Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время наибольшее значение в проблеме промышленного использования лазеров на красителях имеет создание эффективных и надежных лазеров накачки. Непрерывный режим работы позволяет обойти возникающие для импульсных лазеров сложности коммутации больших мощностей, но он не отвечает требованиям эффективного проведения многоступенчатого процесса возбуждения и ионизации атомов урана из-за быстрого распада промежуточных возбужденных состояний. Возникающая проблема распада возбужденных состояний может быть решена путем применения импульсного облучения атомов; при этом задержка импульсов, производящих перевод атомов урана на более высокий уровень, должна быть меньше времени жизни атома на предыдущем возбужденном уровне. Типичные интервалы задержек составляют наносекунды, что может быть обеспечено приемами специальной лазерной импульсной техники. Частоту следования импульсов выбирают из условия заполнения рабочего объема атомами урана за время между импульсами. Интервал между импульсами равен размеру рабочего объема (в направлении потока атомов урана), деленному на среднюю скорость атомов. Для длительной работы лазера необходим надежный коммутатор, производящий 1010 или более лазерных вспышек за время непрерывной работы.
Существует большое разнообразие схем накачки лазеров на красителях, и поэтому возможен положительный результат работы
266
по созданию лазера с удовлетворительным ресурсом работы, хорошей эффективностью (выше 1%) и высокой частотой повторения импульсов.
Другие типы лазеров также представляют интерес при разработке атомного варианта ЛРИ урана, включая ССЬ-лазеры. СОг-лазеры можно с успехом использовать прн ионизации высоковозбужденных атомов урана. Такая схема имеет определенные преимущества. Сечение ионизации атомов урана значительно меньше сечения переходов между связанными уровнями, поэтому применение мощных и высокоэффективных СОг-лазеров на стадии ионизации имеет определенные преимущества.
Лазеры па галогенндах благородных гаьов — также потенциальные кандидаты на использование при практическом осуществлении атомного варианта ЛРИ урана. При этом уникальные свойства этих лазеров — высокая эффективность, УФ-диапазон длин волн и небольшая перестройка излучения — могут найти самое широкое применение.
6.4. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕТОД
Хотя химические свойства молекул, содержащих различные изотопы разделяемого элемента, практически одинаковы, тем не менее возбуждение молекул может привести к заметным изменениям их химических свойств. Существует большое разнообразие схем, пригодных для разделения изотопов урана, основанных на селективном действии лазерного излучения. Использование в фотохимических процессах лазеров принесло с собой новые приемы и методы, которые дополнили обширный экспериментальный и теоретический материал, накопленный при работе с традиционными источниками. Различают два основных направления протекания фотохимических реакций при лазерном воздействии на молекулы. Одно из них — фотодиссоциация, происходящая, если изолированная молекула поглощает достаточное для разрыва химической связи количество лазерной энергии; в фотодиссоциацин участвует только та молекула, которая поглощает лазерное излучение. Второе направление может быть названо лазерным стимулированием химических реакций с участием двух молекул, когда молекула, поглотившая лазерную энергию, вступает в химические реакции с другими молекулами. Для всех химических процессов характерна конкуренция между равновесным и неравновесным направлениями протекания химический реакций. Поэтому подходящими для разделения изотопов можно назвать такие процессы, при которых необратимые химические изменення наступали бы с возможно большей скоростью.
На рис. 6.5 схематически представлены основные стадии процесса ЛРИ урана, успешное выполнение которых необходимо для эффективного протекания всего процесса в целом.
267
Выдор материалов ? Спектроскопия ? Изотопические эффекты ? Рабочие условия ?
Оптическая селективность ? Силы осцилляторов ?
Время жизни уровней ? Тетери селективности ?
Фотодиссоциация ? Химическая реакция?
Различия 8упругости паров?'. Химические свойства ?
Приготовление исходного рабочего вещества
Селективное
возбуждение
Химическое
превращение
Отделение
продукта
Узкополосность лазеров ? Необходимые длины волн ? ^Энергия одного импульса? Частота повторения импульса?
I Мощность лазеров ?
I Газ-разбавитель ? [Использование полей ?
j КдантоВый Выход ? л Образование радикалов ? [Удаление шлакод ?
Устройство сборника ? Внешние поля ?
Перевод продукта 8 товарную форму
Рис. 6.5. Основные стадии молекулярного метода разделения изотопов
На рис. 6.6 приведена диаграмма энергетических уровней для молекулы, содержащей уран, на которой показаны изотопические различия н вытекающие из них возможности селективного возбуждения молекулы. Детали изображенных на диаграмме процессов обсуждаются ниже.
и-АВ+С
Y М/SU<Uи ММ Л Порог по отношению к диссоциации
Химическая реакция из электронно -возбужденного состояния
U•АВС+ у Порог
химической
