Лазерное разделение изотопов

ФИЗИКА»
ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Лекция-16

диссоциации. Этот процесс широко использовался при лазерном разделении изотопов в

парах атомов. На рисунке приведены несколько возможных схем селективной двухступенчатой фотоионизации. Все процессы изотопически
селективны в первом переходе, когда излучение точно настроено на линию поглощения только одного изотопа.

отсутствие соударений будет накапливать энергию поглощенного излучения в различных внутренних

состояниях. При непрерывном облучении накапливаемая энергия может достигнуть величины, при которой происходит разрыв связи. Это явление часто сопровождается люминесценцией в видимой или УФ-областях. Начальное поглощение фотонов ИК-излучения происходит путем последовательных колебательно-вращательных переходов до уровня запасенной молекулой
энергии 0,5\,эВ. На этой стадии ангармоничность компенсируется сдвигами при переходе к другим вращательным ветвям (P →Q→R) с возрастанием колебательного уровня . Когда достигается высоковозбужденное колебательное состояние (ν=3 или 4), перекрытие колебательных состояний разных типов порождает квазиконтинуальное состояние. Это приводит к быстрому перераспределению накопленной энергии в соответствующую колебательную моду, что облегчает
дальнейшее поглощение фотонов.

колебательных состояний с увеличением энергии возбуждения некоторых многоатомных молекул. При

ρкол > 1-10 на 1 см-1 возникает квазиконтинуум колебательных состояний. Для SF6 это состояние достигается при превышении энергии возбуждения всего 3000 см-1

SF6 при возбуждении излучением CO2- лазера основного ν3 и составного

ν2 + ν6 колебаний молекулы SF6

молекул SF6 от волнового числа лазерного излучения.

на легкой воде вырабатывает 109 Вт энергии. Это требует переработки

600 тонн руды U3O8 для первой заправки и затем 200 тонн ежегодно для дозаправки. Топливо обогащается до содержания в 3% U235 при естественном содержании 0,75%. После обогащения остается обедненный UF6 с содержанием U235 в 0,2-0,3 %. В промышленности развиты два типа обогащения: газодиффузионное и газоцентрифуговое.
Газовая диффузия требует затрат 5 МэВ на атом U235, технология центрифугового разделения – 0,3 МэВ на атом.
Стоимость разделения составляет 5 млн. долларов на 1 тонну U235.
Оценим энергетические затраты лазерного метода. Для разделения 1 атома требуется порядка 10 эВ, что с учетом к.п.д. лазеров, затрат на химическую обработку и содержания U235 в природной руде дает значение около 1 кэВ на атом. При этом очень высокая селективность, присущая лазерному методу позволила бы сократить потребности в новой руде на 40%.
2-ой путь – использование природного урана а реакторах с тяжелой водой.
В этом случае возникает не менее сложная задача получения тяжелой воды, так как природное содержание дейтерия составляет 1 атом на 5000 атомов водорода.

для разделения изотопов урана.
По аналогии с разделением изотопов серы

методом многофотонной диссоциации молекул SF6 были осуществлены попытки разделения изотопов урана многофотонной диссоциацией молекул гексафторида урана. Однако, в отличие от SF6, молекулы UF6 поглощают излучение в более длинноволновой области 16 мкм, в которой нет мощных лазерных источников. Преобразование излучения CO2- лазеров в этот диапазон с помощью комбинационного рассеяния в водороде позволило достичь эффекта разделения, однако коэффициент обогащения был значительно меньше, чем в случае SF6.
Наиболее перспективным методом оказался метод ионизации атомов в атомарном пучке: AVLIS- метод (atomic vapor laser isotop separation). Несмотря на то, что температура кипения металлического урана составляет 2600 K, использование лазеров на парах меди со средней мощностью 4 кВт, длительностью импульса 20 нс и частотой повторения импульсов 23 кГц позволило получить достаточные для промышленного использования коэффициенты поглощения. Поскольку энергия ионизации U235 составляет 6 эВ, процесс ионизации обеспечивается за счет трехфотонного поглощения.
 

особо чистых материалов микроэлектроники.
Для получения особо чистого кремния газ SiH4

очищался от остаточных примесей с помощью излучения эксимерного ArF- лазера с длиной волны 196 нм. В результате органические примеси диссоциировали и получен кремний с рекордным значением содержания примесей –1010 в см3.
Один из важных материалов полупроводниковой электроники – трихлорид мышьяка – AsCl3 очищается от основных примесей – 1,2-дихлорэтана C2H4Cl2 и четыреххлористого углерода –CCl4 облучением излучения CO2- лазера, которое приводит к диссоциации молекул примесей при настройке частота на соответствующие линии поглощения .
 

температуру синтеза и избавиться от примесей.
2. Синтез витамина D (2

стадии- KrF и азотный лазеры)
3. Фрагментация молекул: SF6--SF5--SF4
4. Синтез молекулы P2N5