JPH11114378A - Method for recovering ion and device therefor - Google Patents

Method for recovering ion and device therefor

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JPH11114378A
JPH11114378A JP27689097A JP27689097A JPH11114378A JP H11114378 A JPH11114378 A JP H11114378A JP 27689097 A JP27689097 A JP 27689097A JP 27689097 A JP27689097 A JP 27689097A JP H11114378 A JPH11114378 A JP H11114378A
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charge exchange
target
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Masahiro Fujima
藤間正博
Nobuyoshi Konakawa
粉川信好
Manabu Ueno
学 上野
Kazuteru Tsuchida
土田一輝
Yasuhiro Naito
内藤靖博
Yasushi Takizawa
滝沢靖史
Toshiaki Kato
加藤俊明
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the charge exchange loss of ions and to recover the ions with high efficiency by selectively forming the ions as ions having a specified ion excitation level that the total angular momentum of the ions is different from that of atoms not to be recovered and transforming a charge exchange reaction between the ions to be recovered and atoms not to be recovered to a non-resonance charge exchange reaction. SOLUTION: A vacuum vessel 1 is kept in a high vacuum of <=10<8> Torr and an evaporating sample 3 in a crucible 2 is heated with an electron gun 4 and evaporated. The evaporated material 5 is irradiated with laser light 6 that resonates only with atoms to be recovered to selectively form ions (A<+> ) 7 to be recovered as ions having such an ion excitation level that the total angular momentum of the ions is made different from that of atoms (B) 9 not to be recovered by >=±1.0. Voltage is impressed from an ion recovery power source 11 on recovery electrodes 8 and the ions (A<+> ) 7 are recovered on the recovery electrodes 8. The atoms (B) 9 having the ground level are recovered on a waste recovery plate 10. Even if the ions (A<+> ) 7 collide with other atoms, a non-resonance charge exchange reaction is caused, the charge exchange loss of the ions (A<+> ) 7 is reduced and the ions (A<+> ) 7 to be recovered is efficiently recovered.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ照射により
生成された光電離プラズマからイオンを高効率で回収す
るのに好適な方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus suitable for efficiently recovering ions from a photoionized plasma generated by laser irradiation.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、イオン回収方法としては、回収電
極間にイオンを生成させ、回収電極に電圧を印加し、回
収電極間の電界でイオンを回収電極に回収する方法等が
考えられている。この電界によるイオン回収方法はＫ．
Ｙａｍａｄａ，ｅｔ．ａｌ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
６７（１１），１ ｐｐ．６７З４―６７４１（ｌ９９
０）：Ｉｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔ
ｅｒｉｓｔｉｃｓ ｂｙａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅ
ｌｄ ｏｎ ｌａｓｅｒ―ｐｒｏｄｕｃｅｄｂａｒｉｕ
ｍ ｐｌａｓｍａ．やＲ．Ｎｉｓｈｉｏ，ｅｔ．ａｌ，
ＪＮＳＴ，З２（З）ｐｐ．１８０−１９０（ｌ９９
５）：Ｉｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｆｒｏｍ ｌａｓ
ｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｍｅｔａｌ ｐｌａｓｍａ ｔ
ｏ ｉｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄ
ｅｓ．などに詳細に記載されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of collecting ions, a method of generating ions between collecting electrodes, applying a voltage to the collecting electrodes, and collecting the ions at the collecting electrodes by an electric field between the collecting electrodes has been considered. . The ion collection method using this electric field is described in K.
Yamada, et. al, J. et al. Appl. Phys.
67 (11), 1 pp. 67З4-6741 (199
0): Ion extraction charact
eristics byan electricfie
ld on laser-producedbariu
m plasma. And R. Nisio, et. al,
JNST, {2 (З) pp. 180-190 (199
5): Ion transport from las
er induced metal plasmat
o ion extraction electrod
es. Etc. are described in detail.

【０００３】電荷交換反応によるイオン損失を低減させ
る方法に関しては、イオンを特定の励起状態とし、原子
との衝突が非共鳴電荷交換反応となるようにすることで
電荷交換反応を低減させ、イオンの回収効率を向上させ
る方法が特公平５−８１２８８号公報に開示されてい
る。[0003] Regarding a method of reducing ion loss due to charge exchange reaction, the charge exchange reaction is reduced by setting the ion to a specific excited state so that collision with atoms becomes a non-resonant charge exchange reaction. A method for improving the recovery efficiency is disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-81288.

【０００４】すなわち、上記前者の従来技術では、イオ
ンを回収する方法だけが考えられており、電荷交換反応
によるイオン損失言い換えれば電荷交換損失については
検討されていなかった。これに対し、上記後者の従来技
術によると、イオンを励起状態としイオンと原子の衝突
が非共鳴電荷交換反応とすることで電荷交換反応を低減
させることが開示されている。That is, in the former prior art, only a method of recovering ions has been considered, and ion loss due to charge exchange reaction, in other words, charge exchange loss has not been studied. On the other hand, according to the latter conventional technique, it is disclosed that the charge exchange reaction is reduced by setting the ions in an excited state and causing the collision between the ions and the atoms as a non-resonant charge exchange reaction.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、後者に
開示の技術においてもイオン励起準位のどの準位が非共
鳴電荷交換反応となり電荷交換反応を低減させることが
できるかについて考察されていなかった。このため、非
回収目的原子と衝突しても非共鳴電荷交換反応となり、
電荷交換反応を低減させることができる特定のイオン励
起準位を選定し、このイオン励起準位のイオンを用いて
電荷交換損失を低減する必要があった。However, even in the latter disclosed technique, no consideration has been given to which of the ion excitation levels becomes a non-resonant charge exchange reaction and can reduce the charge exchange reaction. For this reason, even if it collides with the non-recovered target atom, a non-resonant charge exchange reaction occurs,
It was necessary to select a specific ion excitation level capable of reducing the charge exchange reaction, and to reduce the charge exchange loss by using ions of this ion excitation level.

【０００６】本発明の目的は、非回収目的原子と衝突し
ても非共鳴電荷交換反応となり電荷交換反応を低減させ
ることができる特定のイオン励起準位を選定し、このイ
オン励起準位の回収目的イオンを用いて電荷交換損失を
低減させ、回収目的イオンを高効率で回収する方法及び
装置を提供することにある。[0006] An object of the present invention is to select a specific ion excitation level capable of reducing the charge exchange reaction due to a non-resonant charge exchange reaction even if it collides with a non-recovery target atom, and recovering the ion excitation level. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for reducing charge exchange loss by using target ions and recovering the target ions with high efficiency.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、非回収目的原子（Ｂ）と回収目的
イオン（Ａ+*）とを含むプラズマから回収目的イオン
（Ａ+*）を分離回収するイオン回収方法において、前記
非回収目的原子（Ｂ）は原子基底準位にあるものであ
り、前記回収目的イオン（Ａ+*）は該回収目的イオン
（Ａ+*）の総角運動量（ＪA ）が前記非回収目的原子
（Ｂ）の総角運動量（ＪB ）より±１．０以上違う特定
のイオン励起準位にあるように選択的に生成し、これに
より回収目的イオン（Ａ+*）と非回収目的原子（Ｂ）と
の電荷交換反応が非共鳴電荷交換反応となって、回収目
的イオン（Ａ+*）の電荷交換による回収損失を小さくす
るようにしたイオン回収方法であることを特徴としてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION The invention of claim 1 in order to achieve the above object, the non-recovery purposes atom (B) and the recovery target ions (A + *) and from plasma comprising recovering target ions (A + In the ion recovery method for separating and recovering * ), the non-recovery target atom (B) is at the atomic ground level, and the recovery target ion (A + * ) is the same as that of the recovery target ion (A + * ). The target ions are selectively generated such that the total angular momentum (J A ) is at a specific ion excitation level different from the total angular momentum (J B ) of the non-recovered target atom (B) by ± 1.0 or more. Ion recovery in which the charge exchange reaction between (A + * ) and the non-recovery target atom (B) becomes a non-resonant charge exchange reaction, thereby reducing the recovery loss due to charge exchange of the recovery target ion (A + * ). Method.

【０００８】上記目的を達成するために請求項２の発明
は、非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン（Ａ+*）と
を含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）を分離回収
するイオン回収方法において、前記非回収目的原子
（Ｂ）は２３８Ｕ原子であり、前記回収目的イオン（Ａ
+*）は２３５Ｕイオンであり、原子基底準位にある２３
８Ｕ原子との電荷交換反応が非共鳴電荷交換反応とな
る、特定のイオン励起準位（６Ｌ１З／２，１７４９ｃ
ｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1）、（６Ｌ１
５／２，５２５９ｃｍ-1）及び（６Ｋ１３／２，５５２
６ｃｍ-1）のいずれかに回収目的イオン（Ａ+*）の２３
５Ｕイオンを励起する２３５Ｕイオン回収方法であるこ
とを特徴としている。[0008] The invention of claim 2 in order to achieve the above object, for separating and recovering non-recovery purposes atom (B) and the recovery target ions (A + *) and recovered target ions from a plasma comprising (A + *) In the ion recovery method, the non-recovery target atom (B) is 238 U atoms, and the recovery target ion (A
+ * ) Is a 235 U ion and 23 at the atomic ground level.
A specific ion excitation level (6L1З / 2,1749c) in which the charge exchange reaction with 8U atoms becomes a non-resonant charge exchange reaction
m -1 ), (6K11 / 2, 2294 cm -1 ), (6L1
5 / 2,5259 cm -1 ) and (6K13 / 2,552
6 cm -1 ) and 23 of the target ion (A + * )
It is a 235U ion recovery method for exciting 5U ions.

【０００９】上記目的を達成するために請求項３の発明
は、請求項２において、非回収目的原子（Ｂ）で原子基
底準位にある２З８Ｕ原子との電荷交換反応が非共鳴電
荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｌ１３／
２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ
-1）の回収目的イオン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを生成
するため、５１６８４ｃｍ-1から５４３５５ｃｍ-1の自
動電離準位を用いる２３５Ｕイオン回収方法であること
を特徴としている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is characterized in that, in claim 2, the charge exchange reaction between the non-recovered target atom (B) and 2З8 U atom at the atomic ground level is a non-resonant charge exchange reaction. Specific ion excitation level (6L13 /
2,1749cm -1 ), (6K11 / 2,2294cm
To generate the 235U ions recovery target ions (A + *) -1) is characterized by the 51684Cm -1 is 235U ion recovery method using an automatic ionization level of the 54355Cm -1.

