JPH025131B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH025131B2 JPH025131B2 JP57037483A JP3748382A JPH025131B2 JP H025131 B2 JPH025131 B2 JP H025131B2 JP 57037483 A JP57037483 A JP 57037483A JP 3748382 A JP3748382 A JP 3748382A JP H025131 B2 JPH025131 B2 JP H025131B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- isotope
- photon
- excited
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/34—Separation by photochemical methods
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はレーザーによる同位体分離法に関す
る。より詳細に述べると、本発明は着目同位体を
含む元素に３個の光量子を同時に吸収させること
によつて着目同位体を分離する方法に関する。
る。より詳細に述べると、本発明は着目同位体を
含む元素に３個の光量子を同時に吸収させること
によつて着目同位体を分離する方法に関する。
従来行われているレーザーを用いた同位体分離
法では、各々周波数の異なる２個又は３個の光量
子が用いられる。２個の異なる周波数の光量子を
用いる２段階光電離法においては、第１の光量子
は着目同位体を選択的に励起する周波数を有し、
第２の光量子は励起された同位体をイオン化する
ため近紫外又は紫外域の周波数を有する。即ち、
励起レーザー、電離レーザーを必要とする。さら
に原子の電離断面積は励起断面積に比べ10-3から
10-4小さい。従つて電離レーザー光の強度は励起
レーザー光の103から104大きくなければならな
い。３個の異なつた周波数の光量子を用いる３段
階光電離法では、第１の光量子は着目同位体を選
択的に励起する周波数を有し、第２の光量子は励
起された同位体をさらに上の励起状態に励起する
に必要な周波数を有し、第３の光量子は上記の励
起状態に励起された同位体をイオン化するに必要
な周波数を有する。即ち３台の可視レーザーが必
要であり、可視レーザーポンピング光源、制御装
置の構成は非常に複雑なものとなる。
法では、各々周波数の異なる２個又は３個の光量
子が用いられる。２個の異なる周波数の光量子を
用いる２段階光電離法においては、第１の光量子
は着目同位体を選択的に励起する周波数を有し、
第２の光量子は励起された同位体をイオン化する
ため近紫外又は紫外域の周波数を有する。即ち、
励起レーザー、電離レーザーを必要とする。さら
に原子の電離断面積は励起断面積に比べ10-3から
10-4小さい。従つて電離レーザー光の強度は励起
レーザー光の103から104大きくなければならな
い。３個の異なつた周波数の光量子を用いる３段
階光電離法では、第１の光量子は着目同位体を選
択的に励起する周波数を有し、第２の光量子は励
起された同位体をさらに上の励起状態に励起する
に必要な周波数を有し、第３の光量子は上記の励
起状態に励起された同位体をイオン化するに必要
な周波数を有する。即ち３台の可視レーザーが必
要であり、可視レーザーポンピング光源、制御装
置の構成は非常に複雑なものとなる。
本発明の３光子光電離法では、可視レーザー光
強度は、２段階光電離法、３段階光電離法の可視
レーザーより大きいが、強力な電離レーザー又は
多種類の波長を有する可視レーザー、ポンピング
レーザーを必要としない。
強度は、２段階光電離法、３段階光電離法の可視
レーザーより大きいが、強力な電離レーザー又は
多種類の波長を有する可視レーザー、ポンピング
レーザーを必要としない。
即ち、本発明は一種類のレーザー光によつて選
択励起および電離を行うので他の光電離法にくら
べてシステムを簡素化出来るという実用上の利点
がある。
択励起および電離を行うので他の光電離法にくら
べてシステムを簡素化出来るという実用上の利点
がある。
本発明の構成を本発明で使用する装置の一態様
を示す第１図に基いて説明する。第１図において
真空セル内に設置された金属溶融ルツボ内に
装荷された着目同位体を含む金属元素は内で抵
抗加熱又は電子衝撃加熱によつて溶解され金属蒸
気となり、コリメータを通つて金属蒸気ビーム
となりの上方で可視レーザーより発生され
たレーザービームによつて照射される。照射部に
は電界を印加するための電極板、磁界を印加する
ための磁石が設置されており、３個の光子を吸収
することにより生じたイオンは電極板上に回収さ
れる。
を示す第１図に基いて説明する。第１図において
真空セル内に設置された金属溶融ルツボ内に
装荷された着目同位体を含む金属元素は内で抵
抗加熱又は電子衝撃加熱によつて溶解され金属蒸
気となり、コリメータを通つて金属蒸気ビーム
となりの上方で可視レーザーより発生され
たレーザービームによつて照射される。照射部に
は電界を印加するための電極板、磁界を印加する
ための磁石が設置されており、３個の光子を吸収
することにより生じたイオンは電極板上に回収さ
れる。
本発明の実質的な構成は上述した通りであるが
更に詳しく説明する。
更に詳しく説明する。
本発明に従つて、同位体を含む混合物は電子加
熱又は抵抗加熱によつて溶融、蒸発され、発生し
た原子蒸気はコリメータを通して比較的方向性の
良い原子ビームとされる。着目同位体が 235Uで
あり、低濃縮ウラン（１〜３％）を生産する場合
においてはドツプラー拡がりおよびレーザーライ
ン巾は約10GHz程度で良く、これによつてウラ
