JPH0560962B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は同位体の選択的光励起、特に同位体分
離系における同位体の選択的光励起に関するもの
である。

〔従来の技術〕

ウラン濃縮等の同位体分離過程における同位体
の選択的光励起を行なわせる方式は沢山あつてそ
れぞれ相補つているが、その中で米国特許第
3772519号記載の技術が早くから知られており、
その技術はよく同調されたレーザ光ビームを蒸気
状の粒子に照射することによつて選択的励起を行
なう点が評価されている。1974年６月25日受理の
米国特許出願第483077号及び1974年４月29日受理
の米国特許出願第465264号に対応する日本特許公
開公報特開昭50−152195号、ベルギー特許第
828557号及び1976年10月６日受理の米国特許出願
第729893号に記載されているように、同位体の選
択的光励起遷移のための吸収帯にわたつて周波数
変動すなわち周波数掃過をさせて励起照射を行な
うことも提案されている。

励起の方法、特にウラン原子の同位体Ｕ−235
の励起方法の最近の研究は、励起及び同位体分離
を効率よく且つ経済的に行なうことが出来る周波
数掃過に関する特殊なパラメータを開発した。こ
れらの技術は特に、複数回の光励起遷移が行なわ
れる場合及び、ベルギー特許第807118号及び第
816057号に記載されている例のように、複数個の
低いエネルギ状態から励起が行なわれる場合に適
用される。

特に、同調された空洞でつくられるレーザ光は
最高100MHz又はそれ以上の間隔をもつた多数の
モードラインすなわち明確な周波数の光から成つ
ていることが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術によれば、エネルギ準位が複数
の段階をもつものにおいては、すべての段階の光
励起に対して、レーザ照射光を周波数掃過するこ
とを要するものであり、いずれの場合において
も、電離しきい値を除く準位、つまり、各励起準
位の遷移に用いる励起用のレーザ照射光について
は、すべて周波数掃過を行なうことを必要とする
ものである。

しかしながら、周波数掃過するための構成は、
それ自体が相当複雑な構成であるうえに、すべて
周波数掃過を行なうということは、こうした複雑
な構成を、各段階の遷移に用いる各レーザ照射光
に対して設けることであり、全体的には、非常に
複雑な構成になるため、装置の提供が非常に高価
なものになるうえに、装置の取扱者の操作までが
複雑化するという不具合がある。

このため、こうした複雑高価な構成によらず、
簡便安価な構成によるものの提供が望まれている
という課題がある。

〔課題を解決するための手段〕

ところで、上記のモートラインには光はない。
同時に、選択された同位体とその他の同位体との
混合体中の選択された同位体の吸収周波数は、そ
の他の同位体の吸収周波数とは１つ１つの値は異
なるが、ある周波数範囲に拡がつて存在してい
る。これは１つの同位体の多くの個々の粒子のス
ペクトル線の拡がり又は縮退による。従つて、励
起光の個々のモードの周波数と選択された同位体
のすべての粒子の吸収周波数とが完全に一致する
ことが不可能である。しかし両者が接近すれば励
起は可能である。接近していれば、上述の特許で
明確にされているように励起は十分な確率をもつ
て生起する。接近は、粒子の吸収周波数範囲にわ
たつて沢山のモードラインが存在しているので確
実に行なうことが出来る。

本発明は、原子と照射パルスとの間の相互作用
に関する理論的研究に基づくものである。照射光
の周波数が原子の遷移周波数に非常に近いと、光
量子を吸収して遷移すなわち励起される原子の数
は、照射光の周波数と正確な共鳴周波数とのずれ
の関数として変化する。すなわち、照射光と粒子
との間に「正確な」共鳴が生じると粒子が励起さ
れる確率は極めて大きくなる。沢山の粒子に対す
る正確な吸収周波数はスペクトル状に拡がつてい
るので、実際にはこの効果は隠されている。たと
え１本又は数本のモードラインが増えたとして
も、周波数が接近しているものの数及び正確に一
致しているものの数は殆んど変らない。同位体の
超微細構造にわたつてモードラインを置いても、
ずれて置いたのでは正確な共鳴の場合の励起確率
を大きく増すことにはならない。