【００１０】上記目的を達成するために請求項４の発明
は、請求項２において、非回収目的原子（Ｂ）で原子基
底準位にある２３８Ｕ原子との電荷交換反応が非共鳴電
荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｌ１５／
２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３／２，５５２６ｃｍ
-1）の回収目的イオン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを生成
するため、５５１９４ｃｍ-1から５５６０２ｃｍ-1の自
動電離準位を用いる２３５Ｕイオン回収方法であること
を特徴としている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is characterized in that, in claim 2, the charge exchange reaction between the non-recovered target atom (B) and the 238 U atom at the atomic ground level is a non-resonant charge exchange reaction. Specific ion excitation level (6L15 /
2,5259cm -1 ), (6K13 / 2,5526cm)
To generate the 235U ions recovery target ions (A + *) -1) is characterized by the 55194Cm -1 is 235U ion recovery method using an automatic ionization level of the 55602Cm -1.

【００１１】上記目的を達成するために請求項５の発明
は、非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン（Ａ+*）と
を含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）を分離回収
するイオン回収方法において、前記非回収目的原子
（Ｂ）は２３８Ｕ原子であり、前記回収目的イオン（Ａ
+*）は２３５Ｕイオンであり、原子基底準位にある２３
８Ｕ原子との電荷交換反応が２電子移行電荷交換反応と
なる、特定のイオン励起準位（６Ｍ１З／２，４５８５
ｃｍ-1）に回収目的イオン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを
励起する２３５Ｕイオン回収方法であることを特徴とし
ている。In order to achieve the above object, the invention of claim 5 is to separate and collect the recovery target ions (A + * ) from the plasma containing the non-recovery target atoms (B) and the recovery target ions (A + * ). In the ion recovery method, the non-recovery target atom (B) is 238 U atoms, and the recovery target ion (A
+ * ) Is a 235 U ion and 23 at the atomic ground level.
A specific ion excitation level (6M1З / 2,4585) in which a charge exchange reaction with 8U atoms becomes a two-electron transfer charge exchange reaction.
The method is characterized in that the method is a 235U ion collection method in which 235 U ions of the target ions (A + * ) are excited to 235 U cm −1 ).

【００１２】上記目的を達成するために請求項６の発明
は、請求項５において、非回収目的原子（Ｂ）で原子基
底準位にある２З８Ｕ原子との電荷交換反応が２電子移
行電荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｍ１
３／２，４５８５ｃｍ-1）の回収目的イオン（Ａ+*）の
２３５Ｕイオンを生成するため、５４５２０ｃｍ-1から
５４６４１ｃｍ-1の自動電離準位を用いる２３５Ｕイオ
ン回収方法であることを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 6 is a method according to claim 5, wherein the non-recovered target atom (B) is a two-electron transfer charge exchange reaction with a 2З8 U atom at the atomic ground level. Specific ion excitation level (6M1
3 / 2,4585cm -1) recovering the target ion (to produce the 235U ions A + *) of, is characterized in that the 54520Cm -1 is 235U ion recovery method using an automatic ionization level of the 54641Cm -1 .

【００１３】上記目的を達成するために請求項７の発明
は、請求項１、２、３及び４において、原子にЗ種類の
レーザ光を照射し特定の自動電離準位へ励起し、この自
動電離準位からイオン基底準位へ遷移させる。このイオ
ン基底準位にあるイオンにレーザを照射しイオン励起準
位に励起し、自然放出で特定のイオン励起準位へ遷移さ
せ、電荷交換反応が起こりにくいプロセスとし、回収目
的イオン（Ａ+*）の電荷交換による回収の損失を小さく
するイオン回収方法であることを特徴としている。In order to achieve the above object, according to a seventh aspect of the present invention, in the first, second, third and fourth aspects, atoms are irradiated with З kinds of laser beams to excite the atoms to a specific automatic ionization level. Transition from the ionization level to the ion ground level. The ion at the ion ground level is irradiated with a laser to excite the ion to an ion excitation level, and by spontaneous emission, transitions to a specific ion excitation level to make the process less likely to cause a charge exchange reaction . ) Is an ion recovery method for reducing the recovery loss due to charge exchange.

【００１４】上記目的を達成するために請求項８の発明
は、非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン（Ａ+*）と
を含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）を分離回収
するイオン回収装置において、前記非回収目的原子
（Ｂ）は原子基底準位にあるものであり、前記回収目的
イオン（Ａ+*）は該回収目的イオン（Ａ+*）の総角運動
量（ＪA ）が前記非回収目的原子（Ｂ）の総角運動量
（ＪB ）より±１．０以上違う特定のイオン励起準位に
あるように選択的に生成する手段を備え、これにより回
収目的イオン（Ａ+*）と非回収目的原子（Ｂ）との電荷
交換反応が非共鳴電荷交換反応となって、回収目的イオ
ン（Ａ+*）の電荷交換による回収損失を小さくするよう
にしたイオン回収装置であることを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention of claim 8 is to separate and collect the recovery target ions (A + * ) from the plasma containing the non-recovery target atoms (B) and the recovery target ions (A + * ). In the ion recovery device, the non-recovery target atom (B) is at the atomic ground level, and the recovery target ion (A + * ) is the total angular momentum (J A ) of the recovery target ion (A + * ). Is selectively generated so as to have a specific ion excitation level different from the total angular momentum (J B ) of the non-recovered target atom (B) by ± 1.0 or more, whereby the recovered target ion (A + * ) Is a non-resonant charge exchange reaction between the non-recovery target atom (B) and the non-recovery target atom (B) to reduce the recovery loss due to the charge exchange of the recovery target ion (A + * ). It is characterized by:

【００１５】上記目的を達成するために請求項９の発明
は、非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン（Ａ+*）と
を含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）を分離回収
するイオン回収装置において、前記非回収目的原子
（Ｂ）は２３８Ｕ原子であり、前記回収目的イオン（Ａ
+*）は２３５Ｕイオンであり、原子基底準位にある２３
８Ｕ原子との電荷交換反応が非共鳴電荷交換反応とな
る、特定のイオン励起準位（６Ｌ１З／２，１７４９ｃ
ｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1）、（６Ｌ１
５／２，５２５９ｃｍ-1）及び（６Ｋ１３／２，５５２
６ｃｍ-1）に回収目的イオン（Ａ+*）の２３５Ｕイオン
を励起する手段を備えた２３５Ｕイオン回収装置である
ことを特徴としている。[0015] The invention of claim 9 in order to achieve the above object, for separating and recovering non-recovery purposes atom (B) and the recovery target ions (A + *) and recovered target ions from a plasma comprising (A + *) In the ion recovery apparatus, the non-recovery target atoms (B) are 238 U atoms, and the recovery target ions (A
+ * ) Is a 235 U ion and 23 at the atomic ground level.
A specific ion excitation level (6L1З / 2,1749c) in which the charge exchange reaction with 8U atoms becomes a non-resonant charge exchange reaction
m -1 ), (6K11 / 2, 2294 cm -1 ), (6L1
5 / 2,5259 cm -1 ) and (6K13 / 2,552
It is a 235U ion recovery device provided with means for exciting 235U ions of the target ions (A ++ ) at 6 cm -1 ).

【００１６】上記目的を達成するために請求項１０の発
明は、請求項９において、非回収目的原子（Ｂ）で原子
基底準位にある２З８Ｕ原子との電荷交換反応が非共鳴
電荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｌ１３
／２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃ
ｍ-1）の回収目的イオン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを生
成するため、５１６８４ｃｍ-1から５４３５５ｃｍ-1の
自動電離準位を用いる２３５Ｕイオン回収装置であるこ
とを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 10 is the invention according to claim 9, wherein the non-recovery target atom (B) has a non-resonant charge exchange reaction with a 2З8 U atom at the atomic ground level. Specific ion excitation level (6L13
/ 2,1749cm -1 ), (6K11 / 2,2294c
To generate the 235U ions recovery target ions (A + *) of m -1), it is characterized by a 235U ion recovery device using an automatic ionization level of 54355Cm -1 from 51684cm -1.

【００１７】上記目的を達成するために請求項１１の発
明は、請求項９において、非回収目的原子（Ｂ）で原子
基底準位にある２３８Ｕ原子との電荷交換反応が非共鳴
電荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｌ１５
／２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３／２，５５２６ｃ
ｍ-1）の回収目的イオン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを生
成するため、５５１９４ｃｍ-1から５５６０２ｃｍ-1の
自動電離準位を用いる２３５Ｕイオン回収装置であるこ
とを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention of claim 11 is the invention according to claim 9, wherein the non-recovery target atom (B) has a non-resonant charge exchange reaction with a 238 U atom at the atomic ground level. Specific ion excitation level (6L15
/ 2,5259cm -1 ), (6K13 / 2,5526c
To generate the 235U ions recovery target ions (A + *) of m -1), it is characterized by a 235U ion recovery device using an automatic ionization level of 55602Cm -1 from 55194cm -1.

【００１８】上記目的を達成するために請求項１２の発
明は、非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン（Ａ+*）
とを含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）を分離回
収するイオン回収装置において、前記非回収目的原子
（Ｂ）は２３８Ｕ原子であり、前記回収目的イオン（Ａ
+*）は２３５Ｕイオンであり、原子基底準位にある２３
８Ｕ原子との電荷交換反応が２電子移行電荷交換反応と
なる、特定のイオン励起準位（６Ｍ１З／２，４５８５
ｃｍ-1）に回収目的イオン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを
励起する手段を備えた２３５Ｕイオン回収装置であるこ
とを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention according to claim 12 is characterized in that a non-recovery target atom (B) and a recovery target ion (A + * )
In the ion recovery apparatus for separating and recovering the target ions (A + * ) from the plasma including the following, the non-recovery target atoms (B) are 238 U atoms, and the target ions (A
+ * ) Is a 235 U ion and 23 at the atomic ground level.
A specific ion excitation level (6M1З / 2,4585) in which a charge exchange reaction with 8U atoms becomes a two-electron transfer charge exchange reaction.
The 235U ion recovery apparatus is provided with means for exciting 235U ions of the target ions (A + * ) at cm −1 ).

【００１９】上記目的を達成するために請求項１３の発
明は、請求項１２において、非回収目的原子（Ｂ）で原
子基底準位にある２З８Ｕ原子との電荷交換反応が２電
子移行電荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６
Ｍ１３／２，４５８５ｃｍ-1）の回収目的イオン
（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを生成するため、５４５２０
ｃｍ-1から５４６４１ｃｍ-1の自動電離準位を用いる２
３５Ｕイオン回収装置であることを特徴としている。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect, the non-recovered target atom (B) is a two-electron transfer charge exchange reaction with a 2З8 U atom at the atomic ground level. Specific ion excitation level (6
To generate 235 U ions of M13 / 2, 4585 cm −1 ), the target ions to be recovered (A + * ), are 54520
2 from cm -1 using an automatic ionization level of 54641cm -1
It is a 35U ion recovery device.

