(57)【要約】【課題】円偏光のレーザ光を用いずに、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起できるようにする。【解決手段】第１および第２の直線偏光レーザ光を生成する。第１および第２の直線偏光レーザ光を、奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質１に照射する。対象物質１の位置で、第１の直線偏光レーザ光の偏光方向は第２の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交している。第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、第１および第２の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている。【選択図】図１
2017209634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ原子の奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する同位体の選択的励起方法であって、
（Ａ）第１および第２の直線偏光レーザ光を生成し、
（Ｂ）奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に、第１および第２の直線偏光レーザ光を照射し、
前記（Ｂ）において、前記対象物質の位置で、第１の直線偏光レーザ光の偏光方向は第２の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交しており、
第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、第１および第２の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている、同位体の選択的励起方法。
【請求項２】
前記同位体はパラジウム原子の同位体であり、
第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、それぞれ、２７６ｎｍおよび５２１ｎｍである、請求項１に記載の同位体の選択的励起方法。
【請求項３】
同じ原子の奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する同位体の選択的励起装置であって、
第１の直線偏光レーザ光を生成し、奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に第１の直線偏光レーザ光を照射する第１レーザ照射装置と、
第２の直線偏光レーザ光を生成し、前記対象物質に第２の直線偏光レーザ光を照射する第２レーザ照射装置と、を備え、
前記対象物質の位置で、第１の直線偏光レーザ光の偏光方向が第２の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交するように、第１レーザ照射装置と第２レーザ照射装置は構成されており、
第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、第１および第２の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている、同位体の選択的励起装置。
【請求項４】
前記同位体はパラジウム原子の同位体であり、
第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、それぞれ、２７６ｎｍおよび５２１ｎｍである、請求項３に記載の同位体の選択的励起装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同じ原子には、奇数の質量数（以下で単に奇数質量数という）の同位体と、偶数の質量数（以下で単に偶数質量数という）の同位体とが存在する。