吸収現象のこのぼけは励起を複数段階で行なわ
せようとする場合増大する。このような状況がレ
ーザ光による同位体分離の場合に存在する。

原子と光との相互作用についての理論的な研究
が、正確に共鳴吸収を行なわせる確率を増すこと
が出来ることをはつきりさせた。同位体の選択的
光励起の実際の場合に適用して、この理論は選択
された同位体の沢山の粒子の各々に対し線構造周
波数の全範囲にわたつて正確な共鳴が得られるこ
とを示した。

吸収線を完全に覆つて正確な共鳴を確実にして
高い励起及び電離効率を得るためには、使用され
るレーザ光の強度はこれまで使用されていたいく
つかの定まつたモードをもつたレーザ光の強度よ
りもずつと小さくてよいことが分つている。強度
の最低値確保は効率よく実施するために望ましい
のみでなく、実施プラントの信頼性のために重要
である。強い強度の照射パルスは経済的に引き合
う距離を伝播するのが難しい。レーザビームはよ
く知られた非線形光学効果及び光学素子の温度上
昇と歪等の線形に近い効果によつて劣質化する。

しかし、実際のおいてはモードラインに間隔が
あるので吸収線を完全に覆うことはモードライン
を極めて接近させる以外は不可能であり、モード
ラインを接近させることは空洞の形の上から出来
ないことである。これに対する解答の１つが本発
明の系にあるのであつて、照射時間中にモードラ
インの位置を連続的に変えて吸収線全部を覆うも
のである。照射光は継続時間が１乃至２マイクロ
秒のパルスであつて、この時間内に複数本のモー
ドラインが少なくとも１本の吸収線を掃過して、
選択された同位体の各原子に正確な共鳴が１個の
パルスの間に少なくとも１度行なわれる。

同位体分離のときのように複数回の励起遷移が
行なわれる場合には、特定の原子に対して２回以
上の遷移に際して正確な共鳴を得ることは非常に
困難である。本発明の考えから更に、複数回の遷
移に複数個の照射光を使用すると集団のエネルギ
変化に対して正確な共鳴が行なえることが分つ
た。中間遷移に対する照射光が共鳴に接近してい
る場合、もし遷移の全エネルギ変化に対して正確
な共鳴が得られるならば、中間遷移に対しても正
確な共鳴における増加した励起確率が実現され
る。このことは、複数個の周波数の１つを掃過さ
せ又は変動させるだけで効率を改善させることが
出来るので、同位体分離用の周波数掃過装置を簡
単なものにする。

他の方法としては、空洞がないレーザ装置から
発振される無モードパルスは自動的に２光子共鳴
の要求を満足する。無モードレーザは周波数変動
の、複数モードの、パルスと同等の連続周波数分
布をもつている。

〔実施例〕

本発明の上述及びその他の特徴は、例示の目的
で示しそれだけに限定されない以下の詳細な記延
と添付の図面とによつて十分に説明される。

本発明は光励起の系、そして究極的には、同位
体分離を効率よく行なうように、すなわち同一又
はより少ないエネルギ入力によつてより多い分離
成果を得るように、電離のプロセスと装置とが操
作される同位体の選択的電離の系を意図するもの
である。特に光励起は、典型的にはレーザ光照射
によつて、２乃至それ以上のエネルギ段階を経て
行なわれ、高い励起状態から電離がなされる。第
１図はこのプロセスを説明するもので、第１及び
第２遷移１２及び１４は基底状態１６から第１の
励起準位１８へ、そして更により高い第２の励起
準位２０へ光励起するものである。ここで付け加
えて望ましく且つ好ましいと見なされることは、
粒子を準位２２から中間の第１の励起準位１８へ
遷移２４を使つて励起することが図示されている
ように、ウランの場合520cm^-1のような低エネル
ギ状態から粒子を励起することである。この場
合、準位１８は前と全く同じエネルギ準位か又は
この分野ではよく知られているように最初の準位
１６及び２２のＪ数の違いによつて、Ｊ数に僅か
違いのあるレベルかもしれない。

