Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
258
г
во Франции, ФРГ и Великобритании, хотя несколько публикаций по лазерному разделению изотопов появилось и в этих странах.
Лос-Аламосская лаборатория развивает метод, базирующийся на использовании для разделения изотопов молекул UF6; LLL и JNAI сосредоточили усилия на методе многоступенчатой фото-ноннзации 235U в потоке уранового пара [6.20—6.24], хотя надо думать, что JNAI занимается также и молекулярным методом.
Работы LASL и LLL по ЛРИ урана общеизвестны, так чти только самые основные положения и технология будут обсуждаться ниже. Технология и результаты многочисленных экспериментов по лазерному разделению изотопов других элементов будут привлекаться лишь с тем, чтобы облегчить восприятие работ по лазерному разделению изотопов урана.
6.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ
Слово «лазер» представляет собой аббревиатуру английского выражения Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation*. Лазеры вырабатывают (генерируют) очень интенсивные пучки хорошо коллимированного монохроматического и когерент-ього света. Коллимированный свет проходит большие расстояния, и при этом расходимость луча или, другими словами, изменение диаметра луча невелики. Монохроматический свет эквивалентен чистому цвету, или одной частоте световых волн. Эти уникальные характеристики обязаны тому факту, что лазерный свет есть стимулированное излучение, в то время как у других источников оно спонтанное. Лазерный свет возникает в оптической полости, которая вынуждает световой луч многократно пересекать ее в прямом и обратном направлениях, увеличивая тем самым интенсивность луча за счет процесса стимулированного излучения. Поэтому как характеристики, так и интенсивность лазерного луча зависят от свойств лазерной полости—резонатора. Полость резонатора имеет собственные частоты колебаний электромагнитного излучения внутри нее—моды, которые определяют пространственную (х, у) конфигурацию интенсивности светового луча, распространяющегося вдоль оси резонатора (направление z). Если гауссовский луч лазера распространяется через среду, не вызывающую его размытие, то луч может быть сфокусирован в пятно с диаметром порядка длины волны. Радиус этого пятна на расстоянии z от фокальной плоскости можно вычислить из выражения
г2 = Го [ 1 + (Хг/тсго)2],
где К — длина волны [6.25].
В дополнение к пространственным модам лазерное излучение обладает продольными, или частотными, модами, которые возникают из требования целого числа п полуволн в стоячей волне ре-
* Усиление света путем индуцированного испускания излучения. — Прим.
ред.
17* 259
зОнатора (рис. 6.1): nX/2 = L, где L — расстояние между зеркалами, или n = 2Lv, где v=l/A — частота, измеряемая в обратных сантиметрах.
Частотный промежуток между модами определяется из
Av = A/z/2Z, см-1, и Для двухметрового расстояния Д^= 1/2-200 = 2,5-10—3 см-1,
Рис. 6.1. Распределение интенсивности поля стоячей волны в лазерном резонаторе
ли Av = \ncj2L, Гц. между зеркалами получим: или Av = 3 - 1010/400 = 75 МГц.
Рис. 6.2. Спектральная ширина лазерной линии (/) в сравнении с доп-леровскич контуром молекулярной линии поглощения (2) и линией испускания обычного источника света (Л)
Поскольку спектральная ширина выходного лазерного излучения в одной лазерной моде может быть получена существенно меньшей, то становится возможным осуществление очень высокой селективности на стадии возбуждения (рис. 6.2). Более подробные сведения о формировании лазерного излучения приведены в руководствах по лазерной технике [6.25—6.28].
Узость спектральной линии — наиболее ценное для разделения изотопов тяжелых элементов свойство лазеров, поскольку в этом случае изотопический сдвиг обычно меньше ширины линии излучения традиционных источников света.
Нет сомнений, что кроме приложений, связанных с разделением изотопов, лазеры в силу своих исключительных свойств могут быть использованы для совершенствования фотохимических процессов в химической промышленности.
Неотъемлемым звеном всех процессов ЛРИ является селективное возбуждение атомов или молекул, и хотя в настоящее время известны тысячи лазерных линий, совпадение лазерной линии с подходящим переходом в атоме или молекуле продолжает оставаться редкой случайностью. По этой причине создание и совершенствование перестраиваемых лазеров — это этап всех ЛРИ-программ. Очень серьезное значение имеет этот вопрос для молекулярного варианта ЛРИ, поскольку для претворения его в жизнь необходимы мощные перестраиваемые лазеры в средней части инфракрасного диапазона спектра.
260
Перестраиваемые лазеры на красителях* (ПЛК) относятся к наиболее используемому и совершенному типу перестраиваемых лазеров [6.63]. С использованием различных красителей ПЛК перекрывают диапазон длин воли от 350 нм до 1 мкм. Удвоение частоты излучения на нелинейных элементах позволяет распространить диапазон перестройки примерно до 220 нм. Спектральная ширина выходного излучения ПЛК может быть сделана чрезвычайно малой. Сама частота может быть стабилизирована с помощью стандартного приема — активной обратной связи частоты излучения лазера с частотой линии поглощения подходящего элемента или молекулы. В оптимальных условиях при выборе лазера накачки, излучение которого хорошо совпадает с полосой поглощения выбранного красителя, может быть достигнута эффективность преобразования 1% при ширине выходного излучения, сравнимой с шириной доплеровского контура. Такие лазеры широко применяются в исследованиях по ЛРИ урана в атомном паре урана.
