В однородном магн. поле Н ион с энергией Eи и массой
М движется по круговой орбите с циклотронной частотой W и радиусом
rH=[(2Eи/M)1/2]/W
Если при этом на смесь ионов действует переменное электрич. поле с частотой w, то энергию поглощают ионы, находящиеся в резонансе с полем: W=w. При этом rH возрастает, что позволяет отделить эти ионы от других (см. Циклотронный резонанс).
Для реализации метода требуется протяжённый столб плазмы диаметром 2rHмакс. Для И. p. U при H=1 Тл и kT=10 эВ приемлема плотность плазмы n~1012-1013 ионов.см-3. Для И. р. К при n=1010-1011 ионов.см-3 при обогащении 41К a=10 [1].
Плазменное разделение. Используется вращение плазмы под
действием силы Лоренца или магн. сжатие плазмы бегущей высокочастотной
волной. В плазменной центрифуге могут быть получены высокие центробежные
ускорения (до 108 м/с2), но при очень высокой температуре (напр., 50 000 К). Для изотопов Кr, Аr, Ne, U a@1,1-1,3.
Оптические методы. Основаны на изотопич. сдвиге спектральных линий поглощения электромагн. излучения. Если длина волны К
падающего на изотопную смесь атомов или молекул монохроматич. света
совпадает с линией поглощения одного из изотопов, то свет поглощают
только атомы этого изотопа, переходя в возбуждённое состояние.
Рис. 5. Принцип лазерного И. р. с использованием молекул: 1 - основное состояние молекул; 2- колебательные уравнения; 3 - электронные уровни; 4 - одноступенчатый фотолиз; 5, 6 - двухступенчатый фотолиз; 7 - многофотонная диссоциация; 8, 9 - разделение изотопов происходит в результате химической реакции.
Возбуждённые атомы отделяют от невозбуждённых фотохим. и физ.. методами
(фотоионизация, фотолиз). Ввиду избирательности поглощения значение а
может быть высоким. Достигнутая в первичном акте селективность на
практике может ухудшаться из-за обмена энергией возбуждения или зарядами
при столкновении с др. изотопом, вторичных хим. реакций и др. Первые
опыты К. Цубера (К. Zuber, 1935, фотохим. окисление) дали для обогащения
200Hg и 202Hg a@4. Для оптич. И. р. используются
лазеры. Лазерное излучение можно применять для селективного возбуждения
электронных уровней атомов или колебат. уровней молекул (рис. 5). Если
электронный уровень выше порога диссоциации, для распада молекулы
достаточно
одного фотона (одноступенчатый фотолиз); пример - обогащение D и 13С
при фотолизе формальдегида. При возбуждении на уровень (электронный или
колебательный) ниже порога диссоциации необходим второй фотон с l,
достаточной для диссоциации (двухступенчатый фотолиз); примеры:
обогащение 14N, 15N и 10В, 11В, при фотолизе NH3 и ВС13 под действием ИК-излучения СO2-лазера и прошедшего через оптич. фильтр УФ-излучения искры или лампы-вспышки; фотолиз UF6
с помощью ИК-излучения (l=16 мкм) и УФ-лазеров [1]. Для многоатомных
молекул возможна многофотонная диссоциация под действием только
ИК-излучения; примеры: обогащение изотопами при воздействии излучения СO2-лаэера на SF6 (32S, 34S), CF3 (13C, 12C), BC13 (10B, 11B), SiF4 (28Si, 29Si, 30Si), CC14 (13C, 35C1, 37C1)
и др. При возбуждении на электронный или колебат. уровень выше порога
хим. реакции возможно ускорение реакции; примеры: обогащение 14N, 15N в реакции N2+O2 и 10В, 11В в реакции BC13+H2S.
Для И. р. с использованием ат. паров металла необходимы лазер на красителях
и УФ-лазер. Первый (излучающий обычно в видимой части спектра)
производит селективное возбуждение одного изотопа, второй - ионизацию
возбуждённых атомов.
Рис. 6. Схема лазерного обогащения 235U фотоионизацией: 1 -
излучение возбуждающего лазера; 2 - излучение ионизирующего лазера; 3 -
поток атомных паров; 4-коллектор ионов; 5 - конденсатор пара.
Полученные ионы отклоняются электромагн. полем к коллектору. Нейтральные
пары собирают на др. коллекторе. Процесс лазерной фотоионизации атомов
применён для изучения И. p. Rb, Li, Ca, Nd, Sm, Eu, Cd, Dy, Er, Yb, U.
Достоинства лазерного И. р.: универсальность, возможность воздействия
только на 1 изотоп (в США есть программа разработки лазерной технологии
обогащения природного урана методом фотоионизации паров 235U (рис. 6).
Литература по ионному циклотронному резонансу
Импульсные СО2-лазеры и их применение для разделения изотопов, М., 1983;
Басов Н. Г. и др. Новые методы разделения изотопов, "УФН", 1977, т. 121, с. 427;
Карлов Н. В. и др. Селективная фотоионизация атомов и ее применение для разделения изотопов и спектроскопии, "УФН", 1979, т. 127, с. 593.
Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