同じ原子について、これら複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起することにより、奇数質量数の同位体を偶数質量数の同位体から分離することができる。このような技術は例えば下記の特許文献１と非特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１と非特許文献１では、円偏光の第１および第２のレーザ光を、同じ原子の複数種類の同位体を含有する対象物質に照射する。これにより、奇数質量数の同位体が選択的に二段階だけ励起される。さらに、第３のレーザ光を上記対象物質に照射することにより、選択的に励起された奇数質量数の同位体をイオン化する。この時、イオン化された同位体は、電場または磁場の印可により偶数質量数の同位体から分離される。
【０００４】
複数種類の同位体が、例えば、質量数が１０２、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、および１１０のパラジウム同位体（以下でＰｄ同位体という）を含む放射性廃棄物である場合には、特許文献１と非特許文献１では、次のように、放射性の１０７Ｐｄを取り出して放射線量を低減できる。
【０００５】
放射性廃棄物を、再処理工程において不溶解残渣としてフィルターに補集する。不溶解残渣の蒸気に、波長が２７６ｎｍである円偏光の第１のレーザ光と、波長が５２１ｎｍである円偏光の第２のレーザ光を照射することにより、奇数質量数の１０７Ｐｄおよび１０５Ｐｄを選択的に二段階に励起する。同時に、不溶解残渣の蒸気に第３のレーザ光を照射することにより、１０７Ｐｄおよび１０５Ｐｄをさらに励起する。これにより、１０７Ｐｄおよび１０５Ｐｄはイオン化される。イオン化された１０７Ｐｄおよび１０５Ｐｄは、電場または磁場の印可により不溶解残渣（偶数質量数のＰｄ同位体）から分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平７−１６５８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「パラジウムのレーザー同位体分離試験報告書」，報告書番号ＰＮＣ−ＴＮ８４１０  ９５−０７７，１９９５年４月，動力炉・核燃料開発事業団  東海事業所
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１と非特許文献１では、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起するために、円偏光の第１および第２のレーザ光を用いている。
円偏光のレーザ光を生成するためには、直線偏光のレーザ光を生成した後、さらに、このレーザ光を円偏光に変換する光学素子（例えば１／４波長板）が必要になる。
また、円偏光のレーザ光を、対象物質（例えば上述の不溶解残渣の蒸気）へ導くために、ミラーを用いる場合には、次のように円偏光の精度が低下する。円偏光のレーザ光がミラーの入射平面で反射する時に、入射平面と垂直なレーザ光の電場成分と、入射平面と平行なレーザ光の電場成分とは、入射平面での反射率が異なる。その結果、反射後のレーザ光は円偏光から楕円偏光にずれてしまう。このずれが大きいほど、二段階励起される同位体には、より多くの偶数質量数の同位体が含まれてしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、円偏光のレーザ光を用いずに、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起できる方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明によると、同じ原子の奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する同位体の選択的励起方法であって、
（Ａ）第１および第２の直線偏光レーザ光を生成し、
（Ｂ）奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に、第１および第２の直線偏光レーザ光を照射し、
前記（Ｂ）において、前記対象物質の位置で、第１の直線偏光レーザ光の偏光方向は第２の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交しており、