ン蒸気利用率を上げうるとともに、レーザーライ
ン巾を狭めるための反射率の高いエタロンを使用
する必要がなくなり、レーザーの効率が高まる。
レーザー光との反応部に入つた原子ビームは強度
の高いレーザー光と交差する。レーザー光の波長
は5027.28Å、5511.54Å、5620.72Å、5758.00Å、
5915.29Å及び5971.44Åの中の１つであり、着目
同位体はこの波長の第１の光量子によつて選択的
に励起される（第２図の）。即ち着目成分以外
は基底状態（第２図の）にある。この時レーザ
ー光の周波数を着目同位体の共鳴レベルから１〜
2GHz変化させることによつて２〜３％の濃縮度
の調整が行える。即ち製品濃度を１％〜５％程度
に調整できる。また必要以上に高い強度のレーザ
ー光は励起レベルのパワーブロードニングを引き
起こし選択励起を不可能にするため、レーザー光
は平行光線として原子ビームと交差させる。これ
によつてパワーブロードニング現象が押えられる
と同時に反応体積が増加し製品量を増すことがで
きる。このようにして第１の光量子を吸収して選
択励起された同位体は更に２つの光量子を吸収す
ることによりイオン化される。この現象を更に詳
しく説明すると、第１の光量子を吸収して選択励
起された同位体は、第２の光量子を吸収して仮想
エネルギーレベル（第２図の）に励起される。
このレベルは実際には存在しないものであり、こ
こには同位体シフト、超微細構造も無いためレー
ザーのライン巾の大小は問題にならない。仮想エ
ネルギーレベルが実在するエネルギーレベルに近
いほど励起に必要なレーザーエネルギーは低くな
りレーザーの効率は高くなる。仮想エネルギーレ
ベルに励起された着目同位体はさらに１個（第３
番目）の光量子を吸収する。３個の光量子のエネ
ルギーの合計は元素のイオン化ポテンシヤル（第
２図の）より大きくなるように設定してあるの
で着目同位体はイオンとなる。イオンはプラスの
電荷を有するのでこの生成イオンは電界或は電磁
界を用いて回収される。
熱又は抵抗加熱によつて溶融、蒸発され、発生し
た原子蒸気はコリメータを通して比較的方向性の
良い原子ビームとされる。着目同位体が 235Uで
あり、低濃縮ウラン（１〜３％）を生産する場合
においてはドツプラー拡がりおよびレーザーライ
ン巾は約10GHz程度で良く、これによつてウラ
ン蒸気利用率を上げうるとともに、レーザーライ
ン巾を狭めるための反射率の高いエタロンを使用
する必要がなくなり、レーザーの効率が高まる。
レーザー光との反応部に入つた原子ビームは強度
の高いレーザー光と交差する。レーザー光の波長
は5027.28Å、5511.54Å、5620.72Å、5758.00Å、
5915.29Å及び5971.44Åの中の１つであり、着目
同位体はこの波長の第１の光量子によつて選択的
に励起される（第２図の）。即ち着目成分以外
は基底状態（第２図の）にある。この時レーザ
ー光の周波数を着目同位体の共鳴レベルから１〜
2GHz変化させることによつて２〜３％の濃縮度
の調整が行える。即ち製品濃度を１％〜５％程度
に調整できる。また必要以上に高い強度のレーザ
ー光は励起レベルのパワーブロードニングを引き
起こし選択励起を不可能にするため、レーザー光
は平行光線として原子ビームと交差させる。これ
によつてパワーブロードニング現象が押えられる
と同時に反応体積が増加し製品量を増すことがで
きる。このようにして第１の光量子を吸収して選
択励起された同位体は更に２つの光量子を吸収す
ることによりイオン化される。この現象を更に詳
しく説明すると、第１の光量子を吸収して選択励
起された同位体は、第２の光量子を吸収して仮想
エネルギーレベル（第２図の）に励起される。
このレベルは実際には存在しないものであり、こ
こには同位体シフト、超微細構造も無いためレー
ザーのライン巾の大小は問題にならない。仮想エ
ネルギーレベルが実在するエネルギーレベルに近
いほど励起に必要なレーザーエネルギーは低くな
りレーザーの効率は高くなる。仮想エネルギーレ
ベルに励起された着目同位体はさらに１個（第３
番目）の光量子を吸収する。３個の光量子のエネ
ルギーの合計は元素のイオン化ポテンシヤル（第
２図の）より大きくなるように設定してあるの
で着目同位体はイオンとなる。イオンはプラスの
電荷を有するのでこの生成イオンは電界或は電磁
界を用いて回収される。
本発明は３光子吸収を利用する同位体分離法で
あるので使用するレーザー光の波長は5027.28Å、
5511.54Å、5620.72Å、5758.00Å、5915.29Å及
び5971.44Åの中から選択される。
あるので使用するレーザー光の波長は5027.28Å、
5511.54Å、5620.72Å、5758.00Å、5915.29Å及
び5971.44Åの中から選択される。
本発明において励起光源としてパルス繰返し数
が高く、ピーク出力の大きいフラツシユランプポ
ンプダイレーザー、銅蒸気レーザー及びダイレー
ザーの組み合せシステム、Nd：YAGレーザー及
びダイレーザーの組み合わせシステムのいずれか
のシステムが好ましく用いられる。
が高く、ピーク出力の大きいフラツシユランプポ
ンプダイレーザー、銅蒸気レーザー及びダイレー
ザーの組み合せシステム、Nd：YAGレーザー及
びダイレーザーの組み合わせシステムのいずれか
のシステムが好ましく用いられる。
本発明を実施して得た結果を第３図に示してあ
る。
る。
第３図はダイレーザー光強度と濃縮度、スペク
トル巾の関係を示したもので、ダイレーザー光強
度を増すにつれてスペクトル巾が増加し、製品濃
度が減少することが示されている。これはダイレ
ーザー光強度を変えることによつても製品濃度を
変えうることを示している。
トル巾の関係を示したもので、ダイレーザー光強
度を増すにつれてスペクトル巾が増加し、製品濃
度が減少することが示されている。これはダイレ
