JPH0760110A

JPH0760110A - 超微粒子の粒度制御方法

Info

Publication number: JPH0760110A
Application number: JP22813793A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kuga; 良壽空閑; Kazuo Takeuchi; 一夫武内; Shohei Isomura; 昌平磯村; Kikuo Okuyama; 喜久夫奥山
Original assignee: RIKEN
Current assignee: RIKEN
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1995-03-07

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザー同位体分離法などの気相反応により生
成された反応生成物分子の凝縮を促進し、粒子のサイズ
の大きな一次粒子を迅速に生成できるようにして、さら
には大きなサイズの一次粒子を凝集して鎖状に連結した
大きな粒子（二次粒子）を生成する。【構成】レーザー同位体分離法などの気相反応による反
応生成物たる分子を凝縮して一次粒子を生成し、一次粒
子を凝集して二次粒子を生成して超微粒子を形成し、超
微粒子を反応ガスと分離して捕集する超微粒子の捕集方
法において、一次粒子の核となる物質をイオン化し、イ
オン化した核となる物質に、物質の周囲に位置する反応
生成物たる分子を凝縮して一次粒子を生成し、一次粒子
を凝集により連鎖状に連結して二次粒子を生成して超微
粒子を形成し、超微粒子の粒度を増大するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超微粒子の粒度制御方
法に関し、さらに詳細には、レーザーを用いた同位体分
離などの気相反応において生成される超微粒子のサイズ
を大きくする際に用いて好適な超微粒子の粒度制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、気相反応により粒子を生成する
方法が知られいる。こうした気相反応としては、所謂、
ＣＶＤ反応（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐａｒＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ：気相化学反応）があり、このＣＶＤ反応
の範疇には、レーザーを用いた反応が含まれ、さらにレ
ーザーを用いた反応には、レーザーを用いた同位体分離
法（以下、「レーザー同位体分離法」と称する。）が含
まれる。

【０００３】このレーザー同位体分離法とは、取り扱わ
れる気体状の作業物質（同位体分離すべき原子あるいは
当該原子を含んだ分子）に、単色性で高いエネルギー密
度をもったレーザー光を吸収させて選択的に化学反応を
誘起させ、例えば、反応生成物中に目的の同位体を濃縮
し、これを捕集するものである。そして、こうして捕集
する反応生成物は、超微粒子であることが多い。なお、
レーザー同位体分離法においては、目的の同位体を濃縮
するのではなくて、除去する場合もある。

【０００４】例えば、レーザー同位体分離法を用いてウ
ランの同位体として²³⁵Ｕを分離する場合においては、
ＵＦ₆の光分解生成物であるＵＦ₅中に²³⁵Ｕを濃縮し、
²³⁵Ｕが濃縮されたＵＦ₅を捕集することになる。ここに
おいて、ＵＦ₆の光分解生成物であるＵＦ₅粒子は、その
一次粒子径が５ｎｍ〜５０ｎｍ程度の超微粒子となるも
のである。

【０００５】図１４には、上記したレーザー同位体分離
法を行うためのレーザー同位体分離装置の概略構成図が
示されている。以下に、ウランの同位体としてＵＦ₆の
光分解生成物であるＵＦ₅中に²³⁵Ｕを濃縮し、²³⁵Ｕが
濃縮されたＵＦ₅を捕集する場合を例にとって、図１４
に示されたレーザー同位体分離装置を説明する。

【０００６】レーザー同位体分離装置１００は、²³⁵Ｕ
Ｆ₆を選択励起する選択励起用のＴＥＡ−ＣＯ₂レーザー
１０２のレーザー光と²³⁵ＵＦ₆を光分解して超微粒子の
²³⁵ＵＦ₅を得るための解離用のＴＥＡ−ＣＯ₂レーザー
１０４のレーザー光とが、増幅器１０６、１０８を介し
てラマンセル１１０に導入されて、所望の波長（約１６
μｍ）にラマン変換されて、超音速ノズル型反応器１１
２に入射されるとともに、作業物質としてのＵＦ₆およ
び比熱比γ（定圧比熱と定容比熱の比）の大きなＡｒを
冷却して、ＴＥＡ−ＣＯ₂レーザー１０２のレーザー光
のラマン変換光による選択励起による同位体分離の効率
を高めるための超音速ノズル型反応器１１２を有してい
る。この超音速ノズル型反応器１１２は、混合ガスが絞
り込み部１１２ａを通過することによりＵＦ₆およびＡ
ｒを断熱膨張させて、ＵＦ₆およびＡｒを冷却するもの
である。

