JPH11267462A - プラズマ電位固定装置およびプラズマ電位固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単で分離性能が向上するプラズマ電位
固定装置を提供する。 【解決手段】プラズマ電位固定装置100は、 金属蒸気２
５中の目的同位体を電離して光電離プラズマ６１を閉じ
込めるレーザ光路６０とレーザ光路６０の近傍にあって
目的同位体を回収する回収電極４０とを内蔵した蒸気封
入器３１を備え、蒸気封入器３１はその壁に内外を連絡
する蒸気スリット３２を有し、蒸気スリット３２は蒸気
スリット３２を通過して金属蒸気２５とバックグランド
プラズマ２６とが内部に流入するように、るつぼ２０の
上部に対面配置され、かつ、接地されていて、通過する
ときに蒸気スリット３２を介して接地したバックグラン
ドプラズマ２６が拡散して光電離プラズマ６１と接触接
続して、光電離プラズマ６１をアース電位に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数種類の同位体
を含む物質から特定の同位体(即ち、目的同位体)を分離
するための原子法を導入したレーザ同位体分離装置にお
けるイオン回収装置に用いられるプラズマ電位固定装置
およびプラズマ電位固定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術のレーザ同位体分離装置として
は、図９に示すものがあり、この技術内容について説明
する。図において、真空容器１０内のるつぼ２０に納め
られた金属２１に熱源２２から熱媒体２３を介して熱エ
ネルギーが供給される。金属２１は融解し溶融部２４と
金属蒸気２５を生じる。この金属蒸気２５は、除去電極
３０および回収電極４０を通過して、廃品回収電極７０
に到達する。この時、 るつぼ２０付近で発生するバッ
クグランドプラズマ２６(熱電離プラズマ及び衝突電離
プラズマを含むプラズマ)は、 適切な電圧を印加された
除去電極３０で除去されて、金属蒸気２５のみが回収電
極４０と陽極２７の間へ流入する。

【０００３】一方、回収電極４０と陽極２７の間には、
金属蒸気２５の流れと鎖交する様にレーザ光路６０が設
けられている。波長が目的同位体の励起及び電離エネル
ギーに応じて設定されたレーザ光が金属蒸気２５に照射
されると、回収電極４０及び陽極２７間に金属蒸気２５
中の目的同位体が電離し光電離プラズマ６１が生成され
る。光電離プラズマ６１は、並進運動または拡散により
陽極２７に接触して、光電離プラズマ６１のプラズマ電
位は陽極２７の電位にまで上昇し固定される。この陽極
２７はプラズマ電位固定電極とも呼ばれる。光電離プラ
ズマ６１中の電子は陽極２７へ移動し、イオン化した目
的同位体は回収電極４０へ移動して回収される。

【０００４】上記レーザ同位体分離装置におけるプラズ
マ電位固定技術では、上述したように、プラズマ電位固
定電極とも呼ばれる陽極２７を用いて、光電離プラズマ
６１の電位をアース電位に固定するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、 真空容器１０中に多数の電極(即ち
陽極27)とそれらの支持機構とが設けられていて、 構造
が複雑になる点があり、特に高温下にある回収領域は腐
食性が強く構造の単純化が望まれている。従って、本発
明の目的は、従来よりも装置の構造が簡単であり、同位
体分離性能が向上するプラズマ電位固定装置およびプラ
ズマ電位固定法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるプラズマ電
位固定装置の特徴は、同位体元素を含む金属を収容する
るつぼと、前記金属を加熱する加熱装置と、加熱されて
溶融した前記金属から発生した金属蒸気にレーザ光を照
射して前記金属蒸気をプラズマ化するレーザ装置と、該
プラズマ中のイオン化した前記同位体元素を回収する回
収電極とを備えるレーザ同位体分離装置に用いられるプ
ラズマ電位固定装置において、前記金属蒸気と溶融した
前記金属から発生したバックグランドプラズマとを閉じ
込める蒸気封入器を備え、前記蒸気封入器は、壁に内外
を連絡する蒸気スリットを有し、前記蒸気スリットは、
当該蒸気スリットを通過して前記金属蒸気と前記バック
グランドプラズマとが内部に流入するように前記るつぼ
の上部に配置され、かつ、接地されており、前記レーザ
装置は、前記蒸気封入器内の前記バックグランドプラズ
マと前記金属蒸気との共存領域にレーザ光を照射すると
ころにある。

