JPH06134262A - 同位体分離方法 - Google Patents
同位体分離方法Info
- Publication number
- JPH06134262A JPH06134262A JP28318892A JP28318892A JPH06134262A JP H06134262 A JPH06134262 A JP H06134262A JP 28318892 A JP28318892 A JP 28318892A JP 28318892 A JP28318892 A JP 28318892A JP H06134262 A JPH06134262 A JP H06134262A
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- Japan
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- objective
- transition
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Abstract
(57)【要約】
【目的】着目同位体の分離効率を高める。
【構成】超微細構造を持たない着目同位体の遷移ライン
７と、超微細構造を持つ非着目同位体の複数の遷移ライ
ン８，９，１０，１１とが、重なった周波数以上のよう
にある。このような場合、照射するレーザ光の周波数
を、前記周波数領域で周波数掃引する。着目同位体は、
遷移ライン７が１つであるので、その同位体原子の励起
レベル密度が断熱的に反転分布する。非着目同位体は、
超微細構造を持つので、主要な遷移ライン８を経て反転
分布が起こっても、副次の遷移ライン９，１０，１１を
経て、前記反転分布が緩和される。このため、着目同位
体の分離効率が高くなる。
７と、超微細構造を持つ非着目同位体の複数の遷移ライ
ン８，９，１０，１１とが、重なった周波数以上のよう
にある。このような場合、照射するレーザ光の周波数
を、前記周波数領域で周波数掃引する。着目同位体は、
遷移ライン７が１つであるので、その同位体原子の励起
レベル密度が断熱的に反転分布する。非着目同位体は、
超微細構造を持つので、主要な遷移ライン８を経て反転
分布が起こっても、副次の遷移ライン９，１０，１１を
経て、前記反転分布が緩和される。このため、着目同位
体の分離効率が高くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超微細構造を持たない
同位体原子と超微細構造を持つ同位体原子の中から、超
微細構造を持たない同位体原子を選択的に電離させる同
位体分離方法に関する。
同位体原子と超微細構造を持つ同位体原子の中から、超
微細構造を持たない同位体原子を選択的に電離させる同
位体分離方法に関する。
【０００２】
【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、同じ分離操作を多数回カスケード方式で繰り返す必
要がなく、注目されている。
法を利用した金属同位体分離方法は、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、同じ分離操作を多数回カスケード方式で繰り返す必
要がなく、注目されている。
【０００３】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・溶解し、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分離（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。
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・溶解し、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分離（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。
【０００４】一方、同位体分離の対象となる金属原子を
レーザにより励起させる際、この励起に同位体シフトが
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、多段階励
起の場合であればさらに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。
レーザにより励起させる際、この励起に同位体シフトが
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、多段階励