【０００７】ここにおいて、作業物質たるＵＦ₆の他に
Ａｒを添加しているのは、ＵＦ₆は７原子分子であり比
熱比γは極めて「１」に近く、ＵＦ₆単独では超音速ノ
ズル型反応器１１２のノズル効果による断熱膨張に基づ
く冷却を行うことが困難であるため、比熱比の大きいＡ
ｒ（γ＝１．６７）を大量に添加してγの値を大きく
し、ＵＦ₆を冷却するためである。

【０００８】そして、超音速ノズル型反応器１１２内に
おいて生成された²³⁵ＵＦ₅の超微粒子を凝集したＵＦ₅
粒子が、捕集器たるマルチジェットインパクタ１１４に
よって捕集されることになる。

【０００９】図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）には、マルチジ
ェットインパクタ１１４の詳細な構成が示されており、
ＵＦ₆およびＡｒのガス流に同伴しているＵＦ₅粒子を、
多孔板１１４ａの孔１１４ｂを通過させて、衝突板１１
４ｃに慣性力により衝突させて捕集するものである。即
ち、慣性力によりＵＦ₅粒子が衝突板１１４ｃに衝突し
て堆積することになるので、こうして衝突板１１４ｃ上
に堆積したＵＦ₅粒子を捕集するものである。

【００１０】なお、符号１１６はＵＦ₆およびＡｒを超
音速ノズル型反応器１１２へ高速で送出するための圧縮
器であり、符号１１８は不純物を除去するためのフィル
ターである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザー同
位体分離装置１００の超音速ノズル型反応器１１２内で
生成されるＵＦ₅の一次粒子は、その径が上記したよう
に５ｎｍ〜５０ｎｍ程度の超微粒子となるものであっ
た。

【００１２】即ち、選択励起用のＴＥＡ−ＣＯ₂レーザ
ー１０２のレーザー光と解離用のＴＥＡ−ＣＯ₂レーザ
ー１０４のレーザー光とをラマン変換した約１６μｍの
波長のレーザー光をＵＦ₆に照射することによって、図
３（ａ）に示すように、選択的に生成された²³⁵ＵＦ₅分
子が凝縮されて一次粒子を生成することになるものであ
るが、一次粒子の核の生成が遅いため一次粒子の生成自
体が遅れ、そのために一次粒子の粒径が５ｎｍ〜５０ｎ
ｍ程度の超微粒子とならざるを得なかった。

【００１３】このように、一次粒子の核の生成が遅く、
一次粒子の生成自体も遅れ、しかも一次粒子の粒径が極
めて小径であるため、²³⁵ＵＦ₅分子や²³⁵ＵＦ₅超微粒子
が混合・拡散されて、超音速ノズル型反応器１１２、途
中の配管ならびにマルチジェットインパクタ１１４など
の壁面への付着が生じるようになり、このことが²³⁵Ｕ
Ｆ₅粒子の捕集効率を低下させる原因となっていたとい
う問題点があった。

【００１４】そして、このことを少しでも解消するため
には、マルチジェットインパクタ１１４や選択励起によ
る反応プロセス自体の効率を上げる必要があり、これが
マルチジェットインパクタ１１４、圧縮器１１６ならび
に反応プロセスへの大きな負担となっていたという問題
点があった。

【００１５】しかも、高度な濃縮（同位体分離）が可能
となる、反応物が低濃度ならびに低温であるという条件
下では、さらに核生成および粒子成長が遅れるため、粒
子の捕集が一層プロセスへの大きな負担となるという問
題点があった。

