光反応容器及び光反応装置
【課題】本発明は、光反応容器に設けられたポート（開口部）からの光損失を抑制することで、生成物の収率を向上させることの可能な光反応容器及び光反応装置を提供することを課題とする。
【解決手段】光反応容器本体１２を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部１５と、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に配置され、光を拡散反射させる拡散反射面１６ａを備え、かつ開口部１５の内周側面１５ａと接触するように開口部１５に配置された拡散反射板１６と、拡散反射板１６と開口部１５の内周側面１５ａとの間に隙間が形成されるように、拡散反射板１６を変位させる拡散反射板変位手段１８と、を有する。
【解決手段】光反応容器本体１２を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部１５と、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に配置され、光を拡散反射させる拡散反射面１６ａを備え、かつ開口部１５の内周側面１５ａと接触するように開口部１５に配置された拡散反射板１６と、拡散反射板１６と開口部１５の内周側面１５ａとの間に隙間が形成されるように、拡散反射板１６を変位させる拡散反射板変位手段１８と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの光反応に使用される光反応容器及び光反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にガスの光反応は、使用される光源の形状や光の広がり角等に応じた様々な形状のガラス製容器を用いて行われることが多い。光反応における光吸収は、下記（１）式に示すようにＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則で表される。
【数１】
【０００３】
上記（１）式において、Ｉ０は初期光量［Ｗ］、Ｉ（z）は光路長ｚ［ｃｍ］における光量［Ｗ］、σは光吸収断面積［ｃｍ２／ｍｏｌｅｃｕｌｅ］、Ｎは分子密度［ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３］を示している。上記（１）式では、光路長ｚが大きいほど光吸収が大きくなる。
【０００４】
また、光利用率ηは、下記（２）式で表され（但し、σＮｚ≪１の場合）、光路長zに比例して大きい。
【数２】
【０００５】
光反応は、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則により光を吸収した分子が、反応のポテンシャル障壁を乗り越えて分子の結合を切断・再結合することにより進行する。
したがって、光反応を効率よく行う（対象反応の速度を上げる）ための方法としては、照射対象の分子数を増加させる方法、吸収断面積が大きくなる光波長を選択する方法、投入光量を増加させる方法、及び光の漏洩や壁面等への吸収を極力減らし、反射等を利用して長光路化する方法の４つを挙げることができる。
【０００６】
上記長光路化する方法は、レーザを光源とした光吸収によるガス濃度測定等に見られる方法である。吸収断面積が大きい系に対しては光反応を行う光反応容器（セル）にレーザ光を１度だけ通過させるｏｎｅ−ｐａｓｓ方式、或いはｏｎｅ−ｐａｓｓ方式を複数回繰り返す方法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、吸収断面積が小さい系に対する光反応では、ｏｎｅ−ｐａｓｓ方式では十分な吸光率を得ることが困難なため、光を複数回反射させて、光路長を飛躍的に増大させることで、吸光率を向上させる長光路方式が用いられる。
【０００８】
特許文献２には、光吸収断面積が小さい光反応系において、１７Ｏあるいは１８Ｏを含むオゾン分子にレーザ光を照射し、目的とする酸素同位体を含むオゾン分子を選択的に分解して１７Ｏあるいは１８Ｏを濃縮する方法が開示されている。
【０００９】
このときのオゾンの光吸収断面積は、ｗｕｌｆ ｂａｎｄ（近赤外領域）において１０−２３ｃｍ２／ｍｏｌｅｃｕｌｅの桁の小さな値（水のσより約４桁小さい）である。このような光反応を実施する場合、長光路方式が光の利用効率、すなわち投入エネルギーに対する収率の面でｏｎｅ−ｐａｓｓ方式よりも有利である。
【００１０】
また、長光路方式には、ミラーを用いて複数回反射を繰り返す多重反射方式と、内表面に拡散反射面を持つ球形、或いは楕円球とされた光反応容器を用いる方式がある。
なお、主に、球形の容器の場合、積分球という。以下、利便性のため、拡散反射面を内部に有する容器全てを積分球という。
【００１１】
理想的な拡散反射面は、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｓｕｒｆａｃｅと呼ばれ、入射光に対して全方向に反射光を放射する。積分球は、拡散反射光が容器壁面、或いは内部試料に吸収されるまでの間に複数回反射を行うことで、長光路化を達成するものである。この方式は、多重反射方式よりも入射光の光路調整が容易であるというメリットがある。
【００１２】
非特許文献１には、積分球を利用してガス濃度の分析を試みた報告が記載されている。しかしながら、長光路特性を活かした光反応容器の報告はされていない。
積分球の拡散反射面の材料には、硫酸バリウム、金、銅、或いは圧縮されたＰＴＦＥ粉末等が用いられる（例えば、非特許文献２参照）。
【００１３】
近赤外領域において高反射率を持ち、かつ理想的な拡散反射面の放射角分布を持つ材料としてはＰＴＦＥ粉末を用いたＬａｂｓｐｈｅｒｅ社製「Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）」、硫酸バリウムコーティング等が知られている。
【００１４】
特に、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）は、耐食性に優れており、宇宙などの極限環境下でも使用されている（例えば、特許文献３参照）。
さらに、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）は、１μｍの近赤外光に対する反射率が０．９９と高反射率の素材でもある。
【００１５】
ここで理想的な積分球として、ポート（開口部）を持たず、照射光の損失は全て積分球内壁面での拡散反射時における壁面への吸収のみであると仮定した場合を考える。この理想積分球の1光子あたりの平均光路長z０は以下の式により算出される（例えば、非特許文献３参照）。
【数３】
【００１６】
上記（３）式において、Ｌは積分球内を光子が1度横断するときの全軌跡の平均長、ρは積分球内面反射率、Ｐは積分球内表面から放出された光子が媒体を1度通過したときに試料に吸収されずに残存する確率をそれぞれ示している。
また、上記Ｐは、下記（４）式により算出され、上記Ｌは下記（５）式により算出される。
【数４】
【数５】
【００１７】
ここで、上記（４）式において、ｒは積分球内半径、ａは積分球内の試料の吸光係数でありσＮに等しい。
このときポートからの光損失は、ポートなしを仮定した積分球内表面積Ａ０からポート断面積を差し引いた実際の積分球内表面積Ａ１を用いると、下記（６）式に示すように、みかけの反射率ρ０によって表わされる。
【数６】
【００１８】
上式から算出されたみかけの反射率ρ０を、上記（３）式に代入して計算すれば、ポート（開口部）損失を考慮した積分球における平均光路長ｚ１が求められ、z１−z０が理想積分球と実際のポート付積分球との光路長の差となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平０６−１９０２４３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７２０９０号公報
【特許文献３】米国特許第３，７６４，３６４号明細書
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｓ．Ｔｒａｎｃｈａｒｔ，Ｉ．Ｈ．Ｂａｃｈｉｒ ａｎｄ Ｊ． Ｄｅｓｔｏｍｂｅｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．３６，１９９６，ｐｐ．７０７０−７０７４．
