Экспериментальное исследование разделения изотопов неодима методом лазерной селективной фотоионизации атомного пара

• Автор: Цветков, Глеб Олегович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

1 .Обзор литературы.
2. Описание установки и методология.
3. Испарение.
3.1. Постановка задачи.
3.2. Поиск материала тигля.
3.3. Исследование взаимодействия неодима с молибденом, ниобием и углеродом.
3.4. Исследование влияния поверхностного натяжения неодима на работоспособность испарителя.
3.5. Экспериментальное исследование методов нагревания тигля.
3.6. Экспериментальное исследование испарения неодима.
3.7. Выводы.
4. Спектроскопия. Выбор схемы фотоионизации.
4.1. Постановка задачи.
4.2. Анализ литературных данных.
4.3. Анализ известных схем фотоионизации.
4.4. Поиск новых схем фотоионизации.
4.4. Выводы.
5. Исследование выделенной схемы фотоионизации.
5.1. Постановка задачи.
5.2. Измерение времени жизни возбужденных состояний.
5.3. Исследование зависимости величины фотоионного тока от интенсивностей лазерного излучения на различных ступенях.
5.4. Исследование зависимости селективности фотоионизации от интенсивностей лазерного излучения на различных ступенях.
5.5. Прямые измерения вероятности фотоионизации.
5.6. Выводы.
6. Деселектирующие процессы
6.1. Постановка задачи
6.2. Методика обработки экспериментальных результатов
6.3. Влияние эффекта Доплера на селективность и
производительность исследуемой разделительной ячейки
6.4. Поток нейтральных атомов на коллектор
6.5. Резонансная перезарядка
6.6. Совместное влияние эффекта Доплера, рассеяния атомов и резонансной перезарядки на селективность и
производительность исследуемой разделительной ячейки
6.7. Выводы
7. Перспективы развития и оценка себестоимости обогащения неодима AB ЛИС - методом
7.1. Постановка задачи
7.2. Пути увеличения производительности
7.3. Оценка себестоимости строительства установки и
наработки продукта
8.Выводы
Заключение. ,
Литература

Изотопно-обогащенные материалы все шире применяются в науке, технике, в медицине. Однако прогресс в этой области сдерживается возможностями современной разделительной техники. Наиболее доступными оказываются изотопы элементов, имеющих газообразные соединения, пригодные для разделения в газодиффузионных и центробежных установках. Вместе с тем, существует целый ряд элементов, не имеющих таких газообразных соединений. Изотопы таких элементов могут быть разделены электромагнитным методом, однако стоимость разделения оказывается очень высокой и это затрудняет широкое использование этих изотопов. Поэтому, в настоящее время весьма актуальным является развитие методов разделения, не требующих наличия газообразных соединений, но способных значительно снизить затраты на разделение по сравнению с электромагнитным методом. В этом отношении, наиболее перспективными методами являются ионноциклотронный резонанс и лазерные методы разделения.
Изотопная селективность лазерного воздействия основана на небольших различиях в энергии уровней электронных оболочек изотопов одного и того же химического элемента. Разница энергий уровней различных изотопов, называемая изотопическим сдвигом, оказывается много меньше энергии возможных переходов между уровнями, поэтому изотопический эффект проявляется как малое расщепление спектральных линий. Используя спектрально узкое лазерное излучение, можно селективно стимулировать электронные переходы атомов отдельных изотопов, переводя их в возбужденное состояние. Наиболее перспективными способами последующего закрепления достигнутой селективности является химическая реакция с возбужденным атомом (лазерные фотохимические методы) и фотоионизация (АВЛИС от амер. Atomic Vapour Laser Isotope Separation). Среди различных способов лазерного разделения изотопов наибольшие успехи достигнуты в применении АВЛИС-метода для обогащения урана в США.

3.7. Выводы.
1) Проведено исследование взаимодействия неодима с возможными тигельными материалами. Анализ литературы показывает, что для изготовления тиглей подходят тантал и вольфрам. При этом срок службы тиглей может достигать 30 тыс. часов. Экспериментальное исследование показывает, что для изготовления экспериментальных тиглей можно применять молибден и ниобий.
2) Исследовано влияние поверхностного натяжения неодима на работоспособность испарителя. Измерен коэффициент поверхностного натяжения неодима. Показано, что конструкция тигля не должна содержать вертикальных тонких зазоров и капилляров. Рассмотрено явление самопроизвольного запаивания узких паровых каналов жидким неодимом. Показано, что для избежания запаивания диаметр канала должен быть более 5мм.
3) Экспериментально опробованы два метода нагрева тиглей — метод электронного нагрева и радиационный нагрев. Показано, что радиационный нагрев в наибольшей степени подходит для создания испарителя.
4) Экспериментально исследовано испарение неодима с помощью созданного испарителя с радиационным нагревом. Плотность атомного пара измерялась по поглощению лазерного излучения. Измерение поглощения при переходе с основного состояния и с первого метастабильного состояния показывают, что испарение происходит без нарушения равновесной заселенности квантовых состояний. Создан экспериментальный испаритель, способный обеспечить атомную плотность в рабочем объеме — 10|41/см3. Длина испарителя 30см.
Основные результаты этой главы изложены в работе [80,103].