JPS63103031A - Method for generating uranium atom vapor for concentrating laser uranium and uranium atom vapor generator and metal uranium target body - Google Patents

Method for generating uranium atom vapor for concentrating laser uranium and uranium atom vapor generator and metal uranium target body

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JPS63103031A
JPS63103031A JP24824086A JP24824086A JPS63103031A JP S63103031 A JPS63103031 A JP S63103031A JP 24824086 A JP24824086 A JP 24824086A JP 24824086 A JP24824086 A JP 24824086A JP S63103031 A JPS63103031 A JP S63103031A
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atomic vapor
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Abstract

PURPOSE:To stably and efficiently generate high-density flow of uranium atom vapor by focusing and projecting pulse laser light to a metal uranium target body and sweeping or fixing the focal point thereof to heat the specified area of the target body. CONSTITUTION:The metal uranium target body 5 is disposed in a reduced pressure chamber 1 and is supported freely rotatably via a fulcrum shaft 6. The pulse laser light L1 of high output generated by a pulse laser light source 7 is focused and is swung vertically and horizontally to sweep or fix the irradiated surface of the metal uranium target body 5 by the focal point O. A reflecting mirror driving controller 12 controls respective reflecting mirrors 9, 10 so as to distribute the focal point O uniformly over the desired range on the outside surface of the metal uranium target body 5. The metal uranium target body 5 in the part irradiated with the pulse laser light L1 is instantaneously melted and evaporated and the vapor flow of the metal uranium is generated.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分前) 本発明は、レーザー光を用いてウラン同位体を選択励起
することにより、ウラン同位体の濃縮を行−う所謂レー
ザーウラン濃縮に使用されるものであり、高密度なウラ
ン原子蒸気流をレーザーによる選択励起に最適な形状で
、しかも連続的に安定して発生できるようにしたレーザ
ーウラン濃縮用のウラン原子蒸気発生方法と、それに使
用する装置並びに金属ウランターゲット体に関するもの
である。
[Detailed description of the invention] (Before industrial use) The present invention is used for so-called laser uranium enrichment, which enriches uranium isotopes by selectively exciting them using laser light. A method for generating uranium atomic vapor for laser uranium enrichment, which is capable of continuously and stably generating a high-density uranium atomic vapor flow in a shape optimal for selective excitation by a laser, and a method used therefor. The present invention relates to an apparatus and a metal uranium target body.

(従来の技術) 所謂レーザーウラン濃縮を効率よく行なうためにはウラ
ン原子蒸気流(ウラン金属蒸気流)が必要であり、且つ
ウラン同位元素にレーザーエネルギーを十分に吸収せし
めてこれを確実に選択励起するためには、発生した前記
ウラン原子蒸気流が高密度で、しかもその形態が選択励
起用のレーザー光の進行方向に充分に長い寸法を有する
矩形断面の壁体状であることが望ましい。
(Prior art) In order to efficiently perform so-called laser uranium enrichment, a uranium atomic vapor flow (uranium metal vapor flow) is required, and it is also necessary to make the uranium isotope sufficiently absorb the laser energy and selectively excite it reliably. In order to achieve this, it is desirable that the generated uranium atomic vapor flow has a high density and is in the form of a wall with a rectangular cross section that is sufficiently long in the traveling direction of the laser beam for selective excitation.

ところで、ウラン原子蒸気流の発生のためには金属ウラ
ンを2000’C以上の高温溶融状態にする必要がある
。しかし、このような高温溶融状態の金属ウラン(融点
1500’C)を通常の加熱炉で生成する場合には、溶
融金属ウランが大変反応性に富むため、タングステンや
タンタル等の高融点の炉壁を形成する物質と容易に化合
又は合金化する。
By the way, in order to generate a uranium atomic vapor flow, it is necessary to bring metallic uranium into a high temperature molten state of 2000'C or higher. However, when producing such high-temperature molten metallic uranium (melting point 1500'C) in a normal heating furnace, the molten metallic uranium is highly reactive, so the furnace wall is made of materials such as tungsten and tantalum with high melting points. Easily combines or alloys with substances that form

その結果、炉材料の融点を溶融金属ウランと同程度の融
点にまで著しく下げてしまい、炉壁の破壊を引き起こす
ことになる。
As a result, the melting point of the reactor material is significantly lowered to a melting point comparable to that of molten metal uranium, causing destruction of the reactor wall.

従って、この種金属ウラン蒸気流の発生炉としては、電
子ビームによって金属ウランを局所的に加熱すると共に
、炉壁を強制的に水冷して炉の破壊を防止するようにし
た電子ビーム加熱炉が従来から使用されている。
Therefore, as a furnace for generating this type of metallic uranium vapor flow, an electron beam heating furnace is used, which locally heats metallic uranium with an electron beam and forcibly cools the reactor wall with water to prevent destruction of the reactor. Traditionally used.

しかし、金属ウラン蒸気流の蒸気圧を高めようとすpば
、局所的にしろ2300’に以上の高温に加熱する必1
要があり、加熱に要するエネルギーの殆んどが熱伝導や
輻射によって失なわれ、エネルギー効率(電気効率)が
極めて悪いという難点がある。
However, in order to increase the vapor pressure of the metallic uranium vapor stream, it is necessary to locally heat it to a high temperature of 2300°C or higher.
Most of the energy required for heating is lost through heat conduction or radiation, resulting in extremely poor energy efficiency (electrical efficiency).

また、熱伝導を抑制すると炉壁との界面の温度が上昇す
るため、炉壁と溶融ウランとの反応を皆無にすることは
不可能であり、炉の寿命が著しく短かくなぁという問題
がある。
Additionally, since suppressing heat conduction increases the temperature at the interface with the reactor wall, it is impossible to completely eliminate the reaction between the reactor wall and molten uranium, resulting in a problem that the life of the reactor is significantly shortened. .

更に、電子ビーム発生部と蒸発源を空間的に大きく切離
した構造には出来ないので、ウラン蒸気にさらされるこ
とやイオンスパッタリングなどのために、電子ビーム源
の寿命が問題となる。
Furthermore, since it is not possible to create a structure in which the electron beam generating section and the evaporation source are largely separated spatially, the lifetime of the electron beam source becomes a problem due to exposure to uranium vapor and ion sputtering.