第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、第１および第２の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている、同位体の選択的励起方法が提供される。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明によると、同じ原子の奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する同位体の選択的励起装置であって、
第１の直線偏光レーザ光を生成し、奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に第１の直線偏光レーザ光を照射する第１レーザ照射装置と、
第２の直線偏光レーザ光を生成し、前記対象物質に第２の直線偏光レーザ光を照射する第２レーザ照射装置と、を備え、
前記対象物質の位置で、第１の直線偏光レーザ光の偏光方向が第２の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交するように、第１レーザ照射装置と第２レーザ照射装置は構成されており、
第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、第１および第２の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起させる波長に設定されている、同位体の選択的励起装置が提供される。
【００１２】
一例では、前記同位体はパラジウム原子の同位体であり、第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、それぞれ、２７６ｎｍおよび５２１ｎｍである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光によっても奇数質量数の同位体を選択的に二段階に励起できるという新たな知見に基づいてなされた。すなわち、互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光を、同じ原子の複数種類の同位体に照射することにより、奇数質量数の同位体を、選択的に、その全角運動量の量子数ｍＦが所定数だけ変化するように基底状態から二段階に励起させることができる。
【００１４】
この知見に基づき、本発明によると、偏光方向が互いに直交する第１および第２の直線偏光レーザ光を、奇数質量数と偶数質量数の同位体を含む対象物質に照射する。これにより、奇数質量数の同位体が選択的に二段階に励起される。
したがって、円偏光のレーザ光を用いずに、奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による同位体の選択的励起装置の構成を示す。
【図２】偶数質量数のＰｄ同位体のエネルギー準位の説明図である。
【図３】奇数質量数のＰｄ同位体のエネルギー準位の説明図である。
【図４】２つの円偏光レーザ光により奇数質量数のＰｄ同位体を励起する場合の説明図である。
【図５】反射光学系を設けた場合の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態による同位体の選択的励起装置１０の構成を示す。選択的励起装置１０は、同じ原子の複数種類の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する装置である。本実施形態では、複数種類の同位体はパラジウム原子の同位体（以下でＰｄ同位体という）である。複数種類のＰｄ同位体として、パラジウム同位体１０２Ｐｄ，１０４Ｐｄ，１０５Ｐｄ，１０６Ｐｄ，１０７Ｐｄ，１０８Ｐｄ，１１０Ｐｄがある。
【００１８】
図１において、選択的励起装置１０は、奇数質量数と偶数質量数のＰｄ同位体を含む対象物質１に第１および第２の直線偏光レーザ光を照射することにより、奇数質量数のＰｄ同位体を選択的に二段階に励起する。対象物質１は、図１のように気体であってよい。図１では、対象物質１は、複数種類のＰｄ同位体を含む物体（例えば上述した放射性廃棄物の不溶解残渣）が電子銃や加熱装置などにより蒸気となったものである。例えば、真空チャンバーに坩堝２を配置し、この坩堝２に上記物体を入れて、電子ビームを上記物体に当てる。これにより、この物体の蒸気を対象物質１として発生させる。
