JPH0679141A - 電磁波を用いた光電離プラズマの加熱によるイオン回収方法 - Google Patents
電磁波を用いた光電離プラズマの加熱によるイオン回収方法Info
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- JPH0679141A JPH0679141A JP23851592A JP23851592A JPH0679141A JP H0679141 A JPH0679141 A JP H0679141A JP 23851592 A JP23851592 A JP 23851592A JP 23851592 A JP23851592 A JP 23851592A JP H0679141 A JPH0679141 A JP H0679141A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光電離プラズマの温度が低く、回収時間が長
くなる場合に、効率良くイオンを回収する方法を提供す
る。 【構成】 同位体を有する蒸気原子にレーザー光を照射
して光電離プラズマ化することによって該原子の着目同
位体を電界を用いて分離する方法において、該プラズマ
に電磁波を照射して該プラズマの温度を上昇させて該同
位体を短時間で回収することを特徴とする方法。
くなる場合に、効率良くイオンを回収する方法を提供す
る。 【構成】 同位体を有する蒸気原子にレーザー光を照射
して光電離プラズマ化することによって該原子の着目同
位体を電界を用いて分離する方法において、該プラズマ
に電磁波を照射して該プラズマの温度を上昇させて該同
位体を短時間で回収することを特徴とする方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光を用いた原
子法による同位体分離方法に関する。
子法による同位体分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで、レーザー光を用いた原子法に
よるウラン濃縮等の同位体分離においては、レーザー光
によって生成したプラズマ中のイオンは、該プラズマに
電場や磁場等をパルス的に或いは定常的に印加すること
によって、電磁力で電極上に回収されていた。レーザー
濃縮では、パルスレーザー光で選択的に光電離したイオ
ンを高速の蒸気流の中から回収する。その場合に回収速
度が遅いと、イオンの回収率が低下したり、イオンと中
性原子との衝突等によりイオンの濃縮率が低下する。従
って、高速で電極間を通過するレーザー誘起プラズマ中
からのイオン回収率を上げ、且つ電荷交換による損失を
抑えるためにイオンを速やかに回収する必要がある。従
来の技術でイオン回収を行う場合、イオンの移動速度は
空間電荷の影響によりプラズマのイオン温度及び電子温
度で決定される。この場合、レーザー光線による光電離
によって生成されたプラズマのイオン温度及び電子温度
は０．１ｅＶ程度と低く、よって荷電粒子の移動速度は
比較的遅くなりイオンをプラズマから電極に抜き出すに
はある程度の時間が必要となる。このため、静電界を用
いてイオンを高速で回収するには、回収電極に高電圧を
印加しなければならない。
よるウラン濃縮等の同位体分離においては、レーザー光
によって生成したプラズマ中のイオンは、該プラズマに
電場や磁場等をパルス的に或いは定常的に印加すること
によって、電磁力で電極上に回収されていた。レーザー
濃縮では、パルスレーザー光で選択的に光電離したイオ
ンを高速の蒸気流の中から回収する。その場合に回収速
度が遅いと、イオンの回収率が低下したり、イオンと中
性原子との衝突等によりイオンの濃縮率が低下する。従
って、高速で電極間を通過するレーザー誘起プラズマ中
からのイオン回収率を上げ、且つ電荷交換による損失を
抑えるためにイオンを速やかに回収する必要がある。従
来の技術でイオン回収を行う場合、イオンの移動速度は
空間電荷の影響によりプラズマのイオン温度及び電子温
度で決定される。この場合、レーザー光線による光電離
によって生成されたプラズマのイオン温度及び電子温度
は０．１ｅＶ程度と低く、よって荷電粒子の移動速度は
比較的遅くなりイオンをプラズマから電極に抜き出すに
はある程度の時間が必要となる。このため、静電界を用
いてイオンを高速で回収するには、回収電極に高電圧を
印加しなければならない。
【０００３】しかし、イオン回収率を上げるためにイオ
ン密度を高くすると、回収電極に印加する電圧も高くし
なければならないが、このときに高いエネルギーを得た
イオンのスパッタ現象により、電極面上に回収された同
位体が弾き出される可能性がある。
ン密度を高くすると、回収電極に印加する電圧も高くし
なければならないが、このときに高いエネルギーを得た
イオンのスパッタ現象により、電極面上に回収された同
位体が弾き出される可能性がある。
【０００４】また、高い電圧を印加したままイオンを回
収することから、回収時に費やすエネルギーも大きくな
ると予測される。
収することから、回収時に費やすエネルギーも大きくな
ると予測される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明は光電離プラズマの温度が低く、回収時間が長くな
る場合に、効率良くイオンを回収する方法を提供するこ
とを目的とする。
発明は光電離プラズマの温度が低く、回収時間が長くな
る場合に、効率良くイオンを回収する方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明によれば、同位体を有する蒸気原子にレーザー光
を照射して光電離プラズマ化することによって該原子の
着目同位体を電界を用いて分離する方法において、該プ
ラズマに電磁波を照射して該プラズマの温度を上昇させ
て該同位体を短時間で回収することを特徴とする方法が
提供される。
本発明によれば、同位体を有する蒸気原子にレーザー光
を照射して光電離プラズマ化することによって該原子の
着目同位体を電界を用いて分離する方法において、該プ