【００２０】上記目的を達成するために請求項１４の発
明は、請求項８、９、１０及び１１において、原子に３
種類のレーザ光を照射し特定の自動電離準位へ励起し、
この自動電離準位からイオン基底準位へ遷移させる。こ
の基底イオンにレーザを照射しイオン励起準位に励起
し、自然放出で特定のイオン励起準位へ遷移させ、電荷
交換反応が起こりにくいプロセスとし、回収目的イオン
（Ａ+*）の電荷交換による損失を小さくするイオン回収
装置であることを特徴としている。In order to achieve the above object, the invention of claim 14 is the invention according to claims 8, 9, 10 and 11, wherein 3
Irradiate with various types of laser light to excite to a specific autoionization level,
A transition is made from this automatic ionization level to the ion ground level. This base ion irradiating laser excites the ions excited level, due to spontaneous emission in to transition to the particular ion excitation level, the less likely a process charge exchange reaction, charge exchange recovery target ion (A + *) It is characterized by an ion recovery device that reduces loss.

【００２１】[0021]

【作用】イオンは原子と衝突し電荷交換し電荷を失って
回収できなくなる。そのためあらかじめイオンを特定の
励起状態とし、電荷交換反応を電荷交換断面積が小さな
非共鳴電荷交換反応として、電荷交換損失を低減する必
要がある。そこで、非回収目的原子と非共鳴電荷交換反
応となる回収目的イオンのイオン励起準位を選定する。[Action] Ions collide with atoms and exchange charges, lose charge and cannot be collected. Therefore, it is necessary to reduce the charge exchange loss by previously setting the ions to a specific excited state and treating the charge exchange reaction as a non-resonant charge exchange reaction having a small charge exchange cross-sectional area. Therefore, an ion excitation level of a target ion to be recovered that causes a non-resonant charge exchange reaction with the non-recovered target atom is selected.

【００２２】ウランでは特定の２３５Ｕイオン励起準位
（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／２，
２２９４ｃｍ-1）、（６Ｌ１５／２，５２５９ｃ
ｍ-1）、（６Ｋ１З／２，５５２６ｃｍ-1）及び、（６
Ｍ１З／２，４５８５ｃｍ-1）の回収目的イオンは、非
回収目的原子で原子基底準位にある２З８Ｕ原子との電
荷交換反応が非共鳴電荷交換反応となり、電荷交換反応
が起こりにくいプロセスであり、回収目的イオンの２３
５Ｕイオンの電荷交換による回収の損失を小さくするこ
とが可能である。In uranium, a specific 235 U ion excitation level (6L13 / 2, 1749 cm -1 ), (6K11 / 2,
2294 cm -1 ), (6L15 / 2,5259c
m -1 ), (6K1З / 2,5526 cm -1 ) and (6
M1 目的 / 2,4585 cm -1 ) is a process in which a charge exchange reaction with a non-recovery atom and a 2З8 U atom at the atomic ground level becomes a nonresonant charge exchange reaction, and the charge exchange reaction hardly occurs. 23 of recovery target ions
It is possible to reduce the recovery loss due to charge exchange of 5U ions.

【００２３】特定のイオン励起準位のイオンを生成する
手段としては、原子に３種類のレーザ光を照射し特定の
自動電離準位へ励起し、この自動電離準位から電荷交換
反応が非共鳴電荷交換反応となるような特定のイオン励
起準位へ遷移させることが可能である。また原子に３種
類のレーザ光を照射しイオン基底準位のイオンを生成
し、このイオン基底準位のイオンにさらにレーザを照射
しイオン励起準位に励起し、自然放出で特定のイオン励
起準位へ遷移させることも可能である。As means for generating ions of a specific ion excitation level, atoms are irradiated with three kinds of laser beams to excite them to a specific automatic ionization level, and the charge exchange reaction is caused by non-resonance from the automatic ionization level. It is possible to make a transition to a specific ion excitation level that causes a charge exchange reaction. In addition, the atom is irradiated with three types of laser beams to generate ions at the ion ground level, and the ions at the ion ground level are further irradiated with a laser to excite the ions to the ion excitation level, and the specific ion excitation level is spontaneously emitted. It is also possible to make a transition to the order.

【００２４】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１を用
いて詳細に説明する。真空容器１は１０-8Ｔｏｒｒ以下
の高真空に保持されている。るつぼ２の中の蒸発試料З
を電子銃４で加熱し蒸発させる。蒸発物質５に回収目的
原子のみに共鳴するレーザ６を照射し特定のイオン励起
準位のイオンＡ+*で示される回収目的イオン７を選択的
に生成する。回収電極８にイオン回収電源１１から電圧
を印加し回収目的イオン７を回収電極８に回収する。Ｂ
で示される原子基底準位の非回収目的原子９は、廃品回
収板１０に回収される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIG. The vacuum vessel 1 is maintained at a high vacuum of 10 -8 Torr or less. Evaporated sample in crucible 2
Is heated by the electron gun 4 and evaporated. The evaporating substance 5 is irradiated with a laser 6 that resonates only with the target atoms to be recovered, thereby selectively generating the target ions 7 indicated by the ions A + * having a specific ion excitation level. A voltage is applied to the recovery electrode 8 from an ion recovery power supply 11 and the target ions 7 are recovered by the recovery electrode 8. B
The non-recovery target atoms 9 in the atomic level shown by the symbol are recovered by the waste recovery plate 10.

【００２５】回収段階で重要な衝突による電荷交換反応
について図２を用いて説明する。回収目的イオン
（Ａ+*）７は電界で回収電極８に回収される。しかし回
収目的イオン（Ａ+*）７は、非回収目的原子（Ｂ）９と
衝突し電荷が非回収目的原子（Ｂ）９へ移行してしまう
ことがある。これを電荷交換反応と呼ぶ。The charge exchange reaction due to collision which is important in the recovery stage will be described with reference to FIG. The target ions (A + * ) 7 are collected by the collecting electrode 8 by an electric field. However, the recovery target ions (A + * ) 7 may collide with the non-recovery target atoms (B) 9 and charge may be transferred to the non-recovery target atoms (B) 9. This is called a charge exchange reaction.

【００２６】 Ａ+*＋Ｂ→Ａ* ＋Ｂ+* （式１）こ
のＡとＢとの間の電荷交換により、特定のイオン励起準
位のイオンＡ+*である回収目的イオン７は、一般に原子
励起準位の原子Ａ* となって中性化するため電界で回収
できない。このため回収目的イオン７の回収率が低下す
る。これを電荷交換損失と呼ぶ。なお、非回収目的原子
９は、特定のイオン励起準位にあるイオンＢ+*となり、
誤って電界で回収されてしまう。A + * + B → A * + B + * (Equation 1) Due to the charge exchange between A and B, the target ion 7, which is an ion A + * at a specific ion excitation level, generally becomes an atom. It cannot be recovered by an electric field because it becomes an atom A * at an excited level and is neutralized. For this reason, the recovery rate of the recovery target ions 7 decreases. This is called charge exchange loss. The non-recovered target atom 9 is an ion B + * at a specific ion excitation level,
Accidentally collected by the electric field.

【００２７】電荷交換損失を低減するには衝突に際して
電荷交換反応が起こりにくい反応過程である非共鳴電荷
交換反応過程にすることが必要である。すなわち、電荷
交換反応を非共鳴過程にすることで衝突の電荷交換断面
積（衝突して電荷交換の起きる断面積）を小さくするこ
とができる。非共鳴電荷交換反応は電荷交換反応が起こ
った後と起こる前との各イオンや原子のエネルギー準位
の差より反応エネルギー△Ｅがあらわれる反応である。
例えば特定のイオン励起準位のイオンＡ+*と原子基底準
位の原子Ｂの非共鳴電荷交換反応の場合、 Ａ+*＋Ｂ→Ａ* ＋Ｂ+*＋△Ｅ （式２） と表される。この△Ｅが大きい時を非共鳴電荷交換反応
と呼び、共鳴電荷交換に比べ電荷交換が生じにくく、衝
突の電荷交換断面積が減少する。すなわち、イオン化の
時回収目的イオン（Ａ+*）７を特定の励起状態とするこ
とで他原子との電荷交換を防止し回収目的イオン
（Ａ+*）７を効率よく回収できる。In order to reduce the charge exchange loss, it is necessary to use a non-resonant charge exchange reaction process, which is a reaction process in which a charge exchange reaction hardly occurs upon collision. That is, by making the charge exchange reaction a non-resonant process, the charge exchange cross-sectional area of collision (cross-sectional area where charge exchange occurs due to collision) can be reduced. The non-resonant charge exchange reaction is a reaction in which a reaction energy ΔE appears due to a difference in energy level of each ion or atom before and after the charge exchange reaction occurs.
For example, in the case of a non-resonant charge exchange reaction between an ion A + * at a specific ion excitation level and an atom B at an atomic ground level, the following equation is obtained: A + * + B → A * + B + * + ΔE (Equation 2) . When this ΔE is large, it is called a non-resonant charge exchange reaction. Charge exchange is less likely to occur than in resonance charge exchange, and the charge exchange cross-sectional area of collision decreases. That is, by setting the target ion (A + * ) 7 to a specific excited state during ionization, charge exchange with other atoms can be prevented, and the target ion (A + * ) 7 can be efficiently collected.

【００２８】上記のことを具体的に示すため、共鳴電荷
交換と非共鳴電荷交換での電荷交換断面積の計算結果を
図Зに示す。ここでは、横軸に衝突エネルギー（ｅ
Ｖ）、縦軸に電荷交換断面積をとり、パラメータに反応
エネルギー△Ｅを０，０．０１，０．２ｅＶの３つの場
合について電荷交換断面積の衝突エネルギー依存性を計
算で求めている。イオン基底準位のイオンと原子基底準
位の原子の電荷交換反応は共鳴電荷交換反応（△Ｅ＝０
ｅＶ）であり衝突エネルギーが低くなるにつれて電荷交
換断面積が大きくなる。これに対し特定のイオン励起準
位のイオンと原子基底準位の原子の衝突を例に用いると
非共鳴電荷交換反応（例えば△Ｅ＝０．２ｅＶ）となり
衝突エネルギーが低くなるにつれて電荷交換断面積が小
さくなる。△Ｅ＝０．０１ｅＶと△Ｅ＝０．２ｅＶの場
合を比較すれば分かるように、電荷交換断面積を小さく
するには反応エネルギー△Ｅを大きくする電荷交換反応
にすることが有効である。従って反応エネルギー△Ｅが
大きくなる特定のイオン励起準位のイオンを用いること
が肝要である。In order to specifically show the above, the calculation results of the charge exchange cross-sections in the resonance charge exchange and the non-resonance charge exchange are shown in FIG. Here, the collision energy (e
V), the charge exchange cross section is plotted on the vertical axis, and the collision energy dependence of the charge exchange cross section is obtained by calculation for three cases where the reaction energy ΔE is 0, 0.01, and 0.2 eV as parameters. The charge exchange reaction between an ion at the ion ground level and an atom at the atomic ground level is a resonance charge exchange reaction (△ E = 0
eV), and the charge exchange cross section increases as the collision energy decreases. On the other hand, when the collision between an ion at a specific ion excitation level and an atom at the atomic ground level is used as an example, a non-resonant charge exchange reaction (for example, ΔE = 0.2 eV) occurs and the charge exchange cross-sectional area decreases as the collision energy decreases. Becomes smaller. As can be seen by comparing the case of ΔE = 0.01 eV and the case of ΔE = 0.2 eV, it is effective to reduce the charge exchange cross-sectional area by using a charge exchange reaction in which the reaction energy ΔE is increased. Therefore, it is important to use ions having a specific ion excitation level that increases the reaction energy ΔE.

