でこの手
法を用いるとき選択電離イオンを6M13/2準安定準
位にくみ上げれば、断面積を約7倍小さくできる
ので、高効率で高密度レーザウラン濃縮が可能と
なる。レーザ濃縮コストのうちで電気代は約20%
と言われているが、本発明によりそのコストを約
1/2とできるので、全ウランコストを10%下げら
れる可能性がある。
第1図は本発明による実施例のレーザ系統図、
第2図はレーザ同位体分離チエンバーの概念図、
第3図はレーザ同位体分離の原理図、第4図は荷
電交換反応断面積の速度依存を示す図、第5図は
イオンのレーザによるくみあげを示す図、第6図
はレーザのパルス幅と基底準位密度の減小率の関
係を示す図、第7図は3段階法における光電離お
よび自動電離過程の原理図、第8図は多光子電離
の原理図、第9図はイオン回収電極の配置図、第
10図はウラン−235イオンの励起過程の一例を
示す図、第11図はセシウムの電荷交換断面積の
速度依存を示す図、第12図および第13図はそ
れぞれ自動電離、多光子電離を用いたレーザ同位
体分離の実施例を示す図、第14図は本発明の他
の実施例を示す図である。 101……エキシマレーザ、102……色素レ
ーザ、103……パルスストレツチヤ、104…
…色素レーザアンプ、105……分離チヤンバ
ー、106……銅蒸気レーザ、201……電子ビ
ーム、202……ルツボ、203……蒸発用金
属、204……コリメータ、205……イオン回
収電極、206……廃品回収板、1401……レ
ーザ、1402,1403……パルス色素レー
ザ、1404……レンズ、1405……干渉フイ
ルタ、1410……計算機、1412……多チヤ
ンネル光検出器。
第2図はレーザ同位体分離チエンバーの概念図、
第3図はレーザ同位体分離の原理図、第4図は荷
電交換反応断面積の速度依存を示す図、第5図は
イオンのレーザによるくみあげを示す図、第6図
はレーザのパルス幅と基底準位密度の減小率の関
係を示す図、第7図は3段階法における光電離お
よび自動電離過程の原理図、第8図は多光子電離
の原理図、第9図はイオン回収電極の配置図、第
10図はウラン−235イオンの励起過程の一例を
示す図、第11図はセシウムの電荷交換断面積の
速度依存を示す図、第12図および第13図はそ
れぞれ自動電離、多光子電離を用いたレーザ同位
体分離の実施例を示す図、第14図は本発明の他
の実施例を示す図である。 101……エキシマレーザ、102……色素レ
ーザ、103……パルスストレツチヤ、104…
…色素レーザアンプ、105……分離チヤンバ
ー、106……銅蒸気レーザ、201……電子ビ
ーム、202……ルツボ、203……蒸発用金
属、204……コリメータ、205……イオン回
収電極、206……廃品回収板、1401……レ
ーザ、1402,1403……パルス色素レー
ザ、1404……レンズ、1405……干渉フイ
ルタ、1410……計算機、1412……多チヤ
ンネル光検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 同位体金属を加熱して蒸気原子を得た後、レ
ーザ光により特定の同位体を選択的に電離し、選
択電離されたイオンを電界または電磁界により回
収するレーザ同位体分離方法において、上記選択
電離されたイオンを蒸気原子との電荷交換反応断
面積が小さな準安定準位に励起することを特徴と
するレーザ同位体分離方法。 2 請求項1記載のレーザ同位体分離方法におい
て、上記イオンの上記準安定準位への励起をレー
ザによるくみ上げ効果を用いて行なうことを特徴
とするレーザ同位体分離方法。 3 請求項1記載のレーザ同位体分離方法におい
て、上記イオンの上記準安定準位への励起をレー
ザによる自動電離過程を用いて行なうことを特徴
とするレーザ同位体分離方法。 4 請求項1記載のレーザ同位体分離方法におい
て、上記イオンの上記準安定準位への励起をレー
ザによる多光子電離を用いて行なうことを特徴と
するレーザ同位体分離方法。 5 同位体金属を加熱して蒸気原子を得た後、レ
ーザ光により特定の同位体を選択的に電離し、選
択電離されたイオンを電界または電磁界により回
収するレーザ同位体分離方法において、上記選択
電離されたイオンを蒸気原子との電荷交換反応断
面積が小さな準安定準位に励起するとともに、上
記電荷交換反応による選択電離イオンの減衰が最
小となるように、電離イオン密度変化に対応して
上記電界または電磁界の強度を制御することを特
徴とするレーザ同位体分離方法。 6 請求項5記載のレーザ同位体分離方法におい
て、上記電離イオン密度変化は、レーザ蛍光法で
測定することを特徴とするレーザ同位体分離方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15474988A JPH026821A (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | レーザ同位体分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15474988A JPH026821A (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | レーザ同位体分離方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH026821A JPH026821A (ja) | 1990-01-11 |
JPH0581288B2 true JPH0581288B2 (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=15591072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15474988A Granted JPH026821A (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | レーザ同位体分離方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH026821A (ja) |
-
1988
- 1988-06-24 JP JP15474988A patent/JPH026821A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH026821A (ja) | 1990-01-11 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |