Главная » 2013 » Октябрь » 24 » Скачать Экспериментальное исследование разделения изотопов неодима методом лазерной селективной фотоионизации атомного пара. Цветков, бесплатно
19:23
Скачать Экспериментальное исследование разделения изотопов неодима методом лазерной селективной фотоионизации атомного пара. Цветков, бесплатно
Экспериментальное исследование разделения изотопов неодима методом лазерной селективной фотоионизации атомного пара
Диссертация
Автор: Цветков, Глеб Олегович
Название: Экспериментальное исследование разделения изотопов неодима методом лазерной селективной фотоионизации атомного пара
Справка: Цветков, Глеб Олегович. Экспериментальное исследование разделения изотопов неодима методом лазерной селективной фотоионизации атомного пара : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.01 Москва, 2005 168 c. : 61 06-1/457
Объем: 168 стр.
Информация: Москва, 2005
Содержание:
Обзор литературы 92 Описание установки и методология 203 Иснарение 2731 Постановка задачи 2732 Поиск материала тигля 3233 Исследование взаимодействия неодима с молибденом,ниобием и углеродом 3634 Исследование влияния поверхностного натялсения неодимана работоспособность испарителя 3835 Экспериментальное исследование методов нагреваниятигля 4336 Экспериментальное исследование испарения неодима 4637 Выводы 504 Спектроскопия Выбор схемы фотоионизации 5141 Постановка задачи 5142 Анализ литературных данных 5243 Анализ известных схем фотоионизации 5544 Поиск новых схем фотоионизации 6144 Выводы 655 Исследование выделенной схемы фотоионизации 6651 Постановка задачи 6652 Измерение времени эюизни возбужденных состояний 6753 Исследование зависимости величины фотоионного тока отинтенсивностеи лазерного излучения на различных ступенях 7254 Исследование зависимости селективности фотоионизацииот интенсивностеи лазерного излучения на различных ступенях 8155 Прямые измерения вероятности фотоионизации 8956 Выводы
6 Деселектирующие процессы 9461 Постановка задачи 9462 Методика обработки экспериментальных результатов 9763 Влияние эффекта Доплера на селективность ипроизводительность исследуемой разделительной ячейки 10664 Поток нейтральных атомов на коллектор 12665 Резонансная перезарядка 13566 Совместное влияние эффекта Доплера, рассеяния атомов ирезонансной перезарядки на селективность ипроизводительность исследуемой разделительной ячейки 13967 Выводы 1467 Перспективы развития и оценка себестоимости обогащениянеодима АВЛИС методом 14871 Постановка задачи 14872 Пути увеличения производительности 14973 Оценка себестоимости строительства установки инаработки продукта 1558Выводы 159Заключение 160Литература
Введение:
Изотопно-обогащенные материалы все шире применяются в науке,технике, в медицине. Однако прогресс в этой области сдерживается, возможностями современной разделительной техники. Наиболее доступнымиоказываются изотопы элементов, имеющих газообразные соединения,пригодные для разделения в газодиффузионных и центробежных установках.Вместе с тем, существует целый ряд элементов, не имеющих такихгазообразных соединений. Изотопы таких элементов могут быть разделеныэлектромагнитным методом, однако стоимость разделения оказывается оченьвысокой и это затрудняет широкое использование этих изотопов. Поэтому, внастоящее время весьма актуальным является развитие методов разделения,не требующих наличия газообразных соединений, но способных значительноснизить затраты на разделение по сравнению с электромагнитным методом.В этом отношении, наиболее перспективными методами являются ионноциклотронный резонанс и лазерные методы разделения.Изотопная селективность лазерного воздействия основана на небольшихразличиях в энергии уровней электронных оболочек изотопов одного и тогоже химического элемента. Разница энергий уровней различных изотопов,. называемая изотопическим сдвигом, оказывается много меньше энергиивозможных переходов между уровнями, поэтому изотопический эффектпроявляется как малое расщепление спектральных линий. Используяспектрально узкое лазерное излучение, можно селективно стимулироватьэлектронные переходы атомов отдельных изотопов, переводя их ввозбужденное состояние. Наиболее перспективными способамипоследующего закрепления достигнутой селективности является химическаяреакция с возбужденным атомом (лазерные фотохимические методы) ифотоионизация (АВЛИС от амер. Atomic Vapour Laser Isotope Separation).В настоящее время в мире существует 90г Nd-150 с концентрацией около90%.Данная работа посвящена применению АВЛИС-метода для разделенияизотопов Nd.Целью данной работы является экспериментальное исследованиеАВЛИС-разделения изотопов неодима, применительно к задаче выделенияизотопа Nd-150.