JP2017209634A - Selective excitation method of isotope and device - Google Patents
Selective excitation method of isotope and device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017209634A JP2017209634A JP2016104847A JP2016104847A JP2017209634A JP 2017209634 A JP2017209634 A JP 2017209634A JP 2016104847 A JP2016104847 A JP 2016104847A JP 2016104847 A JP2016104847 A JP 2016104847A JP 2017209634 A JP2017209634 A JP 2017209634A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- linearly polarized
- isotope
- polarized laser
- odd
- isotopes
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する方法と装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for selectively exciting an isotope having an odd mass number among a plurality of types of isotopes of the same atom.
同じ原子には、奇数の質量数(以下で単に奇数質量数という)の同位体と、偶数の質量数(以下で単に偶数質量数という)の同位体とが存在する。
同じ原子について、これら複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起することにより、奇数質量数の同位体を偶数質量数の同位体から分離することができる。このような技術は例えば下記の特許文献1と非特許文献1に記載されている。
The same atom has an isotope having an odd mass number (hereinafter simply referred to as an odd mass number) and an isotope having an even mass number (hereinafter simply referred to as an even mass number).
By selectively exciting an isotope having an odd mass number among the plurality of types of isotopes with respect to the same atom, the isotopes having an odd mass number can be separated from the isotopes having an even mass number. Such a technique is described in
特許文献1と非特許文献1では、円偏光の第1および第2のレーザ光を、同じ原子の複数種類の同位体を含有する対象物質に照射する。これにより、奇数質量数の同位体が選択的に二段階だけ励起される。さらに、第3のレーザ光を上記対象物質に照射することにより、選択的に励起された奇数質量数の同位体をイオン化する。この時、イオン化された同位体は、電場または磁場の印可により偶数質量数の同位体から分離される。
In
複数種類の同位体が、例えば、質量数が102、104、105、106、107、108、および110のパラジウム同位体(以下でPd同位体という)を含む放射性廃棄物である場合には、特許文献1と非特許文献1では、次のように、放射性の107Pdを取り出して放射線量を低減できる。
If the multiple types of isotopes are radioactive wastes containing, for example, palladium isotopes having mass numbers of 102, 104, 105, 106, 107, 108, and 110 (hereinafter referred to as Pd isotopes), In
放射性廃棄物を、再処理工程において不溶解残渣としてフィルターに補集する。不溶解残渣の蒸気に、波長が276nmである円偏光の第1のレーザ光と、波長が521nmである円偏光の第2のレーザ光を照射することにより、奇数質量数の107Pdおよび105Pdを選択的に二段階に励起する。同時に、不溶解残渣の蒸気に第3のレーザ光を照射することにより、107Pdおよび105Pdをさらに励起する。これにより、107Pdおよび105Pdはイオン化される。イオン化された107Pdおよび105Pdは、電場または磁場の印可により不溶解残渣(偶数質量数のPd同位体)から分離される。 Radioactive waste is collected on the filter as an insoluble residue in the reprocessing step. By irradiating the vapor of the insoluble residue with a circularly polarized first laser beam having a wavelength of 276 nm and a circularly polarized second laser beam having a wavelength of 521 nm, an odd mass number of 107 Pd and 105 Pd Is selectively excited in two stages. At the same time, 107 Pd and 105 Pd are further excited by irradiating the vapor of the insoluble residue with the third laser beam. Thereby, 107 Pd and 105 Pd are ionized. The ionized 107 Pd and 105 Pd are separated from the undissolved residue (even mass number Pd isotopes) by application of an electric or magnetic field.
特許文献1と非特許文献1では、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起するために、円偏光の第1および第2のレーザ光を用いている。
円偏光のレーザ光を生成するためには、直線偏光のレーザ光を生成した後、さらに、このレーザ光を円偏光に変換する光学素子(例えば1/4波長板)が必要になる。
また、円偏光のレーザ光を、対象物質(例えば上述の不溶解残渣の蒸気)へ導くために、ミラーを用いる場合には、次のように円偏光の精度が低下する。円偏光のレーザ光がミラーの入射平面で反射する時に、入射平面と垂直なレーザ光の電場成分と、入射平面と平行なレーザ光の電場成分とは、入射平面での反射率が異なる。その結果、反射後のレーザ光は円偏光から楕円偏光にずれてしまう。このずれが大きいほど、二段階励起される同位体には、より多くの偶数質量数の同位体が含まれてしまう。
In
In order to generate circularly polarized laser light, an optical element (for example, a quarter wavelength plate) that converts the laser light into circularly polarized light after generating linearly polarized laser light is required.
In addition, when a mirror is used to guide circularly polarized laser light to a target substance (for example, the above-described insoluble residue vapor), the accuracy of circularly polarized light is reduced as follows. When circularly polarized laser light is reflected by the incident plane of the mirror, the electric field component of the laser light perpendicular to the incident plane and the electric field component of the laser light parallel to the incident plane have different reflectivities at the incident plane. As a result, the reflected laser light shifts from circularly polarized light to elliptically polarized light. The greater this deviation, the more even-numbered mass isotopes are included in the isotopes that are excited in two stages.
そこで、本発明の目的は、円偏光のレーザ光を用いずに、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起できる方法と装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method and apparatus that can selectively excite an isotope having an odd mass number among a plurality of types of isotopes of the same atom without using circularly polarized laser light.
