JPH0513685B2 - - Google Patents
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- JPH0513685B2 JPH0513685B2 JP18368085A JP18368085A JPH0513685B2 JP H0513685 B2 JPH0513685 B2 JP H0513685B2 JP 18368085 A JP18368085 A JP 18368085A JP 18368085 A JP18368085 A JP 18368085A JP H0513685 B2 JPH0513685 B2 JP H0513685B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- sif
- infrared
- compound
- working material
- 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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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
本発明は、Siの同位体を分離するレーザー同位
体分離に用いられる作業物質およびこの作業物質
を用いるSiのレーザー同位体分離法に関する。 (従来の技術) 波数102〜103cm-1の赤外領域における分子の吸
収スペクトルは、分子の振動状態の変化に対応
し、しばしば顕著な同位体効果を示す。そこで特
定の同位体を含む分子に着目し、その分子を吸収
の大きな波数付近の光で照射して選択的に励起
し、化学反応を誘起させ分離に導くことが可能で
ある。通常の分子では上述の領域の光を一光子だ
け吸収した場合には、エネルギーが不充分で化学
反応は起こらない。しかし強力な赤外線レーザー
光を照射すると、分子は数十個にも達する光子を
吸収して分解を起こす。この様な分解は赤外多光
子解離と呼ばれている。 天然のSiには質量28、29および30の同位体が
〔28Si〕:〔29Si〕:〔30Si〕=92.23:4.67:3.10の
比で
存在している。これまで赤外多光子解離によるSi
の同位体分離はほとんど研究されていない状態
で、わずかにSiF4を作業物質とした炭酸ガスレー
ザーによる実験で、29SiF4および30SiF4の濃縮が
報告されているに過ぎなかつた(J.L.Lyman
and S.D.Rockwocd;J.Appl.Phys.,Vol.47、No.
2、P.595−601、(1976))。 しかしながら、この実験による濃縮の選択性は
極めて低く、29Siおよび30Siの濃縮は5%程度に増
加するでだけであり、実用的な面での意義は認め
難い。 一方、本発明者等は、先に、SiaXbHc(2≦a
≦3、0≦b≦2a+2、2a+2=b+c、Xは
同一又は異なるハロゲン原子)で表されるポリシ
ラン化合物が赤外線レーザーの発振領域である
930〜1060cm-1に分子の振動に対応する吸収をも
ち、その付近の赤外線レーザーのパルス光を照射
すると極めて効率よく赤外多光子解離を起こし、
低次シランに分解することを見い出し、特許出願
を行つた(特願昭60−21577号明細書参照)。 (発明の目的) 本発明の目的は、上記出願後、本発明者等が鋭
意研究を進めた結果得られたSiの同位体を効率よ
く分離するレーザー同位体分離法及び作業物質を
提供することにある。 (発明の構成) 本発明は、作業物質としてSiFnX4-o(XはH、
Cl、Br、I、のいずれか、但し1≦n≦3)ま
たはSiFnR4-o(Rはアルキル基またはそのハロゲ
ン誘導体、但し1≦n≦3)で表されるフルオロ
モノシラン化合物を用い、このフルオロモノシラ
ン化合物に赤外線レーザーを照射することにより
Siの同位体が分離される。 作業物質としての前記フルオロモノシラン化合
物としては、SiF3H、SiF3Cl、SiF3Br、SiF2H2、
SiFCl3、SiF3CH2、SiF3CF2およびSiF2(CH3)2な
どが例示され、赤外線レーザーとしては、炭酸ガ
スレーザー、HFレーザーや波長を変換して赤外
線となるレーザー(例えば水素ラマンレーザー)
などが含まれる。この内でも分子振動との波長の
マツテングが良いことおよびレーザー光強度が高
いことから炭酸ガスレーザーが特に好ましい。 前記フルオロモノシラン化合物は、いずれもSi
−F結合の伸縮振動に対応する強い吸収バンドを
赤外線レーザーの発振領域にもつている。それぞ
れの化合物の吸収バンドの近傍にある赤外線レー
ザーの発振線を平行光のままあるいはレンズで軽