一方、選択励起用のレーザーエネルギーの吸収性を高め
るためには、ウラン原子蒸気流の密度即ち蒸気圧を高め
ると共に前述の如き壁体状の蒸気流を発生する必要があ
り、そのためには電子ビーム自体の電流密度を高めると
共に、矩形断面の電子ビームを投射するか、若しくは円
形の小さなビームスポットを線上に掃引するようにしな
ければならない。
On the other hand, in order to increase the absorption of laser energy for selective excitation, it is necessary to increase the density of the uranium atomic vapor flow, that is, the vapor pressure, and to generate a wall-shaped vapor flow as described above. In addition to increasing the current density, it is necessary to project an electron beam with a rectangular cross section or to sweep a small circular beam spot in a line.

しかし、高エネルギーの電子ビーム(10−30K e
 V)の電流密度を高めようとすると、電子ビームと発
生蒸気との相互作用によりプラズマが発生してしまうた
め、蒸気圧を十分に高められないという問題がある。
However, high-energy electron beams (10-30K e
If an attempt is made to increase the current density of V), plasma is generated due to the interaction between the electron beam and the generated vapor, so there is a problem that the vapor pressure cannot be sufficiently increased.

また、矩形断面の電子ビームを投射する場合には、電子
ビームの線状の集束を得ることが電子ビーム内の静電ク
ーロン力により一般に著しく困難なうえ、電子ビーム流
を曲げるためには広い体積に亘り磁界を必要とするため
、ウランの選択励起を乱すという問題がある。
In addition, when projecting an electron beam with a rectangular cross section, it is generally extremely difficult to linearly focus the electron beam due to the electrostatic Coulomb force within the electron beam, and it is necessary to bend the electron beam flow over a large volume. Since it requires a magnetic field over a long period of time, there is a problem in that it disturbs the selective excitation of uranium.

更に、電子ビームスポットを掃引する場合には、広範囲
に亘る電磁界をかけて掃引する必要があるため、集束精
度及び上述の選択励起への影響が問題となる。
Furthermore, when sweeping the electron beam spot, it is necessary to sweep by applying an electromagnetic field over a wide range, which poses problems in focusing accuracy and the effect on the selective excitation described above.

上述の如く、従前の電子ビーム加熱炉に於いては、高密
度で且つ矩形断面を有する金属ウラン蒸気流が簡単に得
られず、選択励起用のレーザーエネルギーの吸収性が悪
いという難点がある。
As mentioned above, conventional electron beam heating furnaces have the disadvantage that a metallic uranium vapor flow having a high density and a rectangular cross section cannot be easily obtained, and the absorption of laser energy for selective excitation is poor.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、従前のレーザーウラン濃縮用のウラン原子蒸
気発生装置に於ける上述の如き問題、即ち■加熱炉のエ
ネルギー効率(電気効率)が極めて悪いこと、■炉の寿
命や電子ビーム発生部の寿命が著しく短かいこと、■金
属ウラン蒸気流の蒸気圧を高めることが困難で、且つ■
矩形断面を有する蒸気流の発生が困難なため、選択励起
用のレーザーエネルギーの吸収率を高め難いこと等の間
通を解決し、高密度なウラン原子蒸気流を所望の蒸気流
形態で連続的に安定して効率よく発生できると共に、耐
用年数の大幅な延伸を可能としたレーザーウラン濃縮用
のウラン原子蒸気発生方法とそれに使用する装置及び金
属ウランターゲット体の提供を目的とするものである0 (問題点を解決するための手段) 本件第1発明は、金属ウランターゲット体へiRルスレ
ーザー光を集束照射し、該パルスレーザ−光の集束点を
掃引又は固定して前記金属ウランターゲット体の一定面
積範囲内を加熱することを発明の基本構成とするもので
ある0 本件第2発明は、加熱用パルスレーザ−の照射口と選択
励起用レーザーの照射口を備えた減圧チャンバーと、前
記減圧チャンバー内に配設した金属ウラン体と、該金属
ウラン体の外表面へパルスレーザ−光を集光照射してそ
の外表面の一定範囲を加熱するレーザー集光照射装置と
を発明の基本構成とするものである。゛ 本件第3発明は、レーザー光に対する吸収の少ない薄膜
に金属ウラン層を積層固着したことを発明の基本構成と
するものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention solves the above-mentioned problems in conventional uranium atomic vapor generators for laser uranium enrichment, namely: (1) extremely poor energy efficiency (electrical efficiency) of the heating furnace; ■The lifetime of the furnace and the life of the electron beam generator are extremely short; ■It is difficult to increase the vapor pressure of the metallic uranium vapor flow; and■
This solves the problem that it is difficult to increase the absorption rate of laser energy for selective excitation because it is difficult to generate a vapor flow with a rectangular cross section, and we can continuously generate a high-density uranium atomic vapor flow in the desired vapor flow shape. The purpose of the present invention is to provide a method for generating uranium atomic vapor for laser uranium enrichment, which can generate uranium atomic vapor stably and efficiently, and which can significantly extend its service life, as well as equipment and a metallic uranium target body for use in the method. (Means for Solving the Problems) The first invention of the present invention focuses and irradiates iR lasing laser light onto a metallic uranium target body, sweeps or fixes the focal point of the pulsed laser light, and irradiates the metallic uranium target body with The basic structure of the invention is to heat within a certain area range. The second invention provides a reduced pressure chamber equipped with an irradiation port for a heating pulse laser and an irradiation port for a selective excitation laser, and The basic structure of the invention includes a metallic uranium body disposed in a chamber and a laser condensed irradiation device that heats a certain range of the outer surface by condensing and irradiating pulsed laser light onto the outer surface of the metallic uranium body. It is something to do. The basic structure of the third invention is that a metallic uranium layer is laminated and fixed on a thin film that has little absorption of laser light.