【００１９】
本実施形態では、選択的励起装置１０はイオン化装置２０に設けられる。イオン化装置２０は、選択的励起装置１０により選択的に二段階に励起された奇数質量数のＰｄ同位体をイオン化する。イオン化装置２０の構成については後述する。
【００２０】
（選択的励起装置の構成）
選択的励起装置１０は、第１レーザ照射装置３と第２レーザ照射装置５を備える。
第１レーザ照射装置３は、第１の直線偏光レーザ光を生成し、奇数質量数と偶数質量数のＰｄ同位体を含む対象物質１に第１の直線偏光レーザ光を照射する。
第２レーザ照射装置５は、第２の直線偏光レーザ光を生成して対象物質１に照射する。
対象物質１の位置で、第１の直線偏光レーザ光の偏光方向が第２の直線偏光レーザ光の偏光方向に直交するように、第１レーザ照射装置３と第２レーザ照射装置５は構成されている。なお、偏光方向は電場の振動方向である。
【００２１】
第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、第１および第２の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数のＰｄ同位体のうち奇数質量数のＰｄ同位体を基底状態から選択的に二段階に励起させる波長に設定されている。具体的には、第１の直線偏光レーザ光の波長は２７６ｎｍ（好ましい厳密な値では２７６．３ｎｍ）であり、第２の直線偏光レーザ光の波長は５２１ｎｍ（好ましい厳密な値では５２１．０ｎｍ）である。
【００２２】
なお、第１の直線偏光レーザ光は、波長が２７６．２５ｎｍ以上であり２７６．３４ｎｍ以下の範囲で実質的な強度を有しているものであってよい。例えば、この範囲外では、どの波長でも、第１の直線偏光レーザ光の強度はゼロであってよい。
同様に、第２の直線偏光レーザ光は、波長が５２０．９５ｎｍ以上であり５２１．０４ｎｍ以下の範囲で実質的な強度を有しているものであってよい。例えば、この範囲外では、どの波長でも、第２の直線偏光レーザ光の強度はゼロであってよい。
【００２３】
本実施形態では、第１レーザ照射装置３は、レーザ射出部７と複数のミラー９ａ，９ｂと偏光素子１１と偏光方向調整素子１３を備える。
【００２４】
レーザ射出部７は、波長が２７６ｎｍの直線偏光のレーザ光（すなわち第１の直線偏光レーザ光）を射出する。レーザ射出部７は例えば色素レーザである。
複数のミラー９ａ，９ｂは、それぞれ、レーザ射出部７からのレーザ光を反射することにより、このレーザ光を対象物質１へ案内する。
【００２５】
偏光素子１１は、レーザ射出部７から射出された第１の直線偏光レーザ光の直線偏光度を向上させる。偏光素子１１は例えば偏光プリズムであってよい。なお、レーザ射出部７が直線偏光でないレーザ光を射出する場合には、偏光素子１１は、レーザ射出部７から射出されたレーザ光を直線偏光（すなわち第１の直線偏光レーザ光）に変換する。レーザ射出部７が第１の直線偏光レーザ光を射出する場合には、図１において偏光素子１１を省略してもよい。
【００２６】
偏光方向調整素子１３は、偏光素子１１を通過した第１の直線偏光レーザ光の偏光方向を変える。これにより、偏光方向調整素子１３を通過した第１の直線偏光レーザ光の偏光方向と、第２レーザ照射装置５により生成された第２の直線偏光レーザ光の偏光方向は、対象物質１の位置で互いに直交する。偏光方向調整素子１３は、例えば２分の１波長板であってよい。
【００２７】
本実施形態では、第２レーザ照射装置５は、レーザ射出部１５と複数のミラー１７ａ，１７ｂと偏光素子１９を備える。
【００２８】
レーザ射出部１５は、波長が５２１ｎｍの直線偏光のレーザ光（すなわち第２の直線偏光レーザ光）を射出する。レーザ射出部１５は例えば色素レーザである。
複数のミラー１７ａ，１７ｂは、それぞれ、レーザ射出部１５からのレーザ光を反射することにより、このレーザ光を対象物質１へ案内する。
【００２９】