ーザー光強度を変えることによつても製品濃度を
変えうることを示している。
以下、実施例により本発明を説明する。
実施例 １
第１図に示す装置を使用して 235Uの分離を行
つた。光源としては、波長が5911.54Åのダイレ
ーザー光をシフトさせ照射強度を調整したものを
用いた。この結果、ダイレーザー周波数のシフト
量が０の場合は約10の、1GHzの場合は約15の、
2GHzの場合は約20の選択性が得られた。これに
より、一種類のレーザー光による 235Uの分離濃
縮ができ、レーザー光の周波数を 235Uの共鳴周
波数から１〜2GHz変化させることによつて製品
濃度が約2.8％まで調整できることがわかる。
つた。光源としては、波長が5911.54Åのダイレ
ーザー光をシフトさせ照射強度を調整したものを
用いた。この結果、ダイレーザー周波数のシフト
量が０の場合は約10の、1GHzの場合は約15の、
2GHzの場合は約20の選択性が得られた。これに
より、一種類のレーザー光による 235Uの分離濃
縮ができ、レーザー光の周波数を 235Uの共鳴周
波数から１〜2GHz変化させることによつて製品
濃度が約2.8％まで調整できることがわかる。
第１図は本発明で使用する装置の一態様を示す
概念図である。第２図は本発明で用いる元素のエ
ネルギーレベルを示す概念図である。は基底状
態、は選択励起レベル、は仮想レベル、は
イオン化ポテンシヤル、，，は等しい周波
数の光量子を示す。 第３図は本発明の実施例で得た結果を示すグラ
フである。
概念図である。第２図は本発明で用いる元素のエ
ネルギーレベルを示す概念図である。は基底状
態、は選択励起レベル、は仮想レベル、は
イオン化ポテンシヤル、，，は等しい周波
数の光量子を示す。 第３図は本発明の実施例で得た結果を示すグラ
フである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 235Uを含む混合物を加熱することによつて発
生した原子蒸気を適当な手段によつて方向性のよ
い原子ビームにして真空中を走らせ、 次いで一のレーザー光と交差させて前記 235U
以外の成分は基底状態におき且つ前記 235Uのみ
を前記一のレーザー光による第１の光子によつて
選択的に第１エネルギ準位に励起させ、 前記一のレーザー光の光子を更に２個吸収させ
ることにより前記第１エネルギ準位に励起された
235Uをイオン化し、 最後に前記イオン化された 235Uを電界又は電
磁界を用いて回収することから成り、 前記一のレーザー光は、5027.28Å、5511.54
Å、5620.72Å、5758.00Å、5915.29Å及び
5971.44Åのいずれかの波長から＋１〜2GHzの範
囲でシフトされた波長を有するものである、 一種類のレーザー光のみを用いた３光子吸収によ
る同位体の分離方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57037483A JPS58153526A (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | ３光子吸収による同位体分離法 |
| US06/473,131 US4584072A (en) | 1982-03-10 | 1983-03-07 | Process for separating an isotope from a mixture of different isotopes by using a single laser beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57037483A JPS58153526A (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | ３光子吸収による同位体分離法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58153526A JPS58153526A (ja) | 1983-09-12 |
| JPH025131B2 true JPH025131B2 (ja) | 1990-01-31 |
Family
ID=12498762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57037483A Granted JPS58153526A (ja) | 1982-03-10 | 1982-03-10 | ３光子吸収による同位体分離法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4584072A (ja) |
| JP (1) | JPS58153526A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61161127A (ja) * | 1985-01-10 | 1986-07-21 | Hitachi Ltd | 同位体分離方法 |
| JPH0716584B2 (ja) * | 1989-08-04 | 1995-03-01 | 動力炉・核燃料開発事業団 | レーザー同位体分離装置 |
| US5316635A (en) * | 1992-05-22 | 1994-05-31 | Atomic Energy Of Canada Limited/Energie Atomique Du Canada Limitee | Zirconium isotope separation using tuned laser beams |
| US5527437A (en) * | 1994-08-19 | 1996-06-18 | Atomic Energy Of Canada Limited/Energie Atomique Du Canada Limitee | Selective two-color resonant ionization of zirconium-91 |