【００１６】また、マルチジェットインパクタ１１４自
体の捕集効率は、ストークス数Ｓ_tkの値が大きいほど高
くなることが知られている。

【００１７】ここにおいて、ストークス数Ｓ_tkは、Ｓ_tk＝慣性力／粘性力＝（Ｃ_mρＤ_p ²ｕ_T）／（９μＷ）Ｃ_m：粒子に作用する流体抵抗のスリップを補正するＣ
ｕｎｎｉｎｇｈａｍの補正係数Ｄ_p：多孔板１１４ａの孔１１４ｂを通過する粒子の粒
径ｕ_T：多孔板１１４ａの孔１１４ｂでの流れの速度 μ ：多孔板１１４ａの孔１１４ｂでの流れの粘度Ｗ：多孔板１１４ａの孔１１４ｂの径により表され、Ｄ_p（粒子の粒径）を大きくするほど、
捕集効率が上がるものであり、²³⁵ＵＦ₅粒子の粒径の小
ささが、マルチジェットインパクタ１１４自体の捕集効
率を低下させる原因となっているという問題点もあっ
た。

【００１８】さらに、粒子の大きさが小さくなるに従っ
て、比表面積（単位体積当たりの表面積）が大きくなる
ので、²³⁸ＵＦ₆と²³⁵ＵＦ₅粒子表面との交換反応が促進
され、濃縮時の劣化反応が促進されるという問題点があ
った。

【００１９】本発明は、従来の技術の有するこのような
種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、レーザー同位体分離法などの気相反応に
より生成された反応生成物分子の凝縮を促進し、粒子の
サイズの大きな一次粒子を迅速に生成できるようにし
て、さらには大きなサイズの一次粒子を凝集して鎖状に
連結した大きな粒子（二次粒子）を生成することのでき
る超微粒子の粒度制御方法を提供しようとするものであ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における超微粒子の粒度制御方法は、気相反
応による反応生成物たる分子を凝縮して一次粒子を生成
し、上記一次粒子を凝集して二次粒子を生成して超微粒
子を形成し、上記超微粒子を反応ガスと分離して捕集す
る超微粒子の捕集方法において、上記一次粒子の核とな
る物質をイオン化し、イオン化した核となる上記物質
に、上記物質の周囲に位置する上記反応生成物たる分子
を凝縮して一次粒子を生成し、上記一次粒子を凝集によ
り連鎖状に連結して二次粒子を生成して超微粒子を形成
し、上記超微粒子の粒度を増大するようにしたものであ
る。

【００２１】また、本発明における超微粒子の粒度制御
方法は、同位体分離すべき原子あるいは上記原子を含ん
だ分子たる気体状の作業物質に、単色性で高いエネルギ
ー密度をもったレーザー光を吸収させて選択的に化学反
応を誘起させ、反応生成物たる分子を凝縮して同位体分
離した一次粒子を生成し、上記一次粒子を凝集して二次
粒子を生成して同位体分離した超微粒子を形成し、上記
同位体分離した上記超微粒子を捕集するレーザー同位体
分離法において、上記一次粒子の核となる物質をイオン
化し、イオン化した核となる上記物質に、上記物質の周
囲に位置する上記反応生成物たる分子を凝縮して一次粒
子を生成し、上記一次粒子を凝集により連鎖状に連結し
て二次粒子を生成して超微粒子を形成し、上記超微粒子
の粒度を増大するようにしたものである。

【００２２】

【作用】本発明の前者ならびに後者においては、超微粒
子の核となる物質がイオン化されるので、電気的な力に
より核の周囲の分子を引き付けて凝縮（主に静電凝縮）
し、粒径の大きな一次粒子が生成される。さらに、この
一次粒子同志が電気的な力により引き付けられて凝集
（主に静電凝集）して、大きなサイズの粒子が生成され
ることになる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明による超
微粒子の粒度制御方法の実施例を詳細に説明するものと
する。なお、以下の説明においては、気相反応の中のレ
ーザー同位体分離法を取り上げて説明することとする。

【００２４】図１には、本発明の一実施例による超微粒
子の粒度制御方法を行うためのレーザー同位体分離装置
の概略構成図が示されている。以下に、ウランの同位体
としてＵＦ₆の光分解生成物であるＵＦ₅中に²³⁵Ｕを濃
縮し、²³⁵Ｕが濃縮されたＵＦ₅を捕集する場合を例にと
って、図１に示されたレーザー同位体分離装置１０を説
明する。なお、図１４に示したレーザー同位体分離装置
１００と同一あるいは相当する構成に関しては、同一の
符号を付して示すことにより、構成および作用の詳細な
説明は省略する。