光励起をしたい粒子の蒸気に照射して遷移１２
及び１４を行なわせるためには典型的にはレーザ
光が使われる。本発明を同位体分離、特にウラン
濃縮に適用する場合には、蒸気は同位体Ｕ−235
とＵ−238を主成分とするウラン粒子からなつて
おり、レーザ光は同位体を選択的に光励起するよ
うに同調される。第１図に示すプロセスはこの分
野では一般的に知られているもので、既に延べて
あり、実際に希望する同位体Ｕ−235のウラン蒸
気粒子を選択的にエネルギ準位２０へ励起するも
のである。準位２０にある粒子は別のレーザの照
射によつて電離遷移２６を行なつて電離しきい値
３０より上にある電離準位２８へ行き電離され
る。このような系の最終の目的は、典型的には照
射レーザ光中の光子の数で表わされる、エネルギ
入力の最小量で希望する同位体の電離された粒子
の最大数を、そして他の同位体の電離粒子の最小
数を得ることにあることは明らかである。しか
し、あらゆる系における効率の最適値を知るに
は、その前に選択的光励起の運動学の若干につい
て理解することが必要である。

ウランに対する典型的なエネルギ準位１８及び
２０は、バージニア州、スプリングフイールド、
ポートローヤルロード5285、米国商務省のナシヨ
ナルテクニカルインフオメーシヨサービスから入
手できるカリホルニア大学コスアラモス科学研究
所編：光学スペクトルの測定値から導出されたウ
ラン（及び）の第１及び第２スペクトル分析
の現状LA−4501のような公知の表から選択出来
る。レーザ光は、十分に狭いバンド幅をもち且つ
同位体選択の遷移１２，１４及び２４に同調可能
な色素レーザから得ることが出来る。公知の分光
分析法によつては、種々の同位体の吸収線の中心
の位置は超微細構造、すなわち個々の粒子に対し
第２図に示した１組の吸収線４０と共にわかる。
第２図の線４２のような平均吸収線の中心は個々
の粒子が吸収する光の周波数ではないことは公知
である。１組の吸収線４０の構造は超微細構造
や、それにドプラ効果やゼーマン分裂が加わつた
ものを表わしている。この構造帯は例えば典型的
な場合数ＧHzの幅をもつている。図の吸収線は吸
収断面図の違いを示すために長さを変えて表わさ
れている。この図は吸収線の構造を説明するため
に示したもので、ウラン又はその他の原子におけ
る遷移の吸収線の構造を正確に描いたものではな
い。

従つて、同位体の選択的光励起に使用するレー
ザ光は、選択された同位体のバンド幅内で励起す
る程十分に分光学的に純粋でなければならず、同
位体シフトと呼ばれる僅かな波長異なつた希望し
ない同位体のバンドまでのびた従つてをもつてい
てはならない。レーザ及びそれの同調素子によつ
て、レーザ光は第２図の包絡線４４で示されるよ
うなバンド幅をもつようになされて、出力に対し
十分な利得な持つことが可能になる。典型的には
照射はモード４６と呼ばれる１組の周波数でなさ
れる。隣接するモード間の周波数の違いは、空洞
内の伝播速度を空洞の長さで割つたもの（又はこ
の値の1/2）に等しい。

すべての粒子に遷移１２，１４又は２４を行な
うようなエネルギ変化を与える正確なエネルギを
有する光子をつくり出すことは不可能である。し
かし、与えられた光子が要求されるエネルギ変化
に十分近いエネルギを有していれば、十分の確率
をもつて原子は、そのエネルギ変化には正確には
一致していないが接近した励起がなされる。これ
が、超微細構造が実際の場合重要になることであ
り、第２図に示されている状況が同位体の選択的
励起を実際的に引起すことになる。