く集光して照射するといずれの化合物も容易に解
離する。こうして得られた生成物を低温蒸留ある
いはガスクロマトグラフイーで未反応親化合物よ
り分離し、質量分析器でSi中の同位体比を測定す
れば、適切な波長適切なフルエンスのレーザー照
射で29Siおよび30Siが濃縮され、未反応親化合物
中に28Siが濃縮されていることが判かる。なお、
照射波数は親化合物の赤外吸収バンドのピークよ
り20〜50cm-1ほど低エネルギー側の波数が適当で
あり、これよりさらに低波数側にすると生成物の
生成収量が著しく低下する。照射温度は、低温に
するほど選択性の向上が見られ、圧力は1Torr付
近が望ましく試料圧を上げすぎると選択性が低下
する。 (発明の効果) 本発明によれば、前記フルオロモノシラン化合
物からなる作業物質に赤外線レーザーを照射し
て、Siの同位体を分離することにより、29Siおよ
び30Siを効率よく分離することができ、医薬、農
薬の研究、電子材料の開発において需要が高まり
つつあるSiの同位体製造に有効である。また、現
在のSiの同位体分離に用いられている質量分析法
に比べて本レーザー法は製造コストが極端に低減
され、安価に、しかも大量にSiの同位体を提供し
得るものである。 (実施例) 以下本発明を実施例によつて説明する。使用し
たレーザー装置はLumnics社製103−2型
CO2TEAレーザー装置で、HeとCO2の混合気体、
あるいはHeとCO2とN2の混合気体を使つてレー
ザー発振させた。前者の混合気体の場合、レーザ
ーパルスの時間幅は短いが、パルスの持つエネル
ギーは小さい。後者の混合気体の場合、レーザー
パルスは長い時間幅で発振し、パルスの持つエネ
ルギーを数倍以上に増大する。 第1図は、本発明を実施するために使用された
実験装置の概略図である。CO2 TEAレーザー装
置1によつて発振され外部に放出されたパルス状
レーザー光2は、直径1.0または1.6cmの円形のア
イリス3を通過したのち、平行光のままあるいは
BaF2レンズ4で集光された後反応容器5内に導
びかれる。レーザー光照射前および照射後の試料
の赤外吸収スペクトルが赤外分光光度計6により
測定される。レーザー光照射後の試料は、低温蒸
留装置7で一旦生成物SiF4を分離したのちあるい
は直接マススペクトロメーター8およびガスクロ
マトグラフイー9に導入される。 <第1実施例> 本実施例においてはSiF3CH3が作業物質として
使用された。第2a図はこの作業物質のレーザー
光照射前の赤外吸収スペクトルを示す図である。
試料の圧力は1Torrとしたが;980cm-1付近にSi
−Fの伸縮振動による強い吸収バンドが認められ
る。つぎにこの試料にHeとCO2とN2との混合気
体を使つて発振させた10.6μ帯のP(22)線
(942.38cm-1)のパルス状レーザー光を平行光の
まま照射した。レーザー光のフルエンスは0.62J
cm-2であつた。5000のパルス数まで照射したのち
測定した赤外吸収スペクトルを第2b図に示す。
新しく出現した1020cm-1付近の吸収の肩はSiF4に
よるものである。照射試料をガスクロマトグラフ
およびマススペクトロメーターに導入し、生成物
SiF4中の28Si、29Si、30Siの同位体比を測定したが、
その値はフラグメントイオン28SiF3 +、29SiF3 +、
30SiF3 +のイオン強度比によつた。その結果を表
1に示す。SiF4中に29Si、30Siがそれぞれ12.42%、
9.94%にまで濃縮されている。
体分離に用いられる作業物質およびこの作業物質
を用いるSiのレーザー同位体分離法に関する。 (従来の技術) 波数102〜103cm-1の赤外領域における分子の吸
収スペクトルは、分子の振動状態の変化に対応
し、しばしば顕著な同位体効果を示す。そこで特
定の同位体を含む分子に着目し、その分子を吸収
の大きな波数付近の光で照射して選択的に励起
し、化学反応を誘起させ分離に導くことが可能で
ある。通常の分子では上述の領域の光を一光子だ
け吸収した場合には、エネルギーが不充分で化学
反応は起こらない。しかし強力な赤外線レーザー
光を照射すると、分子は数十個にも達する光子を
吸収して分解を起こす。この様な分解は赤外多光
子解離と呼ばれている。 天然のSiには質量28、29および30の同位体が
〔28Si〕:〔29Si〕:〔30Si〕=92.23:4.67:3.10の
比で
存在している。これまで赤外多光子解離によるSi
の同位体分離はほとんど研究されていない状態
で、わずかにSiF4を作業物質とした炭酸ガスレー
ザーによる実験で、29SiF4および30SiF4の濃縮が
報告されているに過ぎなかつた(J.L.Lyman
and S.D.Rockwocd;J.Appl.Phys.,Vol.47、No.
