JPS63253680A - 金属蒸気レ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の目的） （産業上の利用分野） 本発明は金属蒸気レーザｉ！！ｉに係り、特に炉芯管外
における放電を防止し、放電エネルギの右動活用を図り
、＾い効率で高出力のレーザ光を発振し冑る金属蒸気レ
ーザ１Ａ置に関する。

（従来の技術） シー１１装置は、素材切削加：Ｉ、光通（Ω、医療技術
、原子力産業など広い分野で使用されている。

特に原イカ産業においては、複数のウラン同位体混合物
から特定の１ＩＪ１位体を選択的に励起し分ｌｌ！ηる
レーザ法によるウラン同位体の濃縮技術の中核をなして
いる。

ウラン同位体の濃縮において使用する金属蒸気レーデ装
置としては、高効率でｊｄも高出力のレーザが得られる
銅蒸気レーザ装置が一般に採用されている。この装置は
金属銅に放電エネルギを付与し、高温に加熱して金属蒸
気を形成し、同時にレーザ媒質となるプラズマを生成し
、所定波長を右するレーザ光を発振させるように構成さ
れる。

第５１！２１は従来のこの秤の金属蒸気レーザ装置の構
成を爪′ｇ断面図である。発振管本体１の中心部には耐
熱性をイｊする放電管としてのか芯管２が収容される。

この炉芯管２の両端部には、陽゛市極３および陰ｔｔ捗
４が対向して配設され、これらの電極３．４はそれぞれ
電極支持フランジ５．６によって支持され、この電極間
に形成される放電空間７においてパルス二極放電が行な
われる。炉芯管２の内底部には、金属蒸気を生成する例
えば銅粒などの金属蒸気源８が配置される。

また炉芯管２の外周には、アルミｌファイバ等の材料か
ら成る断熱層９が形成され、その断熱層９を所定位置に
固定し保護するために、石英等で形成した保護管１０が
断熱層９の外周に設けられている。保護管１０と、その
外側に配設された外部真空容器１１との間には真空断熱
室１２が形成される。この真空断熱室１２および炉芯管
２内の放電空間７は排気装置１３に接続されて、内部が
真空状態に維持される。

また、陽電極３と陰電極４とを絶縁し、良好な放電を得
るために、外部真空容器１１と電極支持フランジ６との
間に、セラミックまたはガラス等の絶縁材で形成したブ
レーク管１４が介装されている。

レーザ光を発振させる操作は、まず排気装置１３を作動
させて真空断熱室１２および敢ｔ１空間７内を排気し、
続いて、バッファガス供給源１５から放電空間７内にＮ
ｅ等のバッフ７ガスを導入し、内部を一定圧力に保持づ
る。

この状態で高電圧電源１６、パルス回路１７、パルスド
ライブ電源１８を起動Ｊると、陽電４４３と陰電極４と
の間にパルス状高電１王が印加されて放電空間７におい
て放電プラズマが生起りる。このｔｌｌＴｉプラズマ中
の自由電子に浮遊状態の金属蒸気が衝突して金属蒸気が
励起され、励起された金属蒸気が低エネルギ単位に遷移
する際に所定波長のレーザ光が発生する。放電空間７内
で発生したレーデ光はブリュースタ窓１９．２０を通過
し、さらにレーザ光共振器２１を構成する出力ミラー２
２および全反射ミラー２３で反射する間にその振幅が増
大し、出力ミラー２２から発振する。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のような従来構造の金属蒸気レーザ装置においては
、両電極間にパルス状高電几を印加り“ることによって
放電空間内に放電プラズマを生成しているが、この放電
現象は、第６図（Δ）に例示ηるように両電極の先端間
のみで発生しているのではなく、実際は第６図（Ｂ）で
例示するようにか芯管の外部において６発生している。

特に、電極支持フランジの最外周部が断熱層の端面と近
接して対向しているため、その間の放電が発生し易く、
断熱層９と保：Ｊ！！管１０との間隙部を矢印で示すよ
うに放電電流ｉが流れたり、また断熱層９の内部を直接
通って放電する場合もある。この炉芯管外放電が多発す
ると、放電エネルギは炉芯管内部に付与されずに装ｄ外
に逸散し、炉芯管の昇温効率および装置の運転効率が低
下する。また、炉２．ｆｆｉ内の金属蒸気を励起する放
電エネルギ゛が不足し、シー１１発振がＩ４１難となる
場合がある。

また、断熱層９に放電電流ｉが流れるためｆｌｌＪｉ熱
材の劣化が促進され、す期に交換が必要となる等の保守
管理上の問題点す発生する。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、放電エネルギがか芯管外へ逸ｒｌｌ　することを
防止しｃ′＃効に利用されるように構成し、炉芯管の背
温効率の向上を図り、炉芯管内に充満する金属蒸気の励
起割合を増加せしめ、高効率で高出力のレーザ光を発振
することがでさる金属蒸気レーザ装置を提供することを
目的と覆る。

〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明に係る金属蒸気レーザ′Ｊ装置は、金属に放電エ
ネルギを付ちすることによりレーＩＦ媒質となるプラズ
マを発生さＵる炉芯管と、この炉芯管の両端部に対向し
て設（Ｊられ、炉芯管内にパルス放電を行なう一１ｔ　
４４１と、電極を支持する電気支持フランジと、炉芯管
内の放電熱を保持するために炉芯管の外周に形成された
断熱層とを備え、上記電極に多数の突起を形成したこと
を特徴と１６゜（作用） 上記構成の金ｆＩＸ蒸気し−Ｉｆ装置によれば、炉芯管
の両端に配設した゛電極に、多数の突起を形成している
ため、陽７１ｉＮＩと陰電極との間の放電が起り易い。

ＩＪなわら、陽電極に設けた突起の尖端部とｌｉ２市捗
に設Ｕた突起の尖端部とがｎいに放電空間を介して対向
ケるため、尖端間における放電がｆ！１し易い。そのた
め、電極支持フランジから断熱層の内部を通り、または
、断熱層と保護管との間隙部を通って放電バスが形成さ
れることが相対的に抑制され、炉芯管外放１１！は大幅
に減少する。

したが−）て、ｈｋ電１ネルギが炉芯管内に４１効に集
中化されることにより炉芯管の’ｆ（温効率、レーＩＦ
光撮効率が向トし、レーザの出力増加を図ることがでさ
る。、Ｌ　／こ、炉芯管外ＩＩｌ電による断熱材の劣化
が少ないため、断熱Ｉの交換等に要する保守管理作業が
大幅に簡素化する。

（実施例） 以ド、本発明の実施例につい′Ｃ添付図向合内照して説
明する。

第１図は本発明に係る金属蒸気シー１１装；νｉの一実
施例を示す断面図て・ある。なＪ３、本発明に係る金属
蒸気レーデ装置は電極および電極支持フランジの構造に
特徴を有し、それ以外の部分については第５図に示す従
来例の構成要素と同一であるため、同一要素には同一符
号を付して−その詳細説明は省略する。

第１図に示ず本実施例の金属蒸気レーザ装置は、発振管
本体１の中心部に、レーザ媒質となるプラズマを発生さ
せるか芯管２が配設され、この炉芯管２の両端部に、陽
電極３と陰電極４が対向して設けられる。陽電極３と陰
電極４は、それぞれ電極支持フランジ５ａ、５ａによっ
て支持固定される。円筒状に形成された陽電４Ｉｉ３と
陰電極４の内周面には多数の突起２４が形成される。

この突起２４は、例えば第２図（Ａ）に示すように、〜
尖端を右する突起要素２４ａを電ｌ４ｉ３．４の内周面
に多数Ｊｆｉ設して形成したり、または電極３．４の側
面を三角形状に切込み、その切込み片を電極の中心方向
に折り曲げて尖端部を突設して形成する。また、第２図
（Ｂ）に例示するように電極３．４の先端周部を鋸刃状
に切込んで連続的な突起２４を形成することもできる。

または、いわゆるエツチング処即によって、電極表面を
電解により部分的に腐食溶解せしめ、凹凸を形成して突
起とすることもできる。

１記突起２４を形成した電Ｉｊ３．／Ｉはそれぞれ電極
支持フランジ５ａ、６ａに一体に接合され、発振管本体
１内の所定位置に支持固定される。ここで、電極支持フ
ランジ５ａ、５ａは、断熱ｗ！Ｊ９の端面９ａに対向し
、炉芯管外方に拡開する傾斜面２５を有するようにデー
パ状に形成される。

また、電極支持フランジ５ａ、６ａと断熱ＷＪ９の端面
９ａとの間に、絶縁体２６を介装している。

絶縁体２６は、例えばセラミック、石英、ガラス等の絶
縁材料で構成される。

本実施例の金属蒸気レーザ装置によれば、放電空間７を
はさみ、対向して配設された電極３．４に多数の突起２
４が形成され（いるため、その突起２４の尖端間におい
Ｃ放電が起り易い。そのため、電極支持フランジ５ａ、
６ａから断熱層９を通って放電するか芯管外放電の割合
が減少し、放電エネルギが有効に活用される、。

また、′ｔｒ１極３，４に放電電流を流す杼路となる電
極支持フランジ５ａ、６ａが断熱層９の端面９ａに対向
し、外りに拡開する傾斜面２５をイｊｖるようにデーパ
状に形成されるため、°冷極３，４との接ａ部の外周か
ら平径方向に頽れる程、断熱層端面９ａと電極支持フラ
ンジ５ａ、　６ａとの間隔が拡大し、両者間の放電抵抗
がｎより、炉芯管外放電は減少する。

さらに、電極支持フランジ５ａ、５ａと断熱層端面９ａ
との間に絶縁体２６を介装することにより、両−Ｉ！ｉ
間の放電をより効里的に防止することができる。したが
って、′ｒｒｉ極３，４問に付すされた放電エネルギが
か芯管２内に有効に集中化されるため、炉芯管２の胃編
効率、レーデ発振効率が向上しレー量！出力の増強を図
ることができる。