特有の吸収線４０に接近した光にのみ応答する
個々の原子は、もし励起光の周波数が瞬間的にで
もその原子の特有の超微細吸収線の周波数に正確
に一致すれば、!?かに効率よく励起されることは
これまでに分つている。たとえレーザ光が多モー
ドで複数本のモード４６の周波数が吸収線の超微
細構造のバンド幅に大体合つた包絡線４４の中に
あつたとしても、実際の空洞の長さに対してはこ
の周波数範囲にわたるモードの間隔は、100MHz
よりも狭くなることはありそうもない。従つて、
正確な共鳴は稀にしか生じない。

本発明においてこの困難を解決するために、励
起レーザ光の照射中第２図に示されている全モー
ドの周波数を変化させる。照射レーザ光は、典型
的には少なくとも１マイクロ秒に近い間継続する
パルスである。各モードは１マイクロ秒の間に少
なくともモード間隔に相当する100MHz程度の周
波数シフトを滑かに且つ一様に行なう。このよう
にすれば各吸収線が各パルス持続時間の間に、対
応するレーザ光の周波数で覆われることは明らか
である。

上記のベルギー特許第828557号などに示されて
いるように、光励起において注意深く調節された
周波数変動から得られる性質の１つは共鳴粒子の
断熱変換である。殆んどの粒子が基底準位か又は
特別な遷移が開始される低エネルギ準位にあると
き、共鳴による１本のモードラインの周波数の変
動は、粒子のエネルギ状態を断熱的変換とよばれ
る遷移でより高いエネルギ状態へ効果的に得るこ
とが出来る。このプロセスは逆の方向にも同様に
進行する。すなわち、適当な拡がりをもつた掃過
周波数が特別な粒子に対する共鳴線を通過すると
き、高いエネルギ準位にある粒子を低いエネルギ
準位に変える。従つて、多モード線の場合、そし
て周波数をモード間隔の間に正確に変動させるこ
とが困難であるために、第１のモードが例えばエ
ネルギ準位１６から１８への断熱的変換をさせる
ように働いたとしても、第２のモードが同じ共鳴
線を過ぎるとき準位１８にある粒子を準位１６に
戻してしまい、結果として励起粒子の損失を来す
ということが起り得ることは明らかである。この
ような場合には、原子は高いエネルギ準位と低い
エネルギ準位との間を往復して、光励起による純
利得はないのである。

しかし、この困難は、周波数の変動を速くし
て、励起されて高いエネルギ準位にある原子の大
半を他のモードラインが通過する前に更に高いエ
ネルギ準位又は電離準位に遷移させることにより
回避される。この目的のためには、数本のモード
ラインが、パルス光の照射がなされている間に微
細構造のバンド幅中のそれぞれの特定の周波数点
を通るように周波数変動を受けることが望まし
い。

確かに、照射光の周波数を制御的に変動しなけ
ればならないとすると、同位体の選択的光励起と
電離とに使用するレーザ装置は更に複雑なものと
なる。その上、第１図に示すように、基底準位１
６及び準位２２のような熱的に励起された１個又
はそれ以上の個数の準位のような低エネルギ準位
からの励起が望まれるとき、もし遷移１２，２４
……などによつて粒子を励起準位１８に励起する
ためのレーザの各周波数変動が施されるとすれ
ば、複雑さは倍加する。

ここで、周波数変動に関する考案から離れ、本
発明の別の面について記すことにする。それは、
第１図の遷移１２及び１４で示される多段階光励
起系は照射が同時又は殆んど同時に行なわれた場
合の１回の遷移と見なされるという本発明の考え
方である。従つて、レーザ光源からの励起光子は
集団で存在していると見なされる。それ故、励起
されるべく原子が存在している低いエネルギ準位
が何処にあつても、高い励起準位２０へ励起され
る全エネルギ変化に相当する光子集団のエネルギ
を得ることは可能である。