(作用) 減圧チャンバー内の金属ウランターゲット体の外表面へ
パルスレーザ−光を集光照射し、レーザー集光照射装置
により、パルスレーザ−光の集束点を線状に掃引するか
、又は細幅状の横に長い固定集束点を与える。
(Function) Pulsed laser light is focused on the outer surface of the metal uranium target body in the decompression chamber, and the focused point of the pulsed laser light is swept linearly or narrowly by a laser focusing irradiation device. Give a long fixed focal point on the side of the shape.

レーザー光はパルス幅が10.usec以下の短パルス
であるため、照射された金属ウランターゲット体はパル
スレーザ−光により極めて短時間に加熱され、融点をは
るかに越える高温度になる。即ち、嘲 短時間内、に高温度に加熱されるため、熱伝導によるエ
ネルギー損失が起らないうちに金属ウランは充分な蒸気
圧を持つ位いの温度となり、高いエネルギー効率でもっ
てウラン原子蒸気流を発生することが出来る。
The laser beam has a pulse width of 10. Since the pulse is short, less than usec, the irradiated metal uranium target body is heated by the pulsed laser light in an extremely short period of time, reaching a high temperature far exceeding its melting point. In other words, since it is heated to a high temperature within a short period of time, metallic uranium reaches a temperature at which it has sufficient vapor pressure before energy loss due to heat conduction occurs, and it can be converted into atomic uranium vapor with high energy efficiency. It can generate a flow.

又、パルスレーザ−光は極めて正確に集束されるため集
光加熱領域の周辺は融点以下の比較的低温に保持される
ことになり、その結果、溶融ウランと炉壁との反応は無
視できる程度となる。
In addition, since the pulsed laser light is focused extremely precisely, the area around the focused heating area is kept at a relatively low temperature below the melting point, and as a result, the reaction between the molten uranium and the reactor wall is negligible. becomes.

前記レーザー光加熱によって発生した金属ウラン原子蒸
気流は、レーザー集光点を掃引又は固定して金属ウラン
体の外表面を矩形状に加熱することにより、厚みが薄く
て横幅の長い断面が矩形の壁体状の形態となる。
The metallic uranium atomic vapor flow generated by the laser beam heating is heated by sweeping or fixing the laser focal point to heat the outer surface of the metallic uranium body in a rectangular shape. It takes on a wall-like form.

前記発生したウラン原子蒸気流には、選択励起用のレー
ザー光が蒸気流の長手方向に向けて照射され u 23
B原子を選択励起する。更に、レーザー光照射により選
択励起電離されたU”’原子は電界や電界によって偏向
を受け、U23s原子から分離する所謂ウラン同位体の
濃縮分離が行なわれる。
The generated uranium atomic vapor flow is irradiated with laser light for selective excitation in the longitudinal direction of the vapor flow.
B atoms are selectively excited. Further, the U"' atoms selectively excited and ionized by the laser beam irradiation are deflected by an electric field, and the so-called uranium isotope separated from the U23s atoms is enriched and separated.

尚、金属ウラン体は一定時間毎にこれを回転若しくは平
行移動させることによりそのレーザー照射面が新しくさ
れており、その結果、クレータ−等によりレーザー光の
集束性が悪化したり、或いはウラン原子蒸気流の発生が
不安定になることは殆んどない。
Note that the laser irradiation surface of the metallic uranium body is renewed by rotating or parallelly moving it at regular intervals, and as a result, the convergence of the laser beam may deteriorate due to craters, etc., or the uranium atomic vapor may The generation of flow is rarely unstable.

金属ウランターゲット体をレーザー光の吸収の少ない薄
膜上に金属ウラン層を積層固着した構成としてレーザー
光を薄膜側より照射した場合には、レーザー光のエネル
ギーは金属ウラン層の表面のみにて吸収されるため、薄
膜の存在によって界面の圧力上昇のみが引き起され、ウ
ラン金属層は溶解されつつその圧力によって薄膜の反対
側へ原子流となって噴出する。その結果、ウラン原子流
の蒸気圧が著しくと昇する。
If the metallic uranium target body has a structure in which a metallic uranium layer is laminated and fixed on a thin film that absorbs little laser light, and the laser light is irradiated from the thin film side, the energy of the laser light will be absorbed only on the surface of the metallic uranium layer. Therefore, the presence of the thin film only causes an increase in pressure at the interface, and the uranium metal layer is melted and ejected as an atomic stream to the other side of the thin film due to the pressure. As a result, the vapor pressure of the uranium atomic stream increases significantly.

又、高エネルギーのレーザー光照射により、一時的にウ
ラン蒸気がプラズマ化するが、発生したウラン原子イオ
ンは前記原子流となって噴出する間に電子再結合を受け
て中性化し、特に問題を生じない。
In addition, uranium vapor is temporarily turned into plasma by high-energy laser beam irradiation, but the generated uranium atomic ions undergo electron recombination and become neutralized while ejecting as the atomic stream, causing particular problems. Does not occur.

尚、ウラン蒸気流は薄膜の反対側方向へのみ噴出し、そ
の結果発生したウラン原子流と加熱用レーザー光とが直
接的に接触することは無く、これによるウラン原子流の
プラズマ化やレーザー集光照射装置の損傷は皆無となる
Note that the uranium vapor flow is ejected only in the opposite direction of the thin film, and the resulting uranium atomic flow does not come into direct contact with the heating laser beam, causing the uranium atomic flow to become plasma and to be focused by the laser beam. There will be no damage to the light irradiation equipment.

(実施例) 以下、第1図乃至第10図に示す本発明の一実施例に基
づいてその詳細を説明する。
(Example) Hereinafter, details will be explained based on an example of the present invention shown in FIGS. 1 to 10.

第1図は、本発明の第1実施例に係るウラン原子蒸気発
生装置の要部の慨要を示す斜面図であり、第2図はその
横断面図、第3図はその縦断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the main parts of a uranium atomic vapor generator according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view thereof, and FIG. 3 is a vertical cross-sectional view thereof. be.