【０００７】また、本発明によるプラズマ電位固定方法
は、真空容器内のるつぼ中の金属を加熱して溶融し、溶
融した前記金属から発生した金属蒸気にレーザ光を照射
してプラズマ化し、前記金属蒸気に含まれる同位体元素
を回収するレーザ同位体回収方法で用いられるプラズマ
電位固定方法において、前記真空容器内にあって、壁に
内外を連絡する蒸気スリットを有する蒸気封入器の内部
に、前記るつぼの上部に配置しかつアース電位に接地し
た前記蒸気スリットを通過させて、前記金属蒸気と溶融
した前記金属から発生したバックグランドプラズマとを
流入し、流入した前記蒸気封入器内の前記バックグラン
ドプラズマと前記金属蒸気との共存領域に前記レーザ光
を照射して生成した光電離プラズマと、通過流入すると
きに前記蒸気スリットを介して前記アース電位にした前
記バックグランドプラズマとを連結するものである。

【０００８】すなわち、るつぼの上部に配置され、か
つ、接地された蒸気スリットを有する蒸気封入器の内部
に、金属蒸気とバックグランドプラズマとが該蒸気スリ
ットを通過して内部に閉じ込められ、蒸気封入器内のバ
ックグランドプラズマと金属蒸気との共存領域にレーザ
光が照射されることに特徴がある。この特徴とする構成
によれば、バックグランドプラズマの電位が蒸気スリッ
トを通過する際にアース電位になり、蒸気封入器の内部
で金属蒸気にレーザ光の照射により生成された光電離プ
ラズマと、バックグランドプラズマとが連結して、光電
離プラズマの電位をアース電位に固定することができる
ので、光電離プラズマの電位をアース電位に固定するた
めの電極を設けなくてもよく構造を簡単にできる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。 (第１の実施例)第１の実施例のプラズマ電位固定装置１
００について説明する。図１は、本発明による一実施例
のプラズマ電位固定装置を示す図である。 図におい
て、プラズマ電位固定装置１００は、レーザ光路６０と
回収電極４０とを内蔵し、且つ、金属蒸気２５とバック
グランドプラズマ２６( 以下、ＢＧプラズマ２６とする
)と光電離プラズマ６１とを閉じ込める蒸気封入器３１
と、蒸気封入器３１の入口部としての蒸気スリット３２
と、蒸気スリット３２を所定電位にするための電位接続
手段３３とを含み構成される。

【００１０】即ち、レーザ同位体分離装置(図示省略)の
真空容器(図示省略)の中に備えられるプラズマ電位固定
装置１００は、レーザ光路６０と回収電極４０を内蔵
し、金属蒸気２５、ＢＧプラズマ２６及び光電離プラズ
マ６１を閉じ込める蒸気封入器３１を備える。そして、
るつぼ２０に対面する側の蒸気封入器３１の壁には、蒸
気封入器３１の内外を連絡する蒸気スリット３２が設け
られている。従って、蒸気封入器３１の蒸気スリット３
２は、蒸気封入器３１の外部で発生した金属蒸気２５と
ＢＧプラズマ２６とを蒸気スリット３２を介して蒸気封
入器３１の内部に流入する構成となるように、るつぼ２
０の上部に対面配置される。

【００１１】一方、第１の実施例においては、蒸気封入
器３１の蒸気スリット３２は、電位接続手段３３を介し
て接地され、蒸気スリット３２の電位はアース電位にな
っている。これは、ＢＧプラズマ２６が蒸気スリット３
２に触れて蒸気封入器３１の内部に流入するからであ
る。勿論、後述する第２の実施例などのように、蒸気ス
リット３２を含めた蒸気封入器３１の全体を導電体で構
成し、蒸気封入器３１の任意の箇所にて接地する構成で
あっても可である。