既に見たように、エネルギ変化に対する光子集
団の正確な共鳴という本発明が提供した改良を遂
行することは可能である。もし遷移に使われる光
子集団のエネルギが正しい超微細吸収線で表わさ
れるエネルギ変化の和に相当するならば、正確な
共鳴から得られる効率の改良は達成される。個々
の遷移が、上述のモードラインの中間にあるとい
うような、共鳴に近い場合には、正確な共鳴を示
ることはない。従つて本発明が提供するものは、
正確な共鳴状態にある遷移と共鳴に極めて近い中
間遷移を行なわせることによつて複数個の励起遷
移の励起効率を高める系である。

このことは更に、多段遷移に対する照射光の１
つは制御することによつて、光子集団の正確な共
鳴がすべての粒子に対しなされることを意味す
る。これは１つの照射光の出力幅を広くすること
によつても得られるが、多段励起に使用する１つ
の励起光に対し周波数変動を行なう方が好まし
い。

周波数変動は遷移１４をさせるレーザ系に限定
してよいことが分る。これは、１つのレーザ系が
希望する周波数変動を行なう能力と装置とをもて
ばよいので、レーザ系全体の複雑さを低減する。
結局、エネルギ準位２０への遷移は、最初の低い
エネルギ準位が何処であろうとも、１つの周波数
を挟んで拡がつた線構造吸収バンドを有する単１
共鳴現象と見なされる。個々の遷移１２及び２４
に対する照射光は、高いエネルギ準位１８と低い
エネルギ準位１８及び２２との間の吸収線を覆う
ように周波数変動をしてはならないが、遷移１４
に対する照射光の周波数変動は基底準位１６及び
準位２２にある粒子をその照射光の照射によつて
準位２０へ励起する効果をもつ。各原子は掃過す
る周波数の１点又は数点で正確に共鳴して、十分
に励起された準位２０へ励起される。

周波数変動速度がパルス持続時間、典型的には
１マイクロ秒の間に１又は数モード間隔では光励
起を行なわせるには遅すぎる。この目的のために
周波数変動をどの位の速さにしたらよいかは、レ
ーザ光にもともと現われるモードの数に依存す
る。

多段階遷移に使用する数台のレーザのうち１つ
に周波数変動を行なわせることは簡便ではある
が、複数台のレーザに周波数変動を行なわせると
次の利点がある。もし２台のレーザに周波数変動
を施すと、吸収線を掃過する速度は２倍になり、
平均非同調はモード間隔の1/2から1/4に低減され
る。

その上、高い準位へ励起された粒子が迅速に更
に高い準位へ励起されて、粒子が受け入れ得る共
鳴線の位置にある次のモードが到着して、粒子が
低い準位へ落ちることが回避出来ることは重要で
ある。第１図の系の場合、電離遷移２６に対する
照射光は十分強くて、励起準位２０にある粒子が
低い準位へ落ちる共鳴線をモードが通過するまで
に、十分な数の粒子を電離準位２０へ遷移させる
ことが必要である。Ｕ−285同位体が選択的に励
起されるウラン蒸気励起の場合には、電離遷移２
６に使用するレーザは、遷移１２，１４及び２４
に対する照射光よりもエネルギ密度において典型
的にはほぼ１桁大きい。もし遷移２６を行なわせ
るレーザによりエネルギ密度の大きいものを望む
ならば、他のレーザによりエネルギ密度の小さい
レーザを使うことで或る程度まで可能である。周
波数変動による出力幅拡大効果は電離遷移用レー
ザの強度に対する要求を低減する。最後に、望ま
れる照射光のエネルギ密度は、光励起と電離とが
完全に行なわれる場合に比してどの位の割合で行
なわれればよいかを希望する確率の関数である。
１平方センチメートル当り1/2から25ミリジユー
ルの範囲内にある典型的な出力レベルが受け入れ
可能なエネルギ密度であつて、電離遷移用照射光
はより大きい強度をもつている。しかし、エネル
ギ密度はこの数値に限定されることはないのであ
つて、異なる粒子及び異なる電離確率に対しては
強度は相対強度が相当に異なつた照射光が使われ
る。