【非特許文献２】Ｖｉｃｔｏｒ Ｒ．Ｗｅｉｄｎｅｒ ａｎｄ Ｊａｃｋ Ｊ． Ｈｓｉａ， Ｊ． Ｏpt. Ｓｏｃ． Ａｍ，Ｖｏｌ．７１，Ｎｏ．７，１９８１，ｐｐ．８５６−８６１．
【非特許文献３】Ｊ．Ｔ．Ｏ．Ｋｉｒｋ, Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３４, Ｎｏ．２１，１９９５，ｐｐ．４３９７−４４０８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ガスを照射対象とする光反応容器として積分球を用いる場合、積分球にガス試料を導入・排出するガスポート（ガス用開口部）が必要となる。このとき何も対策を施さなければ、各ポート（開口部）からの漏れ光が発生する。
漏れ光が発生するとその分、積分球の光路長は減少する。これを防ぐ方法として、２つの方法がある。１つは、積分球のポート径を極力小さくするという方法であり、もう１つは、使用しないポートを内表面材料と同じ物質で製作されたキャップで塞ぐという方法である。
【００２２】
しかしながら、積分球のポート径を極力小さくする方法では、ガス導入・排気の際の圧力損失の増大を招く。また、使用しないポートを内表面材料と同じ物質で製作されたキャップで塞ぐという方法では、ポートに接続されているガス管等をガス封入時に取り外す必要がある。
このため、上記２つの方法を用いた場合、試料の損失や圧力温度条件の変動要因となり生成物の収率を下げるという問題があった。
【００２３】
そこで、本発明は、光反応容器に設けられたポート（開口部）からの光損失を抑制することで、生成物の収率を向上させることの可能な光反応容器及び光反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、ガスの光反応に用いられる光反応容器本体を有する光反応容器であって、前記光反応容器本体を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部と、前記光反応容器本体の内面側に配置され、前記光を拡散反射させる拡散反射面を備え、かつ前記開口部の内周側面と接触するように前記開口部に配置された拡散反射板と、前記拡散反射板と前記開口部の内周側面との間に隙間が形成されるように、前記拡散反射板を変位させる拡散反射板変位手段と、を有することを特徴とする光反応容器が提供される。
【００２５】
また、請求項２に係る発明によれば、前記開口部は、前記光反応容器本体の外面から前記光反応容器本体の内面に向かうにつれて、開口径が狭くなる形状とされており、前記拡散反射板は、前記開口部の形状と略等しい形状とされており、前記拡散反射板変位手段は、前記拡散反射板の中心と前記光反応容器本体の中心とを結ぶ線方向に前記拡散反射板を移動させることを特徴とする請求項１記載の光反応容器が提供される。
【００２６】
また、請求項３に係る発明によれば、前記開口部は、前記光反応容器本体の外面から前記光反応容器本体の内面に向かうにつれて、開口径が狭くなる形状とされており、前記拡散反射板は、前記開口部のうち、前記光反応容器本体の内面側に配置されており、前記拡散反射板変位手段は、前記開口部内において前記拡散反射板を回転させることを特徴とする請求項１記載の光反応容器が提供される。
【００２７】
また、請求項４に係る発明によれば、前記拡散反射板変位手段は、一方の端が前記拡散反射板と接続された軸部と、前記光反応容器本体の外面のうち、前記隙間が形成される面を露出する空間、及び該空間を介して、前記光反応容器本体内に前記ガスを導入及び導出するためのガス用開口部を有し、かつ前記軸部の一部を移動可能に支持する軸支持部と、前記軸支持部の外側に位置する前記軸部の他方の端に設けられ、前記軸部を介して、前記拡散反射板を移動させるハンドル部と、を含むことを特徴とする請求項２記載の光反応容器が提供される。
【００２８】
また、請求項５に係る発明によれば、前記拡散反射板変位手段は、一部が前記光反応容器本体に内設され、一方の端が前記拡散反射板の外周側面と接続された軸部と、前記光反応容器本体から露出された前記軸部の他端と接続され、前記軸部を介して、前記拡散反射板を回転させるハンドル部と、を含むことを特徴とする請求項３記載の光反応容器が提供される。
【００２９】
また、請求項６に係る発明によれば、前記光反応容器本体を貫通するように配置され、前記光反応容器本体内に光を照射する光ファイバーを設けたことを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３０】
また、請求項７に係る発明によれば、前記光反応容器本体の内面に、該光反応容器本体の内面の形状に対応する曲面とされた反射面を有する反射層を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３１】
また、請求項８に係る発明によれば、前記拡散反射面は、前記反射面と共に連続した曲面を構成することを特徴とする請求項７記載の光反応容器が提供される。
【００３２】
また、請求項９に係る発明によれば、前記拡散反射板のうち、少なくとも前記拡散反射面を構成する部分の材料が、ＰＴＦＥ、硫酸バリウム、金、銀、銅のうち、少なくとも１つの材料よりなることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３３】
また、請求項１０に係る発明によれば、前記光反応容器本体の形状は、内部が中空とされた球体であることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３４】
また、請求項１１に係る発明によれば、前記光反応容器本体の温度を調整する冷凍機を設けたことを特徴とする請求項１ないし１０のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３５】
また、請求項１２に係る発明によれば、請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の光反応容器を複数設け、複数の前記光反応容器を並列に接続し、複数の前記光反応容器を切り替え可能な構成としたことを特徴とする光反応装置が提供される。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の光反応容器によれば、光反応容器本体を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部と、光反応容器本体の内面側に配置され、光を拡散反射させる拡散反射面を備え、かつ開口部の内周側面と接触するように開口部に配置された拡散反射板と、拡散反射板と開口部の内周側面との間に隙間が形成されるように、拡散反射板を変位させる拡散反射板変位手段と、を有することにより、開口部の内周側面と拡散反射板とを接触させて光反応容器本体内の雰囲気を気密することが可能になると共に、拡散反射板変位手段により拡散反射板を変位させて、拡散反射板と開口部の内周側面との間に隙間を形成し、該隙間を介して、光反応容器本体内にガスを導入または導出させることが可能となる。
【００３７】
これにより、光反応容器本体に設けられた開口部からの光損失を抑制することが可能となり、入射光を有効利用することが可能となるので、生成物の収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光反応容器の概略構成を示す断面図であり、光反応容器本体内の雰囲気が気密された状態を模式的に示す図である。
【図２】開口部の内周側面と拡散反射板との間にガスを導入及び導出する隙間が形成された状態の図１に示す光反応容器を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光反応容器の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光反応容器の概略構成を示す断面図であり、光反応容器本体内の雰囲気が気密された状態を模式的に示す図である。
図１を参照するに、第１の実施の形態の光反応容器１０は、筐体１１と、光反応容器本体１２と、反射層１３と、光ファイバー１４と、開口部１５（ポート）と、拡散反射板１６と、拡散反射板変位手段１８と、を有する。
【００４０】
筐体１１は、光反応容器本体１２を収容しており、断面形状が円形とされた光反応容器本体１２の外面１２ａの一部（図１では４箇所）と接触している。また、筐体１１は、開口部１５を露出している。
