Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Высокий коэффициент разделения может быть достигнут в одной стадии при использовании любого из указанных процессов. Дженсеном и др. [6.14] недавно была составлена таблица успешных экспериментов по лазерному разделению изотопов стабильных элементов (табл. 6.1). Обсудим некоторые характерные примеры из этой таблицы по обогащению изотопов с помощью лазеров.
Обогащение дейтерия и изотопа 13С выполнено при селективном фотолизе формальдегида. Молекула Н2СО удачна для фотохимии тем, что ее предиссоциационный переход из верхнего возбужденного состояния имеет значительное время жизни, что обусловливает малую ширину линии возбуждения, много меньшую, чем изотопический сдвиг между соответствующими уровнями. Используя такие оптические разрешенные линии, можно селективно облучать молекулы и переводить соответствующие изотопы в продукты фотолиза: СО и Н2. Физическое отделение продуктов фотолиза от формальдегида не представляет сложностей. Процесс молекулярной предиссоциации в лазерном разделении изотопов примечателен тем, что в нем селективность и энергию, необходимую для диссоциации, можно обеспечить в одной ступени одним лазером.
Двухступенчатый фотолиз, по всей вероятности, более объемлющий химический процесс для лазерного разделения изотопов, поскольку в этом случае селективность обеспечивается начальной
256
Таблица 6.1. Данные экспериментов по ла&ерному разделений» изотопой
Изотоп Облучаемая смесь Лазер Литера- тура
Одноступенчатый фотолиз
H/D H5CO/D2CO Вторая гармоника бинового лазера РУ- [6.41]
H/D h2co/d2co Вторая гармоника одимового лазера не- [6.42]
H/D H5CO|HDCO Непр. Не Cd-лазер [6.43]
12С/13С н5со + ко Вторая гармоника ИМ- [6.44]
пульсного ПЛК1*
79Br/8lBr Br, L HI Вторая гармоника не- [6.45]
одимового лазера
H/D, I4N/15N Твердый C2N4H„ + С6Н6 Вторая гармоника им- [6.46]
пульспого ПЛК
14N/15N, 12С/13С C5NvH, Непр. ПЛК [6.47]
Двухступенчатый фотолиз
14N/l5N кн3 С03-лазер фильтр.
искра2*
S5C1/S7C1 НСЛ -f- NO 1-я -L 4-я гармоники не-
одимового лазера
юв/пв BC1S + 02 СОд-лазер + фильтр
УФ-излучения лампы-
вспышки
Лазерно-индуц,ировзнные реакции
i‘N/I5N
35С1/37С1
S3C1/S7C1
зеС1/37С1
1°В/пв
+ Oj Рубиновый лазер ВКР
на жидком N2
CSCl, + DEE Непр. Аг-лазер + им-
IC1 пульсный ПЛК
Непр, ПЛК
Br + HC1 Импульсный HCl-лазер
BC1S + H3S С02-лазер
Многофотонное поглощение инфракрасных квантов
10В/11В s2S, ssS, slS
32S/3.S
H/D
12C/13C
2SSi, 29Si,, s0Si 10B/UB Os
»SC, 35C1/35C1
В^13 -)- Оа С02-лазер
SF6 + Н„ N0, НВг
SFe + Н2
CHjCl,
CF.C1, + Na
SiP4 + Н,
ВС13 + н, „
0s04 + Н„ NO, СО, OCS, С2Н. ”
СС14 "
[6.48]
[6.49]
[6.50]
[6.51]
[6.52]
[6.53]
[6.54]
[6.55]
[6.56]
[6.57]
[6.58]
[6.59]
[6.60] [6.60] [6.60] [6.61]
[6.62]
J* ПЛК — перестраиваемый лазер на красителе.
Фильтр, искра — искровой спектр, прошедший оптический фильтр.
17 Зак. 2067 2 57
стадией возбуждения молекулы (обычно колебательных уровней), а химические превращения следуют после дополнительного поглощения квантов. Необходимым условием селективности подобных реакций является различие скоростей протекания реакции для молекул в колебательно-возбужденном состоянии н молекул в нижних квантовых состояниях. Пример такого рода продемонстрирован в табл. 6.1 для ВС1 з при использовании отфильтрованного излучения лампы-вспышки.
Подходящими для лазерной химии следует признать реакции, которые медленно протекают прн комнатной температуре, но существенно ускоряются лазерным излучением и при этом не требуют так много лучистой энергии, как это происходит для известных двухфотонпых процессов. Ожидается, что развитие подобных схем для разделения изотопов урана может быть перспективным. Осуществление такой программы потребует исчерпывающих исследований по фотохимии урана. К сожалению, сегодняшние сведения по этому вопросу сильно противоречивы.
Недавнее открытие явления множественного поглощения молекулой инфракрасных (ИК) квантов [6.15—6.17] привело к многочисленным впечатляющим демонстрациям лазерного разделения изотопов. Некоторые работы приведены в табл. 6.1. Усилиями советских и немецких ученых производительность этого процесса недавно была доведена до уровня 1 г/день для SF6. Однако для проблемы разделения изотопов урана более существенна не демонстрация разделения изотопов серы, а потенциальные возможности, которыми обладает метод. Теперь стало ясно, что многоатомные молекулы могут селективно поглощать значительную колебательную энергию. Этот факт может быть использован при разработке усовершенствованных процессов разделения изотопов урана.
Сообщения об успешных экспериментах продолжают регулярно появляться в печати. Недавние работы по разделению изотопов кислорода с помощью отфильтрованного излучения ArF-лазера [6.18] и изотопов тяжелого металла — молибдена путем интенсивного фотолиза с помощью ИК-лазера [6.19] — не единственные тому примеры.
Из всех этих экспериментов становятся ясными научные возможности использования лазеров для разделения изотопов. Остается тщательно и всесторонне изучить вопрос об экономических показателях процесса лазерного разделения изотопов (ЛРИ) урана. В этом направлении предприняты энергичные программы исследований. В США Лос-Аламосская научная лаборатория [LASL), Лоуренсовская лаборатория в Ливерморе (LLL), компании «Джерси Ньюклеар АВКО Айзотопс» (JNAI) и «Эксон Ньюклеар корпорейшен» имеют большие штаты сотрудников, занимающихся освоением технологии лазерного разделения изотопов. Советский Союз имеет активные программы изучения процессов лазерного разделения изотопов в Институте спектроскопии и ИАЭ им. И. В. Курчатова, Не столь интенсивные исследования ведутся