以上述べた同位体の選択的光電離の系は、モー
ドラインの周波数変動によつて連続スペクトルに
なつた照射光が蒸気中を通つて個々の原子を共鳴
させるのと同等である。

本発明による同位体の選択的光励起のプロセス
とそれの実施上のパラメータとを述べて来たが、
ここで本発明の実施するに役立つ構造について述
べる。第３図に、励起過程における種々の遷移１
２，１４及び２４を行なわせる、図には１台しか
示していないが、多数でもよいレーザの周波数変
動、多モード光を発生するレーザ系を示す。特に
遷移１４を行なわせる望ましい周波数をもつた照
射光はレーザ発振器５０から一連のパルスとして
発生される。パルス繰返し速度は10kHz又はそれ
以上の高い値をもち、この速さは米国特許第
3944947号から教示されるように数個の光源から
十分に増幅されたパルス照射光を併合することに
よつてのみ得られる。それ故、アヴゴ・エヴエレ
ツト・リサーチ・ラボラトリ社のダイアルーＡ−
ラインレーザのようなレーザ発振器５０が発生す
る繰返し速度の遅いパルスも、増幅され結合され
て希望するパルス速度にすることが出来る。しか
し、遅いパルス速度で本発明の利点を遂行するこ
とが出来る。

増幅し結合する前に、レーザ発振器５０から出
た照射パルスは環状路５２に送られ、先ずビーム
分割器５４を通り、次に鏡５６で反射されてから
アナモルフイツク圧縮光学素子５８を通つて、ビ
ームに直角な面内の１方向が圧縮させられたビー
ムになる。この圧縮でビームはらせん状の第１の
表面６２と平らな第２の表面６４とをもつた回転
プリズム６０の狭い外側の部分を通ることが出来
る。プリズム６０を通過したビームは鏡６６で反
射されてから、アナモルフイツク拡大光学素子６
８を通り、再び正常の断面となる。ビームは更に
鏡７０で反射されて、この反射ビームがレーザ増
幅器７２に入りパルス増幅を受ける。増幅された
パルスの１部はビーム分割器５４を通つて出力ビ
ーム７４となり、その他は分割器５４で反射され
て再び環状器を廻る。

プリズム６０はモータ７８によつて回転させら
れるが、モータ７８の回転は、らせん状の表面６
２の段部にビームが当たることを避けるために、
同期回路８０を通してレーザ発振器５０が発振す
るパルスに同期されていることが好ましい。この
ような同期操作は好ましいが必要なことではな
い。

アナモルフイツク圧縮光学素子を使うことの利
点は、第４図に示すように、らせん状表面６２の
回転の中心８２からの距離によるピツチの相違か
らくるビームの分散の困難を避けるため十分に狭
くしなければならないビーム断面８１が得られる
ことである。

プリズム６０の典型的な回転速度は、ビーム８
１がプリズムに入る部分までのプリズム半径を１
センチメートルとすると、１つのパルスの時間内
に単１モードの掃過が行なわれるには毎分8000回
転の程度である。従つて、１つのパルスの時間内
により多くの数のモードシフトが行なわれるため
には、より遠い回転速度又はより大きなプリズム
半径とが使われる。

周波数変動を得るには、参考のために上に記し
たベルギー特許の中で説明されている系のような
この分野で知られている他の方式も使用可能であ
る。

同位体分離操作は典型的には第５図に示される
型の室の中で行なわれる。図示の室９０は参考と
して揚げる米国特許第3939354号の中に記載され
ているものである。室９０の中には蒸気源９２か
ら蒸発したウラン蒸気の雰囲気がある。蒸気は蒸
気源９２からイオン分離器９４の方へ進む。レー
ザ光が室９０の外から張出しパイプ９８にある窓
９６を通してイオン分離器９４中に照射される。
照射光は張出しパイプ１００と窓１０２を通つて
室９０の外に出て再び次の同様な室に入る。１組
の磁界コイル１０４が室９０を囲み、電源が流れ
てイオン分離器９４の領域に軸方向の磁界を作
る。この磁界は電子ビームを蒸気源９２中の金属
ウランの方向に向けることと、パルス電源１０８
によつてイオン分離器９４の中に作られた電界と
協力して交叉する磁界と電界とを作り電離した粒
子を蒸気流から引き出すことに使われる。