【００２５】レーザー同位体分離装置１０には、選択励
起用のＴＥＡ−ＣＯ₂レーザー１０２のレーザー光と解
離用のＴＥＡ−ＣＯ₂レーザー１０４のレーザー光とを
ラマン変換した波長約１６μｍのレーザー光の照射によ
って生成された²³⁵ＵＦ₅分子をイオン化するためのエネ
ルギー源として、光源１２が設けられている。なお、
²³⁵ＵＦ₅分子のイオン化は、生成された²³⁵ＵＦ₅分子の
１／１０⁴〜１／１０⁶程度のイオン化でよいため、イオ
ン化のためのエネルギー源としては低密度のものでよ
い。

【００２６】こうしたエネルギー源としては、上記した
光源１２の他に、放射線源や電子ビーム源などを用いる
ことができる。

【００２７】以上の構成において、光源１２の照射によ
り²³⁵ＵＦ₅分子の電子が分離されると、図２（ａ）に示
すように²³⁵ＵＦ₅分子がイオン化（本実施例において
は、プラス・イオン化される。）されて、その直後に安
定な核が発生される。

【００２８】この安定した核はイオン化されているの
で、光源１２の励起とともに周囲の²³ ⁵ＵＦ₅分子を分極
させるように作用し、分極した周囲の²³⁵ＵＦ₅分子を電
気的な力によって迅速に凝縮（主に静電凝縮）し（図２
（ｂ））、大きなサイズの一次粒子を生成する（図２
（ｃ））。こうした大きなサイズの一次粒子の生成後に
おいても、光源１２の照射により一次粒子が両極荷電さ
れるようになり、一次粒子同士の凝集（主に静電凝集）
が促進され、鎖状に連結した大きなサイズの²³⁵ＵＦ₅粒
子（二次粒子）を得ることができる（図２（ｄ））。

【００２９】即ち、図３（ｂ）に示すように、選択的に
生成された²³⁵ＵＦ₅分子に光源１２から光が照射された
り、あるいは放射線源から放射線が照射されたりなどす
ると、²³⁵ＵＦ₅分子がイオン化されて、安定な核が高密
度で大量に発生する。また、イオン化による、²³⁵ＵＦ₅
分子の蒸気圧の低下も生ずる。

【００３０】従って、上記した安定な核に周囲の²³⁵Ｕ
Ｆ₅分子が電気的な力によって凝縮（主に静電凝縮）さ
れて一次粒子を生成し、さらに一次粒子が電気的な力に
よって迅速に凝集（主に静電凝集）されてサイズの大き
い粒子（二次粒子）に成長するため、混合・拡散による
壁面への付着なしに、マルチジェットインパクタ１１４
によって効率良く捕集することができる。

【００３１】上記のようにして、大きなサイズの粒子を
捕集することができるようになるため、マルチジェット
インパクタ１１４自体の捕集効率も上がり、マルチジェ
ットインパクタ１１４、圧縮器１１６ならびに反応プロ
セスの負担が軽減されて、マルチジェットインパクタ１
１４、圧縮器１１６ならびに反応プロセスをコンパクト
化できる。

【００３２】しかも、従来においては生成物粒子の捕集
が困難であった、反応物が低濃度ならびに低温であると
いう条件下（反応物が低濃度ならびに低温であるという
条件下においては、生成物粒子の粒径が非常に小さくな
るが、高度な濃縮が可能となる場合が多い。）において
も、上記したようにサイズの大きな粒子（二次粒子）を
生成することができることになるので、容易に生成物粒
子を捕集することができるようになる。

【００３３】図４には、本願出願人が、図１に示すレー
ザー同位体分離装置１０以外において、本発明の超微粒
子の粒度制御方法による効果を実験的に確認したときに
使用した実験装置が示されている。

【００３４】実験装置としては、生成物（ＵＦ₅粒子）
を捕集するための捕集板２０と、この捕集板２０上に配
置されたＣ_uよりなるＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）用サ
ンプルプレート２２およびＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
用サンプルプレート２４とを内蔵した容積２５０ｃｍ³
の十字型セル２６を二個準備し、一方には生成物たるＵ
Ｆ₅分子をイオン化するための放射線源としてα線源（
²⁴¹Ａｍ）２８を配置し、他方にはα線源２８のような
ＵＦ₅分子をイオン化するためのエネルギー源を配置し
ないこととした。