2、P.595−601、(1976))。 しかしながら、この実験による濃縮の選択性は
極めて低く、29Siおよび30Siの濃縮は5%程度に増
加するでだけであり、実用的な面での意義は認め
難い。 一方、本発明者等は、先に、SiaXbHc(2≦a
≦3、0≦b≦2a+2、2a+2=b+c、Xは
同一又は異なるハロゲン原子)で表されるポリシ
ラン化合物が赤外線レーザーの発振領域である
930〜1060cm-1に分子の振動に対応する吸収をも
ち、その付近の赤外線レーザーのパルス光を照射
すると極めて効率よく赤外多光子解離を起こし、
低次シランに分解することを見い出し、特許出願
を行つた(特願昭60−21577号明細書参照)。 (発明の目的) 本発明の目的は、上記出願後、本発明者等が鋭
意研究を進めた結果得られたSiの同位体を効率よ
く分離するレーザー同位体分離法及び作業物質を
提供することにある。 (発明の構成) 本発明は、作業物質としてSiFnX4-o(XはH、
Cl、Br、I、のいずれか、但し1≦n≦3)ま
たはSiFnR4-o(Rはアルキル基またはそのハロゲ
ン誘導体、但し1≦n≦3)で表されるフルオロ
モノシラン化合物を用い、このフルオロモノシラ
ン化合物に赤外線レーザーを照射することにより
Siの同位体が分離される。 作業物質としての前記フルオロモノシラン化合
物としては、SiF3H、SiF3Cl、SiF3Br、SiF2H2、
SiFCl3、SiF3CH2、SiF3CF2およびSiF2(CH3)2な
どが例示され、赤外線レーザーとしては、炭酸ガ
スレーザー、HFレーザーや波長を変換して赤外
線となるレーザー(例えば水素ラマンレーザー)
などが含まれる。この内でも分子振動との波長の
マツテングが良いことおよびレーザー光強度が高
いことから炭酸ガスレーザーが特に好ましい。 前記フルオロモノシラン化合物は、いずれもSi
−F結合の伸縮振動に対応する強い吸収バンドを
赤外線レーザーの発振領域にもつている。それぞ
れの化合物の吸収バンドの近傍にある赤外線レー
ザーの発振線を平行光のままあるいはレンズで軽
く集光して照射するといずれの化合物も容易に解
離する。こうして得られた生成物を低温蒸留ある
いはガスクロマトグラフイーで未反応親化合物よ
り分離し、質量分析器でSi中の同位体比を測定す
れば、適切な波長適切なフルエンスのレーザー照
射で29Siおよび30Siが濃縮され、未反応親化合物
中に28Siが濃縮されていることが判かる。なお、
照射波数は親化合物の赤外吸収バンドのピークよ
り20〜50cm-1ほど低エネルギー側の波数が適当で
あり、これよりさらに低波数側にすると生成物の
生成収量が著しく低下する。照射温度は、低温に
するほど選択性の向上が見られ、圧力は1Torr付
近が望ましく試料圧を上げすぎると選択性が低下
する。 (発明の効果) 本発明によれば、前記フルオロモノシラン化合
物からなる作業物質に赤外線レーザーを照射し
て、Siの同位体を分離することにより、29Siおよ
び30Siを効率よく分離することができ、医薬、農
薬の研究、電子材料の開発において需要が高まり
つつあるSiの同位体製造に有効である。また、現
在のSiの同位体分離に用いられている質量分析法
に比べて本レーザー法は製造コストが極端に低減
され、安価に、しかも大量にSiの同位体を提供し
得るものである。 (実施例) 以下本発明を実施例によつて説明する。使用し
たレーザー装置はLumnics社製103−2型
CO2TEAレーザー装置で、HeとCO2の混合気体、
あるいはHeとCO2とN2の混合気体を使つてレー
ザー発振させた。前者の混合気体の場合、レーザ
ーパルスの時間幅は短いが、パルスの持つエネル
ギーは小さい。後者の混合気体の場合、レーザー
パルスは長い時間幅で発振し、パルスの持つエネ
ルギーを数倍以上に増大する。 第1図は、本発明を実施するために使用された
実験装置の概略図である。CO2 TEAレーザー装
置1によつて発振され外部に放出されたパルス状
レーザー光2は、直径1.0または1.6cmの円形のア
イリス3を通過したのち、平行光のままあるいは
BaF2レンズ4で集光された後反応容器5内に導
びかれる。レーザー光照射前および照射後の試料
の赤外吸収スペクトルが赤外分光光度計6により
測定される。レーザー光照射後の試料は、低温蒸
留装置7で一旦生成物SiF4を分離したのちあるい
は直接マススペクトロメーター8およびガスクロ
マトグラフイー9に導入される。 <第1実施例> 本実施例においてはSiF3CH3が作業物質として
使用された。第2a図はこの作業物質のレーザー
光照射前の赤外吸収スペクトルを示す図である。
試料の圧力は1Torrとしたが;980cm-1付近にSi
−Fの伸縮振動による強い吸収バンドが認められ
る。つぎにこの試料にHeとCO2とN2との混合気
体を使つて発振させた10.6μ帯のP(22)線
(942.38cm-1)のパルス状レーザー光を平行光の
まま照射した。レーザー光のフルエンスは0.62J
cm-2であつた。5000のパルス数まで照射したのち