第1図乃至第3図に於いて1は金属製の減圧チャンバー
であり、加熱用パルスレーザ−光LLの照射口2と励起
用レーザー光L2の照射口3,3が夫々穿設されている
0 減圧チャンバー1の内部は1〜10−“torr以下の
真空度に排気装置4によって減圧されており、且つその
内部には金属ウランターゲット体5が配設されている。
In FIGS. 1 to 3, reference numeral 1 denotes a metal decompression chamber, in which an irradiation port 2 for heating pulsed laser light LL and irradiation ports 3 for excitation laser light L2 are bored, respectively. 0 The inside of the decompression chamber 1 is depressurized to a degree of vacuum of 1 to 10 torr or less by an exhaust device 4, and a metal uranium target body 5 is disposed inside the vacuum chamber 1.

前記金属ウランターゲット体5は長さ1〜10 m 。The metal uranium target body 5 has a length of 1 to 10 m.

直径10〜50σ程度の棒状若しくは円筒状に成形加工
されており、支軸6,6を介して回転自在に支持されて
いる。
It is molded into a rod shape or cylindrical shape with a diameter of approximately 10 to 50σ, and is rotatably supported via support shafts 6, 6.

また、当該金属ウランターゲット体5は駆動装置(図示
省略)により間欠的に矢印方向へ回動され、一定時間毎
に新しい金属ウラン照射面が繰り出される。即ち、後述
する如く、金属ウランターゲット体5には幅10μm〜
10−2長さ1〜10 mの笥囲に亘って、レーザーパ
ルス光L+がその集光点を平均に分布せしめて入射され
る。その結果、標的面にはスポット加熱による金属ウラ
ンの蒸発により所謂クレータ−が発生する。このクレー
タ−の深さが1〜5喘になったとき、即ち金属ウランタ
ーゲット体の照射面がほぼ一様に深さ1〜5椙にわたっ
て蒸発されたときに、新しい照射面の繰り出しが行なわ
れる。
Further, the metal uranium target body 5 is intermittently rotated in the direction of the arrow by a drive device (not shown), and a new metal uranium irradiation surface is drawn out at regular intervals. That is, as described later, the metal uranium target body 5 has a width of 10 μm to
10-2 Laser pulsed light L+ is incident over a box having a length of 1 to 10 m with its converging points being distributed evenly. As a result, a so-called crater is generated on the target surface due to evaporation of metallic uranium due to spot heating. When the depth of this crater reaches 1 to 5 mm, that is, when the irradiated surface of the metal uranium target body is almost uniformly evaporated over a depth of 1 to 5 mm, a new irradiated surface is brought out. .

前記加M 用のパルスレーザ−光L+はパルスレーザ−
光源7に於いて発生され、本実施例では、パルス幅10
JJsec以下、パルス繰り返し周波数10 H2〜1
0 M HZ程度の高繰り返し高出力のパルスレ−デー
光L1が放射される。
The pulsed laser light L+ for the addition M is a pulsed laser
It is generated in the light source 7 and has a pulse width of 10 in this embodiment.
JJsec or less, pulse repetition frequency 10 H2~1
A high-repetition, high-output pulsed radar light L1 of about 0 MHz is emitted.

前記レーザー集光照射装置8は反射fi9,10゜シリ
ンドリカルレンズ11及び反射鏡駆動側iII装置12
等から構成されており、パルスレーザ−光源7から入射
されたパルスレーザ−光L1を集束すると共にこれを縦
・横方向へ振らせ、金属ウランターゲット体5の照射面
上を集光点0によって掃引する。尚、集光点Oを掃引す
る代りに、シリンドリカルレンズ11と直交するもう一
つのシリンドリカルレンズ11を配置し、幅10μm〜
10 am 、長さ1〜10 mの矩形の集光を金属ウ
ランターゲット体5の上に与え、これを加熱するように
してもよい。この場合反射鏡9,10は光軸調整のため
に調整され、且つレーザーパルス繰り返し周波数は比較
的遅くてもよい。
The laser condensing irradiation device 8 includes a reflection fi9, a 10° cylindrical lens 11, and a reflection mirror driving side iII device 12.
It focuses the pulsed laser light L1 incident from the pulsed laser light source 7, swings it vertically and horizontally, and directs it onto the irradiation surface of the metal uranium target body 5 with the focusing point 0. Sweep. In addition, instead of sweeping the focal point O, another cylindrical lens 11 is arranged orthogonal to the cylindrical lens 11, and the width is 10 μm to
10 am and a length of 1 to 10 m may be applied to the metal uranium target body 5 to heat it. In this case, the reflectors 9, 10 are adjusted for optical axis adjustment, and the laser pulse repetition frequency may be relatively slow.

光源7より入射されたパルスレーザ−光LIは、集光照
射装置8により106〜10”w/crA程度の強度に
集光されて金属ウランターゲット体の外表面へ入射され
る。又、前記レーザー集光装置8の反射鏡駆動制御装置
12は、パルスレーザ−光LIの集光点0が金属ウラン
ターゲット体の外表面の幅10 fim〜10G、長さ
1〜10 mの第四に亘って一様に分布するように各反
射m9,10を夫々制御する。
The pulsed laser light LI incident from the light source 7 is focused by a condensing irradiation device 8 to an intensity of about 106 to 10"w/crA, and is incident on the outer surface of the metal uranium target body. The reflector drive control device 12 of the condensing device 8 is configured such that the condensing point 0 of the pulsed laser beam LI is located on the outer surface of the metal uranium target body over a fourth area having a width of 10 fim to 10 G and a length of 1 to 10 m. The reflections m9 and 10 are respectively controlled so as to be uniformly distributed.

強度が106〜110I4/dのパルスレーザ−光Ll
が照射されると、照射された部分の金属ウランターゲッ
ト体は瞬間的に溶解蒸究され、所謂金属ウランの蒸気流
が発生する。
Pulsed laser light Ll with an intensity of 106 to 110I4/d
When the uranium metal target is irradiated, the irradiated portion of the uranium metal target is instantaneously melted and vaporized, generating a so-called uranium metal vapor flow.