【００３５】そして、実験方法としては、容積２５０ｃ
ｍ³の十字型セル２６内に、ＵＦ₆、ＣＨ₄およびＡｒを
所定量封入し、ＫｒＦレーザー光をＣａＦ₂の窓を介し
て１発照射した。そして、ＵＦ₆のダーク反応による減
少は、ＫＢｒの窓よりＵＦ₆ガス濃度測定用赤外（Ｉ
Ｒ）光を照射して、赤外分光法により観察した。

【００３６】レーザー照射後の生成物の粒径をＴＥＭお
よびＳＥＭで観察すると、図５（ａ）（ｂ）に示すＴＥ
Ｍ写真より、生成物の一次粒子の粒径は、α線源２８の
存在下でのレーザー照射で生成した粒子の方が大きいこ
とが確認された。

【００３７】図６（ａ）（ｂ）は、ＴＥＭ写真より算出
した粒径の個数分布の一例を示すグラフである。そし
て、図６（ａ）はα線源２８の存在下でレーザー照射し
た場合の粒径の個数分布のグラフであり、図６（ｂ）は
α線源２８が存在しない状態でレーザー照射した場合の
粒径の個数分布のグラフである。これら図６（ａ）
（ｂ）のグラフより、α線源２８が存在する場合の方
が、より大きな一次粒子が生成されており、その平均値
も大きいことが確認された。

【００３８】図７は、フルイ下積算の粒度分布（横軸の
粒径よりも小さな粒子が何パーセントあるかを示したグ
ラフ）を示すグラフである。α線源２８がある場合の方
が、粒度分布が全体的に粒度の大きい方にシフトしてい
ることがわかる。

【００３９】図８には、ＵＦ₅生成用レーザーのレーザ
ー照射エネルギーが高い場合と低い場合とにおける、一
次粒子径の平均値（個数平均）と標準偏差をまとめた表
を示した。この図８に示す表より、レーザー照射エネル
ギーの高低によらず、即ち、生成されたＵＦ₅分子の密
度によらず、α線源２８の存在する方が一次粒子径が大
きくなることが確認された。

【００４０】さらに、図９に示すＳＥＭ写真より、α線
源２８の存在下でのレーザー照射で生成した粒子の方が
凝集の程度は高く、鎖状に連結されていることが確認さ
れた。

【００４１】これは、ＫｒＦレーザー光の照射により生
成されたＵＦ₅分子がα線源２８によりイオン化され、
ＵＦ₅分子生成直後に核が発生し、比較的大きな一次粒
子に成長したためである。また一次粒子生成後も、α線
源２８による両極荷電が生じ、電気的な凝集（主に静電
凝集）が進み、鎖状構造の二次粒子の生成が促進された
ためである。

【００４２】図１０乃至図１２には、図１に示したレー
ザー同位体分離装置の要部の変形例が示されている。

【００４３】図１０に示した第一の変形例は、光源１２
として示したように、超音速ノズル型反応器１１２の外
部からＵＦ₅分子イオン化用のエネルギーを供給するの
ではなく、超音速ノズル型反応器１１２内にα線源３０
を配設した点において、図１に示した構成と異なるもの
である。この構造は、上記した図４に示した実験装置と
同様な構造であり、α線源３０によりＵＦ₅分子をイオ
ン化することができる。

【００４４】また、図１１に示した第二の変形例は、超
音速ノズル型反応器１１２内において、過飽和状態のＵ
Ｆ₅分子に対してイオン化のためのα線源３０が照射さ
れるようにしたものである。即ち、絞り込み部１１２ａ
とα線源３０との間に、第二の絞り込み部３２が生成さ
れている。この絞り込み部３２によってＵＦ₅分子が断
熱膨張され、ＵＦ₅分子が冷却されて過飽和状態とな
る。これにより、α線源３０によるＵＦ₅分子イオン化
およびその後の凝縮過程ならびに凝集過程が促進され
る。

【００４５】さらに、図１２に示した第三の変形例は、
上記した図１に示した構成ならびに第一の変形例および
第二の変形例が、いずれも同位体分離の生成物であるＵ
Ｆ₅分子をイオン化して核としているのに対して、ＵＦ₅
分子以外のよりイオン化されやすい物質を導入し、これ
をイオン化して核とすることにより周囲のＵＦ₅分子を
静電凝縮させるようした点において、図１に示した構成
ならびに第一の変形例および第二の変形例と異なるもの
である。