【００２９】一方、原子からイオンへｓ電子が移動する
電荷交換反応を考える。始状態のイオンがｓ電子をもら
い終状態の原子になるとき総角運動量の変化はｓ電子の
変化量である±０．５しかない。このため始状態のイオ
ンの総角運動量（ＪA ）を始状態の原子の総角運動量
（ＪB ）と±１．０以上違うイオン励起準位を選定すれ
ば、電荷交換反応は非共鳴電荷交換反応となり衝突エネ
ルギーが低くなるにつれて電荷交換断面積が小さくで
き、電荷交換損失を小さくできる。On the other hand, consider a charge exchange reaction in which s electrons move from atoms to ions. When the ions in the initial state receive s electrons and become atoms in the final state, the change in the total angular momentum is only ± 0.5 which is the change amount of the s electrons. Therefore, if an ion excitation level that is different from the total angular momentum (J A ) of the ions in the initial state by ± 1.0 or more from the total angular momentum (J B ) of the atoms in the initial state is selected, the charge exchange reaction becomes a non-resonant charge exchange reaction. As the collision energy decreases, the charge exchange cross-sectional area can be reduced, and the charge exchange loss can be reduced.

【００３０】次に２３８Ｕ原子において存在確率が大き
い原子基底準位の原子と非共鳴電荷交換反応となる特定
のイオン励起準位のイオンの選定結果について述べる。
ウランの電荷交換反応過程が共鳴過程か非共鳴過程かを
検討するために、それぞれのイオン励起準位ごとの電荷
交換反応を評価した。参考のためウランのイオン準位と
電子配位及び原子準位と電子配位を表ｌ及び表２に示
す。表１及び表２においてエネルギーレベルはそのエネ
ルギー準位のもつエネルギー値、ＳＬは総角運動量Ｊと
共にスピン角運動量と軌道角運動量の合成の結果得られ
るエネルギー準位の名称である。また電子配位の存在確
率を併せて記載してある。Next, a description will be given of the result of selecting an ion having a specific ion excitation level which causes a non-resonant charge exchange reaction with an atom of the 238 U atom having a large existence probability and an atom of the atomic ground level.
In order to investigate whether the uranium charge exchange reaction process is a resonance process or a nonresonance process, the charge exchange reaction for each ion excitation level was evaluated. Tables 1 and 2 show the ionic level and electron configuration, and the atomic level and electron configuration of uranium for reference. In Tables 1 and 2, the energy level is the energy value of the energy level, and SL is the name of the energy level obtained as a result of combining the spin angular momentum and the orbital angular momentum together with the total angular momentum J. In addition, the existence probability of electron coordination is also described.

【００３１】[0031]

【表１】 [Table 1]

【００３２】[0032]

【表２】 [Table 2]

【００３３】ウラン原子の電子配位を完全に記述する
と、「１ｓ2 ２ｓ2 ２ｐ6 Зｓ2 ３ｐ6 ３ｄ10４ｓ2 ４
ｐ6 ４ｄ10４ｆ14５ｓ2 ５ｐ6 ５ｄ10５ｆ3 ６ｓ2 ６ｄ
７ｓ2」 となる。１ｓ，２ｓ等は電子軌道を、指数は
その電子軌道に入っている電子の数を示す。ここで、５
ｆ3 ６ｄ以外の電子軌道は量子力学的に許される数だけ
電子が詰まっているので、角軌道運動量Ｌおよび総スピ
ンＳはいずれも０であり７ｓ2 を除いて以後考える必要
がない。従って角軌道運動量Ｌ及び総スピンＳを考える
時、ウランのイオン基底準位のイオンの電子配位は略記
すると５ｆ3 ７ｓ2 （ 4Ｉ9/2 ）、さらに略記するとｆ
3 ｓ2 で、ウランの原子基底準位の原子の電子配位は略
記すると５ｆ3 ６ｄ７ｓ2 （ 5Ｌ6 ）、さらに略記する
とｆ3 ｄｓ2 である。５ｆ3 ，６ｄ，７ｓ2 は、まだ電
子が出入りする余地がある軌道であり、角軌道運動量
Ｌ、総スピンＳおよび総角運動量Ｊをもつ。この電子の
出入りのある準位の量子数を考えることが、ウラン電荷
交換反応チャンネルいいかえれば反応経路を選定する上
で重要となる。The electron coordination of a uranium atom is completely described as “1s 2 2s 2 2p 6 Зs 2 3p 6 3d 10 4s 2 4
p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 5f 3 6s 2 6d
7s 2 ". 1s, 2s, etc. indicate the electron orbits, and the index indicates the number of electrons in the electron orbitals. Where 5
Since the electron orbitals other than f 3 6d are packed with electrons as many as the quantum mechanics allows, the angular orbital momentum L and the total spin S are both 0, and there is no need to consider them except for 7s 2 . Thus when considering the angular orbital momentum L and the total spin S, 5f 3 7s 2 (4 I 9/2) the electronic coordination of the uranium ions ground level of the ion is abbreviated, the further abbreviated f
In 3 s 2, the electronic coordination of the uranium atom ground level of the atoms is abbreviated 5f 3 6d7s 2 (5 L 6 ), a f 3 ds 2 With further abbreviated. 5f 3 , 6d, and 7s 2 are orbitals that still have room for electrons to enter and exit, and have angular orbital momentum L, total spin S, and total angular momentum J. It is important to consider the quantum number of the level at which electrons enter and exit, when selecting a reaction path, in other words, a uranium charge exchange reaction channel.

【００３４】電荷交換反応では、衝突する標的原子をイ
オンと一つの電子とに分けて考え、ここにイオンが入射
してきてその電子を捕獲して持ち去る過程と考えること
ができる。In the charge exchange reaction, the colliding target atom is considered as an ion and one electron, and it can be considered as a process in which the ion enters, captures and removes the electron.

【００３５】以降イオンや原子の準位を（略記による電
子配位，エネルギー準位名，エネルギー準位値）で表現
する。最初に第１イオン励起準位（ｆ3 ｄｓ，
6Ｌ11/2，２８９ｃｍ-1）のイオンと原子基底準位（ｆ3
ｄｓ2 ， 5Ｌ6 ，０ｃｍ-1）の原子の電荷交換反応を
考える。すなわち、イオンが第１イオン励起準位ｆ3 ｄ
ｓ， 6Ｌ11/2にある時の反応チャンネルを考える。この
反応は第１イオン励起準位のイオンの７ｓ電子軌道に電
子が入る過程である。反応プロセスを以下に示す。すべ
てを網羅できないので△Ｅが比較的小さくて起こり易い
現象を考慮している。以下の式中では、上記の括弧内の
エネルギー準位値を省略する。表１と表２を参照して、
エネルギー準位値の差から△Ｅの値を求めることができ
る。Hereinafter, the levels of ions and atoms are represented by (abbreviated electron configuration, energy level name, energy level value). First, the first ion excitation level (f 3 ds,
6 L 11/2 , 289 cm -1 ) ion and atomic ground level (f 3
Consider a charge exchange reaction of atoms of ds 2 , 5 L 6 , 0 cm -1 ). That is, the ion is excited by the first ion excitation level f 3 d
Consider a reaction channel at s, 6 L 11/2 . This reaction is a process in which electrons enter the 7s electron orbit of the ion at the first ion excitation level. The reaction process is shown below. Since it is not possible to cover everything, a phenomenon that ΔE is relatively small and is likely to occur is considered. In the following equations, the energy level values in the above parentheses are omitted. Referring to Tables 1 and 2,
The value of ΔE can be obtained from the difference between the energy level values.

【００３６】 Ｕ+ （f3ds， 6Ｌ11/2）＋Ｕ（f3ds2 ， 5Ｌ6 ） →Ｕ（f3ds2 ， 5Ｌ6 ）＋Ｕ+ （f3ds， 6Ｌ11/2）＋0cm-1 （式３） →Ｕ（f3ds2 ， 5Ｌ6 ）＋Ｕ+ （f3ds, 6Ｌ13/2）−1460cm-1 （式４） →Ｕ（f3ds2 ， 5Ｌ6 ）＋Ｕ+ （f3s2， 4Ｉ9/2 ）＋289cm-1 （式５） この反応プロセスの式３に示すとおり、第１イオン励起
準位（ｆ3 ｄｓ，6 Ｌ11/2，２８９ｃｍ-1）のイオンと
原子基底準位（ｆ3 ｄｓ2 ， 5Ｌ6 ，０ｃｍ−１）の原
子の電荷交換反応は共鳴電荷交換反応（△Ｅ＝０ｃｍ
−１）となる。従って第１イオン励起準位（ｆ3 ｄｓ，
6 Ｌ11/2，２８９ｃｍ-1）のイオンは共鳴電荷交換反応
が支配的となるため図３で示したように衝突エネルギー
が低くなるにつれて電荷交換断面積が大きくなる。即ち
電荷交換損失が大きくなる。[0036] U + (f 3 ds, 6 L 11/2) + U (f 3 ds 2, 5 L 6) → U (f 3 ds 2, 5 L 6) + U + (f 3 ds, 6 L 11 / 2 ) +0 cm −1 (Equation 3) → U (f 3 ds 2 , 5 L 6 ) + U + (f 3 ds, 6 L 13/2 ) −1460 cm −1 (Equation 4) → U (f 3 ds 2 , 5 L 6 ) + U + (f 3 s 2 , 4 I 9/2 ) +289 cm −1 (Equation 5) As shown in Equation 3 of this reaction process, the first ion excitation level (f 3 ds, 6 L 11 / 2, 289cm -1) ions and atoms ground level (f 3 ds 2, 5 L 6, 0cm -1 charge exchange reaction of atoms) is resonant charge exchange reaction (△ E = 0 cm
-1 ). Therefore, the first ion excitation level (f 3 ds,
As for the ions of 6 L 11/2 , 289 cm -1 ), the resonance charge exchange reaction is dominant, so that the charge exchange cross-sectional area increases as the collision energy decreases as shown in FIG. That is, the charge exchange loss increases.