【００１２】さらに、蒸気封入器３１内には、金属蒸気
２５の流れと交差する様にして、別途レーザ装置(図示
省略)から供給されるレーザ光を照射するための、レー
ザ光の通り路としてのレーザ光路６０が設けられ、レー
ザ光路６０の近傍に目的同位体を回収する回収電極４０
が設けられている。レーザ光の波長は、目的同位体の励
起及び電離エネルギーに応じて設定する。回収電極４０
には負電位を印加できる負電位電源３と電流計１が接続
される。負電位電源３と電流計１によって、回収電極４
０に負電位を印加した時に回収電極４０に流入する電流
を検出することができる構成となっている。

【００１３】上記構成について補足説明する。蒸気スリ
ット３２は、当該プラズマ電位固定装置の内外を連絡す
るものであって、金属蒸気２５とＢＧプラズマ２６とを
外部から内部に流入し、且つ、流入した入口領域から内
部のレーザ光路６０まで連なって拡散するＢＧプラズマ
２６が形成するバックグランドプラズマ領域２８の、当
該入口領域に存在するＢＧプラズマ２６に電気的に接触
接続する蒸気封入器３１の入口部を構成している。ま
た、電位接続手段３３は、蒸気スリット３２を所定電位
に接続するものであって、例えば、電位接続手段３３が
大地に接続していれば、蒸気スリット３２はアース電位
に接続されたことになり、且つ、蒸気スリット３２に電
気的に接触接続するＢＧプラズマ２６、すなわち、バッ
クグランドプラズマ領域２８もアース電位に接続された
ことになる。

【００１４】そして、蒸気封入器３１は、蒸気スリット
３２近傍の入口領域からさらに内部に導入した金属蒸気
２５に対し、その流れに交差する方向からレーザ光を照
射する空間であって、かつ、該レーザ光によって金属蒸
気２５中の回収目的同位体元素(以下、目的同位体とす
る)が電離し形成される光電離プラズマ６１を閉じ込め
る空間としてのレーザ光路６０と、イオン化した目的同
位体を吸引して回収する回収電極４０とを内蔵してい
る。さらに、蒸気封入器３１は、入口領域からレーザ光
路６０(含むレーザ光路内部)まで連なっている拡散する
バックグランドプラズマ領域２８を内包し、レーザ光路
６０内に発生する光電離プラズマ６１と、入口領域に存
在するＢＧプラズマ２６とも電気的に接触接続しつつレ
ーザ光路６０にまで延びてきたバックグランドプラズマ
領域２８のＢＧプラズマ２６とを電気的に接触接続する
空間としての同電位領域を形成することのできる器であ
る。

【００１５】そして、最終的には、光電離プラズマ６１
は、当該光電離プラズマ６１が電気的に接触接続したＢ
Ｇプラズマ２６と、該ＢＧプラズマ２６に電気的に接触
接続した蒸気スリット３２とを介して、蒸気スリット３
２に接続した電位接続手段３３の接続先の所定電位に固
定される構成である。 と
ころで、レーザ同位体分離装置(図示省略)は、真空容器
(図示省略)と、該真空容器の内部に配設される、プラズ
マ電位固定装置１００，溶解し金属蒸気２５となる金属
２１を収容するるつぼ２０，金属２１を加熱する加熱装
置としての熱源２２及び熱媒体２３と、一般的に真空容
器の外部に配設されるレーザ装置とを含み構成される。
尚、レーザ装置が真空容器内に配設されていても良い。

【００１６】次に、上記構成のプラズマ電位固定装置１
００が、イオン化した目的同位体が含まれる光電離プラ
ズマ６１の電位を固定する動作( すなわち、プラズマ電
位固定装置１００の固定方法)について説明する。
はじめに、 熱源２２(以下、電子銃２２とする)から出
射された熱媒体２３(以下、電子ビーム２３とする)を、
るつぼ２０内の金属２１に照射する。電子ビーム２３
によって金属２１が融解すると、溶融部２４から金属蒸
気２５が発生し、かつ、ＢＧプラズマ２６が発生する。
なお、発生するＢＧプラズマ２６には、溶融部２４また
はその近傍から熱電離により生じる熱電離プラズマ２６
ａと、電子ビーム２３と金属蒸気２５との衝突電離によ
り生じる衝突電離プラズマ２６ｂとが含まれる。