起の場合であればさらに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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、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、超微細構造を持つものがある。分離回収す
べき着目同位体が偶数核同位体であり、分離したくない
非着目同位体が奇数核同位体で超微細構造を持ちかつそ
の複数の遷移による励起スペクトル幅が同位体シフトよ
りも大きい場合、着目同位体にレーザ光を照射すると、
着目同位体だけでなく非着目同位体も励起される（寄生
吸収）。着目同位体の励起量を大きくするためにレーザ
強度を増すと寄生吸収の割合も量も増える。したがっ
て、このように同位体シフトより超微細構造ライン幅が
大きい場合には、着目同位体の分離効率が著しく低下す
るという問題がある。
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、超微細構造を持つものがある。分離回収す
べき着目同位体が偶数核同位体であり、分離したくない
非着目同位体が奇数核同位体で超微細構造を持ちかつそ
の複数の遷移による励起スペクトル幅が同位体シフトよ
りも大きい場合、着目同位体にレーザ光を照射すると、
着目同位体だけでなく非着目同位体も励起される（寄生
吸収）。着目同位体の励起量を大きくするためにレーザ
強度を増すと寄生吸収の割合も量も増える。したがっ
て、このように同位体シフトより超微細構造ライン幅が
大きい場合には、着目同位体の分離効率が著しく低下す
るという問題がある。
【０００６】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たものであり、着目同位体のみを効率よく励起して被着
目同位体の励起率を抑制することができる同位体分離方
法を提供することを目的とする。
たものであり、着目同位体のみを効率よく励起して被着
目同位体の励起率を抑制することができる同位体分離方
法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る同位体分離
方法は、上述した課題を解決するために、パルスレーザ
光を用いて同位体原子を選択的に電離させる同位体分離
方法において、選択的電離により分離回収すべき着目同
位体は超微細構造を持たず、分離したくない非着目同位
体は超微細構造を持ち、かつ着目同位体の光共鳴吸収ラ
インと非着目同位体の超微細構造に起因して複数本ある
光共鳴吸収ラインとが重なった周波数領域にあるとき、
照射するレーザ光周波数を、前記周波数領域で周波数掃
引し、着目同位体を選択的に励起および電離させるもの
である。
方法は、上述した課題を解決するために、パルスレーザ
光を用いて同位体原子を選択的に電離させる同位体分離
方法において、選択的電離により分離回収すべき着目同
位体は超微細構造を持たず、分離したくない非着目同位
体は超微細構造を持ち、かつ着目同位体の光共鳴吸収ラ
インと非着目同位体の超微細構造に起因して複数本ある
光共鳴吸収ラインとが重なった周波数領域にあるとき、
照射するレーザ光周波数を、前記周波数領域で周波数掃
引し、着目同位体を選択的に励起および電離させるもの
である。
【０００８】
【作用】本発明に係る同位体分離方法においては、照射
するレーザ光周波数が、着目同位体の光共鳴吸収ライン
近傍で周波数掃引される。ここで、光共鳴吸収ラインが
１つの場合には、当該原子の励起レベル密度が断熱的に
反転する（反転分布）が、超微細構造ラインのときに
は、例えばある主遷移ラインを経由して反転分布が起こ
っても、それに関連する副次遷移ラインを経由して、そ
の反転分布が緩和されることになる。このため、着目同
位体を選択的により多く励起および電離させることが可
能となる。
するレーザ光周波数が、着目同位体の光共鳴吸収ライン
近傍で周波数掃引される。ここで、光共鳴吸収ラインが
１つの場合には、当該原子の励起レベル密度が断熱的に
反転する（反転分布）が、超微細構造ラインのときに
は、例えばある主遷移ラインを経由して反転分布が起こ
っても、それに関連する副次遷移ラインを経由して、そ
の反転分布が緩和されることになる。このため、着目同
位体を選択的により多く励起および電離させることが可
能となる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。
【００１０】一般に、ある原子の光共鳴吸収ライン位置
の前後で、照明レーザ光周波数を適切に掃引することに
より、レーザ光の通過前後で、レベル密度を反転させる
ことができることは、例えば米国特許第４６３６２８７
号明細書に示されているように広く知られている。した
がって、例えば原子を初期のエネルギレベルから２段階
