レーザー光放射圧による核燃料粉末の固気分離・回収システムの開発

本年度の研究においては、二通りの核燃料粉末の固気分離方式を提案し、原理実証のための数値シミュレーション解析を実施した。一つは集光した可視レーザー光または炭酸ガスレーザー光を粉末に照射し、焦点近傍で分離する方式(方式1)であり、もう一方は炭酸ガスレーザーを照射して粉末をビーム中心軸上に二次元的に光トラップしながら前方に加速し、適当な場所で分離する方式(方式2)である。一般化ローレンツ・ミー理論により二酸化ウラン粉末に作用する放射圧を解析した結果、いずれの方式においても粉末には想定した通りの向きに光放射圧が作用し、両方式による核燃料粉末の固気分離の可能性が示された。・方式1において、ビーム進行方向の散乱力に関しては、焦点近傍ではアルゴンイオンレーザー光の方が大きくなり、炭酸ガスレーザー光を用いるメリットは小さいが、ビーム中心軸方向への復元力に関しては炭酸ガスレーザー光を用いた場合の方が大きい。・方式2は炭酸ガスレーザー光を用いる必要があるが、ビーム焦点近傍で粉末を分離する必要がない。さらには、原理的にはビームを集光する必要もなく、操作領域が広くとれ、光学系もシンプルになるといったメリットがあるが、より高出力の炭酸ガスレーザー光が必要と考えちれる。

本年度の研究においては、二通りの核燃料粉末の固気分離方式を提案し、原理実証のための数値シミュレーション解析を実施した。一つは集光した可視レーザー光または炭酸ガスレーザー光を粉末に照射し、焦点近傍で分離する方式(方式1)であり、もう一方は炭酸ガスレーザーを照射して粉末をビーム中心軸上に二次元的に光トラップしながら前方に加速し、適当な場所で分離する方式(方式2)である。一般化ローレンツ・ミー理論により二酸化ウラン粉末に作用する放射圧を解析した結果、いずれの方式においても粉末には想定した通りの向きに光放射圧が作用し、両方式による核燃料粉末の固気分離の可能性が示された。・方式1において、ビーム進行方向の散乱力に関しては、焦点近傍ではアルゴンイオンレーザー光の方が大きくなり、炭酸ガスレーザー光を用いるメリットは小さいが、ビーム中心軸方向への復元力に関しては炭酸ガスレーザー光を用いた場合の方が大きい。・方式2は炭酸ガスレーザー光を用いる必要があるが、ビーム焦点近傍で粉末を分離する必要がない。さらには、原理的にはビームを集光する必要もなく、操作領域が広くとれ、光学系もシンプルになるといったメリットがあるが、より高出力の炭酸ガスレーザー光が必要と考えちれる。