【００１７】次に、金属蒸気２５とＢＧプラズマ２６
は、蒸気スリット３２を通って蒸気封入器３１内に流入
される。流入する一部のＢＧプラズマ２６は、電位接続
手段３３を介して接地された蒸気スリット３２に接触す
るので、該ＢＧプラズマ２６はアース電位(厳密には、
アース電位よりも数Ｖ高い所定電位)になる。次に、負
電位電源３によって回収電極４０に負電位を印加して、
電流計１で電流が流れているか否かを確かめる。最初の
ときには、光電離プラズマ６１は存在しないので、電流
が流れていることが確認されれば、流入したＢＧプラズ
マ２６が内部に導かれて回収電極４０まで達しているこ
とになり、従って、レーザ光路６０にはＢＧプラズマ２
６及び金属蒸気２５が到達していることが分かる。換言
すれば、蒸気封入器３１内のレーザ光路６０にＢＧプラ
ズマ２６と金属蒸気２５との共存領域が形成されてい
る。

【００１８】上記のように、電流計１に電流が流れてい
るのを確認したら、レーザ光路６０に到達した金属蒸気
２５に、即ち、上記の共存領域にレーザ光を照射する。
そして、レーザ光によって金属蒸気２５中の目的同位体
が選択的に電離し形成した光電離プラズマ６１をレーザ
光路６０に発生させる。このとき、レーザ光路６０に存
在する光電離プラズマ６１と、バックグランドプラズマ
領域２８を形成しつつレーザ光路６０にまで到達したＢ
Ｇプラズマ２６の一部とが接触し、両者は電気的に接触
接続する。換言すれば、レーザ光路６０とバックグラン
ドプラズマ領域２８とが連結して同電位領域が形成され
ると言える。 その結果、 光電離プラズマ６１の電位
は、接触接続(または、連結)したＢＧプラズマ２６から
蒸気スリット３２と電位接続手段３３とを経て、アース
電位に固定されることになる。

【００１９】即ち、上記第１の実施例の構成によって、
バックグランドプラズマの電位が蒸気スリットを通過す
る際にアース電位になり、蒸気封入器の内部に広がった
上記バックグランドプラズマと、蒸気封入器の内部で金
属蒸気がレーザ光の照射によって生成した光電離プラズ
マとが電気的に同電位で連結して、光電離プラズマの電
位をバックグランドプラズマの電位を介してアース電位
に固定することができるので、内部に専用のプラズマ電
位固定電極を設けなくても光電離プラズマの電位を固定
することができ、プラズマ電位固定装置の構造を簡単に
することができる。また、内部の該専用電極が腐食する
こともなくメンテナンスの点が改善されて、プラズマ電
位固定装置の取扱性が向上することになる。換言すれ
ば、レーザ同位体分離装置の簡素化や取扱性の向上に結
び付く効果がある。

【００２０】(第２の実施例）第２の実施例のプラズマ
電位固定装置２００について説明する。図２は、本発明
による他の実施例のプラズマ電位固定装置を示す図であ
る。第２の実施例のプラズマ電位固定装置２００は、第
１の実施例のプラズマ電位固定装置１００に除去電極３
０を追設したものである。第２の実施例の除去電極以外
の他の構成は、第１の実施例と同じである。図におい
て、除去電極３０は、蒸気スリット３２とレーザ光路６
０との間の蒸気封入器３１中に配置され、展開している
バックグランドプラズマ領域２８のＢＧプラズマ２６の
一部を除去するものである。除去電極３０には、負電位
を調整して印加できる負電位電源３と電流計１とが接続
される構成となっている。

【００２１】次に、プラズマ電位固定装置２００を用い
て、イオン化した目的同位体が含まれる光電離プラズマ
６１の電位を固定する方法を説明する。回収電極４０に
負電位を印加して、レーザ光路６０にＢＧプラズマ２６
が存在していることを確認するまでの動作は、第１の実
施例と同じである。そして、回収電極４０に接続された
電流計１に電流が流れているのを確認したら、除去電極
３０に負電圧を印加し、ＢＧプラズマ２６の一部を除去
する。次に、第１の実施例と同様に、金属蒸気２５にレ
ーザ光を照射する。目的同位体は選択的に電離され光電
離プラズマ６１が発生する。この時除去電極３０によっ
てＢＧプラズマ２６の一部が除去されているので、レー
ザ光路６０に導かれたＢＧプラズマ２６の密度は、光電
離プラズマ６１の密度よりも低くなっている。尚、金属
蒸気２５の密度の大小は光電離プラズマ６１の密度の大
小に対応する。