また・断熱層９内にＪ３４Ｊる炉芯管外放電力くなく、
断熱Ｈの犬化が少イρいため、断熱材の調整交換雪の保
守管理ｎ業がとしくＭＩ系化される１゜次に、本発明の
他の実施例について第３図Ｊ７Ｊ、び第４図を参照し−
（説明する。第３図の実施例においては、電極４を支持
する電極支持フランジ６ｂを電極４と−・体に形成し、
その端部を外側に湾曲形成し、湾曲部２７をヘッド２８
の内面に嵌装することにより電極４を支持固定している
。

この場合、湾曲部２７と断熱層端部９ａとが隔離し゛（
いるため両省間の放電が少ない。また、従来の円板型の
電極支持フランジ６と比較しで、本実施例の電極支持フ
ランジ６ｂは電極４と−・体に形成され、ヘッド２８内
に嵌装するだ【〕で固定することがＣさるため、電極部
の着脱作業が容易である。Ｉ また、第４図に示す実施例においては、電１４４を支持
する電極支持フランジ６Ｃを電極４と一体に形成し、そ
の端部を外側に拡；ｉ１シて形成し、その拡１ｍ部２９
をヘッド２８内面に嵌装し、さらにヘッド２８内面と電
極支持フランジ６Ｇとの［ＩＭには絶縁体２６ａが介装
されている。

この場合ｂ、拡１１）１部２９と断熱層端部９ａとは隔
離しているため両省間におくｊる放電間は少ない。

また、両者間には絶縁体２６ａが介装されているため、
より効果的に放電が防止される。また、従来の円板型の
電極支持フランジは使用せ１、電極４と一体に形成され
た拡開部２９をヘッド２８内に嵌装するだけで電極４を
固定り°ることがＣきるため、電極部の保守管理が容易
となる。

〔発明の効宋〕

以上説明の通り、本発明に係る金属蒸気レーザ装置によ
れば、炉芯管の両端に配設しＩＣ”ｌ１ｌｆ極に多数の
突起を形成しているため、ｌ！ｇ電極の突起の尖端部と
陰電極の突起の尖端部との間の放電空間における放電が
発生し易い。そのため、電極支持フランジから断熱層の
内部を通り、ま／ｊは断熱層と保護管との間隙部を通っ
て、放電パスが形成されることが相対的に抑ｖ１され、
炉芯管外放雷が大幅に減少する。

したがって、放電エネルギが炉芯管内に有効に供給され
るため、炉芯管の５ｖｉ効率、シー１フ’発振効率が向
］二し、レーデ装置の出力増加を図ることができる。ま
た、断熱層における放電が少ないため断熱材の交換等の
保守管理作業か大幅に簡素化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発Ｉｌｌに係る金属蒸気レーザ装置の第１実
施例を示？ｊｒｇｉ面図、第２図（Ａ＞、（Ｂ）Ｇ；Ｌ
それぞれ電極先端部の形状を示す斜視図、第３図は本発
明の第２実施例を示づ一部分断面図、第４図は本発明の
第３実施例を示す部分断面図、第５図は従来の金属然気
レーザ装置の構成を示す断面図、第６図（Ａ）、（Ｂ）
はそれぞれ電極間における放電状態をポす断面図である
。 １・・・発振管本体、２・・・炉芯管、３・・・陽電極
、４・・・陰ｆｆ１ｔ４ｉ、５．５ａ、６，６ａ、６ｂ
、６ｃｍ・・電極支持フランジ、７・・・放電空間、８
・・・金属蒸気源、９・・・断熱層、９ａ・・・断熱層
の端面、１０・・・保護管、１１・・・外部真空容器、
１２・・・真空断熱室、１３・・・排気装置、１／ｌ・
・・ブレーク管、１５・・・バッフ１ガス供給源、１６
・・・高電圧電源、１７・・・パルス回路１．１８・・
・パルスドライブ電源、１９．２０・・・ブリュースタ
窓、２１・・・レーザ光共振器、２２・・・出力ミラー
、２３・・・全反射ミラー、２／Ｉ・・・突起、２４ａ
・・・突起要素、２５・・・傾斜面、２６．２６ａ・・
・絶縁体、２７・・・湾曲部、２８・・・ヘッド、２９
・・・拡開部、ｉ・・・放電電流。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久（Ａ）　　　　
　　　　　　　　（Ｂ）第２　図 第３関 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属に放電エネルギを付与することによりレーザ媒
   質となるプラズマを発生させる炉芯管と、この炉芯管の
   両端部に対向して設けられ、炉芯管内にパルス放電を行
   なう電極と、電極を支持する電気支持フランジと、炉芯
   管内の放電熱を保持するために炉芯管の外周に形成され
   た断熱層とを備え、上記電極に多数の突起を形成したこ
   とを特徴とする金属蒸気レーザ装置。 ２、電極支持フランジは、断熱層の端面に対向し、炉芯
   管外方に拡開する傾斜面を有するようにテーパ状に形成
   した特許請求の範囲第１項記載の金属蒸気レーザ装置。 ３、電極支持フランジは、電極支持フランジと断熱層の
   端面との間に介装した絶縁体を備える特許請求の範囲第
   １項記載の金属蒸気レーザ装置。