激光分离同位素的原理与进展

自从第一次提出用激光进行同位素分离的新方法以来,迄今已经有十年了.由于此法具有极高的选择性和较低的能量消耗等突出优点,因而获得极其迅速的发展.到目前为止,应用激光已成功地分离了氢、氧、氮、硼、碳、硅、氯、溴、硫、钠、钙、铝、钨、铷、锇、铀、钚、钛等同位素.而在上述诸同位素中,最为吸引人的是氢和铀的同位素--氘和铀235的分离,因为它与核能源的开发利用是密切相关的[1].近年来,这方面的研究有了令人兴奋的进展.本文就激光分离同位素的基本原理、方法和最近有关进展作一扼要介绍. 一、光谱中的同位素位移效应 与激光分离原理 …     

UF6振动激发态分子的振动-振动驰豫

将振动态能量碰撞转移较成熟的长程力理论应用到大质量分子体系,采用准经典计算方法建立²³⁵UF₆和²³⁸UF₆同位素分子的碰撞理论;对²³⁵UF₆和²³⁸UF₆同位素间分子间v₃振动能量近共振碰撞转移过程进行研究;得到共振函数随能量差、共振转移概率和共振转移速率随温度的变化,发现它们随温度的增大而减小,说明碰撞分子的平动会降低其共振转移概率和速率,为控制²³⁵UF₆和²³⁸UF₆同位素分子间振动-振动转移引起的选择性损失这个激光光化学法分离铀同位素的关键问题提供理论依据,为实际分离铀同位素提供参考.     

原子法激光分离同位素中的光物理过程

介绍了原子法激光分离铀同位素的历史和现状，讨论了高激发态铀原子能级的参数（同位素移动，超精细结构、跃迁截面等）的测量和理论，强激光场中自电离态的行为，考虑了激光相干性之后的相互作用以及原子与多模激光相互作用的统计学问题等。     

新当选的中国科学院学部委员介绍(Ⅳ)

新当选的学部委员刘广均 刘广均──中国 科学院技术科学部委 员,原子能专家,生于 1929年,天津市人. 1952年他毕业于清 华大学物理系.毕业 后,先后任清华大学 助教、讲师、教学秘 书、教研室主任;核工业部铀同位素分离工厂副总工艺师、生产处副处长、副总工程师、总工程师兼副厂长;核工业部核工业理化工程研究院总工程师、科学技术委员会主任.清华大学兼职教授,中国核学会理事,中国核学会铀同位素分离学会副理事长,中国科学院技术科学部材料学科分组成员.他曾任美国纽约州罗彻斯特大学客座教授. 主要成就与贡献: (1)他在核工业部铀同位素分…     

执着的追求 默默的奉献——记核科学家王承书教授

 1964年10月16日15时,在中国的西北部,一声震天巨响之后,一个蘑菇状烟云腾空而起,中国爆作了一颗原子弹.这一声巨响,在打开通向世界强国之门的同时,也树起了一座丰碑,它记录下了无数中华儿女的无私奉献,谱写了一支可歌可泣的创业曲。几十年后的今天,当我们回首那段艰苦卓绝的“秘密里程”,便可以在众多的奉献者中,看到一位瘦弱而执著的身影,她就是女学部委员王承书.在核物理领域,王承书默默工作了几十个春秋,为提前完成我国第一颗原子弹的装料计划做出了突出贡献,为我国铀同位素分离的理论研究奠定了基础,培育了队伍.     

测量铀同位素位移光谱的方法和装置

测量铀同位素的高分辨位移光谱,目前多采用原子束光谱法[1].该方法的分辨率和准确度高,但是设备复杂昂贵,操作复杂,特别是很难避免铀的高温腐蚀和放射性污染.近年来,美国 Los Alamos实验室的R.A.Keller等人[2]提出用光电流光谱法测量铀同位素位移光谱,并采用天然铀空心阴极灯测量了238U-235U的位移光谱.但是该方法由于同位素丰度相差悬殊,丰度高的同位素谱线强,丰度低的谱线弱,严重影响测量的灵敏度与准确度.特别是使用的单光路测量系统还不能测量零位移光谱. 本发明的目的,在于改进光电流光谱法单光路系统测量铀同位素仕移光谱受同位素…     