ラズマに電磁波を照射して該プラズマの温度を上昇させ
て該同位体を短時間で回収することを特徴とする方法が
提供される。
【０００７】
【作用】上述の如く、レーザー光の照射によって光電離
して生成したプラズマの温度は低いので、電場内でのイ
オンの移動速度は比較的遅くなり、イオンをプラズマか
ら抜き出すにはある程度の時間が必要となる。このプラ
ズマに電磁波を照射すると、プラズマ内の荷電粒子、即
ち、イオンや電子が電磁波を吸収することによって、こ
れら荷電粒子の温度が上昇しプラズマ中での運動量が増
大する。その結果イオンを電極に引き付け易くなるの
で、イオンを電極に引き込むまでの時間が減少し、従来
のレーザー光を用いた同位体分離方法に比して短い時間
でイオンの回収を行うことが出来る。
して生成したプラズマの温度は低いので、電場内でのイ
オンの移動速度は比較的遅くなり、イオンをプラズマか
ら抜き出すにはある程度の時間が必要となる。このプラ
ズマに電磁波を照射すると、プラズマ内の荷電粒子、即
ち、イオンや電子が電磁波を吸収することによって、こ
れら荷電粒子の温度が上昇しプラズマ中での運動量が増
大する。その結果イオンを電極に引き付け易くなるの
で、イオンを電極に引き込むまでの時間が減少し、従来
のレーザー光を用いた同位体分離方法に比して短い時間
でイオンの回収を行うことが出来る。
【０００８】プラズマに照射する電磁波の周波数は、プ
ラズマの温度を上昇せしめるものであれば特に制限はな
いが、電磁波の周波数がプラズマ周波数よりも低い場合
には、プラズマ中の電子を効率よく加熱できるので好ま
しい。照射する電磁波の周波数がプラズマ周波数よりも
高いと、電磁波はプラズマ中を通過してしまうので、プ
ラズマの加熱効率が低下してしまうからである。
ラズマの温度を上昇せしめるものであれば特に制限はな
いが、電磁波の周波数がプラズマ周波数よりも低い場合
には、プラズマ中の電子を効率よく加熱できるので好ま
しい。照射する電磁波の周波数がプラズマ周波数よりも
高いと、電磁波はプラズマ中を通過してしまうので、プ
ラズマの加熱効率が低下してしまうからである。
【０００９】照射するレーザー光は、対象とする蒸気原
子の共鳴波長に同調して該原子を選択的に電離し得るも
のであればよく、パルス的に或いは定常的に印加する。
本発明において好ましくはパルスレーザーを用いて原子
を選択的に光電離せしめる。
子の共鳴波長に同調して該原子を選択的に電離し得るも
のであればよく、パルス的に或いは定常的に印加する。
本発明において好ましくはパルスレーザーを用いて原子
を選択的に光電離せしめる。
【００１０】電磁波の印加方法には特に制限はなく、例
えば回収電極付近にアンテナや導波管を設置したり、或
いは電極の一方又は双方に電磁波を印加してもよい。そ
して、電磁波は、パルス状又は定常波に印加してもよ
い。
えば回収電極付近にアンテナや導波管を設置したり、或
いは電極の一方又は双方に電磁波を印加してもよい。そ
して、電磁波は、パルス状又は定常波に印加してもよ
い。
【００１１】本発明の方法によって回収される原子は同
位体を有するものであればその種類に特に制限はない
が、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は遷移金属の同
位体分離に本発明の方法を用いることが好ましい。
位体を有するものであればその種類に特に制限はない
が、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は遷移金属の同
位体分離に本発明の方法を用いることが好ましい。
【００１２】
【実施例】本発明の方法を実施するための装置の模式図
を図１に示す。分離チャンバー１内に長さ３０ｃｍのヒ
ートパイプを設置し、その両側にイオン回収用の平行平
板電極２を配置した。両電極には高圧回収電源６より所
定の電圧を印加した。ヒートパイプ中に封入した金属ナ
トリウム蒸気に、ナトリウム原子のＤ２線に共鳴させた
パルスレーザー光（〜６００μＪ、１０ｎｓ、２ｍｍ
φ）を照射し、多光子吸収によってナトリウム原子を電
離せしめプラズマ３を生成させた。このようにして電離
せしめたナトリウムイオンを、低電圧を印加した平行平
板電極に回収した。電極の中心付近には電磁波発生用の
アンテナ５としてコイル電極を設置し、高周波電磁波を
電磁波発生器を用いて印加した。電磁波の周波数は１４
０ＭＨｚであった。なお、このときのプラズマ周波数
は、３００ＭＨｚ程度であった。この電極２に流れるイ
オン電流の時間波形を観測し、印加する高周波電磁波と
イオン電流波形との関係を測定した。その結果を図２に
示す。
を図１に示す。分離チャンバー１内に長さ３０ｃｍのヒ
ートパイプを設置し、その両側にイオン回収用の平行平
板電極２を配置した。両電極には高圧回収電源６より所
定の電圧を印加した。ヒートパイプ中に封入した金属ナ
トリウム蒸気に、ナトリウム原子のＤ２線に共鳴させた
パルスレーザー光（〜６００μＪ、１０ｎｓ、２ｍｍ
φ）を照射し、多光子吸収によってナトリウム原子を電
離せしめプラズマ３を生成させた。このようにして電離
せしめたナトリウムイオンを、低電圧を印加した平行平
板電極に回収した。電極の中心付近には電磁波発生用の
アンテナ５としてコイル電極を設置し、高周波電磁波を
電磁波発生器を用いて印加した。電磁波の周波数は１４
０ＭＨｚであった。なお、このときのプラズマ周波数
は、３００ＭＨｚ程度であった。この電極２に流れるイ
オン電流の時間波形を観測し、印加する高周波電磁波と
イオン電流波形との関係を測定した。その結果を図２に
示す。
【００１３】図２は、プラズマに高周波電磁波を印加し
た場合と、印加しなかった場合に電極２に流れるイオン
電流波形を示したものである。この図より、高周波電磁
波を印加することによってイオン電流のパルスの立ち上
がりが早くなることが分かる。また、高周波電磁波の出
力が増加するに従って、回収時間が短縮されることも分
かる。
た場合と、印加しなかった場合に電極２に流れるイオン
電流波形を示したものである。この図より、高周波電磁