尚、本実施例に於いては、レーザー集光照射装置8を前
述の如く制御することによす、標的面より5〜3ocI
nl!!!れた所で幅10〜20 cm 、長さ1〜1
0mの断面寸法を有し、且つ照射面に対して垂直方向へ
上昇するウラン原子蒸気流Aが発生するようにしている
In this embodiment, by controlling the laser condensing irradiation device 8 as described above, the distance from the target surface is 5 to 3 ocI.
nl! ! ! Width 10-20 cm at the end, length 1-1
A uranium atomic vapor flow A having a cross-sectional dimension of 0 m and rising in a direction perpendicular to the irradiation surface is generated.

ウラン蒸気遮蔽装置13は前記レーザー集光照射8と金
属ウランターデッド体5との間に配設されており、細幅
のスリット14を設けた仕切板から成るスリット機構1
5の内部空間へ希ガス等の不活性元素16を充填して、
その内圧を1 torr程度に呆持することにより構成
されている。
The uranium vapor shielding device 13 is disposed between the laser condensed irradiation 8 and the metal uranium turret body 5, and has a slit mechanism 1 consisting of a partition plate provided with narrow slits 14.
Filling the internal space of 5 with an inert element 16 such as a rare gas,
It is constructed by maintaining its internal pressure at about 1 torr.

当該ウラン蒸気遮蔽装置13を設けることにより、発生
した金属ウラン蒸気流がレーザー集光照射装=8側へ到
達するのが有効に防止゛される。
By providing the uranium vapor shielding device 13, the generated metal uranium vapor flow is effectively prevented from reaching the laser condenser irradiation device 8 side.

前記励起用レーザー光L2は、第2図に示す如く照射口
3から金属ウランターゲット体5の軸線と同方向にウラ
ン原子蒸気流A内へ照射され、蒸気流A内のU23’原
子を励起する。尚、透過したレーザー光L2は対向側に
配設した反射、境17により再びウラン原子蒸気流A内
へ入射され、レーザーエネルギーの吸収効率をより高め
るようにしている。
The excitation laser beam L2 is irradiated from the irradiation port 3 into the uranium atomic vapor flow A in the same direction as the axis of the metal uranium target body 5, as shown in FIG. 2, and excites U23' atoms in the vapor flow A. . Incidentally, the transmitted laser beam L2 enters the uranium atomic vapor flow A again through a reflection boundary 17 disposed on the opposite side, thereby further increasing the absorption efficiency of laser energy.

第4図は金属ウランターゲット体5の他の実施例を示す
ものであり、板状に加工した金属ウランターゲット体5
を一定時間毎に矢印方向へ所定の距離だけ平行移動させ
ることにより、平滑な金属ウラン照射面をレーザー光L
+の集光点Oへ繰り出すものである。
FIG. 4 shows another embodiment of the metal uranium target body 5, in which the metal uranium target body 5 is processed into a plate shape.
By moving parallel a predetermined distance in the direction of the arrow at regular intervals, the laser beam L
It is sent out to the + focal point O.

第5図はウラン蒸気遮蔽装置13の他の実施例を示すも
のであり、スリット機構15の空間内;こ、細幅のスリ
ット溝18を有する筒体19が回転自在に軸支されてお
り、該筒体19の回転数を制御卸し、パルスレーザ−光
L1と同期してスリット溝18を光が透過可能な状態に
位置せしめることにより、スリット機構15の内部空間
と外部空間との連通時間を短縮するものである。
FIG. 5 shows another embodiment of the uranium vapor shielding device 13, in which a cylinder 19 having a narrow slit groove 18 is rotatably supported in the space of the slit mechanism 15. By controlling the rotational speed of the cylindrical body 19 and positioning the slit groove 18 in a state where light can pass through in synchronization with the pulsed laser beam L1, the communication time between the internal space of the slit mechanism 15 and the external space is shortened. It is intended to be shortened.

第6図はウラン蒸気遮蔽装置13の第3実施例を示すも
のであり、スリット溝18cm、18bを宵する二つの
円筒体20.21を夫々矢印方向へ一定の回転周波数f
+、hで回転させ、パルスレーザ−光と同期して各スリ
ット溝18cm、18bとスリット14.14とを一直
線上に位置せしめることにより、スリット機構15の内
部空間と外部空間との連通時間を短縮するものである。
FIG. 6 shows a third embodiment of the uranium vapor shielding device 13, in which two cylindrical bodies 20 and 21 having slit grooves 18cm and 18b are rotated at a constant rotation frequency f in the direction of the arrow.
By rotating the slit grooves 18cm and 18b and the slits 14 and 14 in a straight line in synchronization with the pulsed laser beam, the communication time between the internal space and the external space of the slit mechanism 15 is reduced. It is intended to be shortened.

尚、第6図に於いて回転周波数fs、 hとスリット溝
18 a 、 18 bのスリット幅を調整することに
より、パルスレーザ−光の入射可能時間をパルスレーザ
−光L1のパルス幅時間に略等しくした場合には、前記
内・外空間の連通時間がより短縮され、ウラン原子蒸気
流への外部への飛散がより少なくなって好都合である。
In addition, in FIG. 6, by adjusting the rotational frequencies fs, h and the slit widths of the slit grooves 18a, 18b, the possible incident time of the pulsed laser light can be approximately equal to the pulse width time of the pulsed laser light L1. If they are made equal, the communication time between the inner and outer spaces will be further shortened, and the scattering of uranium atoms to the outside into the flow of uranium atoms will be reduced, which is advantageous.

尚、パルスレーザ−光と同期して開・閉制御を行なえる
ものであれば、第5図及び第6図以外のシャッター機構
であってもよいことは勿論である。
It goes without saying that shutter mechanisms other than those shown in FIGS. 5 and 6 may be used as long as they can perform opening/closing control in synchronization with the pulsed laser beam.

第7図乃至第10図は、ラミネート状の金属ウランター
ゲット体5を使用した場合のウラン原子蒸気発生装置を
示すものである。
7 to 10 show a uranium atomic vapor generator using a laminated metal uranium target body 5. FIG.

前記金属ウランターゲット体5は、レーザー光に対して
吸収の少ない厚さ0.05〜3.0mm程度のポリエチ
レン等の薄膜5aの上に厚さ0.05〜2.0mm程度
の金属ウラン層5bを積層固着してラミネート状に形成
したものであり、回動自在に軸支したドラム体6に巻取
り支持されている。
The metallic uranium target body 5 includes a metallic uranium layer 5b having a thickness of about 0.05 to 2.0 mm on a thin film 5a of polyethylene or the like having a thickness of about 0.05 to 3.0 mm, which has low absorption of laser light. It is formed into a laminate by laminating and fixing them, and is wound and supported on a rotatably supported drum body 6.