偏光素子１９は、レーザ射出部１５から射出された第２の直線偏光レーザ光の直線偏光度を向上させる。偏光素子１９は例えば偏光プリズムであってよい。なお、レーザ射出部１５が直線偏光でないレーザ光を射出する場合には、偏光素子１９は、レーザ射出部１５から射出されたレーザ光を直線偏光（すなわち第２の直線偏光レーザ光）に変換する。レーザ射出部１５が第２の直線偏光レーザ光を射出する場合には、図１において偏光素子１９を省略してもよい。
【００３０】
第１および第２の直線偏光レーザ光が対象物質１における同じ位置に照射されるように、第１レーザ照射装置３と第２レーザ照射装置５が構成される。そのために、図１の例では、複数のミラー９ａ，９ｂ，１７ａ，１７ｂにより、第１の直線偏光レーザ光と第２の直線偏光レーザ光とは、対象物質１を貫通する同じ仮想直線上を互いに逆方向に進行して対象物質１に入射する。
【００３１】
好ましい例では、第１および第２の直線偏光レーザ光は、対象物質１に入射する位置において、３ｃｍ２以上（より好ましくは、６ｃｍ２以上）の断面積を有する。ここで、直線偏光レーザ光の断面積は、このレーザ光の進行方向と直交する平面による断面の面積である。例えば、第１および第２の直線偏光レーザ光の上記断面は半径が約２ｃｍの円形である。このように直線偏光レーザ光の断面積を大きくすることにより、多くの奇数質量数のＰｄ同位体に第１および第２の直線偏光レーザ光を照射できる。
【００３２】
上述した構成の選択的励起装置１０を用いた本実施形態の同位体の選択的励起方法では、第１および第２の直線偏光レーザ光を生成して、対象物質１に照射することにより、対象物質１における奇数質量数と偶数質量数のＰｄ同位体のうち奇数質量数のＰｄ同位体が選択的に二段階に励起される。
このように二段階に励起された奇数質量数のＰｄ同位体は、イオン化装置２０により、イオン化されて集められる。
【００３３】
イオン化装置２０は、選択的励起装置１０に加えて、第３レーザ照射装置２１と収集装置２７を備える。
【００３４】
第３レーザ照射装置２１は、第１および第２の直線偏光レーザ光が対象物質１に照射されるのと同時に第３のレーザ光を対象物質１に照射する。第３のレーザ光は、第１および第２の直線偏光レーザ光により二段階に励起された奇数質量数のＰｄ同位体を、主量子数ｎが９以上のリュードベリ準位に励起する。これにより、奇数質量数のＰｄ同位体は自動的にイオン化する。このようにＰｄ同位体を励起するために、第３のレーザ光の波長は、例えば、８０１．８ｎｍ、７６０．１ｎｍ、７６０．６ｎｍ、７３０．９ｎｍ、７１２．０ｎｍ、または６９９．１ｎｍであってよい。
【００３５】
図１の例では、第３レーザ照射装置２１は、第３のレーザ光を射出するレーザ射出部２３とミラー２５を有する。レーザ射出部２３からの第３のレーザ光は、ミラー２５で反射されてミラー１７ｂへ入射する。ミラー２５は、特定の波長の光を反射し他の波長の光を透過させるダイクロイックミラーである。すなわち、ダイクロイックミラー２５は、レーザ射出部１５からのレーザ光を透過させ、レーザ射出部２３からの第３のレーザ光を反射する。これにより、レーザ射出部１５からのレーザ光と第３のレーザ光とは、同じ経路を伝播するように重なり、ミラー１７ｂで反射して対象物質１に入射する。
【００３６】
収集装置２７は、イオン化されたＰｄ同位体を所望の箇所に集める。収集装置２７は、例えば金属電極２８と金網状電極２９と収集基板３１を備える。金属電極２８には正電圧を加え、金網状電極２９は接地することにより、イオン化されたＰｄ同位体は、金網状電極２９を通過して収集基板３１に堆積する。
【００３７】
以下において、複数種類のＰｄ同位体のエネルギー準位の構造と、この構造に基づく選択的励起について説明する。
【００３８】
（エネルギー準位の構造）
図２は、偶数質量数のＰｄ同位体のエネルギー準位の説明図である。偶数質量数のＰｄ同位体の核スピンＩは０である。基底状態（全角運動量Ｊ＝０）ではＪのｚ成分ｍＪは０である。第１励起状態（Ｊ＝１）ではＪのｚ成分ｍＪは、ゼロと±１の値をとる。第２励起状態（Ｊ＝０）ではＪのｚ成分ｍＪは０である。
【００３９】
図３は、奇数質量数のＰｄ同位体のエネルギー準位の説明図である。奇数質量数のＰｄ同位体のエネルギー準位は、図３のように複雑な構造になっている。これは、奇数質量数のＰｄ同位体の核スピンＩが０でないため、全角運動量Ｆ（＝Ｊ＋Ｉ）が多数のｍＦ準位に分裂するためである。
【００４０】