光反応容器本体１２は、断面形状が円形とされている。光反応容器本体１２は、曲面とされた外面１２ａ及び内面１２ｂと、内部に形成された空間２１と、を有する。光反応容器本体１２としては、円筒状とされた容器や、内部が中空とされた球形の容器等を用いることができる。光反応容器本体１２の材料としては、例えば、テフロン（登録商標）を用いることができる。
【００４１】
反射層１３は、光反応容器本体１２の内面１２ｂを覆うように設けられている。反射層１３は、光反応容器本体の内面の形状に対応する曲面とされ、空間２１に露出された反射面１３ａを有する。反射層１３としては、例えば、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）を用いることができる。
【００４２】
光ファイバー１４は、反射層１３が形成された光反応容器本体１２を貫通するように設けられている。光ファイバー１４は、光を照射する先端部１４Ａを有する。先端部１４Ａは、光反応容器本体１２内に形成された空間２１に配置されている。
【００４３】
開口部１５は、反射層１３が形成された光反応容器本体１２の一部を貫通するように設けられている。開口部１５は、光反応容器本体１２の外面１２ａから光反応容器本体１２の内面１２ｂに向かうにつれて、開口径が狭くなる略円錐台形状とされている。
【００４４】
拡散反射板１６は、開口部の形状と略等しい形状、つまり、光反応容器本体１２の外面１２ａから光反応容器本体１２の内面１２ｂに向かうにつれて、幅が狭くなる略円錐台形状とされている。
開口部１５に拡散反射板１６が完全に収容された際、拡散反射板１６の外周側面１６ｂ全体は、開口部１５の内周側面１５ａ全体と接触する（図１参照）。これにより、光反応容器本体１２内の空間２１は気密される。
【００４５】
拡散反射板１６は、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に配置され、光を拡散反射させる拡散反射面１６ａを有する。開口部１５に拡散反射板１６が完全に収容された際、拡散反射面１６ａは、反射面１３ａと共に連続した曲面を構成している。
拡散反射板１６のうち、少なくとも拡散反射面１６ａを構成する部分の材料としては、ＰＴＦＥ、硫酸バリウム、金、銀、銅のうち、少なくとも１つの材料を用いることができる。
拡散反射板変位手段１８は、軸部２５と、軸支持部２６と、ハンドル部２８と、を有する。軸部２５は、一方の端が、拡散反射板１６のうち、拡散反射面１６ａの反対側に位置する部分と接続されている。
【００４６】
軸支持部２６は、開口部１５を露出するように、筐体１１の外壁に設けられている。 軸支持部２６は、シール材を介して、軸部２５の一部を移動可能に支持している。
軸支持部２６は、光反応容器本体１２の外面１２ａのうち、軸支持部２６内の空間２６Ａを介して、光反応容器本体１２内にガスを導入及び導出するためのガス用開口部２９と、内部にガス用開口部２９と接続され、開口部１５及び拡散反射板１６を露出する空間２６Ａと、を有する。ガス用開口部２９は、空間２６Ａに試料ガスを供給する。
【００４７】
図２は、開口部の内周側面と拡散反射板との間にガスを導入及び導出する隙間が形成された状態の図１に示す光反応容器を模式的に示す断面図である。図２において、図１に示す光反応容器１と同一構成部分には同一符号を付す。
図１及び図２を参照するに、ハンドル部２８は、軸支持部２６の外側に位置する軸部２５の他方の端に設けられている。
図２を参照するに、ハンドル部２８は、軸部２５を介して、拡散反射板１６の中心Ｃ１と光反応容器本体１２の中心Ｃ２とを結ぶ線方向Ａに拡散反射板１６を移動させる。
【００４８】
図２に示すように、ハンドル部１８を引っ張って、図１に示す状態から拡散反射板１６を右方向に移動させることで、開口部１５の内周側面１５ａと拡散反射板１６の外周側面１６ｂとの間に隙間３１が形成される。この隙間３１を介して、反応容器本体１２内に試料ガスが導入、或いは反応容器本体１２から試料ガスが排出される。
また、空間２１を気密したい場合には、ハンドル部２８を左側に押し込むことで、図２に示す拡散反射板１６を左方向に移動させて、図１に示すように、開口部１５の内周側面１５ａと拡散反射板１６の外周側面１６ｂ全体とを接触させる。
【００４９】
ところで、光反応容器本体１２の大きさは自由に決められるが、約０．５ｍ以上の直径とされた光反応容器本体１２では一体型圧縮テフロン（登録商標）面を製作することが難しくなる。
そこで、光反応容器本体１２を小さなブロックに分割したものをまず製作し、その後、ブロック同士を球形に組み合わせる方法が取られるが、この方法では一定量の隙間が発生するため反射率のロスを考慮する必要がある。
【００５０】
本発明では、そのようなブロック間の隙間を考慮しなくてもよい一体型の光反応容器本体１２について考える。
光反応容器本体１２の内側の半径をｒ＝０．１（ｍ）とし、かつ反射層１３としてＳｐｅｃｔｒａｌｏｎを用いた場合、反射率は０．９９０となる。
【００５１】
ここで、オゾンにＣＦ４を添加した系にレーザ照射することでターゲットとなる酸素同位体を含むオゾンを選択的に分解し酸素同位体を濃縮する方法（特許文献２に記載された方法）を用いた場合について説明する。
【００５２】
オゾンのＷｕｌｆ帯における吸光係数ａは、約１．０×１０−６ｍ−１である。反応に用いる光を光反応容器本体１２に伝播する光ファイバー１４には、伝搬モードの違いにより大きく分けて、シングルモードファイバーとマルチモードファイバーの２種類がある。
シングルモードファイバーは、単一モードのみ搬送するが、コア径が５〜１５μｍと小さく、光源からの光をファイバー結合する際のロスが大きい。
【００５３】
一方、マルチモードファイバーは、複数モードの光を伝搬するがコア径が４０〜１００μｍと大きいため、本発明の光反応用途に適している。
例えば、コア径１００μｍのマルチモードファイバーを用いても、光反応容器本体１２の内面１２ｂの表面積に対してコア断面積は１０桁以上小さく、光ファイバー１４から外部に漏洩する光損失は無視できる。
【００５４】
光ファイバー１４からの入射光量Ｉ０ = １Ｗとし、図1に示す拡散反射板１６の径を６．３５ ｍｍとすると、拡散反射板１６の断面積は、約３．１７×１０−５ｍ２である。
一方、ガス用開口部２９（ガスポート）の接続がなく、拡散反射板１６の設置箇所が拡散反射面１６ａで完全に覆われている場合の光反応容器本体１２の内面１２ｂの表面積は、約１．２６×１０−２ｍ２である。
【００５５】
したがって、拡散反射板１６の有無による光反応容器本体１２の内面１２ｂの表面積の比Ａ１／Ａ０= ２．５２×１０−３となる。したがって、拡散反射板１６で塞がれていない場合の反射面１３ａにおけるみなし反射率はρ1≒０．９８７５となる。
このみなし反射率を用いると、下記式(７)〜(９)より、拡散反射板１６がない場合の光損失を考慮した光路長z１＝１０．７ｍが算出される。
【数７】
【数８】
【数９】
【００５６】
一方、図1に示すように、拡散反射面１６ａを有する拡散反射板１６を設けた場合には、拡散反射板１６と光反応容器本体１２との間のわずかな隙間による損失は発生するが、これは無視できる程度であり、反射面１３ａにおける反射率は、略開口部１５（ポート）を考慮しない理想積分球に等しい。
したがって、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）の反射率を、そのままρ＝０．９９０として用いることができ、平均光路長ｚ [ｍ] は、上記式(７)〜(９)により１３．３ ｍとなる。
【００５７】
第１の実施の形態の光反応容器によれば、反射層１３が形成された光反応容器本体１２を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部１５と、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に光を拡散反射させる拡散反射面１６ａを備え、かつ開口部１５の内周側面１５ａと接触するように開口部１５に配置された拡散反射板１６と、拡散反射板１６と開口部１５の内周側面１５ａとの間に隙間３１が形成されるように、拡散反射板１６を変位させる拡散反射板変位手段１８と、を有することにより、開口部１５の内周側面１５ａと拡散反射板１６とを接触させて光反応容器本体１２内の雰囲気を気密することが可能になると共に、拡散反射板変位手段１８により拡散反射板１６を移動させて、拡散反射板１６と開口部１５の内周側面１５ａとの間に隙間３１を形成し、該隙間３１を介して、光反応容器本体１２内に試料ガスを導入または排出させることが可能となる。