当該金属ウランターゲット体5は、例えば硝酸ウラン溶
液中にて適当な化学処理により、薄膜5a上に金属ウラ
ンを析出させることにより形成されている。
The metallic uranium target body 5 is formed, for example, by depositing metallic uranium on the thin film 5a by a suitable chemical treatment in a uranium nitrate solution.

尚、金属ウラン層5bを薄膜5a上に積層固着する方法
は、前記の如き化学的処理によるほか、機械的な固着例
えば蒸着や接着等であってもよいことは勿論である。
Note that the method for laminating and fixing the metallic uranium layer 5b on the thin film 5a may be, of course, not only the chemical treatment described above but also mechanical fixing such as vapor deposition or adhesion.

当該金属ウランターゲット体5は、駆動装置(図示省略
)により間欠的に矢印方向へ回動され、一定時間毎に新
しい金、寓ウラン照射面が繰り出される。即ち、前述の
如く金属ウランターゲット体5の薄膜5a側から、レー
ザーパルス光Llが幅10μm〜10G、長さ1〜10
 mの範囲に亘ってその集光点を平均に分布せしめて入
射されることにより、金属ウラン層5bが加熱部から順
次蒸発して行くからである。
The metal uranium target body 5 is intermittently rotated in the direction of the arrow by a drive device (not shown), and a new gold and uranium irradiation surface is drawn out at regular intervals. That is, as described above, the laser pulse light Ll is emitted from the thin film 5a side of the metal uranium target body 5 with a width of 10 μm to 10 G and a length of 1 to 10 μm.
This is because the metallic uranium layer 5b is successively evaporated from the heated portion by being incident with its converging points being distributed evenly over a range of m.

強度が106〜10”w、に−のパルスレーザ−光L1
が照射されると、照射された部分の金属ウラン層5bは
瞬間的に溶解蒸発され、薄膜5aと金属ウラン層5bと
の界面の圧力が上昇して、その圧力により第10図に示
す如く薄膜5bと反対方向へ金属ウランの蒸気流Aが噴
出する。
Pulsed laser light L1 with an intensity of 106 to 10"w
When the uranium metal layer 5b is irradiated, the irradiated portion of the uranium metal layer 5b is instantaneously dissolved and evaporated, and the pressure at the interface between the thin film 5a and the uranium metal layer 5b increases, causing the thin film to collapse as shown in FIG. A vapor flow A of metallic uranium blows out in the opposite direction to 5b.

尚、本実施例に於いてはレーザー集光照射装置8を前述
の如く制御することにより、標的面より5〜30c+n
l!lIれた所で幅10〜20 cIn、長さ1〜10
mの断面寸法を有し、且つ薄膜5bの反対方向へ略水平
に噴出するウラン原子蒸気流Aを発生させている。
In this embodiment, by controlling the laser condensing irradiation device 8 as described above, the distance from the target surface is 5 to 30 c+n.
l! Width 10-20 cIn, length 1-10
A uranium atomic vapor flow A is generated which has a cross-sectional dimension of m and is ejected substantially horizontally in the opposite direction of the thin film 5b.

又、前記第2図及び第3図の場合と同様に、シリンドリ
カルレンズ11と直交するもう一つのシリンドリカルレ
ンズ11を設置し、集光点が幅10μm〜10’ am
 、長さ1〜10 mの矩形となるようにして金属ウラ
ンターゲット体5を加熱するようにしてもよい。この場
合、反射鏡9,10は固定する。
Further, as in the case of FIGS. 2 and 3, another cylindrical lens 11 is installed orthogonal to the cylindrical lens 11, and the focal point has a width of 10 μm to 10' am.
The metal uranium target body 5 may be heated to form a rectangular shape with a length of 1 to 10 m. In this case, the reflecting mirrors 9 and 10 are fixed.

更に、ラミネート形の金属ウランターゲット体5を使用
する本実施例に於いては、ウラン蒸気遮蔽装置は不要で
ある。何故なら、ウラン蒸気流人が全く光源側へ放散さ
れないからである。
Furthermore, in this embodiment using the laminated metal uranium target body 5, no uranium vapor shielding device is required. This is because no uranium vapor is emitted toward the light source.

(発明の効果) 本発明に於いては、パルス幅の極めて短かい高出力高繰
り返しパルスレーザ−光を金属ウランターゲット体へ集
光照射することにより、金属ウランを加熱蒸発せしめる
構成としている0従って、パルスレーザ−光を照射され
た金属ウランは極めて短い時間内に融点をはるかに超え
る温度にまで加熱され、熱伝導によるエネルギー損失が
起らないうちに、金属ウランは十分な蒸気圧を持つ位い
の温度に加熱される。その結果、照射されたレーザー光
エネルギーの金属ウランターゲット体内への熱伝導によ
る損失が著しく少なくなり、効率の良い金属ウラン蒸気
流の発生が可能となる。
(Effects of the Invention) In the present invention, metallic uranium is heated and vaporized by condensing and irradiating a metallic uranium target body with a high-power, high-repetition pulsed laser beam having an extremely short pulse width. , uranium metal is irradiated with pulsed laser light and is heated to a temperature that far exceeds its melting point within an extremely short period of time, and the uranium metal reaches a sufficient vapor pressure before energy loss due to heat conduction occurs. heated to a temperature of As a result, the loss due to thermal conduction of the irradiated laser light energy into the metallic uranium target body is significantly reduced, and it becomes possible to generate an efficient metallic uranium vapor flow.

また、レーザー光を使用するためレーザー集光照射装置
により高精度な集光ができ、これによって金属ウランタ
ーゲット体の外表面を所望の範囲に亘って正確に加熱す
ることができる。
Furthermore, since laser light is used, the laser beam can be focused with high accuracy by the laser condensing irradiation device, thereby making it possible to accurately heat the outer surface of the metal uranium target over a desired range.

