2017 Fiscal Year Annual Research Report
Laser control of collision relaxation of excited atoms for highly efficient isotope separation of radioactive cesium
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17H04978
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
松岡 雷士 広島大学, 工学研究科, 助教 (50455276)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 原子・分子物理 / 反応・分離工学 / 半導体レーザー / 核変換 / プラズマ計測 / 数理物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射性セシウムの高効率レーザー同位体分離の実現を目指し、想定する分離原理である光誘起ドリフト現象を初めとして、関連する原子・プラズマの衝突緩和の素過程データの収集や新規計測法の開発を含めた幅広い研究を理論・実験の両面から行っている。平成29年度は(1)飽和吸収分光による衝突緩和計測法開発のための数値計算、(2)衝突緩和のモデル系であるアルゴンアークジェットプラズマのパラメータ計測実験、及び、(3)光誘起ドリフトの発生を加速するための広帯域リポンプレーザーの一部となる光共振器の開発に関して主な成果があった。
(1)に関しては速度交換衝突の影響下でのアルゴン原子の飽和吸収スペクトルを数値解析し、得られるスペクトル形状を系統的に分類した。類似の研究はほとんどなく、飽和吸収分光による衝突計測の新たな可能性を切り拓くことが出来た。(2)に関してはモデル系であるアークジェットプラズマについて速度・温度分布を空間分解計測する実験を行い、以降の飽和吸収分光による衝突緩和計測の基盤技術を構築した。(3)に関しては量子ウォーク数理モデルにおけるファブリペロー干渉計のアナロジーとしての共振器構造について理論研究を行い、新たな共振器の構造を提案することに成功した。
並行して平成30年度以降に中心となるセシウム原子の光誘起ドリフト実験、及び、全光学的セシウム同位体比計測技術の開発のために、各種レーザーシステム、及び、実験用チェンバー・セルの開発等を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず飽和吸収分光による衝突緩和計測については理論的な成果が概ねまとまっており、当初は未知の学術領域であったにも関わらず、計測スキームとしての成立を確信できるレベルに達している。
モデル系であるアークジェットプラズマ内での飽和吸収分光計測については実施に至っていないが、これは空間分解レーザー吸収分光実験を行った結果、想定以上にアークジェットプラズマ内部の空間構造がシャープであったことから、振動対策等に時間を割いていることによる。最終的に得られる結果はプラズマ基礎科学の側面からも衝突緩和応用の側面からも興味深いものになることが推察される。
広帯域リポンプレーザーの開発に関しては量子ウォーク数理モデルの側面からの発見があり、新たな共振器デザインを適用するための検討を開始している。新規に提案する共振器は応用の観点からも有用性の高いものになる可能性があり、実験的な検証をこれから行う。
それぞれの研究項目について計画時には得られていなかった研究要素の新しいビジョンが得られており、成果創出数の観点と最終的な同位体分離システムの最適化の観点においてはプラスとなる成果が多く得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度からは平成29年度で終了した挑戦的萌芽研究「熱平衡原子法による放射性セシウムの高効率レーザー同位体分離のコールド試験」の流れを受け継ぎ、セシウム原子の光誘起ドリフト速度の計測装置の完成を目指す。まずは現在問題となっているセシウム原子蒸気のガラス管への導入法の改善を集中的に行う。独自の手法である飽和吸収分光による衝突緩和計測を駆使し、独自装置での光誘起ドリフト計測の早急な実現を目指す。
その他、平成29年度に成果が得られた飽和吸収分光計測、アークジェットプラズマ計測、及び、新規共振器開発に関しても並行して実験を進めていく。実験・理論共に研究協力者（外部研究者・大学院生）が増えており、人的なリソースは確保出来ている。また新たに青色半導体レーザーを用いたアルカリ蒸気計測の研究開発のためにマレーシアのTNB Research Sdn. Bhd. のLim博士との共同研究を開始しており、平成30年5月に日本への招聘を行う。
当初計画では二種類の安定同位体を有するルビジウム原子の光誘起ドリフト実験についても並行して実施の予定であったが、装置開発の資金的リソースを集中するためにルビジウムの実験研究は一旦見合わせる。
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