に励起して電離されるようなときには、まず第１段励起
用レーザ光を入射し周波数掃引して原子のエネルギレベ
ル密度を第１励起エネルギレベルへ反転させ、次に第２
段励起用レーザ光を入射し周波数掃引することにより、
原子のエネルギレベルを効率的に第２励起エネルギレベ
ルまで持ち上げることができる。着目同位体はこの方法
で効率的に励起できる。
の前後で、照明レーザ光周波数を適切に掃引することに
より、レーザ光の通過前後で、レベル密度を反転させる
ことができることは、例えば米国特許第４６３６２８７
号明細書に示されているように広く知られている。した
がって、例えば原子を初期のエネルギレベルから２段階
に励起して電離されるようなときには、まず第１段励起
用レーザ光を入射し周波数掃引して原子のエネルギレベ
ル密度を第１励起エネルギレベルへ反転させ、次に第２
段励起用レーザ光を入射し周波数掃引することにより、
原子のエネルギレベルを効率的に第２励起エネルギレベ
ルまで持ち上げることができる。着目同位体はこの方法
で効率的に励起できる。
【００１１】一方、非着目同位体原子の核スピンを０で
ない値Ｉ、初期エネルギレベルでの軌道電子の全角運動
量をＪ、第１励起エネルギレベルでの軌道電子の全角運
動量Ｊ′とし、例えばここでは以下Ｊ＝Ｊ′の場合で説
明すると、超微細構造ラインは、主要遷移ラインが２Ｉ
＋１本ある。主要遷移ラインは原子の全角運動量Ｆ（＝
｜Ｊ−Ｉ｜／（Ｊ＋Ｉ））が変化しないような遷移（Δ
Ｆ＝０）である。この他に原子の全角運動量Ｆが１だけ
増減する遷移（副次遷移；ΔＦ＝＋１、ΔＦ＝−１）も
可能なので、あるエネルギレベルに着目すると、そこか
ら遷移できる上位ないし下位のエネルギレベルは基本的
には、それぞれ３個ずつあることになる。図１にそれを
模式的に示す。
ない値Ｉ、初期エネルギレベルでの軌道電子の全角運動
量をＪ、第１励起エネルギレベルでの軌道電子の全角運
動量Ｊ′とし、例えばここでは以下Ｊ＝Ｊ′の場合で説
明すると、超微細構造ラインは、主要遷移ラインが２Ｉ
＋１本ある。主要遷移ラインは原子の全角運動量Ｆ（＝
｜Ｊ−Ｉ｜／（Ｊ＋Ｉ））が変化しないような遷移（Δ
Ｆ＝０）である。この他に原子の全角運動量Ｆが１だけ
増減する遷移（副次遷移；ΔＦ＝＋１、ΔＦ＝−１）も
可能なので、あるエネルギレベルに着目すると、そこか
ら遷移できる上位ないし下位のエネルギレベルは基本的
には、それぞれ３個ずつあることになる。図１にそれを
模式的に示す。
【００１２】図１は、軌道電子の全角運動量Ｊが上下レ
ベルで同じ場合の超微細構造レベル間の遷移の状態を示
すもので、図中、符号１は偶核上位エネルギレベル、２
は偶核下位エネルギレベル、３は奇核上位エネルギレベ
ル同位体シフト、４は奇核上位エネルギレベル超微細構
造、５は奇核下位エネルギレベル同位体シフト、６は奇
核下位エネルギレベル超微細構造、７は偶核遷移ライ
ン、８は奇核主要遷移ライン、９，１０，１１は奇核副
次遷移ラインをそれぞれ示し、奇核副次遷移ライン９，
１０は、前記奇核主要遷移ライン８と同一の下位エネル
ギレベル６から上位へ遷移するようになっている。
ベルで同じ場合の超微細構造レベル間の遷移の状態を示
すもので、図中、符号１は偶核上位エネルギレベル、２
は偶核下位エネルギレベル、３は奇核上位エネルギレベ
ル同位体シフト、４は奇核上位エネルギレベル超微細構
造、５は奇核下位エネルギレベル同位体シフト、６は奇
核下位エネルギレベル超微細構造、７は偶核遷移ライ
ン、８は奇核主要遷移ライン、９，１０，１１は奇核副
次遷移ラインをそれぞれ示し、奇核副次遷移ライン９，
１０は、前記奇核主要遷移ライン８と同一の下位エネル
ギレベル６から上位へ遷移するようになっている。
【００１３】図２は、偶核および奇核の各遷移ライン
７，８，９，１０，１１の各周波数位置を示すもので、
奇核主要遷移ライン８と奇核副次遷移ライン９，１０，
１１の周波数位置は、相互に異なっている。このため、
照射レーザ光周波数の掃引に連れて、個々の遷移ライン
を経由しての反転が別々のタイミングで起こることにな
る。したがって、ある１つの下位レベルから反転して上
位レベルに遷移した密度成分（例えば図２の奇核主要遷
移ライン８）が、別のタイミングにその上位レベルに繋
る別の遷移ライン（例えば図２の奇核副次遷移ライン１
１）を経由して下位レベルへ再び遷移する。すなわち、
このような場合の再反転効果が、非着目同位体の励起を
抑制することになる。
７，８，９，１０，１１の各周波数位置を示すもので、
奇核主要遷移ライン８と奇核副次遷移ライン９，１０，
１１の周波数位置は、相互に異なっている。このため、
照射レーザ光周波数の掃引に連れて、個々の遷移ライン
を経由しての反転が別々のタイミングで起こることにな
る。したがって、ある１つの下位レベルから反転して上