【００３７】次に第３イオン励起準位（ｆ3 ｄｓ， 6Ｌ
13/2，１７４９ｃｍ-1）のイオンと原子基底準位（ｆ3
ｄｓ2 ， 5Ｌ6 ，０ｃｍ-1）の原子の電荷交換反応を考
える。第３イオン励起準位（ｆ3 ｄｓ， 6Ｌ13/2，１７
４９ｃｍ-1）のイオンの電子配位を考えると、イオンの
７ｓ電子サイトに電子が入る反応過程である事がわか
る。Next, the third ion excitation level (f 3 ds, 6 L
13/2 , 1749 cm -1 ) ion and atomic ground level (f 3
Consider a charge exchange reaction of atoms of ds 2 , 5 L 6 , 0 cm -1 ). Third ion excitation level (f 3 ds, 6 L 13/2 , 17
Considering the electron coordination of an ion of 49 cm -1 ), it is understood that this is a reaction process in which an electron enters the 7 s electron site of the ion.

【００３８】 Ｕ+ （f3ds， 6Ｌ13/2）＋Ｕ（f3ds2 ， 5Ｌ6 ） →Ｕ（f3ds2 ， 5Ｌ7 ）＋Ｕ+ （f3ds， 6Ｌ11/2）−2340cm-1 （式６） →Ｕ（f3ds2 ， 5Ｌ7 ）＋Ｕ+ （f3ds, 6Ｌ13/2）−3800cm-1 （式７） →Ｕ（f3ds2 ， 5Ｌ7 ）＋Ｕ+ （f3s2， 4Ｉ9/2 ）−2051cm-1 （式８） このときの反応は、式６乃至８まですべて非共鳴反応と
なり原子基底準位の原子との電荷交換反応断面積は小さ
いと考えられる。[0038] U + (f 3 ds, 6 L 13/2) + U (f 3 ds 2, 5 L 6) → U (f 3 ds 2, 5 L 7) + U + (f 3 ds, 6 L 11 / 2) -2340cm -1 (equation 6) → U (f 3 ds 2, 5 L 7) + U + (f 3 ds, 6 L 13/2) -3800cm -1 ( equation 7) → U (f 3 ds 2 , 5 L 7) + U + (f 3 s 2, 4 I 9/2) -2051cm -1 ( equation 8) the reaction in this case, all to equation 6-8 nonresonant reaction with becomes atom ground level atoms Is considered to have a small charge exchange reaction cross section.

【００３９】以上の方法に沿って全てのイオン励起準位
のイオンについて原子基底準位の原子との反応プロセス
を考えた。導出した結果を表З（選定した電荷交換反応
が起こりにくいウランイオン励起準位）に示す。In accordance with the above-described method, the reaction process of the ions at all the ion excitation levels with the atoms at the atomic ground level was considered. The derived results are shown in Table II (the selected uranium ion excitation levels at which the charge exchange reaction is unlikely to occur).

【００４０】[0040]

【表３】 [Table 3]

【００４１】表３からも分かるとおり反応エネルギー△
Ｅが大きく非共鳴電荷交換反応で電荷交換反応が起こり
にくい特定のイオン励起準位のイオンは、エネルギー準
位名及びエネルギー準位値で表現すると（６Ｌ１３／
２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ
-1）、（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３
／２，５５２６ｃｍ-1）及び（６Ｍ１３／２，４５８５
ｃｍ-1）である。図３の電荷交換断面積のエネルギー依
存度より評価すると、エネルギー差（△Ｅ）が〜０．１
ｅＶ（１００Ｏｃｍ-1に相当する。）程度あれば電荷交
換断面積低減効果が期待できる。従って△Ｅ＝１０００
ｃｍ-1以上となるイオン励起準位を選定した。表３の判
定の○印が非共鳴電荷交換反応であることを示し、電荷
交換断面積が小さくなると予想した励起準位である。表
３の判定のその他は共鳴電荷交換反応や近共鳴電荷交換
反応により電荷交換断面積が大きくなると予想した準位
である。本表から、イオン基底準位のイオン及び第１イ
オン励起準位（２８９ｃｍ-1）のイオン共に原子基底準
位の原子と共鳴電荷交換反応になり低衝突エネルギー領
域で電荷交換断面積が大きくなることが予想できる。ま
た、電荷交換断面積を小さくするという観点から見ると
特定のイオン励起準位（６Ｌ１３／２，１７４９ｃ
ｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1）、（６Ｌ１
５／２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３／２，５５２６
ｃｍ-1）及び（６Ｍ１３／２，４５８５ｃｍ-1）のイオ
ンはエネルギー差が大きく低衝突エネルギー領域で電荷
交換断面積が小さくなる。As can be seen from Table 3, the reaction energy △
An ion having a specific ion excitation level having a large E and hardly causing a charge exchange reaction in a non-resonant charge exchange reaction can be expressed by an energy level name and an energy level value (6L13 /
2,1749cm -1 ), (6K11 / 2,2294cm
-1 ), (6L15 / 2, 5259 cm -1 ), (6K13
/ 2, 5526 cm -1 ) and (6M13 / 2, 4585)
cm -1 ). When evaluated from the energy dependence of the charge exchange cross-sectional area in FIG.
If it is about eV (corresponding to 100 Ocm -1 ), the effect of reducing the charge exchange cross-sectional area can be expected. Therefore, ΔE = 1000
An ion excitation level of not less than cm -1 was selected. In the judgments in Table 3, the circles indicate the non-resonant charge exchange reaction, and are the excited levels at which the charge exchange cross-sectional area is expected to be small. The other judgments in Table 3 are the levels at which the charge exchange cross-sectional area is expected to increase due to the resonance charge exchange reaction or the near resonance charge exchange reaction. From this table, it can be seen from the table that both the ion at the ion ground level and the ion at the first ion excited level (289 cm −1 ) undergo a resonance charge exchange reaction with the atom at the atomic ground level, and the charge exchange cross section increases in the low collision energy region. That can be expected. Further, from the viewpoint of reducing the charge exchange cross section, a specific ion excitation level (6L13 / 2, 1749c
m -1 ), (6K11 / 2, 2294 cm -1 ), (6L1
5/2, 5259 cm -1 ), (6K13 / 2, 5526)
cm -1) and ion charge exchange cross section at the low collision energy region energy difference is large becomes small (6M13 / 2,4585cm -1).

【００４２】また、特定のイオン励起準位（ｆ3 ｄ2 6
Ｍ13/2，４５８５ｃｍ-1）のイオンと原子基底準位（ｆ
3 ｄｓ2 ， 5Ｌ6 ，０ｃｍ-1）の原子間の電荷交換反応
が共鳴電荷交換反応になるには２つの電子（ｄとｓ）の
移動が必要である。しかし、この２つの電子の移動によ
る電荷交換反応は起こりにくい。従って特定のイオン励
起準位（ｆ3 ｄ2 6Ｍ13/2，４５８５ｃｍ-1）のイオン
を用いると電荷交換反応は起こりにくく、電荷交換損失
は小さくできる。[0042] In addition, specific ion excitation level (f 3 d 2 6
M 13/2 , 4585 cm -1 ) ion and atomic ground level (f
In order for a charge exchange reaction between atoms of 3 ds 2 , 5 L 6 , 0 cm −1 ) to become a resonance charge exchange reaction, two electrons (d and s) need to be transferred. However, the charge exchange reaction due to the transfer of these two electrons is unlikely to occur. Therefore specific ion excitation level (f 3 d 2 6 M 13/2 , 4585cm -1) hardly occur using a charge exchange ions, charge exchange loss can be reduced.

【００４３】上記の特定のイオン励起準位（６Ｌ１３／
２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ
-1）、（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３
／２，５５２６ｃｍ-1）及び（６Ｍ１３／２，４５８５
ｃｍ-1）のイオンを生成し、このイオンを用いて電荷交
換損失を最小にし、高効率なイオン回収を実現する電荷
交換損失低減型イオン回収装置のシステム構成を図４に
示す。ポンプレーザ１００で色素レーザ１０１を励起し
図５の第１励起レーザ１８に相当するレーザを発生させ
る。色素レーザ１０１のレーザ光の一部はビームサンプ
ラー１１１で波長モニタ１１４へ導き、波長モニタ１１
４で色素レーザ１０１の発振波長を測定する。この発振
波長の信号を波長制御計算機１１７に取込み、波長制御
計算機１１７で原子を励起しやすい特定の波長に波長選
択素子１０４を用いて制御する。同様に色素レーザ１０
２のレーザ光の一部はビームサンプラー１１２で波長モ
ニタ１１５へ導き、波長モニタ１１５で色素レーザ１０
２の発振波長を測定する。この発振波長の信号を波長制
御計算機１１８に取込み、波長制御計算機１１８で原子
を励起しやすい特定の波長に波長選択素子１０５を用い
て制御する。さらに、色素レーザ１０３のレーザ光の一
部はビームサンプラー１１３で波長モニタ１１６へ導
き、波長モニタ１１６で色素レーザ１０３の発振波長を
測定する。この発振波長の信号を波長制御計算機１１９
に取込み、波長制御計算機１１９で特定のイオン励起準
位（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／
２，２２９４ｃｍ-1）、（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ
-1）、（６Ｋ１３／２，５５２６ｃｍ-1）及び（６Ｍ１
３／２，４５８５ｃｍ-1）のイオンを生成しやすい特定
の波長に波長選択素子１０６を用いて制御する。これら
色素レーザ１０１、 １０２、 １０３のレーザ光は波
長合成ミラー１０７、波長合成ミラー１０８及び全反射
ミラー１０９を用いて合成し真空容器１内の蒸発物質５
に照射する。特定のイオン励起準位（６Ｌ１３／２，１
７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1）、
（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３／２，
５５２６ｃｍ-1）及び（６Ｍ１３／２，４５８５ｃ
ｍ-1）のイオンを生成するため、色素レーザ１０１、
１０２、１０３の波長は、３波長すなはち３光子の合計
エネルギーで、イオン化ポテンシャル（ＩＰ＝４９９３
５ｃｍ-1）＋特定イオン励起準位エネルギー（Ｅ１ｃｍ
-1）とその上のイオン励起準位エネルギー（Ｅ２ｃ
ｍ-1）の間のエネルギー、即ちＩＰ＋Ｅ１ｃｍ-1からＩ
Ｐ＋Ｅ２ｃｍ-1となる。これをもとに３波長の合計エネ
ルギーを計算すると、（１）６Ｌ１З／２，１７４９ｃ
ｍ-1、６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1生成：５１６８４
ｃｍ-1から５４３５５ｃｍ-1、（２）６Ｌ１５／２，５
２５９ｃｍ-1、６Ｋ１３／２，５５２６ｃｍ-1生成：５
５１９４ｃｍ-1から５５６０２ｃｍ-1、（３）６Ｍ１３
／２，４５８５ｃｍ-1生成：５４５２０ｃｍ-1から５４
６４１ｃｍ-1となり、これらの光子エネルギーにすれば
特定のイオン励起準位のイオンが生成できる。The specific ion excitation level (6L13 /
2,1749cm -1 ), (6K11 / 2,2294cm
-1 ), (6L15 / 2, 5259 cm -1 ), (6K13
/ 2, 5526 cm -1 ) and (6M13 / 2, 4585)
FIG. 4 shows a system configuration of a charge-exchange-loss-reduction-type ion recovery apparatus that generates ions of cm −1 ), minimizes charge-exchange loss using the ions, and realizes highly-efficient ion recovery. The dye laser 101 is excited by the pump laser 100 to generate a laser corresponding to the first excitation laser 18 in FIG. A part of the laser light of the dye laser 101 is guided to a wavelength monitor 114 by a beam sampler 111, and the wavelength monitor 11
At 4, the oscillation wavelength of the dye laser 101 is measured. The signal of this oscillation wavelength is taken into the wavelength control computer 117, and the wavelength control computer 117 controls the specific wavelength at which atoms are easily excited by using the wavelength selection element 104. Similarly, the dye laser 10
Part of the laser light of No. 2 is led to a wavelength monitor 115 by a beam sampler 112, and the wavelength monitor 115
2 is measured. The signal of this oscillation wavelength is taken into the wavelength control computer 118, and the wavelength control computer 118 controls the specific wavelength at which atoms are easily excited by using the wavelength selection element 105. Further, a part of the laser light of the dye laser 103 is guided to a wavelength monitor 116 by a beam sampler 113, and the oscillation wavelength of the dye laser 103 is measured by the wavelength monitor 116. The signal of this oscillation wavelength is converted to a wavelength control computer 119.
And a specific ion excitation level (6L13 / 2, 1749 cm -1 ), (6K11 /
2,2294cm -1 ), (6L15 / 2,5259cm
-1 ), (6K13 / 2, 5526 cm -1 ) and (6M1
3/2, 4585 cm -1 ) is controlled using the wavelength selection element 106 to a specific wavelength at which ions are easily generated. The laser beams of the dye lasers 101, 102, and 103 are synthesized by using a wavelength synthesizing mirror 107, a wavelength synthesizing mirror 108, and a total reflection mirror 109, and the evaporating substance 5
Irradiation. Specific ion excitation level (6L13 / 2,1
749 cm -1 ), (6K11 / 2, 2294 cm -1 ),
(6L15 / 2, 5259 cm -1 ), (6K13 / 2,
5526 cm -1 ) and (6M13 / 2, 4585c)
m −1 ), the dye laser 101,
The wavelengths of 102 and 103 are the total energy of three wavelengths, that is, three photons, and the ionization potential (IP = 4993)
5 cm -1 ) + specific ion excitation level energy (E1 cm
-1 ) and the ion excitation level energy (E2c
m −1 ), ie, IP + E1 cm −1 to I
P + E2 cm −1 . When the total energy of the three wavelengths is calculated based on this, (1) 6L1З / 2,1749c
m -1 , 6K11 / 2, 2294 cm -1 generation: 51684
From cm -1 54355cm -1, (2) 6L15 / 2,5
259cm -1, 6K13 / 2,5526cm -1 Generation: 5
5194 cm -1 to 55602 cm -1 , (3) 6M13
/ 2, 4585 cm -1 generation: 54520 cm -1 to 54
The photon energy is 641 cm −1 , so that ions having a specific ion excitation level can be generated.

