Лазерные технологии
16. Лазерная химия. Часть 2 Лазерное разделение изотопов (продолжение) Оптическое отклонение атомного пучка
Скачать Содержание

Оптическое отклонение атомного пучка


Разделение изотопов световым давлением было предложено ещё в 1970 г. Если частота излучения настроена на резонансную линию атома в атомном пучке, то каждый поглощённый фотон передаёт атому количество движения h/λ. При λ = 600 нм это количество движения примерно равно 10−27 кг · м/с. При массе атома ∼10−25 кг это соответствует поперечной скорости 1 см/с.

Для тяжёлых атомов, испаряющихся из печи при температуре 1000 К, тепловая скорость примерно равна 500 м/с. Угловая расходимость атомного пучка θ = υ/υ||, где υ|| — скорость атомов в направлении пучка и υ — скорость в перпендикулярном направлении. При θ = 10–3 рад υ = 10–3·500 = 0,5 м/с. Таким образом, если тщательная коллимация исходного пучка обеспечивает расходимость 1 мрад, то разделение можно получить при поглощении каждым атомом не менее 50 фотонов лазерного излучения.

Если предположить, что лазер облучает 1 см длины атомного пучка, то каждый атом будет пребывать в облучаемой области 0,2·10−4 с. В течение этого времени необходимо обеспечить не менее 50 переходов с энергией ∼3 эВ или 5·10−19 Дж. Таким образом, для отделения каждого атома требуется энергия 250·10−19 Дж, или 1,5·107 Дж/моль.

Эти весьма значительные количества энергии не учитывают потерь при генерировании необходимого лазерного излучения. Поэтому оптическое отклонение является неэффективным способом производства изотопов в достаточных количествах.

Проведено исследование разделения различных изотопов Ba в атомном пучке методом оптического отклонения при облучении непрерывным лазером на красителе мощностью ∼50 мВт. Лазер настраивался на резонансную линию 6s21S0 → 6s6p1 P10 отдельных изотопов Ba.

Проведена также оценка эффективности разделения молекулярных газов давлением света при различных длинах волн. Теоретически показано, что возможное разделение при ИК- или СВЧ-облучении на несколько порядков величины меньше, чем при облучении видимым или УФ-светом. Экспериментальные исследования показали изменение давления в SF6 при возбуждении излучением на волне 10,6 мкм и в парах Na, возбуждаемых видимым светом.