位レベルに遷移した密度成分（例えば図２の奇核主要遷
移ライン８）が、別のタイミングにその上位レベルに繋
る別の遷移ライン（例えば図２の奇核副次遷移ライン１
１）を経由して下位レベルへ再び遷移する。すなわち、
このような場合の再反転効果が、非着目同位体の励起を
抑制することになる。
【００１４】なお、奇核主要遷移ライン８と奇核副次遷
移ライン９，１０，１１とでは、このような過渡的な遷
移事象においても、その遷移強度に差があるので、非着
目同位体が全く励起されないようにすることは難しい。
しかしながら、多段階励起による選択においては、各励
起段における着目同位体と非着目同位体との励起確率と
の比の積が装置全体の分離状態となるので、一段だけで
完全に分離できなくても、それ程大きな問題となること
はない。
移ライン９，１０，１１とでは、このような過渡的な遷
移事象においても、その遷移強度に差があるので、非着
目同位体が全く励起されないようにすることは難しい。
しかしながら、多段階励起による選択においては、各励
起段における着目同位体と非着目同位体との励起確率と
の比の積が装置全体の分離状態となるので、一段だけで
完全に分離できなくても、それ程大きな問題となること
はない。
【００１５】図３は、本発明に係る同位体分離方法を実
施するための同位体分離装置の原理図を示すもので、こ
の同位体分離装置は、真空容器１３の下部に蒸発用るつ
ぼ１４を有し、この蒸発用るつぼ１４内に、同位体分離
すべきガドリニウム、ジルコニウム、ウラン、プルトニ
ウム等の金属原料１５が収容される。この金属原料１５
に、電子銃１６から電子ビーム１７を照射させる。この
電子ビーム１７は、ホルムヘルツコイル１８の外部偏向
磁場により例えば１８０度〜２７０度偏向されて金属原
料１５に照射され、金属原料１５を加熱・溶融・蒸発さ
せる。金属原料１５に照射される電子ビーム１７が、溶
融された金属液面を叩くことにより、金属原料１５が蒸
発し、蒸発した金属原料１５の蒸気流１９は、所定の拡
がりをもって上昇する。
施するための同位体分離装置の原理図を示すもので、こ
の同位体分離装置は、真空容器１３の下部に蒸発用るつ
ぼ１４を有し、この蒸発用るつぼ１４内に、同位体分離
すべきガドリニウム、ジルコニウム、ウラン、プルトニ
ウム等の金属原料１５が収容される。この金属原料１５
に、電子銃１６から電子ビーム１７を照射させる。この
電子ビーム１７は、ホルムヘルツコイル１８の外部偏向
磁場により例えば１８０度〜２７０度偏向されて金属原
料１５に照射され、金属原料１５を加熱・溶融・蒸発さ
せる。金属原料１５に照射される電子ビーム１７が、溶
融された金属液面を叩くことにより、金属原料１５が蒸
発し、蒸発した金属原料１５の蒸気流１９は、所定の拡
がりをもって上昇する。
【００１６】この上昇金属蒸気流１９は、回収電極板２
０間で蒸気の流れ方向に複数設定された照射領域２１に
て、図示しないレーザ装置からの選択励起用レーザ光お
よび電離用レーザ光が照射される。各照射領域では選択
励起レーザ光の照射により、金属蒸気流１９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。
０間で蒸気の流れ方向に複数設定された照射領域２１に
て、図示しないレーザ装置からの選択励起用レーザ光お
よび電離用レーザ光が照射される。各照射領域では選択
励起レーザ光の照射により、金属蒸気流１９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。
【００１７】励起された特定同位体の金属原子に、さら
に電離用レーザ光を照射させることにより、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、回収電極板２０間に形成される電界により、陰電極
側の回収電極２０に回収される。
に電離用レーザ光を照射させることにより、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、回収電極板２０間に形成される電界により、陰電極
側の回収電極２０に回収される。
【００１８】なお、各照射領域でのレーザ光の照射方法
としては、単にシングルモードレーザ光を所定の超微細
構造ラインに同調させるものや、同一レーザパルス内で
周波数掃引することにより着目同位体のエネルギレベル
密度分布を断熱反転しながら多段階励起するもの等が考
えられる。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、回収電極板２０間を素通りし、上部に
配設された捕集用回収板２２に捕集され、回収される。
としては、単にシングルモードレーザ光を所定の超微細
構造ラインに同調させるものや、同一レーザパルス内で
周波数掃引することにより着目同位体のエネルギレベル