【００４４】なお、真空容器１は１０-8Ｔｏｒｒ以下の
高真空に保持されている。るつぼ２の中の蒸発試料３を
電子銃４で加熱し蒸発させる。蒸発物質５に回収目的原
子のみに共鳴するレーザ６を照射し特定の励起状態の回
収目的イオン７を選択的に生成する。回収電極８にイオ
ン回収電源ｌｌから電圧を印加し回収目的イオン７を回
収電極８に回収する。非回収目的原子９は、廃品回収板
１０に回収される。The vacuum vessel 1 is maintained at a high vacuum of 10 -8 Torr or less. The evaporation sample 3 in the crucible 2 is heated by the electron gun 4 and evaporated. The evaporating substance 5 is irradiated with a laser 6 that resonates only with the target atoms for recovery, thereby selectively generating target ions 7 in a specific excited state. A voltage is applied to the collecting electrode 8 from the ion collecting power supply 11 to collect the collecting target ions 7 to the collecting electrode 8. The non-recovery target atoms 9 are collected on the waste collection plate 10.

【００４５】次に、本発明の特定のイオン励起準位（６
Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）のイオン生成方法を図５
を用いて説明する。ウラン原子の基底準位１２に存在す
る原子に第１励起レーザ１８を照射し第１励起準位１３
に励起する。この第１励起準位に励起された原子に第２
励起レーザ１９を照射し第２励起準位１３に励起する。
この第２励起準位に励起された原子に電離レーザ２０を
照射しイオンの基底準位１５や特定のイオン励起準位
（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）１７よリエネルギー
が高い自動電離準位１６に励起する。自動電離準位１６
に存在する原子は不安定であり電子２Зを放出し特定の
イオン励起準位（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）１７
へ遷移する。この特定のイオン励起準位（６Ｌ１３／
２，１７４９ｃｍ-1）１７のイオンを用いることで、原
子基底準位の原子とイオンとは非共鳴電荷交換反応とな
り衝突エネルギーが低くなるにつれて電荷交換断面積が
小さくでき、電荷交換損失を小さくできる。Next, the specific ion excitation level (6
L13 / 2, 1749 cm -1 )
This will be described with reference to FIG. Irradiation is performed on the atoms existing at the ground level 12 of the uranium atom with the first excitation laser
To excite. The atom excited to the first excited level has a second
It is irradiated with an excitation laser 19 to excite it to the second excitation level 13.
The atoms excited to the second excitation level are irradiated with the ionization laser 20 to irradiate the ionization laser 20 and the automatic ionization level having a higher re-energy than the ion ground level 15 or a specific ion excitation level (6L13 / 2,1749 cm -1 ) 17. Excite to 16. Automatic ionization level 16
Are unstable, emit electrons 2 電子, and a specific ion excitation level (6L13 / 2, 1749 cm −1 ) 17
Transition to. This specific ion excitation level (6L13 /
By using ions of (2,1749 cm −1 ) 17, atoms and ions at the atomic ground level undergo a non-resonant charge exchange reaction, so that the charge exchange cross-sectional area can be reduced as the collision energy decreases, and the charge exchange loss can be reduced. .

【００４６】次に、本発明の特定のイオン励起準位（６
Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1）のイオン生成方法を図６
を用いて説明する。ウラン原子の基底準位１２に存在す
る原子に第１励起レーザ１８を照射し第１励起準位ｌЗ
に励起する。この第１励起準位原子に第２励起レーザ１
９を照射し第２励起準位ｌЗに励起する。この第２励起
準位原子に電離レーザ２０を照射しイオンの基底準位１
５や特定のイオン励起準位（６Ｋ１１／２，２２９４ｃ
ｍ-1）２２よリエネルギーが高い自動電離準位２１に励
起する。自動電離準位２１に存在する原子は不安定であ
り電子２Зを放出し特定のイオン励起準位（６Ｋ１１／
２，２２９４ｃｍ-1）２２へ遷移する。この特定のイオ
ン励起準位（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1）２２のイ
オンを用いることで、原子基底準位の原子とイオン励起
準位のイオンとは非共鳴電荷交換反応となり衝突エネル
ギーが低くなるにつれて電荷交換断面積が小さくでき、
電荷交換損失を小さくできる。これと同様な方法で特定
のイオン励起準位（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）、
（６Ｋ１３／２，５５２６ｃｍ-1）及び（６Ｍ１３／
２，４５８５ｃｍ-1）のイオンが生成でき、このイオン
を用いることで、原子基底準位の原子とイオン励起準位
のイオンとは非共鳴電荷交換反応となり衝突エネルギー
が低くなるにつれて電荷交換断面積が小さくでき、電荷
交換損失を小さくできる。Next, the specific ion excitation level (6
K11 / 2, 2294 cm -1 ) is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Irradiation is performed on the atoms present at the ground level 12 of the uranium atom with the first excitation laser 18 so that the first excitation level lЗ
To excite. The second pump laser 1 is attached to this first pump level atom.
9 to be excited to the second excited level lЗ. The second excited level atom is irradiated with the ionization laser 20 to obtain the ground level 1 of the ion.
5 and specific ion excitation levels (6K11 / 2, 2294c
m -1 ) 22, and is excited to the autoionization level 21 having a higher re-energy. The atoms present in the autoionization level 21 are unstable, emit electrons 2З, and emit a specific ion excitation level (6K11 /
2,2294 cm −1 ) 22. By using the ions having the specific ion excitation level (6K11 / 2, 2294 cm -1 ) 22, the non-resonant charge exchange reaction occurs between the atom at the atomic level and the ion at the ion excitation level, and the collision energy is reduced. As the charge exchange cross section becomes smaller,
Charge exchange loss can be reduced. In a similar manner, a specific ion excitation level (6L15 / 2,5259 cm -1 ),
(6K13 / 2, 5526 cm -1 ) and (6M13 /
2,4585 cm -1 ) can be generated, and by using this ion, a non-resonant charge exchange reaction occurs between the atom at the atomic ground level and the ion at the ion excitation level, and the charge exchange cross-section increases as the collision energy decreases. And the charge exchange loss can be reduced.

【００４７】次に、本発明の特定のイオン励起準位（６
Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）のイオンの別の生成方法
を図７を用いて説明する。ウラン原子の基底準位１２に
存在する原子に第１励起レーザ１８を照射し第１励起準
位１３に励起する。この第１励起準位原子に第２励起レ
ーザ１９を照射し第２励起準位１３に励起する。この第
２励起準位原子に電離レーザ２０を照射し自動電離準位
２７に励起する。自動電離準位２７に存在する原子は不
安定であり電子２３を放出しイオン基底準位１５へ遷移
する。このイオン基底準位のイオンにイオン励起レーザ
２９を照射しイオン励起準位３０へ励起する。このイオ
ン励起準位のイオンは自然放出で特定のイオン励起準位
（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）１７へ遷移する。こ
の特定のイオン励起準位（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ
-1）１７のイオンを用いることで、原子基底準位の原子
とイオンとは非共鳴電荷交換反応となり衝突エネルギー
が低くなるにつれて電荷交換断面積が小さくでき、電荷
交換損失を小さくできる。これと同様な方法で特定のイ
オン励起準位（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1）、（６
Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３／２，５５
２６ｃｍ-1）及び（６Ｍ１３／２，４５８５ｃｍ-1）の
イオンが生成でき、このイオンを用いることで、原子基
底準位の原子とイオン励起準位のイオンとが非共鳴電荷
交換反応となり衝突エネルギーが低くなるにつれて電荷
交換断面積が小さくでき、電荷交換損失を小さくでき
る。Next, the specific ion excitation level (6
Another method of generating ions of L13 / 2, 1749 cm -1 ) will be described with reference to FIG. The atoms existing at the ground level 12 of the uranium atom are irradiated with the first excitation laser 18 to be excited to the first excitation level 13. The first excitation level atoms are irradiated with a second excitation laser 19 to excite the second excitation level 13. The second excited level atoms are irradiated with the ionization laser 20 to excite them to the automatic ionization level 27. The atoms existing at the automatic ionization level 27 are unstable, emit electrons 23, and transition to the ion ground level 15. The ions at the ion ground level are irradiated with the ion excitation laser 29 to excite them to the ion excitation level 30. The ion of this ion excitation level transits to a specific ion excitation level (6L13 / 2, 1749 cm -1 ) 17 by spontaneous emission. This specific ion excitation level (6L13 / 2, 1749 cm
-1 ) By using the 17 ions, the atoms at the atomic ground level and the ions undergo a non-resonant charge exchange reaction, and as the collision energy decreases, the charge exchange cross-sectional area can be reduced, and the charge exchange loss can be reduced. A specific ion excitation level (6K11 / 2, 2294 cm -1 ), (6
L15 / 2,5259 cm -1 ), (6K13 / 2,55
26cm -1) and ions can be generated in (6M13 / 2,4585cm -1), by using the ion collision energy and the atomic ground level of atoms and ions excited level ions becomes nonresonant charge exchange reaction Becomes smaller, the charge exchange cross-sectional area can be reduced, and the charge exchange loss can be reduced.