上記目的を達成するため、本発明によると、同じ原子の奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する同位体の選択的励起方法であって、
(A)第1および第2の直線偏光レーザ光を生成し、
(B)奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に、第1および第2の直線偏光レーザ光を照射し、
前記(B)において、前記対象物質の位置で、第1の直線偏光レーザ光の偏光方向は第2の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交しており、
第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、第1および第2の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている、同位体の選択的励起方法が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an isotope selective excitation method for selectively exciting an odd-numbered isotope among odd-numbered and even-numbered isotopes of the same atom,
(A) generating first and second linearly polarized laser beams;
(B) irradiating the target substance containing isotopes of odd and even mass numbers with the first and second linearly polarized laser beams,
In (B), at the position of the target substance, the polarization direction of the first linearly polarized laser beam is orthogonal to the polarization direction of the second linearly polarized laser beam,
The wavelengths of the first and second linearly polarized laser beams are selected from two odd-numbered and even-numbered isotopes by using the first and second linearly polarized laser beams. An isotope selective excitation method is provided that is set to the wavelength to be excited.
また、上記目的を達成するため、本発明によると、同じ原子の奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する同位体の選択的励起装置であって、
第1の直線偏光レーザ光を生成し、奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に第1の直線偏光レーザ光を照射する第1レーザ照射装置と、
第2の直線偏光レーザ光を生成し、前記対象物質に第2の直線偏光レーザ光を照射する第2レーザ照射装置と、を備え、
前記対象物質の位置で、第1の直線偏光レーザ光の偏光方向が第2の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交するように、第1レーザ照射装置と第2レーザ照射装置は構成されており、
第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、第1および第2の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている、同位体の選択的励起装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an isotope selective excitation apparatus that selectively excites an odd-numbered isotope among odd-numbered and even-numbered isotopes of the same atom. And
A first laser irradiation apparatus for generating a first linearly polarized laser beam and irradiating the target substance containing isotopes of odd and even mass numbers with the first linearly polarized laser beam;
A second laser irradiation device that generates a second linearly polarized laser beam and irradiates the target material with the second linearly polarized laser beam,
The first laser irradiation device and the second laser irradiation device are configured so that the polarization direction of the first linearly polarized laser beam is orthogonal to the polarization direction of the second linearly polarized laser beam at the position of the target substance. ,
The wavelengths of the first and second linearly polarized laser beams are selected from two odd-numbered and even-numbered isotopes by using the first and second linearly polarized laser beams. An isotope selective excitation device is provided that is set to the wavelength to be excited.
一例では、前記同位体はパラジウム原子の同位体であり、第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、それぞれ、276nmおよび521nmである。 In one example, the isotope is an isotope of a palladium atom, and the wavelengths of the first and second linearly polarized laser beams are 276 nm and 521 nm, respectively.
本発明は、偏光方向が互いに直交する2つの直線偏光によっても奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起できるという新たな知見に基づいてなされた。すなわち、互いに偏光方向が直交する2つの直線偏光を、同じ原子の複数種類の同位体に照射することにより、奇数質量数の同位体を、選択的に、その全角運動量の量子数mFが所定数だけ変化するように基底状態から二段階に励起させることができる。 The present invention has been made on the basis of a new finding that an isotope having an odd number of masses can be selectively excited in two stages even by two linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other. That is, by irradiating a plurality of isotopes of the same atom with two linearly polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other, an isotope having an odd mass number is selectively given a quantum number m F of its total angular momentum. It can be excited in two stages from the ground state so as to change by a number.
この知見に基づき、本発明によると、偏光方向が互いに直交する第1および第2の直線偏光レーザ光を、奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に照射する。これにより、奇数質量数の同位体が選択的に二段階に励起される。
したがって、円偏光のレーザ光を用いずに、奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起できる。
Based on this knowledge, according to the present invention, the first and second linearly polarized laser beams whose polarization directions are orthogonal to each other are irradiated to the target substance containing isotopes of odd and even mass numbers. This selectively excites odd-numbered isotopes in two stages.
Therefore, it is possible to selectively excite an isotope having an odd mass number among isotopes having an odd mass number and an even mass number without using a circularly polarized laser beam.
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の実施形態による同位体の選択的励起装置10の構成を示す。選択的励起装置10は、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する装置である。本実施形態では、複数種類の同位体はパラジウム原子の同位体(以下でPd同位体という)である。複数種類のPd同位体として、パラジウム同位体102Pd,104Pd,105Pd,106Pd,107Pd,108Pd,110Pdがある。
FIG. 1 shows a configuration of an isotope
図1において、選択的励起装置10は、奇数質量数と偶数質量数のPd同位体を含む対象物質1に第1および第2の直線偏光レーザ光を照射することにより、奇数質量数のPd同位体を選択的に二段階に励起する。対象物質1は、図1のように気体であってよい。図1では、対象物質1は、複数種類のPd同位体を含む物体(例えば上述した放射性廃棄物の不溶解残渣)が電子銃や加熱装置などにより蒸気となったものである。例えば、真空チャンバーに坩堝2を配置し、この坩堝2に上記物体を入れて、電子ビームを上記物体に当てる。これにより、この物体の蒸気を対象物質1として発生させる。
In FIG. 1, the
本実施形態では、選択的励起装置10はイオン化装置20に設けられる。イオン化装置20は、選択的励起装置10により選択的に二段階に励起された奇数質量数のPd同位体をイオン化する。イオン化装置20の構成については後述する。
In the present embodiment, the
(選択的励起装置の構成)
選択的励起装置10は、第1レーザ照射装置3と第2レーザ照射装置5を備える。
第1レーザ照射装置3は、第1の直線偏光レーザ光を生成し、奇数質量数と偶数質量数のPd同位体を含む対象物質1に第1の直線偏光レーザ光を照射する。
第2レーザ照射装置5は、第2の直線偏光レーザ光を生成して対象物質1に照射する。
対象物質1の位置で、第1の直線偏光レーザ光の偏光方向が第2の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交するように、第1レーザ照射装置3と第2レーザ照射装置5は構成されている。なお、偏光方向は電場の振動方向である。
(Configuration of selective excitation device)
The
The first
The second
The first
第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、第1および第2の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数のPd同位体のうち奇数質量数のPd同位体を基底状態から選択的に二段階に励起させる波長に設定されている。具体的には、第1の直線偏光レーザ光の波長は276nm(好ましい厳密な値では276.3nm)であり、第2の直線偏光レーザ光の波長は521nm(好ましい厳密な値では521.0nm)である。 The wavelengths of the first and second linearly polarized laser beams are selected from the ground state by selecting the odd-numbered and even-numbered Pd isotopes from the ground state by using the first and second linearly polarized laser beams. Therefore, the wavelength is set to be excited in two stages. Specifically, the wavelength of the first linearly polarized laser beam is 276 nm (preferably strict value is 276.3 nm), and the wavelength of the second linearly polarized laser beam is 521 nm (preferably strict value is 521.0 nm). It is.