密度分布を断熱反転しながら多段階励起するもの等が考
えられる。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、回収電極板２０間を素通りし、上部に
配設された捕集用回収板２２に捕集され、回収される。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、照射レー
ザ光周波数を、着目同位体の光共鳴吸収ライン近傍で周
波数掃引することようにしているので、着目同位体のみ
を効率よく励起して非着目同位体の励起率を抑制するこ
とができる。
ザ光周波数を、着目同位体の光共鳴吸収ライン近傍で周
波数掃引することようにしているので、着目同位体のみ
を効率よく励起して非着目同位体の励起率を抑制するこ
とができる。
【図１】超微細構造レベル間の遷移の状態を示す説明
図。
図。
【図２】図１の各遷移ラインの周波数位置を示す説明
図。
図。
【図３】本発明に係る同位体分離方法を実施するための
同位体分離装置を示す原理図。
同位体分離装置を示す原理図。
７ 偶核遷移ライン ８ 奇核主要遷移ライン ９，１０，１１ 奇核副次遷移ライン
Claims (1)
- 【請求項１】 パルスレーザ光を用いて同位体原子を選
択的に電離させる同位体分離方法において、選択的電離
により分離回収すべき着目同位体は超微細構造を持た
ず、分離したくない非着目同位体は超微細構造を持ち、
かつ着目同位体の光共鳴吸収ラインと非着目同位体の超
微細構造に起因して複数本ある光共鳴吸収ラインとが重
なった周波数領域にあるとき、照射するレーザ光周波数
を、前記周波数領域で周波数掃引し、着目同位体を選択
的に励起および電離させることを特徴とする同位体分離
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28318892A JPH06134262A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 同位体分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28318892A JPH06134262A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 同位体分離方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06134262A true JPH06134262A (ja) | 1994-05-17 |
Family
ID=17662278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28318892A Pending JPH06134262A (ja) | 1992-10-21 | 1992-10-21 | 同位体分離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06134262A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011067754A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Japan Atomic Energy Agency | 分子の選択的励起方法およびこれを用いた同位体分離方法、同位体分析方法、分子の選択的励起装置、同位体分離装置 |
-
1992
- 1992-10-21 JP JP28318892A patent/JPH06134262A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011067754A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Japan Atomic Energy Agency | 分子の選択的励起方法およびこれを用いた同位体分離方法、同位体分析方法、分子の選択的励起装置、同位体分離装置 |
| US8247762B2 (en) | 2009-09-25 | 2012-08-21 | Japan Atomic Energy Agency | Selective molecular excitation method and isotope separation method using the same, isotope analysis method, selective molecular excitation apparatus and isotope separation apparatus |
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