【００５８】
これにより、開口部１５からの光損失を抑制することが可能となり、入射光を有効利用することが可能となるので、生成物の収率を向上させることができる。
【００５９】
なお、図１及び図２には、図示していないが、光反応容器本体１２の温度を調整する冷凍機を設けてもよい。
また、図示してはいないが、並列に接続された複数の光反応容器１０により、複数の光反応容器１０を切り替え可能とされた光反応装置を構成してもよい。
【００６０】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光反応容器の概略構成を示す断面図であり、光反応容器本体内の雰囲気が気密された状態を模式的に示す図である。
図３を参照するに、第２の実施の形態の光反応容器４０は、第１の実施の形態の光反応容器１０に設けられた拡散反射板１６及び拡散反射板変位手段１８の替わりに、拡散反射板４１、拡散反射板変位手段４３、及びガス用開口部４４を設けた以外は、光反応容器１０と同様に構成される。
【００６１】
拡散反射板４１は、開口部１５のうち、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に配置されており、円形板形状とされている。図３では、空間２１が気密された状態を示しており、この状態では、拡散反射板４１の外周側面４１ａ全体は、開口部１５の内周側面１５ａ全体と接触している。
【００６２】
拡散反射板４１は、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に配置され、光を拡散反射させる拡散反射面４１ａを有する。図１に示す状態において、拡散反射面４１ａは、反射面１３ａと共に連続した曲面を構成している。
拡散反射板４１のうち、少なくとも拡散反射面４１ａを構成する部分の材料としては、ＰＴＦＥ、硫酸バリウム、金、銀、銅のうち、少なくとも１つの材料を用いることができる。
【００６３】
拡散反射板変位手段４３は、第１の実施の形態で説明した拡散反射板変位手段１８（図１参照）に設けられた軸部２５及びハンドル部２８と、軸支持部４５と、を有する。
軸部２５は、筐体１１及び光反応容器本体１２を貫通するように設けられており、一方の端が拡散反射板４１の外周側面と接続されている。軸部２５は、回転可能な構成とされており、回転することで、拡散反射板４１を回転させる。
【００６４】
ハンドル部２８は、軸支持部４５から露出され、筐体１１の外部に設けられた軸部２５の他方の端と接続されている。ハンドル部２８を回転させることで、拡散反射板４１が回転し、拡散反射板４１と開口部の内周側面１５ａとの間に隙間（図示せず）が形成される。
軸支持部４５は、筐体１１の外壁に設けられている。軸支持部４５は、シール材を介して、軸部２５の一部を移動可能な状態で支持している。
ガス用開口部４４は、筐体１１の外壁に設けられており、開口部１５を露出している。ガス用開口部４４は、試料ガスを空間２１に導入及び導出するための開口部である。
【００６５】
上記構成とされた第２の実施の形態の光反応容器４０に設けられた拡散反射板変位手段４３は、バタフライバルブと同等の構造を有するものであり、拡散反射板４１を９０度回転させて光反応容器本体１２とガス用開口部４４とを接続したときの圧力損失は、第１の実施の形態の光反応容器１０よりも小さくすることができる。
【００６６】
ただし、第２の実施の形態では、拡散反射板４１の外周側面４１ｂと開口部１５内周側面１５ａとの接触は、押圧によるものではないので、第１の実施に形態と比較して、リーク性能が悪化する虞があるので、必要な性能に応じて第１の実施の形態の光反応容器１０の構造、または第２の実施の形態の光反応容器４０の構造を選択することが望ましい。
【００６７】
なお、図３には、図示していないが、光反応容器本体１２の温度を調整する冷凍機を設けてもよい。
また、図示してはいないが、並列に接続された複数の光反応容器４０により、複数の光反応容器４０を切り替え可能とされた光反応装置を構成してもよい。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、光反応容器本体に設けられた開口部からの光損失を抑制することで、生成物の収率を向上させることの可能な光反応容器及び光反応装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，４０…光反応容器、１１…筐体、１２…光反応容器本体、１２ａ…外面、１２ｂ…内面、１３…反射層、１３ａ…反射面、１４…光ファイバー、１４Ａ…先端部、１５…開口部、１５ａ…内周側面、１６，４１…拡散反射板、１６ａ，４１ａ…拡散反射面、１６ｂ，４１ｂ…外周側面、１８，４３…拡散反射板変位手段、２１，２６Ａ…空間、２５…軸部、２６，４５…軸支持部、２８…ハンドル部、２９，４４…ガス用開口部、３１…隙間、Ａ…線方向、Ｃ１，Ｃ２…中心、Ｍ１，Ｍ２…厚さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの光反応に使用される光反応容器及び光反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にガスの光反応は、使用される光源の形状や光の広がり角等に応じた様々な形状のガラス製容器を用いて行われることが多い。光反応における光吸収は、下記（１）式に示すようにＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則で表される。
【数１】
【０００３】
上記（１）式において、Ｉ０は初期光量［Ｗ］、Ｉ（z）は光路長ｚ［ｃｍ］における光量［Ｗ］、σは光吸収断面積［ｃｍ２／ｍｏｌｅｃｕｌｅ］、Ｎは分子密度［ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３］を示している。上記（１）式では、光路長ｚが大きいほど光吸収が大きくなる。
【０００４】
また、光利用率ηは、下記（２）式で表され（但し、σＮｚ≪１の場合）、光路長zに比例して大きい。
【数２】
【０００５】
光反応は、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則により光を吸収した分子が、反応のポテンシャル障壁を乗り越えて分子の結合を切断・再結合することにより進行する。
したがって、光反応を効率よく行う（対象反応の速度を上げる）ための方法としては、照射対象の分子数を増加させる方法、吸収断面積が大きくなる光波長を選択する方法、投入光量を増加させる方法、及び光の漏洩や壁面等への吸収を極力減らし、反射等を利用して長光路化する方法の４つを挙げることができる。
【０００６】
上記長光路化する方法は、レーザを光源とした光吸収によるガス濃度測定等に見られる方法である。吸収断面積が大きい系に対しては光反応を行う光反応容器（セル）にレーザ光を１度だけ通過させるｏｎｅ−ｐａｓｓ方式、或いはｏｎｅ−ｐａｓｓ方式を複数回繰り返す方法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、吸収断面積が小さい系に対する光反応では、ｏｎｅ−ｐａｓｓ方式では十分な吸光率を得ることが困難なため、光を複数回反射させて、光路長を飛躍的に増大させることで、吸光率を向上させる長光路方式が用いられる。
【０００８】
特許文献２には、光吸収断面積が小さい光反応系において、１７Ｏあるいは１８Ｏを含むオゾン分子にレーザ光を照射し、目的とする酸素同位体を含むオゾン分子を選択的に分解して１７Ｏあるいは１８Ｏを濃縮する方法が開示されている。
【０００９】
このときのオゾンの光吸収断面積は、ｗｕｌｆ ｂａｎｄ（近赤外領域）において１０−２３ｃｍ２／ｍｏｌｅｃｕｌｅの桁の小さな値（水のσより約４桁小さい）である。このような光反応を実施する場合、長光路方式が光の利用効率、すなわち投入エネルギーに対する収率の面でｏｎｅ−ｐａｓｓ方式よりも有利である。
【００１０】
また、長光路方式には、ミラーを用いて複数回反射を繰り返す多重反射方式と、内表面に拡散反射面を持つ球形、或いは楕円球とされた光反応容器を用いる方式がある。
なお、主に、球形の容器の場合、積分球という。以下、利便性のため、拡散反射面を内部に有する容器全てを積分球という。