窓９６を通して照射するビーム１１０は、第１
図に示す遷移１２，１４，２４及び２６を行なわ
せる複数個の色を重ね合わせたものである。色の
結合は典型的には、２色性素子から成つている色
結合器１１２によつてなされる。図示の色結合器
１１２は４つのレーザ系１１４，１１６，１１８
及び１２０からのパルス光ビームを受ける。これ
らのレーザ系は上に引用した米国特許第3944947
号及びここに参考として揚げる米国特許第
3924937号に詳細に記載されているように数段増
幅されたパルスを順々に送り出すものである。

この発明は要約すると、以上のように、複数の
同位体の蒸気状粒子が存在する環境に、周波数が
掃過するレーザ照射光によつて光励起を与えるこ
とにより、複数の励起準位をもつ所要の粒子の励
起準位を高い準位に遷移するための同位体粒子励
起方法において、光子集団に対して正確な共鳴を
得るために、励起準位１８から励起準位２０への
遷移１４に対するレーザ照射光のみを周波数掃過
し、つまり、電離しきい値３０の直ぐ下の励起準
位２０とこの励起準位２０の直ぐ下にある励起準
位１８との間の遷移１８を行なうレーザ照射光に
対してのみ周波数掃過を行なつて励起する第１の
光励起と、基底準位１６から励起準位１８への遷
移１２と、中間のエネルギ準位２２から励起準位
１８への遷移２２に対するレーザ照射光は周波数
掃過を行なわないで励起する第２の光励起と、上
記の第１の光励起と第２の光励起とのみを同時に
または殆ど同時に行なうことにより、所要の粒子
を基底準位１６または中間のエネルギ準位２２か
ら電離しきい値３０の直ぐ下の励起準位２０まで
遷移する複数の光励起段階に亘る遷移とを具備す
る構成をもつ方法と、この方法を用いた装置とを
提供することにより、上記の課題を解決し得るよ
うにしたものである。