【００２２】この状態は、除去電極３０に負電位を印加
して、光電離プラズマ６１が存在しない状態の回収電極
４０への流入電流（ＢＧプラズマ２６に起因する電流)
と、光電離プラズマ６１を生成した状態での回収電極４
０への流入電流( 光電離プラズマ６１とＢＧプラズマ２
６に起因する電流 )とを測定すれば、ＢＧプラズマ２６
に起因する電流成分の変化から、確認することができ
る。

【００２３】従って、第２の実施例においても第１の実
施例と同様に、レーザ光路６０で光電離プラズマ６１と
ＢＧプラズマ２６とが連結し、光電離プラズマ６１の電
位をアース電位に固定することができる。そして、レー
ザ光路６０におけるＢＧプラズマ２６の密度を、光電離
プラズマ６１の密度よりも低くして、ＢＧプラズマ２６
に含まれる回収不要なイオンの量を低減するので、回収
するべき目的同位体の濃縮度の低下を抑制することがで
きる。さらに、光電離プラズマ６１の電位をアース電位
に固定するための所要時間は従来技術と同程度にできる
が、この所要時間と上記の密度低減について、以下の実
験結果から補足説明する。

【００２４】本実施例のプラズマ電位固定装置２００を
用いて、光電離プラズマの電位を固定した実験とその結
果について、図５〜図８を用いて説明する。図５に、プ
ラズマ電位固定装置２００を用いた実験体系５０を示し
ている。実験体系５０では、回収電極４０の代わりに、
レーザ光路６０の上方に静電プローブ４１を用いる。金
属蒸気としてのガドリニウム蒸気２５ｂにレーザ光を照
射して、レーザ光路６０に、光電離プラズマ６１( 断
面：幅18cm×高さ18cm、密度：約1×1016m-3、電子温
度：約0.4eV)を生成した。

【００２５】図６に、除去電極３０へ印加する電圧を変
化させた時の、レーザ光路６０におけるＢＧプラズマ２
６の密度(相対値)の変化を示している。図６において、
レーザ光を照射せずに、 即ち、光電離プラズマ６１が
存在しない状態で、 除去電極３０へ印加する電圧を変
化させたときの、除去電極３０への流入電流( 除去電極
３０で除去されるＢＧプラズマ２６に起因する電流 )及
び静電プローブ４１への流入電流(レーザ光路６０を通
過してきたＢＧプラズマ２６に起因する電流)から求め
た、レーザ光路６０でのＢＧプラズマ２６の密度の変化
を示す。但し、除去電極３０に電圧を印加しないときの
密度を１(相対値)とする。

【００２６】図６から、 負電圧を除去電極３０へ印加
する(負電圧の絶対値を大きくする方向に変化させる)ほ
ど、 レーザ光路６０でのＢＧプラズマ２６の密度が低
くなることが分かる。即ち、レーザ光路６０へ導かれる
ガドリニウム蒸気２５ｂは中性であり除去電極３０によ
って除去されないので、ガドリニウム蒸気２５ｂの密度
は、除去電極３０の電位に関係なく一定であり、適切な
負電圧を除去電極３０へ印加することによって、除去さ
れた後のレーザ光路６０でのＢＧプラズマ２６の密度
を、ガドリニウム蒸気２５ｂの密度に対応して一定であ
る光電離プラズマ６１の密度よりも、低くすることがで
きる。換言すれば、適切な負電圧を除去電極３０へ印加
することにより、レーザ光路６０へ導かれるＢＧプラズ
マ２６の密度を調整することができる。

【００２７】次に、レーザ光路６０でのＢＧプラズマ２
６の密度を変化させて、光電離プラズマ６１の電位と、
該光電離プラズマ６１の電位が固定されるまでの所要時
間とを測定した。図７に、ＢＧプラズマ２６の密度(相
対値)を変化させたときの光電離プラズマ６１の電位が
固定されるまでの所要時間(相対値)を示している。な
お、図７の図中の破線は、従来技術のプラズマ電位固定
装置を用いた場合の実験体系８０で得られた、光電離プ
ラズマ６１の電位が固定されるまでの所要時間の相対値
を表わしている。