なお、第1の直線偏光レーザ光は、波長が276.25nm以上であり276.34nm以下の範囲で実質的な強度を有しているものであってよい。例えば、この範囲外では、どの波長でも、第1の直線偏光レーザ光の強度はゼロであってよい。
同様に、第2の直線偏光レーザ光は、波長が520.95nm以上であり521.04nm以下の範囲で実質的な強度を有しているものであってよい。例えば、この範囲外では、どの波長でも、第2の直線偏光レーザ光の強度はゼロであってよい。
Note that the first linearly polarized laser beam may have a substantial intensity within a wavelength range of 276.25 nm or more and 276.34 nm or less. For example, outside this range, the intensity of the first linearly polarized laser beam may be zero at any wavelength.
Similarly, the second linearly polarized laser beam may have a substantial intensity within a wavelength range of 520.95 nm or more and 521.04 nm or less. For example, outside this range, the intensity of the second linearly polarized laser light may be zero at any wavelength.
本実施形態では、第1レーザ照射装置3は、レーザ射出部7と複数のミラー9a,9bと偏光素子11と偏光方向調整素子13を備える。
In the present embodiment, the first
レーザ射出部7は、波長が276nmの直線偏光のレーザ光(すなわち第1の直線偏光レーザ光)を射出する。レーザ射出部7は例えば色素レーザである。
複数のミラー9a,9bは、それぞれ、レーザ射出部7からのレーザ光を反射することにより、このレーザ光を対象物質1へ案内する。
The
Each of the plurality of
偏光素子11は、レーザ射出部7から射出された第1の直線偏光レーザ光の直線偏光度を向上させる。偏光素子11は例えば偏光プリズムであってよい。なお、レーザ射出部7が直線偏光でないレーザ光を射出する場合には、偏光素子11は、レーザ射出部7から射出されたレーザ光を直線偏光(すなわち第1の直線偏光レーザ光)に変換する。レーザ射出部7が第1の直線偏光レーザ光を射出する場合には、図1において偏光素子11を省略してもよい。
The polarizing element 11 improves the degree of linear polarization of the first linearly polarized laser beam emitted from the
偏光方向調整素子13は、偏光素子11を通過した第1の直線偏光レーザ光の偏光方向を変える。これにより、偏光方向調整素子13を通過した第1の直線偏光レーザ光の偏光方向と、第2レーザ照射装置5により生成された第2の直線偏光レーザ光の偏光方向は、対象物質1の位置で互いに直交する。偏光方向調整素子13は、例えば2分の1波長板であってよい。
The polarization
本実施形態では、第2レーザ照射装置5は、レーザ射出部15と複数のミラー17a,17bと偏光素子19を備える。
In the present embodiment, the second
レーザ射出部15は、波長が521nmの直線偏光のレーザ光(すなわち第2の直線偏光レーザ光)を射出する。レーザ射出部15は例えば色素レーザである。
複数のミラー17a,17bは、それぞれ、レーザ射出部15からのレーザ光を反射することにより、このレーザ光を対象物質1へ案内する。
The
Each of the plurality of
偏光素子19は、レーザ射出部15から射出された第2の直線偏光レーザ光の直線偏光度を向上させる。偏光素子19は例えば偏光プリズムであってよい。なお、レーザ射出部15が直線偏光でないレーザ光を射出する場合には、偏光素子19は、レーザ射出部15から射出されたレーザ光を直線偏光(すなわち第2の直線偏光レーザ光)に変換する。レーザ射出部15が第2の直線偏光レーザ光を射出する場合には、図1において偏光素子19を省略してもよい。
The
第1および第2の直線偏光レーザ光が対象物質1における同じ位置に照射されるように、第1レーザ照射装置3と第2レーザ照射装置5が構成される。そのために、図1の例では、複数のミラー9a,9b,17a,17bにより、第1の直線偏光レーザ光と第2の直線偏光レーザ光とは、対象物質1を貫通する同じ仮想直線上を互いに逆方向に進行して対象物質1に入射する。
The first
好ましい例では、第1および第2の直線偏光レーザ光は、対象物質1に入射する位置において、3cm2以上(より好ましくは、6cm2以上)の断面積を有する。ここで、直線偏光レーザ光の断面積は、このレーザ光の進行方向と直交する平面による断面の面積である。例えば、第1および第2の直線偏光レーザ光の上記断面は半径が約2cmの円形である。このように直線偏光レーザ光の断面積を大きくすることにより、多くの奇数質量数のPd同位体に第1および第2の直線偏光レーザ光を照射できる。
In a preferred example, the first and second linearly polarized laser beams have a cross-sectional area of 3 cm 2 or more (more preferably 6 cm 2 or more) at a position where they enter the
上述した構成の選択的励起装置10を用いた本実施形態の同位体の選択的励起方法では、第1および第2の直線偏光レーザ光を生成して、対象物質1に照射することにより、対象物質1における奇数質量数と偶数質量数のPd同位体のうち奇数質量数のPd同位体が選択的に二段階に励起される。
このように二段階に励起された奇数質量数のPd同位体は、イオン化装置20により、イオン化されて集められる。
In the selective isotope selective excitation method of the present embodiment using the
The odd mass Pd isotopes thus excited in two stages are ionized and collected by the
イオン化装置20は、選択的励起装置10に加えて、第3レーザ照射装置21と収集装置27を備える。
The
