Лазерное разделение изотопов

С начала 70-х годов начаты систематические исследования селективного воздействия лазерного излучения на вещество. В ядерной технике, энергетике, медицине, фармакологии и пр. исключительно важна роль материалов с изотопным составом, отличающимся от природного состава. Нужны новые методы разделения изотопов — более дешёвые, более производительные, более гибкие, менее энергоёмкие.

Для разделения изотопов можно использовать хорошо известное явление увеличения реакционной способности атомов и молекул при поглощении фотона, т. е. при фотовозбуждении. Все методы, основанные на химических реакциях возбуждённых частиц называют фотохимическими. С другой стороны, селективно-возбуждённые атомы и молекулы имеют меньшую энергию ионизации и диссоциации, чем невозбуждённые и, следовательно, могут быть ионизованы или диссоциированы лазерным излучением. Такой подход к разделению изотопов называется фотофизическим.

Впервые фотохимическое разделение изотопов ртути, основанное на селективном увеличении скорости реакции тех или иных изотопов ртути с кислородом при их возбуждении было осуществлено в 1937 г.

Однако, этот опыт исключителен, т. к. у ртути есть триплетные метастабильные состояния, а также для возбуждения можно было использовать ртутные лампы с мощными линиями испускания. Естественно, что в долазерную эпоху разделить изотопы других элементов фотовозбуждением было принципиально невозможно.

Гораздо более универсален и гибок фотофизический подход, основанный на способности интенсивного лазерного излучения селективно переводить значительную часть атомов в любое заданное возбуждённое состояние, который может быть реализован только с помощью лазерного излучения.

При этом подходе осуществляется фотоионизация селективно-возбуждённых атомов и молекул, или фотодиссоциация молекул до того, как они возвратятся в основное состояние или передадут своё возбуждение при столкновении с атомами и молекулами другого изотопного состава.

При фотохимическом процессе селективно-возбуждённая молекула при столкновении с другой молекулой (акцептором R) должна вступать в химическую реакцию со скоростью, превышающей скорость реакции для невозбуждённых молекул. С процессом фотохимической реакции конкурируют процессы релаксации возбуждения и перемешивания возбуждения при столкновениях молекул, содержащих атомы различного изотопного состава.