【００１１】
理想的な拡散反射面は、Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｓｕｒｆａｃｅと呼ばれ、入射光に対して全方向に反射光を放射する。積分球は、拡散反射光が容器壁面、或いは内部試料に吸収されるまでの間に複数回反射を行うことで、長光路化を達成するものである。この方式は、多重反射方式よりも入射光の光路調整が容易であるというメリットがある。
【００１２】
非特許文献１には、積分球を利用してガス濃度の分析を試みた報告が記載されている。しかしながら、長光路特性を活かした光反応容器の報告はされていない。
積分球の拡散反射面の材料には、硫酸バリウム、金、銅、或いは圧縮されたＰＴＦＥ粉末等が用いられる（例えば、非特許文献２参照）。
【００１３】
近赤外領域において高反射率を持ち、かつ理想的な拡散反射面の放射角分布を持つ材料としてはＰＴＦＥ粉末を用いたＬａｂｓｐｈｅｒｅ社製「Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）」、硫酸バリウムコーティング等が知られている。
【００１４】
特に、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）は、耐食性に優れており、宇宙などの極限環境下でも使用されている（例えば、特許文献３参照）。
さらに、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）は、１μｍの近赤外光に対する反射率が０．９９と高反射率の素材でもある。
【００１５】
ここで理想的な積分球として、ポート（開口部）を持たず、照射光の損失は全て積分球内壁面での拡散反射時における壁面への吸収のみであると仮定した場合を考える。この理想積分球の1光子あたりの平均光路長z０は以下の式により算出される（例えば、非特許文献３参照）。
【数３】
【００１６】
上記（３）式において、Ｌは積分球内を光子が1度横断するときの全軌跡の平均長、ρは積分球内面反射率、Ｐは積分球内表面から放出された光子が媒体を1度通過したときに試料に吸収されずに残存する確率をそれぞれ示している。
また、上記Ｐは、下記（４）式により算出され、上記Ｌは下記（５）式により算出される。
【数４】
【数５】
【００１７】
ここで、上記（４）式において、ｒは積分球内半径、ａは積分球内の試料の吸光係数でありσＮに等しい。
このときポートからの光損失は、ポートなしを仮定した積分球内表面積Ａ０からポート断面積を差し引いた実際の積分球内表面積Ａ１を用いると、下記（６）式に示すように、みかけの反射率ρ０によって表わされる。
【数６】
【００１８】
上式から算出されたみかけの反射率ρ０を、上記（３）式に代入して計算すれば、ポート（開口部）損失を考慮した積分球における平均光路長ｚ１が求められ、z１−z０が理想積分球と実際のポート付積分球との光路長の差となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平０６−１９０２４３号公報
【特許文献２】特開２００６−２７２０９０号公報
【特許文献３】米国特許第３，７６４，３６４号明細書
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｓ．Ｔｒａｎｃｈａｒｔ，Ｉ．Ｈ．Ｂａｃｈｉｒ ａｎｄ Ｊ． Ｄｅｓｔｏｍｂｅｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．３６，１９９６，ｐｐ．７０７０−７０７４．
【非特許文献２】Ｖｉｃｔｏｒ Ｒ．Ｗｅｉｄｎｅｒ ａｎｄ Ｊａｃｋ Ｊ． Ｈｓｉａ， Ｊ． Ｏpt. Ｓｏｃ． Ａｍ，Ｖｏｌ．７１，Ｎｏ．７，１９８１，ｐｐ．８５６−８６１．
【非特許文献３】Ｊ．Ｔ．Ｏ．Ｋｉｒｋ, Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３４, Ｎｏ．２１，１９９５，ｐｐ．４３９７−４４０８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ガスを照射対象とする光反応容器として積分球を用いる場合、積分球にガス試料を導入・排出するガスポート（ガス用開口部）が必要となる。このとき何も対策を施さなければ、各ポート（開口部）からの漏れ光が発生する。
漏れ光が発生するとその分、積分球の光路長は減少する。これを防ぐ方法として、２つの方法がある。１つは、積分球のポート径を極力小さくするという方法であり、もう１つは、使用しないポートを内表面材料と同じ物質で製作されたキャップで塞ぐという方法である。
【００２２】
しかしながら、積分球のポート径を極力小さくする方法では、ガス導入・排気の際の圧力損失の増大を招く。また、使用しないポートを内表面材料と同じ物質で製作されたキャップで塞ぐという方法では、ポートに接続されているガス管等をガス封入時に取り外す必要がある。
このため、上記２つの方法を用いた場合、試料の損失や圧力温度条件の変動要因となり生成物の収率を下げるという問題があった。
【００２３】
そこで、本発明は、光反応容器に設けられたポート（開口部）からの光損失を抑制することで、生成物の収率を向上させることの可能な光反応容器及び光反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、ガスの光反応に用いられる光反応容器本体を有する光反応容器であって、前記光反応容器本体を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部と、前記光反応容器本体の内面側に配置され、前記光を拡散反射させる拡散反射面を備え、かつ前記開口部の内周側面と接触するように前記開口部に配置された拡散反射板と、前記拡散反射板と前記開口部の内周側面との間に隙間が形成されるように、前記拡散反射板を変位させる拡散反射板変位手段と、を有することを特徴とする光反応容器が提供される。
【００２５】
また、請求項２に係る発明によれば、前記開口部は、前記光反応容器本体の外面から前記光反応容器本体の内面に向かうにつれて、開口径が狭くなる形状とされており、前記拡散反射板は、前記開口部の形状と略等しい形状とされており、前記拡散反射板変位手段は、前記拡散反射板の中心と前記光反応容器本体の中心とを結ぶ線方向に前記拡散反射板を移動させることを特徴とする請求項１記載の光反応容器が提供される。
【００２６】
また、請求項３に係る発明によれば、前記開口部は、前記光反応容器本体の外面から前記光反応容器本体の内面に向かうにつれて、開口径が狭くなる形状とされており、前記拡散反射板は、前記開口部のうち、前記光反応容器本体の内面側に配置されており、前記拡散反射板変位手段は、前記開口部内において前記拡散反射板を回転させることを特徴とする請求項１記載の光反応容器が提供される。
【００２７】
また、請求項４に係る発明によれば、前記拡散反射板変位手段は、一方の端が前記拡散反射板と接続された軸部と、前記光反応容器本体の外面のうち、前記隙間が形成される面を露出する空間、及び該空間を介して、前記光反応容器本体内に前記ガスを導入及び導出するためのガス用開口部を有し、かつ前記軸部の一部を移動可能に支持する軸支持部と、前記軸支持部の外側に位置する前記軸部の他方の端に設けられ、前記軸部を介して、前記拡散反射板を移動させるハンドル部と、を含むことを特徴とする請求項２記載の光反応容器が提供される。
【００２８】
また、請求項５に係る発明によれば、前記拡散反射板変位手段は、一部が前記光反応容器本体に内設され、一方の端が前記拡散反射板の外周側面と接続された軸部と、前記光反応容器本体から露出された前記軸部の他端と接続され、前記軸部を介して、前記拡散反射板を回転させるハンドル部と、を含むことを特徴とする請求項３記載の光反応容器が提供される。
【００２９】
また、請求項６に係る発明によれば、前記光反応容器本体を貫通するように配置され、前記光反応容器本体内に光を照射する光ファイバーを設けたことを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３０】
また、請求項７に係る発明によれば、前記光反応容器本体の内面に、該光反応容器本体の内面の形状に対応する曲面とされた反射面を有する反射層を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３１】