第3レーザ照射装置21は、第1および第2の直線偏光レーザ光が対象物質1に照射されるのと同時に第3のレーザ光を対象物質1に照射する。第3のレーザ光は、第1および第2の直線偏光レーザ光により二段階に励起された奇数質量数のPd同位体を、主量子数nが9以上のリュードベリ準位に励起する。これにより、奇数質量数のPd同位体は自動的にイオン化する。このようにPd同位体を励起するために、第3のレーザ光の波長は、例えば、801.8nm、760.1nm、760.6nm、730.9nm、712.0nm、または699.1nmであってよい。
The third
図1の例では、第3レーザ照射装置21は、第3のレーザ光を射出するレーザ射出部23とミラー25を有する。レーザ射出部23からの第3のレーザ光は、ミラー25で反射されてミラー17bへ入射する。ミラー25は、特定の波長の光を反射し他の波長の光を透過させるダイクロイックミラーである。すなわち、ダイクロイックミラー25は、レーザ射出部15からのレーザ光を透過させ、レーザ射出部23からの第3のレーザ光を反射する。これにより、レーザ射出部15からのレーザ光と第3のレーザ光とは、同じ経路を伝播するように重なり、ミラー17bで反射して対象物質1に入射する。
In the example of FIG. 1, the third
収集装置27は、イオン化されたPd同位体を所望の箇所に集める。収集装置27は、例えば金属電極28と金網状電極29と収集基板31を備える。金属電極28には正電圧を加え、金網状電極29は接地することにより、イオン化されたPd同位体は、金網状電極29を通過して収集基板31に堆積する。
The
以下において、複数種類のPd同位体のエネルギー準位の構造と、この構造に基づく選択的励起について説明する。 In the following, the structure of energy levels of a plurality of types of Pd isotopes and selective excitation based on this structure will be described.
(エネルギー準位の構造)
図2は、偶数質量数のPd同位体のエネルギー準位の説明図である。偶数質量数のPd同位体の核スピンIは0である。基底状態(全角運動量J=0)ではJのz成分mJは0である。第1励起状態(J=1)ではJのz成分mJは、ゼロと±1の値をとる。第2励起状態(J=0)ではJのz成分mJは0である。
(Energy level structure)
FIG. 2 is an explanatory diagram of energy levels of Pd isotopes having an even mass number. The nuclear spin I of Pd isotopes with even mass numbers is zero. In the ground state (total angular momentum J = 0), the z component m J of J is zero. In the first excited state (J = 1), the z component m J of J takes a value of zero and ± 1. In the second excited state (J = 0), the z component m J of J is zero.
図3は、奇数質量数のPd同位体のエネルギー準位の説明図である。奇数質量数のPd同位体のエネルギー準位は、図3のように複雑な構造になっている。これは、奇数質量数のPd同位体の核スピンIが0でないため、全角運動量F(=J+I)が多数のmF準位に分裂するためである。 FIG. 3 is an explanatory diagram of energy levels of Pd isotopes having odd mass numbers. The energy levels of the odd mass Pd isotopes have a complex structure as shown in FIG. This is because the nuclear spin I of the odd mass Pd isotope is not 0, and the total angular momentum F (= J + I) is split into many m F levels.
奇数質量数のPd同位体が基底状態(J=0)で取り得る全角運動量Fの値は5/2である。Fのz成分mFは、(2F+1)種類の値を取ることができる。具体的には、F=5/2のz成分mFは、−5/2、−3/2、−1/2、1/2、3/2、5/2の6種類の値を取ることができる。 The value of the total angular momentum F that can be taken in the ground state (J = 0) by the odd-numbered Pd isotope is 5/2. The z component m F of F can take (2F + 1) types of values. Specifically, the z component m F of F = 5/2 takes six values of −5/2, −3/2, −1/2, 1/2, 3/2, and 5/2. be able to.
奇数質量数のPd同位体が第1励起状態(J=1)で取り得る全角運動量Fの値には3/2、5/2、7/2の3種類がある。これら全角運動量Fの各々において、Fのz成分mFは、(2F+1)種類の値を取ることができる。具体的には、F=3/2のz成分mFは、−3/2、−1/2、1/2、3/2、の4種類の値を取ることができ、F=5/2のz成分mFは、−5/2、−3/2、−1/2、1/2、3/2、5/2の6種類の値を取ることができ、F=7/2のz成分mFは、−7/2、−5/2、−3/2、−1/2、1/2、3/2、5/2、7/2の8種類の値を取ることができる。 There are three types of total angular momentum F that can be taken by the odd mass Pd isotope in the first excited state (J = 1): 3/2, 5/2, and 7/2. In each of these total angular momentums F, the z component m F of F can take (2F + 1) types of values. Specifically, the z component m F of F = 3/2 can take four values of −3/2, −1/2, 1/2, 3/2, and F = 5 / The z component m F of 2 can take six values of −5/2, −3/2, −1/2, 1/2, 3/2, and 5/2, and F = 7/2. the z-component m F, -7 / 2, -5 / 2, -3 / 2, taking the eight values of -1 / 2,1 / 2,3 / 2,5 / 2,7 / 2 Can do.