その結果、金属ウランは短時間内にレーザー光の集光点
のみが高温に加熱され、集光加熱領域の周辺部は融点以
下の比較的低温に保持されることになってウラン溶融物
と炉壁材料との反応も殆んど起らず、ウラン原子蒸気発
生炉の耐用年数が大幅に延伸されるうえ、ウラン原子蒸
気流を、細幅で且つ横長の矩形断面を有する壁体状の形
態で発生することができ、励起用のレーザー光の吸収率
が著しく向上する。
As a result, the metallic uranium is heated to a high temperature within a short time only at the focal point of the laser beam, and the surrounding area of the condensed heating area is kept at a relatively low temperature below the melting point, causing the uranium melt and the furnace to heat up. Almost no reaction occurs with the wall material, significantly extending the service life of the uranium atomic steam generator. The absorption rate of excitation laser light is significantly improved.

更に、ウラン蒸気遮蔽装置を設けた場合にはウラン原子
蒸気流の外部への飛散がほぼ完全に防止され、レーザー
集光照射装置等の損傷が皆無になる〇 一芳、金属ウランターゲット体を金属ウラン層とレーザ
ー光透過率の高い薄膜とを組合せたラミネート形の金属
ウランターゲットとした場合には、ウラン原子蒸気流が
薄膜の外側方向へのみ噴出されるため、レーザー集光照
射装置側へウラン原子蒸気流が到達することは殆んどな
く、レーザー光源側の汚損等の問題が皆無となる。
Furthermore, if a uranium vapor shielding device is installed, scattering of the uranium atomic vapor flow to the outside is almost completely prevented, and there is no damage to the laser condensing irradiation device, etc.〇Kazuyoshi, metal uranium target body When using a laminated metal uranium target that combines a uranium layer and a thin film with high laser light transmittance, the uranium atomic vapor flow is ejected only toward the outside of the thin film, so the uranium is not directed toward the laser condensing irradiation device. Almost no atomic vapor flow reaches the laser source, and there are no problems such as contamination on the laser light source side.

又、薄膜が存在することにより、薄膜と金属ウラン層と
の界面の圧力がレーザー光の照射による金属ウラン層の
加熱溶解の過程に於いて上昇し、その結果ウラン原子蒸
気流は薄膜の反対方向へのみ噴出して励起用レーザー光
の吸収効率が向上する0 本件発明は上述の通り、優れた実用的効用を具備するも
のである。
In addition, due to the existence of the thin film, the pressure at the interface between the thin film and the metallic uranium layer increases during the heating and melting process of the metallic uranium layer by laser beam irradiation, and as a result, the uranium atomic vapor flow is directed in the opposite direction of the thin film. As described above, the present invention has excellent practical utility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本件発明の第1実施例に係るウラン原子蒸気
発生装置の要部の概要を示す斜視図である0 第2図は、第1実施例に係るウラン原子蒸気発生装置の
横断面概要図であり、第3図は縦断面概要図である。 第4図は金属ウランターゲット体の他の実施例を示す斜
視図である。 第5図及び第6図は、ウラン蒸気遮蔽装置の他の実施例
を示す縦断面図である。 第7図は、本件発明の第2実施例に係るウラン原子蒸気
発生装置の概要を示す斜視図である。 第8図は、第2実施例に係るウラン原子蒸気発生装置の
横断面図であり、第9図は縦断面概要図である。 第10図はラミネート形金属ウランターゲット体の縦断
面図である。 4 排気装置 7 パルスレーザ−光源 13  ウラン蒸気遮蔽装置 15  スリット機構 0 集光点 特許出願人       山 中 千代衛望  月  
孝  嬰
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of the main parts of a uranium atomic vapor generator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a uranium atomic vapor generator according to a first embodiment. This is a schematic diagram, and FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional diagram. FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the metal uranium target body. 5 and 6 are longitudinal sectional views showing other embodiments of the uranium vapor shielding device. FIG. 7 is a perspective view showing an outline of a uranium atomic vapor generator according to a second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view of the uranium atomic vapor generator according to the second embodiment, and FIG. 9 is a schematic vertical cross-sectional view. FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view of a laminated metal uranium target body. 4 Exhaust device 7 Pulsed laser light source 13 Uranium vapor shielding device 15 Slit mechanism 0 Focusing point patent applicant Chiyomochi Yamanaka Tsuki
Takashi Yu