奇数質量数のＰｄ同位体が基底状態（Ｊ＝０）で取り得る全角運動量Ｆの値は５／２である。Ｆのｚ成分ｍＦは、（２Ｆ＋１）種類の値を取ることができる。具体的には、Ｆ＝５／２のｚ成分ｍＦは、−５／２、−３／２、−１／２、１／２、３／２、５／２の６種類の値を取ることができる。
【００４１】
奇数質量数のＰｄ同位体が第１励起状態（Ｊ＝１）で取り得る全角運動量Ｆの値には３／２、５／２、７／２の３種類がある。これら全角運動量Ｆの各々において、Ｆのｚ成分ｍＦは、（２Ｆ＋１）種類の値を取ることができる。具体的には、Ｆ＝３／２のｚ成分ｍＦは、−３／２、−１／２、１／２、３／２、の４種類の値を取ることができ、Ｆ＝５／２のｚ成分ｍＦは、−５／２、−３／２、−１／２、１／２、３／２、５／２の６種類の値を取ることができ、Ｆ＝７／２のｚ成分ｍＦは、−７／２、−５／２、−３／２、−１／２、１／２、３／２、５／２、７／２の８種類の値を取ることができる。
【００４２】
奇数質量数のＰｄ同位体が第２励起状態（Ｊ＝０）で取り得る全角運動量Ｆの値は５／２である。Ｆのｚ成分ｍＦは、（２Ｆ＋１）種類の値を取ることができる。具体的には、Ｆ＝５／２のｚ成分ｍＦは、−５／２、−３／２、−１／２、１／２、３／２、５／２の６種類の値を取ることができる。
【００４３】
（選択的励起）
基底状態の偶数質量数のＰｄ同位体は、図２のように、波長λ１＝２７６ｎｍの第１の直線偏光レーザ光を吸収すると第１励起状態に励起される。この励起は直線偏光によりなされるので、この励起によっては、Ｐｄ同位体の全角運動量Ｆのｚ成分ｍＦは変化しない（ΔｍＦ＝０）。
【００４４】
偶数質量数のＰｄ同位体に、偏光方向が互いに直交する第１および第２の直線偏光レーザ光を照射した場合、第１の直線偏光レーザ光を吸収してｍＪ＝０の第１励起状態に遷移した偶数質量数のＰｄ同位体は、第２の直線偏光レーザ光を吸収することはできない。なぜなら第２励起状態にはΔｍＪ＝±１を満足する準位（−１、＋１）が存在しないからである。そのため偶数質量数のＰｄ同位体は第２励起状態へ励起されない。
【００４５】
これに対し、奇数質量数のＰｄ同位体は、次のように第２励起状態へ励起される。
【００４６】
まず、奇数質量数のＰｄ同位体は、図３のように、波長λ１＝２７６ｎｍの第１の直線偏光レーザ光を吸収すると第１励起状態に励起される。この励起は直線偏光によりなされるので、この励起によっては、Ｐｄ同位体の全角運動量Ｆのｚ成分ｍＦは変化しない（ΔｍＦ＝０）。
【００４７】
このように第１励起状態に励起された奇数質量数のＰｄ同位体は、波長λ２＝５２１ｎｍの第２の直線偏光レーザ光を吸収すると、図３のように第２励起状態に励起される。第２励起状態において、奇数質量数のＰｄ同位体は、偶数質量数のＰｄ同位体と違って、その全角運動量Ｆのｚ成分ｍＦは、図３のように多種類の値を取ることができる。したがって、奇数質量数のＰｄ同位体は、偏光方向が互いに直交する第１および第２の直線偏光レーザ光の両方を吸収して、その全角運動量Ｆのｚ成分ｍＦが±１だけ変化するように第２励起状態へ励起される（ΔｍＦ＝±１）。
【００４８】
（本実施形態の作用効果）
本実施形態によると、下記の作用効果が得られる。
【００４９】
上述のように本実施形態によると、偏光方向が互いに直交する第１および第２の直線偏光レーザ光を対象物質１に同時に照射することにより、上述したように奇数質量数のＰｄ同位体が選択的に第２励起状態へ励起される。
【００５０】
また、奇数質量数のＰｄ同位体を選択的に第２励起状態へ励起するのに円偏光を用いなくてよいので、円偏光を生成するための光学素子（例えば１／４波長板）が不要になる。
【００５１】
さらに、本実施形態では、直線偏光の偏光度は容易に高くできるので、高い偏光度の第１および第２の直線偏光レーザ光を対象物質１に照射できる。これにより、偏光度を高くすることが難しい円偏光を用いる場合よりも高い割合で、奇数質量数のＰｄ同位体を選択的に第２励起状態に励起できる。詳しくは次の通りである。
【００５２】
