Лазерное разделение изотопов

Пучок последовательно взаимодействует с излучением двух лазеров, в
результате чего на выходе из области взаимодействия концентрация ионов
нужного изотопа увеличивается

Лазерное разделение изотопов

Это время должно быть больше по сравнению со временем жизни
возбужденного 1-го уровня

ρ1 - плотность мощности излучения первого лазера, то вероятность
индуцированных переходов 0→1

B12 – коэффициент Эйнштейна для соответствующего перехода

Вероятность индуцированных переходов 0→1:

Мера эффективности:

N1 - концентрация атомов нужного изотопного состава в начале потока

N2 - концентрация атомов нужного изотопного состава на выходе

Это значение достигается в предельном случае, когда:

Ширина линии поглощения на переходе 0→1 может оказаться сравнимой
по порядку с величиной ΔE

Наряду с возбуждением 1-го уровня изотопа А излучением с частотой ν1
частично будет возбуждаться и 1-й уровень и изотопа В

Селективность метода ухудшится, поскольку под воздействием излучения
с частотой ν2 изотоп В также будет ионизироваться

A(1)+B(0)→ A(0)+B(1)

A++В→ A+В+

Без учета резонансной передачи энергии и резонансной перезарядки
значение эффективности близкое к 1 может быть достигнуто при скорости
потока порядка 104 см/c, длине области взаимодействия 2-3 см и при
плотности мощности первого лазера порядка сотен милливатт на 1 см2

При учете резонансной передачи энергии и резонансной перезарядки
Близкое к 1 значение эффективности также может быть достигнуто,
однако при этом существенно снижается производительность метода, что
является существенным ограничением для его применения в
промышленных масштабах

Столкновение возбужденного лазерным излучением изотопа с частицей
буферного атома в скрещенных пучках, в результате которого происходит
ионизация:

Ионизация возбужденных изотопов в сильных электростатических полях:
излучением лазера (или нескольких лазеров) возбуждаются состояния,
близкие к энергии ионизации. Прикладываемое затем электрическое поле
так меняет энергетические состояния атома, что возбужденное лазером
состояние попадает в непрерывный спектр, и атом ионизируется

Многоступенчатая селективная фотоионизация может быть использована
для разделения изотопов как атомов, так и молекул

Лазерное разделение изотопов

Высокая селективность метода достигается при импульсном возбуждении,
когда длительность импульса меньше времен газокинетических
столкновений - метод мгновенной диссоциации

Необходимым условием для того, чтобы метод имел высокую
эффективность, является требование, чтобы величина изотопического
сдвига была большей по сравнению с величиной ангармонизма

Объяснение: выход излучения из резонанса по мере поглощения
молекулами квантов света компенсируется конечной шириной
энергетических состояний. Расстояние между состояниями может быть
сравнимо или даже меньше ширины этих состояний, что приводит к
квазинепрерывным полосам поглощения

Это позволяет изотопически-селективно
возбуждать нужный диапазон
колебательных состояний при облучении
смеси изотопов монохроматическим
лазерным излучением

Cкорости предиссоциации существенно
превышают скорости колебательной
релаксации, что позволяет добиваться
высокой эффективности метода

2. Одноступенчатая фотопредиссоциация: если возбужденное связанное
электронное состояние молекулы пересекается с отталкивательным, то
вероятность предиссоциации велика в небольшом диапазоне
колебательных квантовых чисел возбужденного электронного состояния.
Это позволяет изотопически-селективно возбуждать нужный диапазон
колебательных состояний при получении смеси изотопов
монохроматическим лазерным излучением

Пучковые методы

Химические реакции происходят в скрещенных молекулярных пучках.
В пучках практически исключаются все столкновения, кроме столкновений
между частицами-реагентами химических реакций

Лазерное разделение изотопов