【００４６】この第三の変形例によれば、イオン化の容
易な物質を導入してこれをイオン化して核とすることに
より、当該核の周囲にＵＦ₅分子が凝縮（主に静電凝
縮）された一次粒子ができ、さらに上記実施例と同様に
凝集（主に静電凝集）により一次粒子を連鎖した粒子
（二次粒子）が生成されることになる。そして、このよ
うな粒子を捕集した後に、核（イオン化容易な物質）と
ＵＦ₅とを分離すれば良い。

【００４７】なお、上記実施例においては、ウランの同
位体を分離して捕集することに関して説明したが、ウラ
ンのみに限られることなく、図１３に示すように、Ｓｉ
あるいはＺｒなどの同位体を分離して捕集する際にも、
本発明を用いることができることは勿論である。

【００４８】また、上記実施例においては、²³⁵ＵＦ₅分
子はプラス・イオン化されることになるが、マイナス・
イオン化されるようにしても、同様な効果を得ることが
できるのは勿論である。

【００４９】さらに、上記実施例においては、上記した
ように気相反応の中のレーザー同位体分離法に関して説
明したが、本発明を気相反応全般に適用することができ
ることは勿論である。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００５１】気相反応による反応生成物たる分子を凝縮
して一次粒子を生成し、一次粒子を凝集して二次粒子を
生成して超微粒子を形成し、超微粒子を反応ガスと分離
して捕集する超微粒子の捕集方法において、一次粒子の
核となる物質をイオン化し、イオン化した核となる物質
に、物質の周囲に位置する反応生成物たる分子を凝縮し
て一次粒子を生成し、一次粒子を凝集により連鎖状に連
結して二次粒子を生成して超微粒子を形成し、超微粒子
の粒度を増大するようにしたため、超微粒子の核となる
物質をイオン化しているので、電気的な力により核の周
囲の分子を引き付けて凝縮（主に静電凝縮）し、粒径の
大きな一次粒子を生成することができる。さらに、この
一次粒子同志を電気的な力により引き付けて凝集（主に
静電凝集）して、大きなサイズの粒子を生成できること
になる。

【００５２】また、同位体分離すべき原子あるいは原子
を含んだ分子たる気体状の作業物質に、単色性で高いエ
ネルギー密度をもったレーザー光を吸収させて選択的に
化学反応を誘起させ、反応生成物たる分子を凝縮して同
位体分離した一次粒子を生成し、一次粒子を凝集して二
次粒子を生成して同位体分離した超微粒子を形成し、同
位体分離した超微粒子を捕集するレーザー同位体分離法
において、一次粒子の核となる物質をイオン化し、イオ
ン化した核となる物質に、物質の周囲に位置する反応生
成物たる分子を凝縮して一次粒子を生成し、一次粒子を
凝集により連鎖状に連結して二次粒子を生成して超微粒
子を形成し、超微粒子の粒度を増大するようにしたた
め、超微粒子の核となる物質をイオン化しているので、
電気的な力により核の周囲の分子を引き付けて凝縮（主
に静電凝縮）し、粒径の大きな一次粒子を生成すること
ができる。さらに、この一次粒子同志を電気的な力によ
り引き付けて凝集（主に静電凝集）して、大きなサイズ
の粒子を生成できることになる。

【００５３】従って、本発明によれば、レーザー同位体
分離法などの気相反応により生成された反応生成物分子
の凝縮を促進し、粒子のサイズの大きな一次粒子を迅速
に生成できるようになり、さらには大きなサイズの一次
粒子を凝集して鎖状に連結した大きな粒子（二次粒子）
を生成することができるため、超微粒子の捕集を容易か
つ極めて効率的に行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超微粒子の粒度制御方法を行うた
めのレーザー同位体分離装置の概略構成図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、本発
明による超微粒子の粒度制御方法における粒子の成長を
順次示す説明図である。

【図３】（ａ）は従来の超微粒子の生成状態を示す説明
図であり、（ｂ）は本発明による超微粒子の粒度制御方
法における超微粒子の生成状態を示す説明図である。

【図４】本発明による超微粒子の粒度制御方法の効果を
実験的に検証するための実験装置の概略構成図である。

【図５】図４に示した実験装置を用いた実験結果のＴＥ
Ｍ（透過型電子顕微鏡）写真であり、（ａ）はα線源を
実験装置内に配置した場合を示し、（ｂ）はα線源を実
験装置内に配置しない場合を示す。