特許文献１のように、２つの円偏光レーザ光により奇数質量数のＰｄ同位体を第２励起状態へ励起する場合を考える。この場合、円偏光はミラーでの反射により楕円偏光になり易いので、完全な円偏光のレーザ光を対象物質１に照射することは難しい。円偏光レーザ光が完全な円偏光からずれた楕円偏光であると、偶数質量数のＰｄ同位体も第２励起状態へ励起されてしまう。このような偶数質量数のＰｄ同位体の数は、円偏光から楕円偏光へのずれが大きいほど増え、その分、第２励起状態へ励起される奇数質量数のＰｄ同位体の数が減る。非特許文献１によると、第２励起状態に励起されイオン化されて分離されたＰｄ同位体に占められる奇数質量数のＰｄ同位体の割合は、７４％である。
【００５３】
これに対し、高い偏光度の直線偏光を生成することは容易である。したがって、本実施形態では、高い偏光度の第１および第２の直線偏光レーザ光を対象物質１に容易に照射できる。したがって、第２励起状態へ励起されるＰｄ同位体のほぼ１００％が奇数質量数のＰｄ同位体になる。実際に計測したところ、第２励起状態に励起されイオン化されて分離されたＰｄ同位体に占められる奇数質量数のＰｄ同位体の割合は、９９．６％であった。
【００５４】
また、２つの円偏光レーザ光を用いる場合よりも容易に高い効率で、奇数質量数のＰｄ同位体を選択的に第２励起状態へ励起できる。詳しくは次の通りである。
【００５５】
図４は、特許文献１のように、２つの円偏光レーザ光により奇数質量数のＰｄ同位体を第２励起状態へ励起する場合の説明図である。ここで、２つの円偏光レーザ光は、電場の振動方向が同じ方向に回転しているとする。
【００５６】
図４に示すように、基底状態の奇数質量数のＰｄ同位体は、その全角運動量Ｆ＝５／２がいずれのｚ成分ｍＦを有していても、波長λ１＝２７６ｎｍの円偏光により第１励起状態へ励起される。この励起は、全角運動量Ｆのｚ成分ｍＦが１だけ増える励起である。このような基底状態から第１励起状態への励起には、この励起を示す図４の矢印の数のように１５通りがあり得る。
【００５７】
第１励起状態へ励起された奇数質量数のＰｄ同位体は、波長λ２＝５２１ｎｍの円偏光により第２励起状態へ励起される。この励起は、全角運動量Ｆのｚ成分ｍＦが１だけ増える励起である。このような第１励起状態から第２励起状態へ励起は、これを示す図４の矢印の数のように、第１励起状態に励起された１５通のうち１２通りがあり得る。したがって、励起効率は、１２／１５＝０．８となる。
【００５８】
これに対し、本実施形態では、図３に示すように、基底状態の奇数質量数のＰｄ同位体は、その全角運動量Ｆ＝５／２がいずれのｚ成分ｍＦを有していても、波長λ１＝２７６ｎｍの第１の直線偏光レーザ光により第１励起状態へ励起される。この励起は、上述のように全角運動量Ｆのｚ成分ｍＦが変化しない励起である。このような第１励起状態から第２励起状態へ励起には、これを示す図３の矢印の数のように１６通りがあり得る。
【００５９】
第２励起状態へ励起された奇数質量数のＰｄ同位体は、波長λ２＝５２１ｎｍの第２の直線偏光レーザ光により第２励起状態へ励起される。この励起は、全角運動量Ｆのｚ成分ｍＦが１だけ増加または減少する励起である。このような第１励起状態から第２励起状態へ励起は、これを示す図３の矢印のように、第１励起状態に励起された１６通のうちすべてが可能である。したがって、励起効率は、１６／１６＝１．０となる。
【００６０】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜５のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例１〜５の複数を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は上述と同じであってよい。
【００６１】
（変更例１）
上述では、同位体の選択的励起装置１０は、パラジウムＰｄ以外の同じ原子の奇数質量数と偶数質量数の同位体のうち奇数質量数の同位体を選択的に励起する装置であってもよい。この場合、第１および第２の直線偏光レーザ光の波長は、第１および第２の直線偏光レーザ光により奇数質量数と偶数質量数の当該同位体のうち奇数質量数の同位体を基底状態から選択的に二段階に励起させる波長に設定される。
【００６２】
（変更例２）
図１において、偏光方向調整素子１３は、第２の直線偏光レーザ光の偏光方向を変化させるように配置されてもよい。
【００６３】
（変更例３）