Для экспериментального исследования АВЛИС неодима необходиморешить следующие задачи.1. Экспериментальное исследование испарения металлического неодима сцелью создания испарителя, пригодного для осуществления процессаразделения.2. Поиск эффективной схемы фотоионизации, позволяющей обеспечиватьтребуемую селективность процесса разделения.3. Исследование схемы фотоионизации с целью определения параметровлазерного излучения, необходимых для проведения процесса разделения.4. Создание экспериментальной ячейки разделения и изучение основныхдеселектирующих процессов.5. Проведение экспериментальных наработок и оценка перспективыприменения АВЛИС-метода для производства требуемого образца.С 1993 г. в Лаборатории лазерных технологий РНЦ "Курчатовский институт"ведется работа по экспериментальному исследованию разделения изотоповнеодима, инициированная ГНЦРФ «Институтом теоретической иэкспериментальной физики имени А.И Алиханова». Результаты этихисследований и составляют основу данной работы.Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и заключения.В главе 1 проведен обзор литературы.в главе 2 приведено описание установки для исследования АВЛИСметода, состоящей из комплекса лазеров накачки на парах меди, комплексалазеров на красителях, комплекса сепаратора и контрольной массспектрометрической установки. Описана методика проведения экспериментаи определения конечных внешних характеристик ячейки разделения:производительности Р, обогащения Ср, потока отвала W, обеднения С^.Глава 3 посвящена исследованиям испарения неодима, включающей всебя поиск доступных тигельных материалов, конструкций и способовнагрева тиглей, в результате которых создан испаритель, вошедший в составэкспериментальной ячейки разделения. Описываются методика и результатыэкспериментов по испарению неодима, в которых плотность пара измеряласьпо поглощению лазерного излучения атомами неодима, находящимися как восновном, так и в первом метастабильном состоянии.В главе 4 описывается поиск схемы фотоионизации. Обзор литературыпо спектроскопии неодима позволил выделить первые переходы,обладающие наибольшими изотопическими сдвигами, а также ряд вторыхпереходов и схем пригодных для селективной фотоионизации. На основанииэкспериментального исследования известных схем фотоионизации, сделанвывод о необходимости поиска схемы фотоионизации, которая сочетала быбольшой изотопический сдвиг и возможность достижения значительнойвероятности фотоионизации атомов. Описаны эксперименты по поискусхемы фотоионизации, и приведен список найденных наилучших схем. Заоснову для экспериментов была взята схема A.i=596,6 нм, А,2=579,4 нм,Я,з=640,5 нм.В главе 5 рассматривается исследование выделенной схемыфотоионизации. Измерены времена жизни возбулсденных состояний,экспериментально исследованы зависимости фотоионного тока иселективности фотоионизации от интенсивности лазерного излучения напервом, втором и третьем переходе. Полученные результаты позволилиопределить параметры лазерного излучения, необходимые дляосуществления эффективной фотоионизации с требуемой селективностью.Глава 6 посвящена исследованию деселектирующих процессов,происходящих в экспериментальной разделительной ячейке при наработкевесового количества продукта. Приведено описание методики обработкиэкспериментальных результатов, позволяющей определить внутренниепараметры ячейки разделения: коэффициент извлечения целевого изотопа засчет фотоионизации, концентрацию фотоионов целевого изотопа и величинупотока составляющей с природной концентрацией. В качестведеселектирующих процессов рассматриваются смещение центраспектрального контура поглощения атомов вследствие эффекта Доплера,рассеяние атомов'в рабочем объеме и резонансная перезарядка. Показано,что эффект Доплера приводит к снижению концентрации фотоионовцелевого изотопа по сравнению с измеренной в масс-спектрометре.Основным источником составляющей с природной изотопной концентрациейявляются столкновения атомов неодима между собой в рабочем объеме.Предложена несложная математическая модель процесса с учетомдеселектирующих процессов.В главе 7 обсуждаются перспективы применения АВЛИС-метода длясоздания установки, удовлетворяющей современным потребностям. Вкачестве основных путей увеличения нроизводительности рассматриваетсяувеличения коэффициента извлечения целевого изотопа и снижение влияниярассеяния атомов. Приводится оценка стоимости создания установки спроизводительностью 3 г/час с концентрацией изотопа Nd-150 в продукте70%, а также стоимость наработки образца массой 10 кг. Оценки указываютна возможность значительного снижения затрат на производствообогащенного неодима по сравнению с электромагнитным методом.