【００２８】図８に、本発明による実験体系５０と比較
するために、実験体系５０に類似作製した従来技術のプ
ラズマ電位固定装置を用いた実験体系８０を示してい
る。図８の実験体系８０は、接地されたプラズマ電位固
定電極２７をレーザ光路６０の上に設ける点と、除去電
極３０でＢＧプラズマ２６をすべて除去する点で、図５
に示す本発明による実験体系５０とは異なる。従って、
図７の破線は、実験体系８０のプラズマ電位固定電極２
７を用いて、光電離プラズマ６１の電位を固定した場合
の従来技術の所要時間を示している。図７に戻って、レ
ーザ光路６０でのＢＧプラズマ２６の密度を変化させる
ことによって、本発明によるプラズマ電位固定装置の光
電離プラズマ６１の電位を固定する所要時間を、プラズ
マ電位固定電極２７を用いた従来技術と同程度の所要時
間にすることもできることが分かる。

【００２９】すなわち、第１の実施例に除去電極３０を
追設した本第２の実施例の構成によって、第１の実施例
と同様に、内部に専用のプラズマ電位固定電極を設けず
に光電離プラズマの電位を固定し、プラズマ電位固定装
置の構造を簡素化することができる。そして、除去電極
３０でレーザ光路６０におけるＢＧプラズマ２６の密度
を調整することによって、目的同位体の濃縮度の低下を
回避することができ、更に、第１の実施例において長く
なった電位固定の所要時間を従来技術と同程度にするこ
とができる。

【００３０】(第３の実施例)第３の実施例のプラズマ電
位固定装置３００について説明する。図３は、本発明に
よる別の実施例のプラズマ電位固定装置を示す図であ
る。第３の実施例のプラズマ電位固定装置３００は、第
２の実施例のプラズマ電位固定装置２００における除去
電極３０の配置場所と印加電圧とを変え、除去電極３０
を異なる機能を有する除去電極に種類分けしたものであ
る。第３の実施例の除去電極以外の他の構成は、第２の
実施例と同じである。 図において、プラズマ電位固
定装置３００の除去電極は、第１の除去電極３０ａと第
２の除去電極３０ｂとから構成される。そして、蒸気封
入器３１の中央に配置した第１の除去電極３０ａに、第
１の負電位電源３ａから印加する第１の負電位は、第１
の除去電極３０ａの中央位置よりも周辺位置に配置した
( 即ち、蒸気封入器３１の内壁側に近づけて配置した )
第２の除去電極３０ｂに、第２の負電位電源３ｂから印
加する第２の負電位よりも、 高くした(負電圧の絶対値
を小さくした)構成とする。

【００３１】一方、第２の除去電極３０ｂより内側に配
設された第１の除去電極３０ａの設置領域においては、
一般的に該設置領域が溶融部２４の真上により近い構造
となるので、該設置領域での金属蒸気２５の密度は高
い。一方、第１の除去電極３０ａより外側にある第２の
除去電極３０ｂの設置領域においては、一般的に溶融部
２４の真上から遠くなる構造となるために、その金属蒸
気２５の密度は低い。換言すれば、光電離プラズマ６１
の密度の大小は、金属蒸気２５の密度の大小に対応して
いるので、第１の除去電極３０ａの設置領域では、光電
離プラズマ６１の密度が高く、かつＢＧプラズマ２６の
密度が低くなる。一方、第２の除去電極３０ｂの設置領
域では、光電離プラズマ６１の密度が低く、かつ、ＢＧ
プラズマ２６の密度が高いと言える。