図１では、第１および第２の直線偏光レーザ光は互いに逆方向に対象物質１に入射していたが、本発明は、これに限定されない。すなわち、第１および第２の直線偏光レーザ光が同じ直線上を進行して同じ方向に対象物質１に入射するように、第１レーザ照射装置３と第２レーザ照射装置５を構成してもよい。
【００６４】
（変更例４）
図５（Ａ）は、第３レーザ照射装置２１が反射光学系３３を有する場合を示し、対象物質１の付近を示す。なお、図５（Ａ）では、収集装置２７の図示を省略している。
第３レーザ照射装置２１は、図５（Ａ）のように、第３のレーザ光が複数回（好ましくは多数回）だけ対象物質１を通過するように第３のレーザ光を反射させる反射光学系３３（マルチパス光学系）を有していてもよい。反射光学系３３は、第３のレーザ光を反射する複数のミラー３３ａ，３３ｂ，３３ｃを有していてよい。
【００６５】
このような変更例４の場合、第３のレーザ光は、対象物質１において第１および第２の直線偏光レーザ光と同じ経路を通らなくてもよく、この経路と交差するように進行してよい。
【００６６】
（変更例５）
図５（Ｂ）は、同位体の選択的励起装置１０が反射光学系１８を有する変更例５の構成を示し、対象物質１の付近を示す。なお、図５（Ｂ）では、収集装置２７の図示を省略している。
反射光学系１８は、第１および第２の直線偏光レーザ光が複数回（好ましくは多数回）だけ対象物質１を通過するように第１および第２の直線偏光レーザ光を反射させる。図５（Ｂ）の例では、反射光学系１８は、２つのミラー１８ａ，１８ｂを有する。ミラー１８ａは、物質１を通過した第１の直線偏光レーザ光を物質１へ向けて反射する。ミラー１８ｂは、ミラー１８ａで反射され物質１を通過した第１の直線偏光レーザ光を物質１へ向けて反射する。また、ミラー１８ｂは、物質１を通過した第２の直線偏光レーザ光を物質１へ向けて反射する。ミラー１８ａは、ミラー１８ｂで反射され物質１を通過した第２の直線偏光レーザを物質１へ向けて反射する。
【００６７】
第１および第２の直線偏光レーザ光は、反射光学系１８により複数回だけ対象物質１を通過する時に、同じ経路を進行する。また、この経路の各位置において、第１の直線偏光レーザ光の偏光方向は第２の直線偏光レーザ光の偏光方向と直交している。
【００６８】
上記複数回の反射でも、第１および第２の直線偏光レーザ光の偏光度は高く維持されるので、奇数質量数のＰｄ同位体を高い割合で選択的に第２励起状態に励起できる。
【００６９】
図５（Ｂ）の例では、第３のレーザ光は、上述の反射光学系３３により案内されているが、反射光学系３３を省略してもよい。この場合、好ましくは、第３のレーザ光は、第１または第２の直線偏光レーザ光と重なった状態で、第１または第２の直線偏光レーザ光と同じ経路を同じ方向に進行しながら、反射光学系１８により複数回だけ対象物質１を通過する。
【００７０】
なお、図５（Ｂ）の例では、第１および第２の直線偏光レーザ光は、互いに逆向きに進行している。ただし、第１および第２の直線偏光レーザ光が、互いに重なった状態で、同じ経路を同じ方向に進行しながら、反射光学系１８により複数回だけ対象物質１を通過するように、選択的励起装置１０を構成してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  対象物質、２  坩堝、３  第１レーザ照射装置、５  第２レーザ照射装置、７  レーザ射出部、９ａ，９ｂ  ミラー、１０  同位体の選択的励起装置、１１  偏光素子、１３  偏光方向調整素子、１５  レーザ射出部、１７ａ，１７ｂ  ミラー、１８  反射光学系、１８ａ，１８ｂ  ミラー、１９  偏光素子、２０  イオン化装置、２１  第３レーザ照射装置、２３  レーザ射出部、２５  ミラー（ダイクロイックミラー）、２７  収集装置、２８  金属電極、２９  金網状電極、３１  収集基板、３３  反射光学系、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ  ミラー
【図１】
2017209634.tif 000003
【図２】
2017209634.tif 000004
【図３】
2017209634.tif 000005
【図４】
2017209634.tif 000006
【図５】
2017209634.tif 000007