波を印加することによってイオン電流のパルスの立ち上
がりが早くなることが分かる。また、高周波電磁波の出
力が増加するに従って、回収時間が短縮されることも分
かる。
【００１４】
【発明の効果】このように、本発明によれば、プラズマ
の密度が高い場合においてもイオンを所定の時間内に電
極に迅速に回収でき、この結果レーザー光による同位体
分離の効率及び製品量を増加させることができる。
の密度が高い場合においてもイオンを所定の時間内に電
極に迅速に回収でき、この結果レーザー光による同位体
分離の効率及び製品量を増加させることができる。
【図１】本発明を実施するための装置の模式図である。
【図２】印加する高周波電磁波とイオン電流波形との関
係を表す図である。
係を表す図である。
１ 分離チャンバー ２ 回収電極 ３ 光電離プラズマ ４ 電磁波 ５ アンテナ ６ 高圧回収電源 ７ 電磁波発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 庸一郎 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所東海研究所内 (72)発明者 有沢 孝 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所東海研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 同位体を有する蒸気原子にレーザー光を
照射して光電離プラズマ化することによって該原子の着
目同位体を電界を用いて分離する方法において、該プラ
ズマに電磁波を照射して該プラズマの温度を上昇させて
該同位体を短時間で回収することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 照射する電磁波の周波数がプラズマ周波
数よりも低い、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 原子がアルカリ金属、アルカリ土類金属
又は遷移金属である、請求項１に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23851592A JPH0679141A (ja) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | 電磁波を用いた光電離プラズマの加熱によるイオン回収方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23851592A JPH0679141A (ja) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | 電磁波を用いた光電離プラズマの加熱によるイオン回収方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0679141A true JPH0679141A (ja) | 1994-03-22 |
Family
ID=17031404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23851592A Pending JPH0679141A (ja) | 1992-09-07 | 1992-09-07 | 電磁波を用いた光電離プラズマの加熱によるイオン回収方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0679141A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09501515A (ja) * | 1994-04-21 | 1997-02-10 | ブリテイツシユ・ニユクリアー・フユールズ・ピー・エル・シー | 放射線結合装置 |
| US6787723B2 (en) * | 1999-03-24 | 2004-09-07 | The Regents Of The University Of Michigan | Method for laser induced isotope enrichment |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0356125A (ja) * | 1989-07-24 | 1991-03-11 | Hitachi Ltd | イオン回収装置 |
| JPH04187216A (ja) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Hitachi Ltd | イオン回収装置 |
-
1992
- 1992-09-07 JP JP23851592A patent/JPH0679141A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0356125A (ja) * | 1989-07-24 | 1991-03-11 | Hitachi Ltd | イオン回収装置 |
| JPH04187216A (ja) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Hitachi Ltd | イオン回収装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09501515A (ja) * | 1994-04-21 | 1997-02-10 | ブリテイツシユ・ニユクリアー・フユールズ・ピー・エル・シー | 放射線結合装置 |
| US6787723B2 (en) * | 1999-03-24 | 2004-09-07 | The Regents Of The University Of Michigan | Method for laser induced isotope enrichment |
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