チャープレーザー光の非線形伝搬特性と同位体分離性能の評価

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452327
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 井澤 靖和 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (10029316)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 阪部 周二 大阪大学, 工学部, 講師 (50153903) ; 仁木 秀明 福井大学, 工学部, 助教授 (00135758) ; 西原 功修 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (40107131)
• Keywords: レーザーウラン濃縮 / 近共鳴相互作用 / 非線形伝搬特性 / チャープレーザーパルス / パルス圧縮 / 自己位相変調

Research Abstract

原子法レーザーウラン濃縮では、^<235>Uに共鳴するレーザー光をウラン蒸気中に入射し、^<235>Uのみを選択的に励起電離し、生成したイオンを電磁界で回収する。レーザー光は^<235>Uに吸収されるとともに、圧倒的に密度の大きい^<238>Uと近共鳴相互作用し、その波形や周波数が変化する。昨年度開発した多準位原子の励起電離とレーザー光の伝搬を同等に取り扱える計算コードを用いて、周波数チャープパルスの伝搬特性を解析し、実験結果と対比しながら伝搬時の非線形効果が同位体分離性能に及ぼす影響を評価した。
1)近共鳴相互作用の下では、チャープパルスの伝搬特性は周波数掃引方向に大きく依存する。レーザーウラン濃縮の場合のようにレーザー周波数が^<238>Uの吸収線より高周波側にあるとき、周波数を正方向に掃引すると、伝搬速度の低下とパルス幅の圧縮が顕著に現れる。したがって負掃引パルスを用いることが望ましい。
2)負掃引パルスに対し、伝搬速度の低下やパルスの圧縮率を、入射レーザー光強度、周波数掃引幅、掃引速度、原子蒸気密度の関数として計算し、これらが同位体分離性能に及ぼす効果を定量的に評価し、最適な入射レーザー光に対する目安を得た。
3)サマリウム蒸気中でチャープパルスを伝搬させ、伝搬特性を測定した。実験結果はシミュレーション解析による結果とよく一致し、数値解析がウラン濃縮プラントの設計や動作条件の決定に有用な役目を果たすことを示した。

Research Products

• [Publications] Y.Izawa,K.Nomaru,H.Niki,Y.W.Chen他: "Near-Resonant Effects on Laser Pulse Propagation in Atomic Laser Isotope Separation" SPIE. 1859. 64-68 (1993)
• [Publications] Y.W.Chen,H.Niki,S.Adachi,Y.Izawa他: "Numerical Study on Propagation of Laser Pulses in Multi-level Photoionization System" Journal of Optical Society of America B. (1994)
• [Publications] K.Nomaru,Y.W.Chen,Y.Izawa,S.Nakai他: "Near-Resonant Effects on Propagation of Frequency-Swept Laser Pulse in Atomic Vapor Laser Isotope Separation" Journal of Nuclear Science and Technology. 31(in press). (1994)