奇数質量数のPd同位体が第2励起状態(J=0)で取り得る全角運動量Fの値は5/2である。Fのz成分mFは、(2F+1)種類の値を取ることができる。具体的には、F=5/2のz成分mFは、−5/2、−3/2、−1/2、1/2、3/2、5/2の6種類の値を取ることができる。 The value of the total angular momentum F that an odd mass Pd isotope can take in the second excited state (J = 0) is 5/2. The z component m F of F can take (2F + 1) types of values. Specifically, the z component m F of F = 5/2 takes six values of −5/2, −3/2, −1/2, 1/2, 3/2, and 5/2. be able to.
(選択的励起)
基底状態の偶数質量数のPd同位体は、図2のように、波長λ1=276nmの第1の直線偏光レーザ光を吸収すると第1励起状態に励起される。この励起は直線偏光によりなされるので、この励起によっては、Pd同位体の全角運動量Fのz成分mFは変化しない(ΔmF=0)。
(Selective excitation)
As shown in FIG. 2, the Pd isotope having an even mass number in the ground state is excited to the first excited state when it absorbs the first linearly polarized laser beam having the wavelength λ 1 = 276 nm. Since this excitation is performed by linearly polarized light, the z component m F of the total angular momentum F of the Pd isotope is not changed by this excitation (Δm F = 0).
偶数質量数のPd同位体に、偏光方向が互いに直交する第1および第2の直線偏光レーザ光を照射した場合、第1の直線偏光レーザ光を吸収してmJ=0の第1励起状態に遷移した偶数質量数のPd同位体は、第2の直線偏光レーザ光を吸収することはできない。なぜなら第2励起状態にはΔmJ=±1を満足する準位(−1、+1)が存在しないからである。そのため偶数質量数のPd同位体は第2励起状態へ励起されない。 When the Pd isotopes having an even number of masses are irradiated with the first and second linearly polarized laser beams whose polarization directions are orthogonal to each other, the first excited state of m J = 0 by absorbing the first linearly polarized laser beam The even mass number Pd isotope that has transitioned to cannot absorb the second linearly polarized laser beam. This is because there is no level (−1, +1) that satisfies Δm J = ± 1 in the second excited state. Therefore, the Pd isotope having an even mass number is not excited to the second excited state.
これに対し、奇数質量数のPd同位体は、次のように第2励起状態へ励起される。 On the other hand, the odd mass Pd isotopes are excited to the second excited state as follows.
まず、奇数質量数のPd同位体は、図3のように、波長λ1=276nmの第1の直線偏光レーザ光を吸収すると第1励起状態に励起される。この励起は直線偏光によりなされるので、この励起によっては、Pd同位体の全角運動量Fのz成分mFは変化しない(ΔmF=0)。 First, as shown in FIG. 3, the odd-number Pd isotope is excited to the first excited state when it absorbs the first linearly polarized laser beam having the wavelength λ 1 = 276 nm. Since this excitation is performed by linearly polarized light, the z component m F of the total angular momentum F of the Pd isotope is not changed by this excitation (Δm F = 0).
このように第1励起状態に励起された奇数質量数のPd同位体は、波長λ2=521nmの第2の直線偏光レーザ光を吸収すると、図3のように第2励起状態に励起される。第2励起状態において、奇数質量数のPd同位体は、偶数質量数のPd同位体と違って、その全角運動量Fのz成分mFは、図3のように多種類の値を取ることができる。したがって、奇数質量数のPd同位体は、偏光方向が互いに直交する第1および第2の直線偏光レーザ光の両方を吸収して、その全角運動量Fのz成分mFが±1だけ変化するように第2励起状態へ励起される(ΔmF=±1)。 The odd-number-mass Pd isotope thus excited in the first excited state is excited in the second excited state as shown in FIG. 3 when absorbing the second linearly polarized laser beam having the wavelength λ 2 = 521 nm. . In the second excited state, the odd mass Pd isotope is different from the even mass Pd isotope, and the z component m F of the total angular momentum F can take various values as shown in FIG. it can. Therefore, the odd mass Pd isotope absorbs both the first and second linearly polarized laser beams whose polarization directions are orthogonal to each other, so that the z component m F of the total angular momentum F changes by ± 1. To the second excited state (Δm F = ± 1).
(本実施形態の作用効果)
本実施形態によると、下記の作用効果が得られる。
(Operational effect of this embodiment)
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
上述のように本実施形態によると、偏光方向が互いに直交する第1および第2の直線偏光レーザ光を対象物質1に同時に照射することにより、上述したように奇数質量数のPd同位体が選択的に第2励起状態へ励起される。
As described above, according to the present embodiment, the Pd isotope having an odd mass number is selected as described above by simultaneously irradiating the
また、奇数質量数のPd同位体を選択的に第2励起状態へ励起するのに円偏光を用いなくてよいので、円偏光を生成するための光学素子(例えば1/4波長板)が不要になる。 In addition, since it is not necessary to use circularly polarized light to selectively excite odd mass Pd isotopes to the second excited state, an optical element (for example, a quarter-wave plate) for generating circularly polarized light is unnecessary. become.