【００４８】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、回収目的原子をレーザ
を用いて選択的に特定のイオン励起準位のイオンに励起
し、他の原子と衝突しても非共鳴電荷交換反応し電荷交
換をせずイオンの電荷交換損失を小さく抑えることがで
き、回収目的イオンを効率よく回収することができる。According to the present invention, a target atom to be recovered is selectively excited to an ion having a specific ion excitation level by using a laser, and a non-resonant charge exchange reaction occurs even when the atom collides with another atom. Thus, the charge exchange loss of the ions can be suppressed to a small value, and the target ions can be efficiently collected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施の形態であるイオン回収装置の構
成FIG. 1 is a configuration of an ion recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】電荷交換の模式図FIG. 2 is a schematic diagram of charge exchange.

【図３】電荷交換断面積の衝突エネルギー依存性Fig. 3 Dependence of charge exchange cross section on collision energy

【図４】本発明の電荷交換損失低減型イオン回収装置の
システム構成FIG. 4 is a system configuration of a charge exchange loss reduction type ion recovery apparatus of the present invention.

【図５】本発明の特定イオン励起準位 (6L13/2,1749cm
-1)のイオンの生成方法FIG. 5 is a specific ion excitation level (6L13 / 2,1749 cm) of the present invention.
-1 ) Method for producing ions

【図６】本発明の特定イオン励起準位 (6K11/2,2294cm
-1)のイオンの生成方法FIG. 6 shows a specific ion excitation level (6K11 / 2,2294 cm) of the present invention.
-1 ) Method for producing ions

【図７】本発明の特定イオン励起準位 (6L13/2,1749cm
-1)のイオンの別の生成方法FIG. 7 shows a specific ion excitation level (6L13 / 2,1749 cm) of the present invention.
Another method of producing ions of -1 )

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１：真空容器、 ２：るつぼ、 ３：蒸発試料、 ４：
電子銃、５：蒸発物質、６：レーザ、７：回収目的イオ
ン、 ８：回収電極、９：非回収目的原子、 １０：廃
品回収板、 １１：イオン回収電源、１２：基底準位、
１３：第１励起準位、 １４：第２励起準位、１５：
基底イオン準位、 １６：自動電離準位、１７：イオン
励起準位（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）、１８：第
１励起レーザ、 １９：第２励起レーザ、 ２０：電離
レーザ、２１：自動電離準位、２２：イオン励起準位
（６Ｋ１１／２，２２９４ｃｍ-1）、２３：電子、２
７：自動電離準位、 ２９：イオン励起レーザ、 ３
０：イオン励起準位、４０：蒸発装置、 ４１：特定励
起イオン生成装置、４２：イオン回収装置、１００：ポ
ンプレーザ、 １０１：色素レーザ、 １０２：色素レ
ーザ、１０３：色素レーザ、 １０４：波長選択素子、
１０５：波長選択素子、１０６：波長選択素子、 １
０７：波長合成ミラー、１０８：波長合成ミラー、 １
０９：全反射ミラー、１１１：ビームサンプラー、 １
１２：ビームサンプラー、１１３：ビームサンプラー、
１１４：波長モニタ、 １１５：波長モニタ、１１
６：波長モニタ、 １１７：波長制御計算機、１１８：
波長制御計算機、１１９：波長制御計算磯、1: Vacuum container, 2: Crucible, 3: Evaporated sample, 4:
Electron gun, 5: Evaporated substance, 6: Laser, 7: Recovery target ion, 8: Recovery electrode, 9: Non-recovery target atom, 10: Waste recovery plate, 11: Ion recovery power supply, 12: Ground level,
13: first excitation level, 14: second excitation level, 15:
Ground ion level, 16: automatic ionization level, 17: ion excitation level (6L13 / 2, 1749 cm -1 ), 18: first excitation laser, 19: second excitation laser, 20: ionization laser, 21: automatic Ionization level, 22: ion excitation level (6K11 / 2, 2294 cm -1 ), 23: electron, 2
7: automatic ionization level, 29: ion-excited laser, 3
0: ion excitation level, 40: evaporator, 41: specific excitation ion generator, 42: ion recovery device, 100: pump laser, 101: dye laser, 102: dye laser, 103: dye laser, 104: wavelength selection element,
105: wavelength selection element, 106: wavelength selection element, 1
07: wavelength combining mirror, 108: wavelength combining mirror, 1
09: Total reflection mirror, 111: Beam sampler, 1
12: Beam sampler, 113: Beam sampler,
114: wavelength monitor, 115: wavelength monitor, 11
6: wavelength monitor, 117: wavelength control computer, 118:
Wavelength control calculator 119: Wavelength control calculator

フロントページの続き (72)発明者 上野 学 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 土田一輝 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 内藤靖博 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社原子力研究所内 (72)発明者 滝沢靖史 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社原子力研究所内 (72)発明者 加藤俊明 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社原子力研究所内Continued on the front page (72) Inventor Manabu Ueno 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kazuki Tsuchida 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. No. 1 Inside the Tokyo Electric Power Company Nuclear Research Institute (72) Inventor Toshiaki Kato 4-1 Egasaki-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Tokyo Electric Power Company Nuclear Research Institute