【図６】ＴＥＭ写真より算出した粒径の個数分布の一例
を示すグラフであり、（ａ）はα線源の存在下でレーザ
ー照射した場合であり、（ｂ）はα線源が存在しない状
態でレーザー照射した場合である。

【図７】フルイ下積算の粒度分布（横軸の粒径よりも小
さな粒子が何パーセントあるかを示したグラフ）を示す
グラフである。

【図８】レーザー照射エネルギーが高い場合と低い場合
とにおける、一次粒子径の平均値（個数平均）と標準偏
差をまとめた表である。

【図９】図４に示した実験装置を用いた実験結果のＳＥ
Ｍ（走査型電子顕微鏡）写真であり、（ａ）はα線源を
実験装置内に配置した場合を示し、（ｂ）はα線源を実
験装置内に配置しない場合を示す。

【図１０】図１に示すレーザー同位体分離装置の第一の
変形例を示す要部断面構成図である。

【図１１】図１に示すレーザー同位体分離装置の第二の
変形例を示す要部断面構成図である。

【図１２】図１に示すレーザー同位体分離装置の第三の
変形例を示す要部断面構成図である。

【図１３】Ｓｉ、Ｚｒなどの同位体分離の際における超
微粒子の捕集に、本発明を適用できることを示す図表で
ある。

【図１４】従来のレーザー同位体分離装置の概略構成図
である。

【図１５】マルチジェットインパクタの詳細な構成が示
されており、（ａ）はマルチジェットインパクタの縦断
面図であり、（ｂ）は多孔板の平面図であり、（ｃ）は
捕集作用の説明図である。

【符号の説明】

１０レーザー同位体分離装置１２光源２０捕集板２２ＴＥＭ用サンプルプレート２４ＳＥＭ用サンプルプレート２６十字型セル２８ α線源３０ α線源３２絞り込み部１００レーザー同位体分離装置１０２選択励起用のＴＥＡ−ＣＯ₂レーザー１０４解離用のＴＥＡ−ＣＯ₂レーザー１０６増幅器１０８増幅器１１０ラマンセル１１２超音速ノズル型反応器１１２ａ絞り込み部１１４マルチジェットインパクタ１１４ａ多孔板１１４ｂ孔１１４ｃ衝突板１１６圧縮器１１８フィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥山喜久夫埼玉県和光市広沢２番１号理化学研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相反応による反応生成物たる分子を凝
縮して一次粒子を生成し、前記一次粒子を凝集して二次
粒子を生成して超微粒子を形成し、前記超微粒子を反応
ガスと分離して捕集する超微粒子の捕集方法において、前記一次粒子の核となる物質をイオン化し、イオン化し
た核となる前記物質に、前記物質の周囲に位置する前記
反応生成物たる分子を凝縮して一次粒子を生成し、前記
一次粒子を凝集により連鎖状に連結して二次粒子を生成
して超微粒子を形成し、前記超微粒子の粒度を増大する
ことを特徴とする超微粒子の粒度制御方法。
【請求項２】前記超微粒子のイオン化した核となる物
質は、前記反応生成物たる分子である請求項１記載の超
微粒子の粒度制御方法。
【請求項３】同位体分離すべき原子あるいは前記原子
を含んだ分子たる気体状の作業物質に、単色性で高いエ
ネルギー密度をもったレーザー光を吸収させて選択的に
化学反応を誘起させ、反応生成物たる分子を凝縮して同
位体分離した一次粒子を生成し、前記一次粒子を凝集し
て二次粒子を生成して同位体分離した超微粒子を形成
し、前記同位体分離した前記超微粒子を捕集するレーザ
ー同位体分離法において、前記一次粒子の核となる物質をイオン化し、イオン化し
た核となる前記物質に、前記物質の周囲に位置する前記
反応生成物たる分子を凝縮して一次粒子を生成し、前記
一次粒子を凝集により連鎖状に連結して二次粒子を生成
して超微粒子を形成し、前記超微粒子の粒度を増大する
ことを特徴とする超微粒子の粒度制御方法。
【請求項４】前記超微粒子のイオン化した核となる物
質は、前記反応生成物たる分子である請求項３記載の超
微粒子の粒度制御方法。