さらに、本実施形態では、直線偏光の偏光度は容易に高くできるので、高い偏光度の第1および第2の直線偏光レーザ光を対象物質1に照射できる。これにより、偏光度を高くすることが難しい円偏光を用いる場合よりも高い割合で、奇数質量数のPd同位体を選択的に第2励起状態に励起できる。詳しくは次の通りである。
Furthermore, in this embodiment, since the polarization degree of linearly polarized light can be easily increased, the
特許文献1のように、2つの円偏光レーザ光により奇数質量数のPd同位体を第2励起状態へ励起する場合を考える。この場合、円偏光はミラーでの反射により楕円偏光になり易いので、完全な円偏光のレーザ光を対象物質1に照射することは難しい。円偏光レーザ光が完全な円偏光からずれた楕円偏光であると、偶数質量数のPd同位体も第2励起状態へ励起されてしまう。このような偶数質量数のPd同位体の数は、円偏光から楕円偏光へのずれが大きいほど増え、その分、第2励起状態へ励起される奇数質量数のPd同位体の数が減る。非特許文献1によると、第2励起状態に励起されイオン化されて分離されたPd同位体に占められる奇数質量数のPd同位体の割合は、74%である。
Consider a case where an odd mass Pd isotope is excited to a second excited state by two circularly polarized laser beams as in
これに対し、高い偏光度の直線偏光を生成することは容易である。したがって、本実施形態では、高い偏光度の第1および第2の直線偏光レーザ光を対象物質1に容易に照射できる。したがって、第2励起状態へ励起されるPd同位体のほぼ100%が奇数質量数のPd同位体になる。実際に計測したところ、第2励起状態に励起されイオン化されて分離されたPd同位体に占められる奇数質量数のPd同位体の割合は、99.6%であった。
On the other hand, it is easy to generate linearly polarized light with a high degree of polarization. Therefore, in the present embodiment, the
また、2つの円偏光レーザ光を用いる場合よりも容易に高い効率で、奇数質量数のPd同位体を選択的に第2励起状態へ励起できる。詳しくは次の通りである。 In addition, the odd mass Pd isotopes can be selectively excited to the second excited state more easily and efficiently than when two circularly polarized laser beams are used. Details are as follows.
図4は、特許文献1のように、2つの円偏光レーザ光により奇数質量数のPd同位体を第2励起状態へ励起する場合の説明図である。ここで、2つの円偏光レーザ光は、電場の振動方向が同じ方向に回転しているとする。
FIG. 4 is an explanatory diagram in the case of exciting an odd-numbered Pd isotope to a second excited state by two circularly polarized laser beams as in
図4に示すように、基底状態の奇数質量数のPd同位体は、その全角運動量F=5/2がいずれのz成分mFを有していても、波長λ1=276nmの円偏光により第1励起状態へ励起される。この励起は、全角運動量Fのz成分mFが1だけ増える励起である。このような基底状態から第1励起状態への励起には、この励起を示す図4の矢印の数のように15通りがあり得る。 As shown in FIG. 4, the odd-numbered Pd isotope in the ground state has a wavelength λ 1 = 276 nm due to circular polarization regardless of which z component m F has the total angular momentum F = 5/2. Excited to the first excited state. This excitation is an excitation in which the z component m F of the total angular momentum F is increased by one. There are 15 types of excitation from the ground state to the first excited state as indicated by the number of arrows in FIG. 4 indicating this excitation.
第1励起状態へ励起された奇数質量数のPd同位体は、波長λ2=521nmの円偏光により第2励起状態へ励起される。この励起は、全角運動量Fのz成分mFが1だけ増える励起である。このような第1励起状態から第2励起状態へ励起は、これを示す図4の矢印の数のように、第1励起状態に励起された15通のうち12通りがあり得る。したがって、励起効率は、12/15=0.8となる。 The odd mass Pd isotopes excited to the first excited state are excited to the second excited state by circularly polarized light having a wavelength of λ 2 = 521 nm. This excitation is an excitation in which the z component m F of the total angular momentum F is increased by one. Such excitation from the first excited state to the second excited state can be in 12 ways out of 15 excited in the first excited state, as indicated by the number of arrows in FIG. Therefore, the excitation efficiency is 12/15 = 0.8.
これに対し、本実施形態では、図3に示すように、基底状態の奇数質量数のPd同位体は、その全角運動量F=5/2がいずれのz成分mFを有していても、波長λ1=276nmの第1の直線偏光レーザ光により第1励起状態へ励起される。この励起は、上述のように全角運動量Fのz成分mFが変化しない励起である。このような第1励起状態から第2励起状態へ励起には、これを示す図3の矢印の数のように16通りがあり得る。 On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the Pd isotope of the odd-numbered mass number in the ground state has any z component m F in the total angular momentum F = 5/2. It is excited to the first excitation state by the first linearly polarized laser beam having the wavelength λ 1 = 276 nm. This excitation is an excitation in which the z component m F of the total angular momentum F does not change as described above. There are 16 types of excitation from the first excited state to the second excited state as indicated by the number of arrows in FIG.
第2励起状態へ励起された奇数質量数のPd同位体は、波長λ2=521nmの第2の直線偏光レーザ光により第2励起状態へ励起される。この励起は、全角運動量Fのz成分mFが1だけ増加または減少する励起である。このような第1励起状態から第2励起状態へ励起は、これを示す図3の矢印のように、第1励起状態に励起された16通のうちすべてが可能である。したがって、励起効率は、16/16=1.0となる。 The odd mass Pd isotopes excited to the second excited state are excited to the second excited state by the second linearly polarized laser beam having the wavelength λ 2 = 521 nm. This excitation is an excitation in which the z component m F of the total angular momentum F is increased or decreased by one. Such excitation from the first excited state to the second excited state can be performed in all 16 ways excited in the first excited state as indicated by the arrows in FIG. Therefore, the excitation efficiency is 16/16 = 1.0.