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 金属ウランターゲット体(5)へパルスレーザー光
(L_1)を集光照射し、該パルスレーザー光(L_1
)の集光点(O)を掃引又は固定して前記金属ウランタ
ーゲット体(5)の一定面積範囲内を均一に加熱するこ
とを特徴とするレーザーウラン濃縮用のウラン原子蒸気
発生方法。 2 金属ウランターゲット体(5)へレーザー光の透過
率の高い薄膜(5a)を通してパルスレーザー光(L_
1)を照射するようにした特許請求の範囲第1項に記載
のレーザーウラン濃縮用のウラン原子蒸気発生方法。 3 金属ウランターゲット体(5)の外表面を、横幅が
10μm〜10cm、縦幅が1〜10mの面積範囲に亘
つて均一に加熱し、断面が矩形状のウラン原子蒸気流(
A)を発生するようにした特許請求の範囲第1項に記載
のレーザーウラン濃縮用のウラン原子蒸気発生方法。 4 パルスレーザー光(L_1)のパルス幅を10μs
ec以下とし且つ集光したレーザー光の強度を10^6
〜10^1^4w/cm^2とした特許請求の範囲第1
項に記載のレーザーウラン濃縮用のウラン原子蒸気発生
方法。 5 加熱用パルスレーザー光(L_1)の照射口(2)
と選択励起用レーザー光(L_2)の照射口(3)を備
えた減圧チャンバー(1)と、前記減圧チャンバー(1
)内に配設した金属ウランターゲット体(5)と、該金
属ウランターゲット体(5)の外表面へパルスレーザー
光(L_1)を集光照射して前記外表面の一定範囲を加
熱するレーザー集光照射装置(8)とより構成したレー
ザーウラン濃縮用のウラン原子蒸気発生装置。 6 金属ウランターゲット体(5)を、棒状又は筒状の
回転自在に軸支した金属ウランターゲット体とした特許
請求の範囲第5項に記載のレーザーウラン濃縮用のウラ
ン原子蒸気発生装置。 7 金属ウランターゲット体(5)を、板状の平行移動
自在に支持した金属ウランターゲット体とした特許請求
の範囲第5項に記載のレーザーウラン濃縮用のウラン原
子蒸気発生装置。 8 金属ウランターゲット体(5)を、金属ウラン層(
5b)とレーザー光の透過率の高い薄膜(5a)とを積
層固着した金属ウランターゲット体(5)とすると共に
、パルスレーザー光(L_1)を前記薄膜(5a)側よ
り集光照射する特許請求の範囲第5項に記載のレーザー
ウラン濃縮用のウラン原子蒸気発生装置。 9 レーザー集光照射装置(8)を、レーザー光(L_
1)の集光点(O)が細幅の長方形の範囲内を均一に掃
引自在なレーザー集光照射装置とした特許請求の範囲第
5項に記載のレーザーウラン濃縮用のウラン原子蒸気発
生装置。 10 レーザー集光照射装置(8)を、レーザー光(L
_1)の集光点(O)が細幅の長方形の固定焦点を有す
るレーザー集光照射装置とした特許請求の範囲第5項に
記載のレーザーウラン濃縮用のウラン原子蒸気発生装置
。 11 減圧チャンバー(1)を、ウラン蒸気遮蔽装置時
を備えた減圧チャンバー(1)とした特許請求の範囲第
5項に記載のレーザーウラン濃縮用のウラン原子蒸気発
生装置。 12 ウラン蒸気遮蔽装置(13)を、加熱用パルスレ
ーザー光(L_1)と同期して開・閉する構成とした特
許請求の範囲第11項に記載のレーザーウラン濃縮用の
ウラン原子蒸気発生装置。 13 ウラン蒸気遮蔽装置時を、スリット機構(15)
の内部空間内に希ガス又は化学的に安定なガスを充填し
た構成とした特許請求の範囲第11項に記載のレーザー
ウラン濃縮用のウラン原子蒸気発生装置。 14 レーザー光に対する吸収の少ない薄膜(5a)に
金属ウラン層(5b)を積層固着して成る金属ウランタ
ーゲット体。 15 薄膜(5a)をポリエチレン等の合成樹脂製薄膜
とした特許請求の範囲第14項に記載の金属ウランター
ゲット体。
[Claims] 1 A pulsed laser beam (L_1) is condensed and irradiated onto a metal uranium target body (5), and the pulsed laser beam (L_1
2.) A method for generating uranium atomic vapor for laser uranium enrichment, characterized in that a condensing point (O) of the uranium metal target body (5) is swept or fixed to uniformly heat a certain area range of the metal uranium target body (5). 2 Pulsed laser light (L_
1) A method for generating uranium atomic vapor for laser uranium enrichment according to claim 1, wherein uranium atomic vapor generation method for laser uranium enrichment is performed. 3 The outer surface of the metallic uranium target body (5) is uniformly heated over an area range of 10 μm to 10 cm in width and 1 to 10 m in length, and a uranium atomic vapor flow (
The method for generating uranium atomic vapor for laser uranium enrichment according to claim 1, which generates A). 4 Pulse width of pulsed laser light (L_1) is 10μs
ec or less and the intensity of the focused laser beam is 10^6
~10^1^4w/cm^2 Claim 1
A method for generating atomic uranium vapor for laser uranium enrichment as described in . 5 Irradiation port (2) of pulsed laser beam for heating (L_1)
and a vacuum chamber (1) equipped with an irradiation port (3) for selective excitation laser light (L_2);
) and a laser condenser that heats a certain range of the outer surface by condensing and irradiating a pulsed laser beam (L_1) onto the outer surface of the uranium metal target (5). A uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment consisting of a light irradiation device (8). 6. The uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment according to claim 5, wherein the metallic uranium target body (5) is a rod-shaped or cylindrical metallic uranium target body rotatably supported. 7. The uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment according to claim 5, wherein the metallic uranium target body (5) is a plate-shaped metallic uranium target body supported so as to be freely parallel movable. 8 Convert the metallic uranium target body (5) into a metallic uranium layer (
5b) and a thin film (5a) with high laser beam transmittance are laminated and fixed to form a metallic uranium target body (5), and a pulsed laser beam (L_1) is focused and irradiated from the thin film (5a) side. A uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment according to item 5. 9 Turn the laser condensing irradiation device (8) into a laser beam (L_
1) A uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment according to claim 5, which is a laser condensing irradiation device in which the condensing point (O) can be uniformly swept within a narrow rectangular range. . 10 Turn the laser condensing irradiation device (8) into a laser beam (L
The uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment according to claim 5, which is a laser condensing irradiation device in which the condensing point (O) of _1) has a narrow rectangular fixed focus. 11. The uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment according to claim 5, wherein the reduced pressure chamber (1) is equipped with a uranium vapor shielding device. 12. The uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment according to claim 11, wherein the uranium vapor shielding device (13) is configured to open and close in synchronization with the heating pulse laser beam (L_1). 13 During the uranium vapor shielding device, the slit mechanism (15)
12. The uranium atomic vapor generator for laser uranium enrichment according to claim 11, wherein the internal space of the uranium atomic vapor generator is filled with a rare gas or a chemically stable gas. 14 A metallic uranium target body formed by laminating and fixing a metallic uranium layer (5b) on a thin film (5a) that has low absorption of laser light. 15. The metal uranium target body according to claim 14, wherein the thin film (5a) is a thin film made of synthetic resin such as polyethylene.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0361366A (en) * 1989-07-28 1991-03-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser beam sputtering device
JPH04232258A (en) * 1990-07-18 1992-08-20 Deutsche Forsch & Vers Luft Raumfahrt Ev Formation of layer on substrate using pulsed laser beam
JP2010525172A (en) * 2007-04-23 2010-07-22 フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー Assembly for forming a coating on a substrate in a vacuum

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