測定した赤外吸収スペクトルを第2b図に示す。
新しく出現した1020cm-1付近の吸収の肩はSiF4に
よるものである。照射試料をガスクロマトグラフ
およびマススペクトロメーターに導入し、生成物
SiF4中の28Si、29Si、30Siの同位体比を測定したが、
その値はフラグメントイオン28SiF3 +、29SiF3 +、
30SiF3 +のイオン強度比によつた。その結果を表
1に示す。SiF4中に29Si、30Siがそれぞれ12.42%、
9.94%にまで濃縮されている。
【表】
また、作業物質として同じSiF3CH3を用い、レ
ーザー光照射条件を変えて同様にして実験を行つ
た。レーザー光としてHeとCO2との混合気体を
使つて発振させた942.38cm-1のパルス状のレーザ
ー光(10.6μ帯、P(22)線)が用いられた。この
レーザー光をポリエチレンフイルムを通して減光
し、さらに焦点距離40cmのレンズで集光したレー
ザー光を、1TorrのSiF3CH3が充填された反応容
器に導入された。焦点におけるレーザーのフルエ
ンスは5.6Jcm-2であつた。2000のパルス数まで照
射したあとの赤外吸収スペクトルを第2c図に示
す。試料をガスクロマトグラフおよびマススペク
トロメーターに導入し測定したところ、表2に示
すように、SiF4中に29Siが8.87%、30Siが11.19%に
濃縮されていることが判明した。
ーザー光照射条件を変えて同様にして実験を行つ
た。レーザー光としてHeとCO2との混合気体を
使つて発振させた942.38cm-1のパルス状のレーザ
ー光(10.6μ帯、P(22)線)が用いられた。この
レーザー光をポリエチレンフイルムを通して減光
し、さらに焦点距離40cmのレンズで集光したレー
ザー光を、1TorrのSiF3CH3が充填された反応容
器に導入された。焦点におけるレーザーのフルエ
ンスは5.6Jcm-2であつた。2000のパルス数まで照
射したあとの赤外吸収スペクトルを第2c図に示
す。試料をガスクロマトグラフおよびマススペク
トロメーターに導入し測定したところ、表2に示
すように、SiF4中に29Siが8.87%、30Siが11.19%に
濃縮されていることが判明した。
【表】
<第2実施例>
本実施例においてはSiF3Brが作業物質として
使用された。SiF3Brが1Torr充填された反応容器
に、HeとCO2とN2との混合気体を使つて発振さ
せた971.93cm-1のパルス状のレーザー光(10.6μ帯
R(14)線)を平行光のまま導入した。レーザー
光のフルエンスは0.59Jcm-2であり、照射パルス
数は500であつた。第4a図および第4bはそれ
ぞれレーザー光照射前および照射後の赤外吸収ス
ペクトルを示すグラフである。これらのグラフか
らレーザー光照射によつて、SiF4が生成したこと
は明らかである。次に、レーザー光照射後の反応
容器内の試料をガスクロマトグラフおよびマスス
ペクトロメーターに導入した。その際得られたガ
スクロマトグラムを第4図に示す。SiF4および
SiF3Brのピークが表われている。表3は得られ
たSiF4に対する質量分析の結果を示している。
29Si、30Siがそれぞれ6.35%、7.81%まで濃縮され
ていることがわかる。
使用された。SiF3Brが1Torr充填された反応容器
に、HeとCO2とN2との混合気体を使つて発振さ
せた971.93cm-1のパルス状のレーザー光(10.6μ帯
R(14)線)を平行光のまま導入した。レーザー
光のフルエンスは0.59Jcm-2であり、照射パルス
数は500であつた。第4a図および第4bはそれ
ぞれレーザー光照射前および照射後の赤外吸収ス
ペクトルを示すグラフである。これらのグラフか
らレーザー光照射によつて、SiF4が生成したこと
は明らかである。次に、レーザー光照射後の反応
容器内の試料をガスクロマトグラフおよびマスス
ペクトロメーターに導入した。その際得られたガ
スクロマトグラムを第4図に示す。SiF4および
SiF3Brのピークが表われている。表3は得られ
たSiF4に対する質量分析の結果を示している。
29Si、30Siがそれぞれ6.35%、7.81%まで濃縮され
ていることがわかる。
第1図は、本発明を実施するために使用された
実験装置の概略図、、第2a図ないし第2c図は
作業物質としてSiF3CH3を使用した場合のレーザ
ー光照射前の赤外吸収スペクトルを示す図、第3
a図および第3b図は作業物質としてSiF3Brを
使用した場合のレーザー光照射前の赤外吸収スペ
クトルを示す図、第4図は作業物質として
SiF3Brを使用した場合のレーザー光照射後のガ
スクロマトグラムを示す図である。 1……レーザー装置、2……レーザー光、3…
…アイリス、4……レンズ、5……反応容器、6
……赤外分光光度計、7……低温蒸留装置、8…
…マススペクトロメーター、9……ガスクロマト
グラフイー。
実験装置の概略図、、第2a図ないし第2c図は
作業物質としてSiF3CH3を使用した場合のレーザ
ー光照射前の赤外吸収スペクトルを示す図、第3