上述の方法及び装置についての記述は本発明の
実施例について説明したもので、本発明は特許請
求の範囲によつてのみ制限されるものである。

〔発明の効果〕

この発明によれば、上記のように、電離しきい
値の直ぐ下の励起準位とその直ぐ下の励起準位と
の間の遷移に用いるレーザ照射光のみを周波数掃
過するだけの構成で、各段階の遷移に用いる各レ
ーザ照射光をすべて周波数掃過するという複数の
複雑な構成を設けた場合と同等の遷移効果が得ら
れるので、方法の構成がごく簡単になり、また、
装置の構成や操作を簡単にして簡便安価な装置を
提供し得るなどの特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明に役立つエネルギ準位と
遷移を示す図、第２図は不連続な原子の不連続的
な共鳴スペクトルと典型的なレーザ光モードパタ
ーンを説明する図、第３図は本発明の周波数掃過
を行なうための装置の図、第４図は第３図に示す
装置の１部分の図、第５図は本発明を実施する際
使用される装置の図である。 符号の説明、１０……レーザ発振器、１２……
第１の遷移、１４……第２の遷移、１６……基底
準位、１８……第１の励起準位、２０……第２の
励起、２２……エネルギ準位、２４……遷移、２
６……電離遷移、２８……電離準位、３０……電
離しきい値、４０……１組の吸収線、４２……１
組の吸収線の中心線、４４……包絡線、４６……
レーザ光のモード、５０……レーザ発振器、５２
……環状路、５４……ビーム分割器、５６，６
５，７０……鏡、５８……アナモルフイツク圧縮
光学素子、６０……回転するプリズム、６２……
らせん形の第１の面、６４……平らな第２の面、
６８……アナモルフイツク拡大光学素子、７２…
…レーザ増幅器、７４……出力ビーム、７８……
モータ、８０……同期回路、８１……ビーム断
面、８２……プリズムの回転の中心、９０……
室、９２……蒸気源、９４……イオン分離器、９
６，１０２……窓、９８，１００……張り出しパ
イプ、１０４……磁界コイル、１０６……電源、
１０８……パルス電源、１１０……ビーム、１１
２……色結合器、１１４，１１６，１１８、１２
０……レーザ系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の同位体の蒸気状粒子を存在する環境
   に、周波数が掃過するレーザ照射光によつて光励
   起を与えることにより、複数の励起準位をもつ所
   要の粒子の励起準位を高い準位に遷移するための
   同位体励起方法であつて、 光子集団に対して正確な共鳴を得るために、前
   記複数の励起準位のうちの電離しきい値３０の直
   ぐ下の励起準位２０（以下、第２励起準位とい
   う）と、この第２励起準位の直ぐ下の励起準位１
   ８（以下、第１励起準位という）との間の遷移１
   ４を行うための前記レーザ照射光に対してのみ前
   記掃過を行う第１の光励起と、 前記複数の励起準位のうちの前記第１励起準位
   １８よりも下のエネルギ準位２２または基底準位
   １６と、前記第１励起準位との間の遷移１２また
   は２４を行うためのレーザ照射光に対しては前記
   掃過を行わない第２の光励起と、 前記第１の光励起と前記第２の光励起とのみを
   同時にまたは殆ど同時に行うことにより、前記所
   要の粒子の励起準位を前記エネルギ準位または基
   底準位から前記第２励起準位まで遷移する複数の
   光励起段階に亘る遷移とを具備することを特徴と
   する同位体粒子励起方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の同位体粒子励起
   方法であつて、前記第１の光励起における前記掃
   過の範囲を前記第２の光励起の対象となる各準位
   間における吸収線を覆わない範囲で掃過するよう
   にしたことを特徴とする同位体粒子励起方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の同位体粒子励起
   方法であつて、レーザ発振光を分割路５４をもつ
   環状路５２に与えて循環するとともに、前記環状
   路に光学的な経路長変化Ｗを与えることにより、
   前記分割路から前記掃過を行つたレーザ照射光を
   得るようにしたことを特徴とする同位体粒子励起
   方法。 ４ 複数の同位体の蒸気状粒子が存在する環境
   に、周波数が掃過するレーザ照射光によつて光励
   起を与えることにより、複数の励起準位をもつ所
   要の粒子の励起準位を高い準位に遷移するための
   同位体粒子励起装置であつて、 光子集団に対して正確な共鳴を得るために、前
   記複数の励起準位のうちの電離しきい値３０の直
   ぐ下の励起準位２０（以下、第２励起準位とい
   う）と、この第２励起準位の直ぐ下の励起準位１
   ８（以下、第１励起準位という）との間の遷移１
   ４を行うための前記レーザ照射光に対してのみ前
   記掃過を行う第１の光励起手段５０〜７８と、 前記複数の励起準位のうちの前記第１励起準位
   １８よりも下のエネルギ準位２２または基底準位
   １６と、前記第１励起準位との間の遷移１２また
   は２４を行うためのレーザ照射光に対しては先端
   掃過を行わない第２の光励起手段と、 前記第１の光励起手段と前記第２の光励起手段
   とのみを同時にまたは殆ど同時に行う光励起によ
   つて、前記所要の粒子の励起準位を前記エネルギ
   準位または基底準位から前記第２励起準位まで遷
   移するための複数の光励起段階に亘る遷移を行う
   全励起準位遷移手段とを具備することを特徴とす
   る同位体粒子励起装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の同位体粒子励起
   装置であつて、前記レーザ発振光を分割路５４を
   もつ環状路５２に与えて循環するとともに、前記
   環状路に光学的な経路長変化機構６０〜６４を設
   けることにより、前記分割路から前記掃過を行つ
   たレーザ照射光を得る前記第１の光励起手段を具
   備することを特徴とする同位体粒子励起装置。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の同位体粒子励起
   装置であつて、らせん状面と平らな面とをもつた
   回転プリズム６０を前記レーザ発振光のパルスと
   同期回転する機構により前記経路長変化機構を形
   成したことを特徴とする同位体粒子励起装置。