また、請求項８に係る発明によれば、前記拡散反射面は、前記反射面と共に連続した曲面を構成することを特徴とする請求項７記載の光反応容器が提供される。
【００３２】
また、請求項９に係る発明によれば、前記拡散反射板のうち、少なくとも前記拡散反射面を構成する部分の材料が、ＰＴＦＥ、硫酸バリウム、金、銀、銅のうち、少なくとも１つの材料よりなることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３３】
また、請求項１０に係る発明によれば、前記光反応容器本体の形状は、内部が中空とされた球体であることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３４】
また、請求項１１に係る発明によれば、前記光反応容器本体の温度を調整する冷凍機を設けたことを特徴とする請求項１ないし１０のうち、いずれか１項記載の光反応容器が提供される。
【００３５】
また、請求項１２に係る発明によれば、請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の光反応容器を複数設け、複数の前記光反応容器を並列に接続し、複数の前記光反応容器を切り替え可能な構成としたことを特徴とする光反応装置が提供される。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の光反応容器によれば、光反応容器本体を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部と、光反応容器本体の内面側に配置され、光を拡散反射させる拡散反射面を備え、かつ開口部の内周側面と接触するように開口部に配置された拡散反射板と、拡散反射板と開口部の内周側面との間に隙間が形成されるように、拡散反射板を変位させる拡散反射板変位手段と、を有することにより、開口部の内周側面と拡散反射板とを接触させて光反応容器本体内の雰囲気を気密することが可能になると共に、拡散反射板変位手段により拡散反射板を変位させて、拡散反射板と開口部の内周側面との間に隙間を形成し、該隙間を介して、光反応容器本体内にガスを導入または導出させることが可能となる。
【００３７】
これにより、光反応容器本体に設けられた開口部からの光損失を抑制することが可能となり、入射光を有効利用することが可能となるので、生成物の収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光反応容器の概略構成を示す断面図であり、光反応容器本体内の雰囲気が気密された状態を模式的に示す図である。
【図２】開口部の内周側面と拡散反射板との間にガスを導入及び導出する隙間が形成された状態の図１に示す光反応容器を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光反応容器の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光反応容器の概略構成を示す断面図であり、光反応容器本体内の雰囲気が気密された状態を模式的に示す図である。
図１を参照するに、第１の実施の形態の光反応容器１０は、筐体１１と、光反応容器本体１２と、反射層１３と、光ファイバー１４と、開口部１５（ポート）と、拡散反射板１６と、拡散反射板変位手段１８と、を有する。
【００４０】
筐体１１は、光反応容器本体１２を収容しており、断面形状が円形とされた光反応容器本体１２の外面１２ａの一部（図１では４箇所）と接触している。また、筐体１１は、開口部１５を露出している。
光反応容器本体１２は、断面形状が円形とされている。光反応容器本体１２は、曲面とされた外面１２ａ及び内面１２ｂと、内部に形成された空間２１と、を有する。光反応容器本体１２としては、円筒状とされた容器や、内部が中空とされた球形の容器等を用いることができる。光反応容器本体１２の材料としては、例えば、テフロン（登録商標）を用いることができる。
【００４１】
反射層１３は、光反応容器本体１２の内面１２ｂを覆うように設けられている。反射層１３は、光反応容器本体の内面の形状に対応する曲面とされ、空間２１に露出された反射面１３ａを有する。反射層１３としては、例えば、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）を用いることができる。
【００４２】
光ファイバー１４は、反射層１３が形成された光反応容器本体１２を貫通するように設けられている。光ファイバー１４は、光を照射する先端部１４Ａを有する。先端部１４Ａは、光反応容器本体１２内に形成された空間２１に配置されている。
【００４３】
開口部１５は、反射層１３が形成された光反応容器本体１２の一部を貫通するように設けられている。開口部１５は、光反応容器本体１２の外面１２ａから光反応容器本体１２の内面１２ｂに向かうにつれて、開口径が狭くなる略円錐台形状とされている。
【００４４】
拡散反射板１６は、開口部の形状と略等しい形状、つまり、光反応容器本体１２の外面１２ａから光反応容器本体１２の内面１２ｂに向かうにつれて、幅が狭くなる略円錐台形状とされている。
開口部１５に拡散反射板１６が完全に収容された際、拡散反射板１６の外周側面１６ｂ全体は、開口部１５の内周側面１５ａ全体と接触する（図１参照）。これにより、光反応容器本体１２内の空間２１は気密される。
【００４５】
拡散反射板１６は、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に配置され、光を拡散反射させる拡散反射面１６ａを有する。開口部１５に拡散反射板１６が完全に収容された際、拡散反射面１６ａは、反射面１３ａと共に連続した曲面を構成している。
拡散反射板１６のうち、少なくとも拡散反射面１６ａを構成する部分の材料としては、ＰＴＦＥ、硫酸バリウム、金、銀、銅のうち、少なくとも１つの材料を用いることができる。
拡散反射板変位手段１８は、軸部２５と、軸支持部２６と、ハンドル部２８と、を有する。軸部２５は、一方の端が、拡散反射板１６のうち、拡散反射面１６ａの反対側に位置する部分と接続されている。
【００４６】
軸支持部２６は、開口部１５を露出するように、筐体１１の外壁に設けられている。 軸支持部２６は、シール材を介して、軸部２５の一部を移動可能に支持している。
軸支持部２６は、光反応容器本体１２の外面１２ａのうち、軸支持部２６内の空間２６Ａを介して、光反応容器本体１２内にガスを導入及び導出するためのガス用開口部２９と、内部にガス用開口部２９と接続され、開口部１５及び拡散反射板１６を露出する空間２６Ａと、を有する。ガス用開口部２９は、空間２６Ａに試料ガスを供給する。
【００４７】
図２は、開口部の内周側面と拡散反射板との間にガスを導入及び導出する隙間が形成された状態の図１に示す光反応容器を模式的に示す断面図である。図２において、図１に示す光反応容器１と同一構成部分には同一符号を付す。
図１及び図２を参照するに、ハンドル部２８は、軸支持部２６の外側に位置する軸部２５の他方の端に設けられている。
図２を参照するに、ハンドル部２８は、軸部２５を介して、拡散反射板１６の中心Ｃ１と光反応容器本体１２の中心Ｃ２とを結ぶ線方向Ａに拡散反射板１６を移動させる。
【００４８】
図２に示すように、ハンドル部１８を引っ張って、図１に示す状態から拡散反射板１６を右方向に移動させることで、開口部１５の内周側面１５ａと拡散反射板１６の外周側面１６ｂとの間に隙間３１が形成される。この隙間３１を介して、反応容器本体１２内に試料ガスが導入、或いは反応容器本体１２から試料ガスが排出される。
また、空間２１を気密したい場合には、ハンドル部２８を左側に押し込むことで、図２に示す拡散反射板１６を左方向に移動させて、図１に示すように、開口部１５の内周側面１５ａと拡散反射板１６の外周側面１６ｂ全体とを接触させる。
【００４９】
ところで、光反応容器本体１２の大きさは自由に決められるが、約０．５ｍ以上の直径とされた光反応容器本体１２では一体型圧縮テフロン（登録商標）面を製作することが難しくなる。
そこで、光反応容器本体１２を小さなブロックに分割したものをまず製作し、その後、ブロック同士を球形に組み合わせる方法が取られるが、この方法では一定量の隙間が発生するため反射率のロスを考慮する必要がある。
【００５０】
本発明では、そのようなブロック間の隙間を考慮しなくてもよい一体型の光反応容器本体１２について考える。
