Селекция изотопов лития методом двухступенчатой лазерной фотоионизации

• Автор: Мощевикин, Алексей Петрович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 80 с.

СОДЕРЖАНИЕ.
ПК1 I. Фотоионизащюнная спектроскопия.
1? :
1.1. Физико-химические, оптические характеристики лития.
1.2. История метода и разновидности фотоионизационной спектроскопии.
1.3. Требования к установке.
1.4. Общая схема экспериментов.
Ш" — р ш
, .. е-/г Ф Ш. А! '? У I : ? Д " 4Т --«У-’. а!>'
2.1. Лазерный комплекс.
2.2. Вакуумная камера.
2.2.1. Экспериментальная камера и система сбора ионов.
2.2.2. Измерение температуры печки и концентрации атомов в зоне взаимодействия.
2.3. Измерение длины волны и ширины спектра лазерного излучения.
2.3.1. Аппаратура для измерения длины волны и ширины спектра лазерного излучения.
2.3.2. Метод вычисления длины волны.
2.3.3. Вычисление ширины спектральной линии.
Глава 3. Расчет зависимости количества образующихся фотоиоиов
4.1. Измерение концентрации атомов лития в рабочей зоне.
4.1.1. Измерение концентрации атомов лития в зоне взаимодействия с лазерным излучением путем напыления на поверхность кварцевого резонатора.
4.1.2. Измерение концентрации атомов лития в зоне взаимодействия с лазерным излучением путем вычисления температуры печки исходя из измерения электрических

характеристик нити накала.
4.2. Технология сбора ионов в экспериментах по селективной 57 лазерной двухступенчатой фотоионизации изотопов лития 61л
и 71л.
4.3. Результаты экспериментов по двухступенчатой 59 фотоионизации изотопов лития.
4.3.1. Зарегистрированная зависимость фотоионного тока от 60 длины волны возбуждающего излучения.
4.3.2. Изучение контуров поглощения ступени возбуждения
4.3.3. Селективность оптического разделения изотопов 61л и 66 71л.
Заключение Основные резчлыаты. получо ньн в рабою

Список используемой н цифруемой литературы.
Публикации но материи.им днсссршшш.
ГГ ' Й '
Приложения.

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность темы диссертации.
Настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процессов взаимодействия лазерного излучения в зависимости от его параметров (длины волны, ширины спектра, плотности энергии) с изотопами 61л, 7Ы.
Метод резонансной фотоионизационной спектроскопии родился и начал активно применяться в различного рода исследованиях в начале 70-х годов [1]. Его развитие обусловлено двумя важными характеристиками: высокой чувствительностью (детектирование одиночных ионов и/или электронов) и селективностью, которая резко возрастает при увеличении числа ступеней фотоионизации. В последнее время, в связи с применением быстрых компьютеров и устройств преобразования (ПЗС-линейки) и обработки (автоматизированные комплексы, платы сопряжения) оптической информации, спектроскопические исследования получили новый импульс в развитии [2-6].
С другой стороны, объект исследований - литий - представляет интерес не только с позиций теоретической физики (третий элемент таблицы Менделеева), но и с практической точки зрения. Ряд работ [7-10] посвящен измерениям тонкой и сверхтонкой структуры изотопов лития с массовыми числами 6 и 7 для изучения спектров в астрономии и химическом анализе. Кроме того, проводились эксперименты по анализу изотопного состава лития [11, 12] вплоть до изотопа с массой 11.
Примененная схема двухступенчатой фотоионизации с регистрацией заряженных частиц во времяпролетном масс-анализаторе позволила обеспечить высокую селективность "разделения" изотопов.
Актуальность темы диссертации также подчеркивает и то, что работа по изучению процессов резонансной лазерной фотоионизации лития проводилась в рамках государственных программ "Физика лазеров", "Наукоемкие технологии", "Лазеры и их применение в народном хозяйстве" и "Университеты России", а также при поддержке РФФИ (грант 02-97
Пели работы.
1. Проведение экспериментов для оценки селективности воздействия лазерного излучения на изотопы лития 61л, 71л. Экспериментальное

ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ЗАВИСИМОСТИ КОЛИЧЕСТВА ОБРАЗУЮЩИХСЯ ФОТОИОНОВ ЛИТИЯ ОТ ПАРАМЕТРОВ ВОЗБУЖДАЮЩЕГО
ИЗЛУЧЕНИЯ.
Как известно, для некогерентного воздействия света на двухуровневую систему (см. рис. 16) в условиях насыщения наблюдается соотношение населенностей уровней, равное отношению статистических весов этих уровней [1, стр. 33]:
n/n2~g}/g2, где (1)
§1=2] 1+1, g2=2j2+l - кратности вырождения (стат. веса) соответствующих уровней.

Например, для перехода - Р3/2 в условиях достаточно сильного
стационарного светового поля соотношение концентраций атомов, находящихся в указанных состояниях, будет п2/п1 * 2/1. При импульсном воздействии, когда его продолжительность сравнима или меньше времени жизни верхнего, а в общем случае и нижнего, уровней необходимо учитывать кинетику распада и заселения каждого из квантовых состояний. Таким образом, критерием для расчета населенностей уровней исходя из кинетических уравнений являются время воздействия и квантовые характеристики самого перехода.
Рис. 16. Схема двух уровней энергии Е2>Е1 (населенности п2 и щ соответственно). Показаны переходы сверху вниз с вероятностью ''У2[ИНД и снизу вверх с вероятностью У)2ИНД' (прямые стрелки), а также спонтанный переход с вероятностью '\'21СП0НТ' (волнистая
стрелка).
Следуя формулам из [39, стр. 32], рассмотрим изменение населенностей в системе двух уровней энергии, происходящее под действием резонансного