【００３２】従って、上記プラズマ電位固定装置３００
の構成によって、光電離プラズマ６１の密度が高くかつ
ＢＧプラズマ２６の密度が低い領域に対応して設置した
第１の除去電極３０ａのＢＧプラズマ２６の除去能力を
増やし、光電離プラズマ６１の密度が低くかつＢＧプラ
ズマ２６の密度が高い領域に対応して設置した第２の除
去電極３０ｂのＢＧプラズマ２６の除去能力を減らし
て、レーザ光路６０におけるプラズマ密度の和｛ (光電
離プラズマ６１の密度)＋(ＢＧプラズマ２６の密度) ｝
を、図２に示すプラズマ電位固定装置２００の密度の和
に比べて、空間的に均一化するものである。
即ち、本第３
の実施例のプラズマ電位固定装置３００によって、プラ
ズマ密度分布の偏りに起因するイオン回収特性の劣化を
低減できる、すなわち、同位体分離性能の劣化を緩和で
き、分離性能が向上する。換言すれば、レーザ同位体分
離装置の簡素化や分離性能の向上に結び付く効果があ
る。

【００３３】(第４の実施例)第４の実施例のプラズマ電
位固定装置４００について説明する。図４は、本発明に
よるもう一つ別の実施例のプラズマ電位固定装置を示す
図である。第４の実施例のプラズマ電位固定装置４００
は、第２の実施例のプラズマ電位固定装置２００の除去
電極３０を、中央に配設したものである。第４の実施例
の除去電極以外の他の構成は、第２の実施例と同じであ
る。

【００３４】図において、プラズマ電位固定装置４００
は、蒸気封入器３１内部に設けられるレーザ光路６０の
中央に除去電極３０を配置した点で、他の実施例のプラ
ズマ電位固定装置とは異なる。レーザ光路６０の中央に
配置した除去電極３０によって、レーザ光路６０の中央
部分のＢＧプラズマ２６が除去されるので、レーザ光路
６０の中央部分では、光電離プラズマ６１の密度はＢＧ
プラズマ２６の密度よりも大きくなり、光電離プラズマ
６１の方が多く存在する。そして、レーザ光路６０の周
縁部分に到達するＢＧプラズマ２６が、レーザ光路６０
の周縁部分に存在する光電離プラズマ６１と電気的に接
触接続して、光電離プラズマ６１の電位がアース電位に
固定される。

【００３５】本実施例のプラズマ電位固定装置４００に
よれば、比較的容積率の小さいレーザ光路６０の周縁部
分にＢＧプラズマ２６を集め、容積率の大きいレーザ光
路６０の中央部分におけるＢＧプラズマ２６の量を、最
小限または皆無に抑制した状態として、光電離プラズマ
６１の電位を、周縁部分に存在するＢＧプラズマ２６を
介してアース電位に固定して、ＢＧプラズマ２６に含ま
れる非目的同位体の回収を最小とするものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、蒸気封入器の内部で、
光電離プラズマとバックグランドプラズマとを連結し、
光電離プラズマの電位をアース電位に固定するので、電
位固定のための専用電極がなくても良く、プラズマ電位
固定装置の構造が簡単になる。また、負電位を印加した
バックグランドプラズマを除去する除去電極を追設する
ことにより、レーザ光路におけるバックグランドプラズ
マの密度が光電離プラズマの密度よりも低くなるので、
バックグランドプラズマに含まれる回収不要なイオンの
量が低減し、目的同位体の濃縮度の低下を抑制できる。

【００３７】さらに、追設する除去電極を種類分けして
設置し、レーザ光路における光電離プラズマの密度とバ
ックグランドプラズマの密度の和を空間的に均一化で
き、プラズマ密度分布の偏りに起因するイオン回収特性
の劣化を低減できる。上記によって、レーザ同位体分離
装置の簡素化や、分離性能と取扱性の向上に結び付く効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例のプラズマ電位固定装置
を示す図である。