光反応容器本体１２の内側の半径をｒ＝０．１（ｍ）とし、かつ反射層１３としてＳｐｅｃｔｒａｌｏｎを用いた場合、反射率は０．９９０となる。
【００５１】
ここで、オゾンにＣＦ４を添加した系にレーザ照射することでターゲットとなる酸素同位体を含むオゾンを選択的に分解し酸素同位体を濃縮する方法（特許文献２に記載された方法）を用いた場合について説明する。
【００５２】
オゾンのＷｕｌｆ帯における吸光係数ａは、約１．０×１０−６ｍ−１である。反応に用いる光を光反応容器本体１２に伝播する光ファイバー１４には、伝搬モードの違いにより大きく分けて、シングルモードファイバーとマルチモードファイバーの２種類がある。
シングルモードファイバーは、単一モードのみ搬送するが、コア径が５〜１５μｍと小さく、光源からの光をファイバー結合する際のロスが大きい。
【００５３】
一方、マルチモードファイバーは、複数モードの光を伝搬するがコア径が４０〜１００μｍと大きいため、本発明の光反応用途に適している。
例えば、コア径１００μｍのマルチモードファイバーを用いても、光反応容器本体１２の内面１２ｂの表面積に対してコア断面積は１０桁以上小さく、光ファイバー１４から外部に漏洩する光損失は無視できる。
【００５４】
光ファイバー１４からの入射光量Ｉ０ = １Ｗとし、図1に示す拡散反射板１６の径を６．３５ ｍｍとすると、拡散反射板１６の断面積は、約３．１７×１０−５ｍ２である。
一方、ガス用開口部２９（ガスポート）の接続がなく、拡散反射板１６の設置箇所が拡散反射面１６ａで完全に覆われている場合の光反応容器本体１２の内面１２ｂの表面積は、約１．２６×１０−２ｍ２である。
【００５５】
したがって、拡散反射板１６の有無による光反応容器本体１２の内面１２ｂの表面積の比Ａ１／Ａ０= ２．５２×１０−３となる。したがって、拡散反射板１６で塞がれていない場合の反射面１３ａにおけるみなし反射率はρ1≒０．９８７５となる。
このみなし反射率を用いると、下記式(７)〜(９)より、拡散反射板１６がない場合の光損失を考慮した光路長z１＝１０．７ｍが算出される。
【数７】
【数８】
【数９】
【００５６】
一方、図1に示すように、拡散反射面１６ａを有する拡散反射板１６を設けた場合には、拡散反射板１６と光反応容器本体１２との間のわずかな隙間による損失は発生するが、これは無視できる程度であり、反射面１３ａにおける反射率は、略開口部１５（ポート）を考慮しない理想積分球に等しい。
したがって、Ｓｐｅｃｔｒａｌｏｎ（登録商標）の反射率を、そのままρ＝０．９９０として用いることができ、平均光路長ｚ [ｍ] は、上記式(７)〜(９)により１３．３ ｍとなる。
【００５７】
第１の実施の形態の光反応容器によれば、反射層１３が形成された光反応容器本体１２を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部１５と、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に光を拡散反射させる拡散反射面１６ａを備え、かつ開口部１５の内周側面１５ａと接触するように開口部１５に配置された拡散反射板１６と、拡散反射板１６と開口部１５の内周側面１５ａとの間に隙間３１が形成されるように、拡散反射板１６を変位させる拡散反射板変位手段１８と、を有することにより、開口部１５の内周側面１５ａと拡散反射板１６とを接触させて光反応容器本体１２内の雰囲気を気密することが可能になると共に、拡散反射板変位手段１８により拡散反射板１６を移動させて、拡散反射板１６と開口部１５の内周側面１５ａとの間に隙間３１を形成し、該隙間３１を介して、光反応容器本体１２内に試料ガスを導入または排出させることが可能となる。
【００５８】
これにより、開口部１５からの光損失を抑制することが可能となり、入射光を有効利用することが可能となるので、生成物の収率を向上させることができる。
【００５９】
なお、図１及び図２には、図示していないが、光反応容器本体１２の温度を調整する冷凍機を設けてもよい。
また、図示してはいないが、並列に接続された複数の光反応容器１０により、複数の光反応容器１０を切り替え可能とされた光反応装置を構成してもよい。
【００６０】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光反応容器の概略構成を示す断面図であり、光反応容器本体内の雰囲気が気密された状態を模式的に示す図である。
図３を参照するに、第２の実施の形態の光反応容器４０は、第１の実施の形態の光反応容器１０に設けられた拡散反射板１６及び拡散反射板変位手段１８の替わりに、拡散反射板４１、拡散反射板変位手段４３、及びガス用開口部４４を設けた以外は、光反応容器１０と同様に構成される。
【００６１】
拡散反射板４１は、開口部１５のうち、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に配置されており、円形板形状とされている。図３では、空間２１が気密された状態を示しており、この状態では、拡散反射板４１の外周側面４１ａ全体は、開口部１５の内周側面１５ａ全体と接触している。
【００６２】
拡散反射板４１は、光反応容器本体１２の内面１２ｂ側に配置され、光を拡散反射させる拡散反射面４１ａを有する。図１に示す状態において、拡散反射面４１ａは、反射面１３ａと共に連続した曲面を構成している。
拡散反射板４１のうち、少なくとも拡散反射面４１ａを構成する部分の材料としては、ＰＴＦＥ、硫酸バリウム、金、銀、銅のうち、少なくとも１つの材料を用いることができる。
【００６３】
拡散反射板変位手段４３は、第１の実施の形態で説明した拡散反射板変位手段１８（図１参照）に設けられた軸部２５及びハンドル部２８と、軸支持部４５と、を有する。
軸部２５は、筐体１１及び光反応容器本体１２を貫通するように設けられており、一方の端が拡散反射板４１の外周側面と接続されている。軸部２５は、回転可能な構成とされており、回転することで、拡散反射板４１を回転させる。
【００６４】
ハンドル部２８は、軸支持部４５から露出され、筐体１１の外部に設けられた軸部２５の他方の端と接続されている。ハンドル部２８を回転させることで、拡散反射板４１が回転し、拡散反射板４１と開口部の内周側面１５ａとの間に隙間（図示せず）が形成される。
軸支持部４５は、筐体１１の外壁に設けられている。軸支持部４５は、シール材を介して、軸部２５の一部を移動可能な状態で支持している。
ガス用開口部４４は、筐体１１の外壁に設けられており、開口部１５を露出している。ガス用開口部４４は、試料ガスを空間２１に導入及び導出するための開口部である。
【００６５】
上記構成とされた第２の実施の形態の光反応容器４０に設けられた拡散反射板変位手段４３は、バタフライバルブと同等の構造を有するものであり、拡散反射板４１を９０度回転させて光反応容器本体１２とガス用開口部４４とを接続したときの圧力損失は、第１の実施の形態の光反応容器１０よりも小さくすることができる。
【００６６】
ただし、第２の実施の形態では、拡散反射板４１の外周側面４１ｂと開口部１５内周側面１５ａとの接触は、押圧によるものではないので、第１の実施に形態と比較して、リーク性能が悪化する虞があるので、必要な性能に応じて第１の実施の形態の光反応容器１０の構造、または第２の実施の形態の光反応容器４０の構造を選択することが望ましい。
【００６７】
なお、図３には、図示していないが、光反応容器本体１２の温度を調整する冷凍機を設けてもよい。
また、図示してはいないが、並列に接続された複数の光反応容器４０により、複数の光反応容器４０を切り替え可能とされた光反応装置を構成してもよい。
【００６８】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、光反応容器本体に設けられた開口部からの光損失を抑制することで、生成物の収率を向上させることの可能な光反応容器及び光反応装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，４０…光反応容器、１１…筐体、１２…光反応容器本体、１２ａ…外面、１２ｂ…内面、１３…反射層、１３ａ…反射面、１４…光ファイバー、１４Ａ…先端部、１５…開口部、１５ａ…内周側面、１６，４１…拡散反射板、１６ａ，４１ａ…拡散反射面、１６ｂ，４１ｂ…外周側面、１８，４３…拡散反射板変位手段、２１，２６Ａ…空間、２５…軸部、２６，４５…軸支持部、２８…ハンドル部、２９，４４…ガス用開口部、３１…隙間、Ａ…線方向、Ｃ１，Ｃ２…中心、Ｍ１，Ｍ２…厚さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの光反応に用いられる光反応容器本体を有する光反応容器であって、