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン
（Ａ+*）とを含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）
を分離回収するイオン回収方法において、 前記非回収目的原子（Ｂ）は原子基底準位にあるもので
あり、前記回収目的イオン（Ａ+*）は該回収目的イオン
（Ａ+*）の総角運動量（ＪA ）が前記非回収目的原子
（Ｂ）の総角運動量（ＪB ）より±１．０以上違う特定
のイオン励起準位にあるように選択的に生成し、これに
より回収目的イオン（Ａ+*）と非回収目的原子（Ｂ）と
の電荷交換反応が非共鳴電荷交換反応となって、回収目
的イオン（Ａ+*）の電荷交換による回収損失を小さくす
るようにしたことを特徴とするイオン回収方法。1. A target ion (A + * ) from a plasma containing a non-recovery target atom (B) and a target ion (A + * ).
Wherein the non-recovery target atom (B) is at the atomic ground level, and the recovery target ion (A + * ) is the total angular momentum of the recovery target ion (A + * ). (J A ) is selectively generated so as to be at a specific ion excitation level different from the total angular momentum (J B ) of the non-recovery target atom (B) by ± 1.0 or more, thereby obtaining the recovery target ion (A + * ) And a non-resonant charge exchange reaction between the non-recovery target atom (B) and a non-resonant charge exchange reaction to reduce the recovery loss due to the charge exchange of the recovery target ion (A + * ). Ion recovery method. 【請求項２】 非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン
（Ａ+*）とを含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）
を分離回収するイオン回収方法において、 前記非回収目的原子（Ｂ）は２３８Ｕ原子であり、前記
回収目的イオン（Ａ+*）は２３５Ｕイオンであり、原子
基底準位にある２３８Ｕ原子との電荷交換反応が非共鳴
電荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｌ１З
／２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃ
ｍ-1）、（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）及び（６Ｋ
１３／２，５５２６ｃｍ-1）のいずれかに回収目的イオ
ン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを励起することを特徴とす
る２３５Ｕイオン回収方法。2. A recovery target ion (A + * ) from a plasma containing a non-recovery target atom (B) and a recovery target ion (A + * ).
Wherein the non-recovery target atom (B) is 238 U atoms, the recovery target ion (A + * ) is 235 U ions, and charge exchange with 238 U atoms at the atomic ground level is performed. A specific ion excitation level (6L1З) at which the reaction becomes a non-resonant charge exchange reaction
/ 2,1749cm -1 ), (6K11 / 2,2294c
m -1 ), (6L15 / 2, 5259 cm -1 ) and (6K
13/2, 5526 cm -1 ), wherein 235 U ions of the target ions (A + * ) are excited at 235 U ions. 【請求項３】 請求項２において、非回収目的原子
（Ｂ）で原子基底準位にある２З８Ｕ原子との電荷交換
反応が非共鳴電荷交換反応となる、特定のイオン励起準
位（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／
２，２２９４ｃｍ-1）の回収目的イオン（Ａ+*）の２３
５Ｕイオンを生成するため、５１６８４ｃｍ-1から５４
３５５ｃｍ-1の自動電離準位を用いることを特徴とする
２３５Ｕイオン回収方法。3. The specific ion excitation level (6L13 / 2) according to claim 2, wherein a charge exchange reaction between the non-recovered target atom (B) and a 2З8 U atom at the atomic ground level becomes a non-resonant charge exchange reaction. , 1749 cm -1 ), (6K11 /
2,2294 cm -1 ) of the target ion (A + * ) of 23
From 51684 cm -1 to 54 to produce 5U ions
235 U ion recovery method using an automatic ionization level of 355 cm -1 . 【請求項４】 請求項２において、非回収目的原子
（Ｂ）で原子基底準位にある２３８Ｕ原子との電荷交換
反応が非共鳴電荷交換反応となる、特定のイオン励起準
位（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３／
２，５５２６ｃｍ−１）の回収目的イオン（Ａ＋＊）の
２３５Ｕイオンを生成するため、５５１９４ｃｍ-1から
５５６０２ｃｍ-1の自動電離準位を用いることを特徴と
する２３５Ｕイオン回収方法。4. A specific ion excitation level (6L15 / 2) according to claim 2, wherein a charge exchange reaction between the non-recovered target atom (B) and a 238U atom at the atomic ground level becomes a non-resonant charge exchange reaction. , 5259 cm -1 ), (6K13 /
To generate the 235U ions recovery target ions (A + *) of 2,5526cm -1), 235U ion collection method characterized by using an automatic ionization level of 55602Cm -1 from 55194cm -1. 【請求項５】 非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン
（Ａ+*）とを含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）
を分離回収するイオン回収方法において、 前記非回収目的原子（Ｂ）は２３８Ｕ原子であり、前記
回収目的イオン（Ａ+*）は２３５Ｕイオンであり、原子
基底準位にある２３８Ｕ原子との電荷交換反応が２電子
移動電荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｍ
１З／２，４５８５ｃｍ-1）に回収目的イオン（Ａ+*）
の２３５Ｕイオンを励起することを特徴とする２３５Ｕ
イオン回収方法。5. A recovery target ion (A + * ) from a plasma containing a non-recovery target atom (B) and a recovery target ion (A + * ).
Wherein the non-recovery target atom (B) is 238 U atoms, the recovery target ion (A + * ) is 235 U ions, and charge exchange with 238 U atoms at the atomic ground level is performed. A specific ion excitation level (6M
1З / 2,4585 cm -1 ) for recovery target ions (A + * )
235U characterized by exciting 235U ions of
Ion recovery method. 【請求項６】 請求項５において、非回収目的原子
（Ｂ）で原子基底準位にある２З８Ｕ原子との電荷交換
反応が２電子移行電荷交換反応となる、特定のイオン励
起準位（６Ｍ１３／２，４５８５ｃｍ-1）の回収目的イ
オン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを生成するため、５４５
２０ｃｍ-1から５４６４１ｃｍ-1の自動電離準位を用い
ることを特徴とする２３５Ｕイオン回収方法。6. A specific ion excitation level (6M13 / C), wherein the charge exchange reaction between the non-recovered target atom (B) and the 2 原子 8 U atom at the atomic ground level is a two-electron transfer charge exchange reaction. 545 U to generate 235 U ions of the target ions (A + * ) of 2,4585 cm -1 )
235U ion collection method characterized by using an automatic ionization level of 54641Cm -1 from 20 cm -1. 【請求項７】 請求項１、２、３及び４において、原子
にЗ種類のレーザ光を照射し特定の自動電離準位へ励起
し、この自動電離準位からイオン基底準位へ遷移させ
る。このイオン基底準位にあるイオンにレーザを照射し
イオン励起準位に励起し、自然放出で特定のイオン励起
準位へ遷移させ、電荷交換反応が起こりにくいプロセス
とし、回収目的イオン（Ａ+*）の電荷交換による回収の
損失を小さくすることを特徴とするイオン回収方法。7. The method according to claim 1, wherein the atoms are irradiated with З kinds of laser beams to excite the atoms to a specific automatic ionization level, and transition from the automatic ionization level to the ion ground level. The ion at the ion ground level is irradiated with a laser to excite the ion to an ion excitation level, and by spontaneous emission, transitions to a specific ion excitation level to make the process less likely to cause a charge exchange reaction . And b) reducing the recovery loss due to charge exchange. 【請求項８】 非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン
（Ａ+*）とを含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）
を分離回収するイオン回収装置において、 前記非回収目的原子（Ｂ）は原子基底準位にあるもので
あり、前記回収目的イオン（Ａ+*）は該回収目的イオン
（Ａ+*）の総角運動量（ＪA ）が前記非回収目的原子
（Ｂ）の総角運動量（ＪB ）より±１．０以上違う特定
のイオン励起準位にあるように選択的に生成する手段を
備え、これにより回収目的イオン（Ａ+*）と非回収目的
原子（Ｂ）との電荷交換反応が非共鳴電荷交換反応とな
って、回収目的イオン（Ａ+*）の電荷交換による回収損
失を小さくするようにしたことを特徴とするイオン回収
装置。8. A recovery target ion (A + * ) from a plasma containing a non-recovery target atom (B) and a recovery target ion (A + * ).
Wherein the non-recovery target atom (B) is at an atomic ground level, and the recovery target ion (A + * ) is the total angular momentum of the recovery target ion (A + * ). Means for selectively generating (J A ) so as to have a specific ion excitation level different from the total angular momentum (J B ) of the non-recovery target atom (B) by ± 1.0 or more. The charge exchange reaction between the ion (A + * ) and the non-recovery target atom (B) becomes a non-resonant charge exchange reaction, so that the recovery loss due to the charge exchange of the recovery target ion (A + * ) is reduced. An ion recovery device characterized by the above-mentioned. 【請求項９】 非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオン
（Ａ+*）とを含むプラズマから回収目的イオン（Ａ+*）
を分離回収するイオン回収装置において、 前記非回収目的原子（Ｂ）は２３８Ｕ原子であり、前記
回収目的イオン（Ａ+*）は２３５Ｕイオンであり、原子
基底準位にある２３８Ｕ原子との電荷交換反応が非共鳴
電荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｌ１З
／２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／２，２２９４ｃ
ｍ-1）、（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）及び（６Ｋ
１３／２，５５２６ｃｍ-1）に回収目的イオン（Ａ+*）
の２３５Ｕイオンを励起する手段を備えたことを特徴と
する２３５Ｕイオン回収装置。9. A recovery target ion (A + * ) from a plasma containing a non-recovery target atom (B) and a recovery target ion (A + * ).
Wherein the non-recovery target atom (B) is 238 U atoms, the recovery target ion (A + * ) is 235 U ions, and charge exchange with 238 U atoms at the atomic ground level. A specific ion excitation level (6L1З) at which the reaction becomes a non-resonant charge exchange reaction
/ 2,1749cm -1 ), (6K11 / 2,2294c
m -1 ), (6L15 / 2, 5259 cm -1 ) and (6K
13/2, 5526 cm -1 ), the target ions to be recovered (A + * )
235U ion recovery apparatus, comprising means for exciting the 235U ion. 【請求項１０】 請求項９において、非回収目的原子
（Ｂ）で原子基底準位にある２З８Ｕ原子との電荷交換
反応が非共鳴電荷交換反応となる、特定のイオン励起準
位（６Ｌ１３／２，１７４９ｃｍ-1）、（６Ｋ１１／
２，２２９４ｃｍ-1）の回収目的イオン（Ａ+*）の２３
５Ｕイオンを生成するため、５１６８４ｃｍ-1から５４
３５５ｃｍ-1の自動電離準位を用いることを特徴とする
２３５Ｕイオン回収装置。10. A specific ion excitation level (6L13 / 2) according to claim 9, wherein a charge exchange reaction between the non-recovered target atom (B) and a 2З8 U atom at an atomic ground level becomes a non-resonant charge exchange reaction. , 1749 cm -1 ), (6K11 /
2,2294 cm -1 ) of the target ion (A + * ) of 23
From 51684 cm -1 to 54 to produce 5U ions
235 U ion recovery apparatus characterized by using an automatic ionization level of 355 cm -1 . 【請求項１１】 請求項９において、非回収目的原子
（Ｂ）で原子基底準位にある２３８Ｕ原子との電荷交換
反応が非共鳴電荷交換反応となる、特定のイオン励起準
位（６Ｌ１５／２，５２５９ｃｍ-1）、（６Ｋ１３／
２，５５２６ｃｍ-1）の回収目的イオン（Ａ+*）の２３
５Ｕイオンを生成するため、５５１９４ｃｍ-1から５５
６０２ｃｍ-1の自動電離準位を用いることを特徴とする
２３５Ｕイオン回収装置。11. The specific ion excitation level (6L15 / 2) according to claim 9, wherein a charge exchange reaction between the non-recovered target atom (B) and the 238U atom at the atomic ground level becomes a non-resonant charge exchange reaction. , 5259 cm -1 ), (6K13 /
2,5526 cm -1 ) of the target ion (A + * ) of 23
To produce 5U ions, 55194 cm -1 to 55
235 U ion recovery apparatus characterized by using an automatic ionization level of 602 cm -1 . 【請求項１２】 非回収目的原子（Ｂ）と回収目的イオ
ン（Ａ+*）とを含むプラズマから回収目的イオン
（Ａ+*）を分離回収するイオン回収装置において、 前記非回収目的原子（Ｂ）は２３８Ｕ原子であり、前記
回収目的イオン（Ａ+*）は２３５Ｕイオンであり、原子
基底準位にある２３８Ｕ原子との電荷交換反応が２電子
移動電荷交換反応となる、特定のイオン励起準位（６Ｍ
１З／２，４５８５ｃｍ-1）に回収目的イオン（Ａ+*）
の２３５Ｕイオンを励起する手段を備えたことを特徴と
する２３５Ｕイオン回収装置。12. The ion collection apparatus for separating and recovering the recovery target ions (A + *) from a plasma containing a non-recovery purposes atoms and (B) recovering the target ion (A + *), the non-recovery purposes atoms (B ) Is 238 U atoms, and the target ion (A + * ) is 235 U ions, and the specific ion excitation level is such that the charge exchange reaction with 238 U atoms at the atomic ground level becomes a two-electron transfer charge exchange reaction. Position (6M
1З / 2,4585 cm -1 ) for recovery target ions (A + * )
235U ion recovery apparatus, comprising means for exciting the 235U ion. 【請求項１３】 請求項１２において、非回収目的原子
（Ｂ）で原子基底準位にある２З８Ｕ原子との電荷交換
反応が２電子移行電荷交換反応となる、特定のイオン励
起準位（６Ｍ１３／２，４５８５ｃｍ-1）の回収目的イ
オン（Ａ+*）の２３５Ｕイオンを生成するため、５４５
２０ｃｍ-1から５４６４１ｃｍ-1の自動電離準位を用い
ることを特徴とする２３５Ｕイオン回収装置。13. A specific ion excitation level (6M13 / C), wherein a charge exchange reaction between the non-recovered target atom (B) and a 2З8 U atom at the atomic ground level is a two-electron transfer charge exchange reaction. 545 U to generate 235 U ions of the target ions (A + * ) of 2,4585 cm -1 )
235U ion collection device characterized by using an automatic ionization level of 54641Cm -1 from 20 cm -1. 【請求項１４】 請求項８、９、１０及び１１におい
て、原子に３種類のレーザ光を照射し特定の自動電離準
位へ励起し、この自動電離準位からイオン基底準位へ遷
移させる。この基底イオンにレーザを照射しイオン励起
準位に励起し、自然放出で特定のイオン励起準位へ遷移
させ、電荷交換反応が起こりにくいプロセスとし、回収
目的イオン（Ａ+*）の電荷交換による損失を小さくする
ことを特徴とするイオン回収装置。14. The method according to claim 8, 9, 10 or 11, wherein the atom is irradiated with three kinds of laser beams to excite the atom to a specific automatic ionization level, and transition from the automatic ionization level to the ion ground level. This base ion irradiating laser excites the ions excited level, due to spontaneous emission in to transition to the particular ion excitation level, the less likely a process charge exchange reaction, charge exchange recovery target ion (A + *) An ion recovery device characterized in that loss is reduced.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011054855A (en) * 2009-09-03 2011-03-17 Komatsu Ltd Ionization laser device, and extreme ultraviolet light source device

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