【図２】本発明による他の実施例のプラズマ電位固定装
置を示す図である。

【図３】本発明による別の実施例のプラズマ電位固定装
置を示す図である。

【図４】本発明によるもう一つ別の実施例のプラズマ電
位固定装置を示す図である。

【図５】本発明によるプラズマ電位固定装置２００を用
いた実験体系５０を示す図である。

【図６】除去電極３０の印加電圧と、レーザ光路６０に
おけるＢＧプラズマ２６の密度(相対値)の関係を示す図
である。

【図７】ＢＧプラズマ２６の密度を変化させたときの光
電離プラズマ６１の電位が固定されるまでの所要時間を
示す図である。

【図８】従来技術のプラズマ電位固定装置を用いた実験
体系８０を説明する図である。

【図９】従来技術のレーザ同位体分離装置を説明する図
である。

【符号の説明】

１…電流計、３…負電位電源、３ａ…第１の負電位電
源、３ｂ…第２の負電位電源、１０…真空容器、２０…
るつぼ、２１…金属、２２…熱源および電子銃、２３…
熱媒体および電子ビーム、２４…溶融部、２５…金属蒸
気、２５ｂ…ガドリニウム蒸気、２６…ＢＧプラズマ、
２６ａ…熱電離プラズマ、２６ｂ…衝突電離プラズマ、
２７…陽極及びプラズマ電位固定電極、２８…バックグ
ランドプラズマ領域、３０…除去電極、３０ａ…第１の
除去電極、３０ｂ…第２の除去電極、３１…蒸気封入
器、３２…蒸気スリット、３３…電位接続手段、４０…
回収電極、４１…静電プローブ、５０，８０…実験体
系、６０…レーザ光路、６１…光電離プラズマ、７０…
廃品回収電極、100,200,300,400…プラズマ電位固定装
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 喜美雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 新田 秀行 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同位体元素を含む金属を収容するるつぼ
   と、前記金属を加熱する加熱装置と、加熱されて溶融し
   た前記金属から発生した金属蒸気にレーザ光を照射して
   前記金属蒸気をプラズマ化するレーザ装置と、該プラズ
   マ中のイオン化した前記同位体元素を回収する回収電極
   とを備えるレーザ同位体分離装置に用いられるプラズマ
   電位固定装置において、 前記金属蒸気と溶融した前記金属から発生したバックグ
   ランドプラズマとを閉じ込める蒸気封入器を備え、前記
   蒸気封入器は、壁に内外を連絡する蒸気スリットを有
   し、前記蒸気スリットは、当該蒸気スリットを通過して
   前記金属蒸気と前記バックグランドプラズマとが内部に
   流入するように前記るつぼの上部に配置され、かつ、接
   地されており、 前記レーザ装置は、前記蒸気封入器内の前記バックグラ
   ンドプラズマと前記金属蒸気との共存領域にレーザ光を
   照射することを特徴とするプラズマ電位固定装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記蒸気スリットと前
   記蒸気封入器内の前記レーザ光の通り路との間に、負電
   位を印加して前記バックグランドプラズマを除去する除
   去電極を設けたことを特徴とするプラズマ電位固定装
   置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記除去電極は、前記
   蒸気封入器の最も中央側に配置された第１の除去電極
   と、前記蒸気封入器の最も内壁側に配置された第２の除
   去電極とを含み、前記第１の除去電極に印加する第１の
   電位は、前記第１の除去電極が配置された中央位置より
   も周辺位置に配置した前記第２の除去電極に印加する第
   ２の電位よりも低く負電位にしたことを特徴とするプラ
   ズマ電位固定装置。
4. 【請求項４】請求項２において、前記除去電極は、前記
   蒸気封入器の内壁から所定の距離以上離して中央側に配
   置されたことを特徴とするプラズマ電位固定装置。
5. 【請求項５】真空容器内のるつぼ中の金属を加熱して溶
   融し、溶融した前記金属から発生した金属蒸気にレーザ
   光を照射してプラズマ化し、前記金属蒸気に含まれる同
   位体元素を回収するレーザ同位体回収方法で用いられる
   プラズマ電位固定方法において、 前記真空容器内にあって、壁に内外を連絡する蒸気スリ
   ットを有する蒸気封入器の内部に、前記るつぼの上部に
   配置しかつアース電位に接地した前記蒸気スリットを通
   過させて、前記金属蒸気と溶融した前記金属から発生し
   たバックグランドプラズマとを流入し、流入した前記蒸
   気封入器内の前記バックグランドプラズマと前記金属蒸
   気との共存領域に前記レーザ光を照射して生成した光電
   離プラズマと、通過流入するときに前記蒸気スリットを
   介して前記アース電位にした前記バックグランドプラズ
   マとを連結することを特徴とするプラズマ電位固定方
   法。