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例1〜5のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例1〜5の複数を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は上述と同じであってよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made within the scope of the technical idea of the present invention. For example, any one of the following modification examples 1 to 5 may be employed alone, or a plurality of modification examples 1 to 5 may be arbitrarily combined and employed. In this case, the points not described below may be the same as described above.
(変更例1)
上述では、同位体の選択的励起装置10は、パラジウムPd以外の同じ原子の奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する装置であってもよい。この場合、第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、第1および第2の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の当該同位体のうち奇数質量数の同位体を基底状態から選択的に二段階に励起させる波長に設定される。
(Modification 1)
In the above description, the isotope
(変更例2)
図1において、偏光方向調整素子13は、第2の直線偏光レーザ光の偏光方向を変化させるように配置されてもよい。
(Modification 2)
In FIG. 1, the polarization
(変更例3)
図1では、第1および第2の直線偏光レーザ光は互いに逆方向に対象物質1に入射していたが、本発明は、これに限定されない。すなわち、第1および第2の直線偏光レーザ光が同じ直線上を進行して同じ方向に対象物質1に入射するように、第1レーザ照射装置3と第2レーザ照射装置5を構成してもよい。
(Modification 3)
In FIG. 1, the first and second linearly polarized laser beams are incident on the
(変更例4)
図5(A)は、第3レーザ照射装置21が反射光学系33を有する場合を示し、対象物質1の付近を示す。なお、図5(A)では、収集装置27の図示を省略している。
第3レーザ照射装置21は、図5(A)のように、第3のレーザ光が複数回(好ましくは多数回)だけ対象物質1を通過するように第3のレーザ光を反射させる反射光学系33(マルチパス光学系)を有していてもよい。反射光学系33は、第3のレーザ光を反射する複数のミラー33a,33b,33cを有していてよい。
(Modification 4)
FIG. 5A shows a case where the third
As shown in FIG. 5A, the third
このような変更例4の場合、第3のレーザ光は、対象物質1において第1および第2の直線偏光レーザ光と同じ経路を通らなくてもよく、この経路と交差するように進行してよい。
In the case of such modification example 4, the third laser light does not have to pass through the same path as the first and second linearly polarized laser lights in the
(変更例5)
図5(B)は、同位体の選択的励起装置10が反射光学系18を有する変更例5の構成を示し、対象物質1の付近を示す。なお、図5(B)では、収集装置27の図示を省略している。
反射光学系18は、第1および第2の直線偏光レーザ光が複数回(好ましくは多数回)だけ対象物質1を通過するように第1および第2の直線偏光レーザ光を反射させる。図5(B)の例では、反射光学系18は、2つのミラー18a,18bを有する。ミラー18aは、物質1を通過した第1の直線偏光レーザ光を物質1へ向けて反射する。ミラー18bは、ミラー18aで反射され物質1を通過した第1の直線偏光レーザ光を物質1へ向けて反射する。また、ミラー18bは、物質1を通過した第2の直線偏光レーザ光を物質1へ向けて反射する。ミラー18aは、ミラー18bで反射され物質1を通過した第2の直線偏光レーザを物質1へ向けて反射する。
(Modification 5)
FIG. 5B shows a configuration of the fifth modification in which the isotope
The reflection
第1および第2の直線偏光レーザ光は、反射光学系18により複数回だけ対象物質1を通過する時に、同じ経路を進行する。また、この経路の各位置において、第1の直線偏光レーザ光の偏光方向は第2の直線偏光レーザ光の偏光方向と直交している。
The first and second linearly polarized laser beams travel on the same path when passing through the
上記複数回の反射でも、第1および第2の直線偏光レーザ光の偏光度は高く維持されるので、奇数質量数のPd同位体を高い割合で選択的に第2励起状態に励起できる。 Even in the multiple reflections described above, the degree of polarization of the first and second linearly polarized laser beams is kept high, so that the odd mass Pd isotopes can be selectively excited into the second excited state at a high rate.
図5(B)の例では、第3のレーザ光は、上述の反射光学系33により案内されているが、反射光学系33を省略してもよい。この場合、好ましくは、第3のレーザ光は、第1または第2の直線偏光レーザ光と重なった状態で、第1または第2の直線偏光レーザ光と同じ経路を同じ方向に進行しながら、反射光学系18により複数回だけ対象物質1を通過する。
In the example of FIG. 5B, the third laser light is guided by the above-described reflection
なお、図5(B)の例では、第1および第2の直線偏光レーザ光は、互いに逆向きに進行している。ただし、第1および第2の直線偏光レーザ光が、互いに重なった状態で、同じ経路を同じ方向に進行しながら、反射光学系18により複数回だけ対象物質1を通過するように、選択的励起装置10を構成してもよい。
In the example of FIG. 5B, the first and second linearly polarized laser beams travel in opposite directions. However, the first and second linearly polarized laser beams are selectively excited so as to pass through the
1 対象物質、2 坩堝、3 第1レーザ照射装置、5 第2レーザ照射装置、7 レーザ射出部、9a,9b ミラー、10 同位体の選択的励起装置、11 偏光素子、13 偏光方向調整素子、15 レーザ射出部、17a,17b ミラー、18 反射光学系、18a,18b ミラー、19 偏光素子、20 イオン化装置、21 第3レーザ照射装置、23 レーザ射出部、25 ミラー(ダイクロイックミラー)、27 収集装置、28 金属電極、29 金網状電極、31 収集基板、33 反射光学系、33a,33b,33c ミラー
DESCRIPTION OF
Claims (4)
(A)第1および第2の直線偏光レーザ光を生成し、
(B)奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に、第1および第2の直線偏光レーザ光を照射し、
前記(B)において、前記対象物質の位置で、第1の直線偏光レーザ光の偏光方向は第2の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交しており、
第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、第1および第2の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている、同位体の選択的励起方法。 An isotope selective excitation method for selectively exciting odd-numbered isotopes among odd-numbered and even-numbered isotopes of the same atom,
(A) generating first and second linearly polarized laser beams;
(B) irradiating the target substance containing isotopes of odd and even mass numbers with the first and second linearly polarized laser beams,
In (B), at the position of the target substance, the polarization direction of the first linearly polarized laser beam is orthogonal to the polarization direction of the second linearly polarized laser beam,
The wavelengths of the first and second linearly polarized laser beams are selected from two odd-numbered and even-numbered isotopes by using the first and second linearly polarized laser beams. An isotope selective excitation method set to a wavelength to be excited.