a図および第3b図は作業物質としてSiF3Brを
使用した場合のレーザー光照射前の赤外吸収スペ
クトルを示す図、第4図は作業物質として
SiF3Brを使用した場合のレーザー光照射後のガ
スクロマトグラムを示す図である。 1……レーザー装置、2……レーザー光、3…
…アイリス、4……レンズ、5……反応容器、6
……赤外分光光度計、7……低温蒸留装置、8…
…マススペクトロメーター、9……ガスクロマト
グラフイー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 SiFnX4-o(XはH、Cl、Br、I、のいずれ
か、但し1≦n≦3)またはSiFnR4-o(Rはアル
キル基またはそのハロゲン誘導体、但し1≦n≦
3)で表されるフルオロモノシラン化合物である
ことを特徴とするSiのレーザー同位体分離のため
の作業物質。 2 前記フルオロモノシラン化合物がトリフルオ
ロモノシラン化合物であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の作業物質。 3 前記トリフルオロモノシラン化合物が
SiF3Brであることを特徴とする特許請求の範囲
第2項記載の作業物質。 4 前記トリフルオロモノシラン化合物が
SiF3CH3であることを特徴とする特許請求の範囲
第2項記載の作業物質。 5 SiFnX4-o(XはH、Cl、Br、I、のいずれ
か、但し1≦n≦3)またはSiFnR4-o(Rはアル
キル基またはそのハロゲン誘導体、但し1≦n≦
3)で表されるフルオロモノシラン化合物に赤外
線レーザーを照射して、Siの同位体を分離するレ
ーザー同位体分離法。 6 前記赤外線レーザーが炭酸ガスレーザーであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の
レーザー同位体分離法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18368085A JPS6245327A (ja) | 1985-08-21 | 1985-08-21 | レ−ザ−同位体分離用作業物質およびレ−ザ−同位体分離法 |
| US06/824,222 US4824537A (en) | 1985-02-06 | 1986-01-30 | Working substances used in laser isotope separation and method of laser isotope separation |
| EP86101539A EP0190758B1 (en) | 1985-02-06 | 1986-02-06 | Process for a laser isotope separation of silicon |
| CA000501270A CA1285371C (en) | 1985-02-06 | 1986-02-06 | Working substances used in laser isotope separation and method of laserisotope separation |
| DE8686101539T DE3664569D1 (en) | 1985-02-06 | 1986-02-06 | Process for a laser isotope separation of silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18368085A JPS6245327A (ja) | 1985-08-21 | 1985-08-21 | レ−ザ−同位体分離用作業物質およびレ−ザ−同位体分離法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6245327A JPS6245327A (ja) | 1987-02-27 |
| JPH0513685B2 true JPH0513685B2 (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16140043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18368085A Granted JPS6245327A (ja) | 1985-02-06 | 1985-08-21 | レ−ザ−同位体分離用作業物質およびレ−ザ−同位体分離法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6245327A (ja) |
-
1985
- 1985-08-21 JP JP18368085A patent/JPS6245327A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6245327A (ja) | 1987-02-27 |
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