前記光反応容器本体を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部と、
前記光反応容器本体の内面側に配置され、前記光を拡散反射させる拡散反射面を備え、かつ前記開口部の内周側面と接触するように前記開口部に配置された拡散反射板と、
前記拡散反射板と前記開口部の内周側面との間に隙間が形成されるように、前記拡散反射板を変位させる拡散反射板変位手段と、
を有することを特徴とする光反応容器。
【請求項２】
前記開口部は、前記光反応容器本体の外面から前記光反応容器本体の内面に向かうにつれて、開口径が狭くなる形状とされており、
前記拡散反射板は、前記開口部の形状と略等しい形状とされており、
前記拡散反射板変位手段は、前記拡散反射板の中心と前記光反応容器本体の中心とを結ぶ線方向に前記拡散反射板を移動させることを特徴とする請求項１記載の光反応容器。
【請求項３】
前記開口部は、前記光反応容器本体の外面から前記光反応容器本体の内面に向かうにつれて、開口径が狭くなる形状とされており、
前記拡散反射板は、前記開口部のうち、前記光反応容器本体の内面側に配置されており、
前記拡散反射板変位手段は、前記開口部内において前記拡散反射板を回転させることを特徴とする請求項１記載の光反応容器。
【請求項４】
前記拡散反射板変位手段は、一方の端が前記拡散反射板と接続された軸部と、
前記光反応容器本体の外面のうち、前記隙間が形成される面を露出する空間、及び該空間を介して、前記光反応容器本体内に前記ガスを導入及び導出するためのガス用開口部を有し、かつ前記軸部の一部を移動可能に支持する軸支持部と、
前記軸支持部の外側に位置する前記軸部の他方の端に設けられ、前記軸部を介して、前記拡散反射板を移動させるハンドル部と、
を含むことを特徴とする請求項２記載の光反応容器。
【請求項５】
前記拡散反射板変位手段は、一部が前記光反応容器本体に内設され、一方の端が前記拡散反射板の外周側面と接続された軸部と、
前記光反応容器本体から露出された前記軸部の他端と接続され、前記軸部を介して、前記拡散反射板を回転させるハンドル部と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の光反応容器。
【請求項６】
前記光反応容器本体を貫通するように配置され、前記光反応容器本体内に光を照射する光ファイバーを設けたことを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項７】
前記光反応容器本体の内面に、該光反応容器本体の内面の形状に対応する曲面とされた反射面を有する反射層を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項８】
前記拡散反射面は、前記反射面と共に連続した曲面を構成することを特徴とする請求項７記載の光反応容器。
【請求項９】
前記拡散反射板のうち、少なくとも前記拡散反射面を構成する部分の材料が、ＰＴＦＥ、硫酸バリウム、金、銀、銅のうち、少なくとも１つの材料よりなることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項１０】
前記光反応容器本体の形状は、内部が中空とされた球体であることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項１１】
前記光反応容器本体の温度を調整する冷凍機を設けたことを特徴とする請求項１ないし１０のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の光反応容器を複数設け、
複数の前記光反応容器を並列に接続し、
複数の前記光反応容器を切り替え可能な構成としたことを特徴とする光反応装置。
【請求項１】
ガスの光反応に用いられる光反応容器本体を有する光反応容器であって、
前記光反応容器本体を貫通するように設けられた少なくとも１つの開口部と、
前記光反応容器本体の内面側に配置され、前記光を拡散反射させる拡散反射面を備え、かつ前記開口部の内周側面と接触するように前記開口部に配置された拡散反射板と、
前記拡散反射板と前記開口部の内周側面との間に隙間が形成されるように、前記拡散反射板を変位させる拡散反射板変位手段と、
を有することを特徴とする光反応容器。
【請求項２】
前記開口部は、前記光反応容器本体の外面から前記光反応容器本体の内面に向かうにつれて、開口径が狭くなる形状とされており、
前記拡散反射板は、前記開口部の形状と略等しい形状とされており、
前記拡散反射板変位手段は、前記拡散反射板の中心と前記光反応容器本体の中心とを結ぶ線方向に前記拡散反射板を移動させることを特徴とする請求項１記載の光反応容器。
【請求項３】
前記開口部は、前記光反応容器本体の外面から前記光反応容器本体の内面に向かうにつれて、開口径が狭くなる形状とされており、
前記拡散反射板は、前記開口部のうち、前記光反応容器本体の内面側に配置されており、
前記拡散反射板変位手段は、前記開口部内において前記拡散反射板を回転させることを特徴とする請求項１記載の光反応容器。
【請求項４】
前記拡散反射板変位手段は、一方の端が前記拡散反射板と接続された軸部と、
前記光反応容器本体の外面のうち、前記隙間が形成される面を露出する空間、及び該空間を介して、前記光反応容器本体内に前記ガスを導入及び導出するためのガス用開口部を有し、かつ前記軸部の一部を移動可能に支持する軸支持部と、
前記軸支持部の外側に位置する前記軸部の他方の端に設けられ、前記軸部を介して、前記拡散反射板を移動させるハンドル部と、
を含むことを特徴とする請求項２記載の光反応容器。
【請求項５】
前記拡散反射板変位手段は、一部が前記光反応容器本体に内設され、一方の端が前記拡散反射板の外周側面と接続された軸部と、
前記光反応容器本体から露出された前記軸部の他端と接続され、前記軸部を介して、前記拡散反射板を回転させるハンドル部と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の光反応容器。
【請求項６】
前記光反応容器本体を貫通するように配置され、前記光反応容器本体内に光を照射する光ファイバーを設けたことを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項７】
前記光反応容器本体の内面に、該光反応容器本体の内面の形状に対応する曲面とされた反射面を有する反射層を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項８】
前記拡散反射面は、前記反射面と共に連続した曲面を構成することを特徴とする請求項７記載の光反応容器。
【請求項９】
前記拡散反射板のうち、少なくとも前記拡散反射面を構成する部分の材料が、ＰＴＦＥ、硫酸バリウム、金、銀、銅のうち、少なくとも１つの材料よりなることを特徴とする請求項１ないし８のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項１０】
前記光反応容器本体の形状は、内部が中空とされた球体であることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項１１】
前記光反応容器本体の温度を調整する冷凍機を設けたことを特徴とする請求項１ないし１０のうち、いずれか１項記載の光反応容器。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の光反応容器を複数設け、
複数の前記光反応容器を並列に接続し、
複数の前記光反応容器を切り替え可能な構成としたことを特徴とする光反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２３９９８３（Ｐ２０１２−２３９９８３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２７２１（Ｐ２０１１−１１２７２１）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
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