第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、それぞれ、276nmおよび521nmである、請求項1に記載の同位体の選択的励起方法。 The isotope is an isotope of a palladium atom;
The isotope selective excitation method according to claim 1, wherein the wavelengths of the first and second linearly polarized laser beams are 276 nm and 521 nm, respectively.
第1の直線偏光レーザ光を生成し、奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に第1の直線偏光レーザ光を照射する第1レーザ照射装置と、
第2の直線偏光レーザ光を生成し、前記対象物質に第2の直線偏光レーザ光を照射する第2レーザ照射装置と、を備え、
前記対象物質の位置で、第1の直線偏光レーザ光の偏光方向が第2の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交するように、第1レーザ照射装置と第2レーザ照射装置は構成されており、
第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、第1および第2の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている、同位体の選択的励起装置。 An isotope selective excitation apparatus that selectively excites odd-numbered isotopes among odd-numbered and even-numbered isotopes of the same atom,
A first laser irradiation apparatus for generating a first linearly polarized laser beam and irradiating the target substance containing isotopes of odd and even mass numbers with the first linearly polarized laser beam;
A second laser irradiation device that generates a second linearly polarized laser beam and irradiates the target material with the second linearly polarized laser beam,
The first laser irradiation device and the second laser irradiation device are configured so that the polarization direction of the first linearly polarized laser beam is orthogonal to the polarization direction of the second linearly polarized laser beam at the position of the target substance. ,
The wavelengths of the first and second linearly polarized laser beams are selected from two odd-numbered and even-numbered isotopes by using the first and second linearly polarized laser beams. An isotope selective excitation device set to the wavelength to be excited.
第1および第2の直線偏光レーザ光の波長は、それぞれ、276nmおよび521nmである、請求項3に記載の同位体の選択的励起装置。 The isotope is an isotope of a palladium atom;
The isotope selective excitation apparatus according to claim 3, wherein the wavelengths of the first and second linearly polarized laser beams are 276 nm and 521 nm, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016104847A JP2017209634A (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Selective excitation method of isotope and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016104847A JP2017209634A (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Selective excitation method of isotope and device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017209634A true JP2017209634A (en) | 2017-11-30 |
Family
ID=60476427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016104847A Pending JP2017209634A (en) | 2016-05-26 | 2016-05-26 | Selective excitation method of isotope and device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017209634A (en) |
-
2016
- 2016-05-26 JP JP2016104847A patent/JP2017209634A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Luski et al. | Vortex beams of atoms and molecules | |
| Budker et al. | Atomic physics studies at the Gamma Factory at CERN | |
| JP6650647B2 (en) | Cooled atom beam generation method, cooled atom beam generator, atomic interferometer | |
| CN112955978B (en) | Atomic beam collimation method, atomic beam collimator, atomic interferometer, atomic gyroscope | |
| Kennedy et al. | Extreme-ultraviolet studies with laser-produced plasmas | |
| Hakimi et al. | Laser–solid interaction studies enabled by the new capabilities of the iP2 BELLA PW beamline | |
| JP6058658B2 (en) | High-flux and narrow-band Compton light source via extended interaction between laser and electrons | |
| Kaneyasu et al. | Controlling the orbital alignment in atoms using cross-circularly polarized extreme ultraviolet wave packets | |
| Horný et al. | Attosecond betatron radiation pulse train | |
| Curcio et al. | Single-shot non-intercepting profile monitor of plasma-accelerated electron beams with nanometric resolution | |
| US5110562A (en) | Laser isotope separation apparatus | |
| Ju et al. | Analysis of x-ray emission and electron dynamics in a capillary-guided laser wakefield accelerator | |
| Yao et al. | Optimizing laser coupling, matter heating, and particle acceleration from solids using multiplexed ultraintense lasers | |
| JP2017209634A (en) | Selective excitation method of isotope and device | |
| JP6818322B2 (en) | Mass spectrometer and mass spectrometry method | |
| Ivanov et al. | Tabletop Laser-Plasma Electron Accelerators: Experimental Designs, Acceleration Mechanisms and Some Applications | |
| Nürnberg | Laser-accelerated proton beams as a new particle source | |
| JP6868903B2 (en) | Palladium isotope even-odd separation ionization method and equipment | |
| Sharma et al. | Alignment studies for tungsten near L3 sub-shell threshold via theoretical, experimental and empirical methods | |
| Hofbrucker et al. | Enhanced polarization transfer to the characteristic L α x-ray lines near the nonlinear Cooper minimum of two-photon ionization | |
| Strehlow | Optimizing laser-ion acceleration with flat and structured foils | |
| Antognini | The lamb shift experiment in muonic hydrogen | |
| EP0444336A1 (en) | Laserisotope separation apparatus | |
| Haden | Research and Applications of High-Intensity-Laser-Driven Radiation | |
| Pelak | Photodesorption dynamics of nitric oxide on Pt (111) induced with nanosecond and femtosecond pulsed lasers |