| US5504328A (en) * | 1994-12-09 | 1996-04-02 | Sematech, Inc. | Endpoint detection utilizing ultraviolet mass spectrometry |
| RU2119816C1 (ru) * | 1996-06-10 | 1998-10-10 | Василий Иванович Держиев | Способ разделения изотопов иттербия |
| US5977540A (en) * | 1998-04-16 | 1999-11-02 | Lucent Technologies Inc. | Laser-assisted particle analysis |
| DE10336057B4 (de) * | 2003-08-01 | 2010-12-23 | Albrecht Dr. Lindinger | Verfahren, Vorrichtung und Computerprogramm zur Trennung von Molekülen mit unterschiedlichen Anregungsspektren |
| CN114280005A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-05 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种氢及氢同位素的快速分析检测装置及方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL39023A (en) * | 1972-03-19 | 1977-02-28 | Yeshaya Nebenzahl | Isotope separation |
| US4217494A (en) * | 1973-02-02 | 1980-08-12 | Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc. | Isotope separation with improved selective ionization |
| SE413371B (sv) * | 1973-02-02 | 1980-05-27 | Jersey Nuclear Avco Isotopes | Forfarande och anordning for isotopanriktning |
| FR2273579A1 (fr) * | 1974-06-07 | 1976-01-02 | Instruments Sa | Dispositif pour l'enrichissement de l'uranium par double photo-ionisation |
| US4000420A (en) * | 1974-06-11 | 1976-12-28 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University | Method and apparatus for separating isotopes |
| US4049515A (en) * | 1975-04-22 | 1977-09-20 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Laser isotope separation by multiple photon absorption |
| FR2495955A1 (fr) * | 1976-09-24 | 1982-06-18 | Commissariat Energie Atomique | Procede de separation des isotopes d'un melange gazeux |
| CA1107232A (en) * | 1977-12-19 | 1981-08-18 | Robert E. Schlier | Use of autoionization transitions in isotopically selective photoexcitation |
| US4350577A (en) * | 1979-11-13 | 1982-09-21 | Allied Corporation | Electronically induced multiphoton absorption |
| US4514363A (en) * | 1980-05-02 | 1985-04-30 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for isotope enrichment by photoinduced chemiionization |
-
1982
- 1982-03-10 JP JP57037483A patent/JPS58153526A/ja active Granted
-
1983
- 1983-03-07 US US06/473,131 patent/US4584072A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4584072A (en) | 1986-04-22 |
| JPS58153526A (ja) | 1983-09-12 |
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| JPH025131B2 (ja) | ||
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