激光线宽和光强对同位素原子选择光电离的影响

本文研究了非单色(有限带宽)激光场与同位素原子体系相互作用的激发光电离过程. 采用混沌场随机模型描述激光场,用密度矩阵理论和Fokker-Planck方程方法首次给出了非单色激光场与多能级原子相互作用的激发动力学方程. 针对三能级同位素原子体系,讨论了激光线宽和激光光强对同位素原子电离概率和激光同位素分离过程中分离选择性的影响. 关键词： 激光同位素分离 激发动力学方程 激光线宽 Rabi频率     

FE L用于阈l能反应分子法激光分离铀同位素研究

提出了自由电子激光(FEL)的一种可能应用.指出静电电子加速器驱动的FEL技术目前已有能力满足阈能反应分子法激光分离铀同位素的要求.阈能反应分子法由于只需一次激光激发,因此从原理上讲,它的一次分离系数很高,优于原子法与其他分子法,在高浓铀小规模(10kg/a)生产中有其可行性.     

等离子体共振法分离同位素

目前在工业上分离同位素(主要是铀)的方法主要是气体扩散法和离心法.二者都基于利用同位素间微小的质量差,因而每级分离器的效率是不高的.例如,气体扩散法使气态的UF6通过有微孔的壁,对干不同的同位素来说,扩散速率反比于其质量的平方根.用这种方法来分离～(235)U与～(238)U,每一级仅能使～(235)U浓度提高到1.004倍.因此,欲把～(235)U的浓度从0.7%的自然浓度提高到3%(轻水堆要求),共需要1250个分离单元.因此,此类工厂的设备费与运转费极其昂贵.气体离心法利用两种同位素在高速旋转时受到的离心力不同而分离,能量消耗较少,但所需单元数更…     

电子枪功率与束宽对金属原子蒸气特性的影响

在原子法激光同位素分离工程中,电子枪加热金属铀产生的原子蒸气的密度、速度以及温度等宏观量分布特性是非常重要的参数.为了分析电子枪功率和束宽对原子蒸气密度、速度、温度、质量通量和速度分布等物理特性的影响,采用直接MonteCarlo方法用柱坐标模拟了铀原子平面蒸发动力学过程.在电子枪加热方式下,蒸发源温度场不均匀,而且温度场随电子枪功率和束宽变化.着重研究这种变化对蒸气各种物理特性的影响.模拟结果表明,电子枪功率越高,蒸气径向宏观漂移速度越大,蒸发量越大;电子束束宽越窄,蒸发量越大. 关键词： 金属蒸发 原子法激光同位素分离 直接MonteCarlo 电子枪     

激光烧蚀-吸收光谱测量铀同位素比实验研究

铀同位素比(~(235)U/~(238)U)高精度测量在核能安全领域具有重要的研究意义和应用价值,本文基于高灵敏度可调谐吸收光谱技术,结合脉冲激光烧蚀产生等离子体的样品处理方式,实现了固体材料中~(235)U和~(238)U铀同位素比的高精度测量.实验测量选择l=394.4884 nm/394.4930 nm (vacuum)作为~(235)U/~(238)U分析线,详细研究了缓冲气体及其压力对激光烧蚀等离子体中铀原子存在时间的影响.结果表明氦气作为缓冲气体更有利于铀原子吸收光谱测量.实验获得了测量铀原子吸收光谱的最佳测量条件,并测量了~(235)U含量分别为4.95%, 4.10%, 3.00%, 1.10%和0.25%的五种样品,获得了~(235)U和~(238)U的高分辨率吸收光谱信号.不同含量样品吸收光谱测量与统计分析表明, ~(235)U吸收信号的线性度良好,拟合相关系数为0.989,检测限为0.033%(3s),吸收光谱测量重现性优于固定波长法.激光烧蚀结合可调谐吸收光谱技术适用于铀同位素比测量分析,在核燃料的同位素快速分析方面有很大的应用潜力.     

激光分离同位素的进展

一、引 言 在发现同位素和原子及分子光谱具有同位素效应后不久,就有人试图用光化学方法分离氯同位素[1].但只有激光器发明后,才实际上提供了用光分离同位素的远景.1967年A.L.Schaw Low等人用红宝石激光辐照 Br2的试验是最初的分离尝试[2],1970年S.W.Mayer等人用红外光化学的方法引发CH3OH与Br2的反应,取得可观测的CH3OH与CD3OD的分离[3].此后,在激光分离同位素方向上已取得大量进展,近年来已有若干评述性文章[4-8].近两年,我国采用红外多光子法分离B、S等同位素也取得实验结果,中国科学院物理研究所与盐湖研究所合作并已取得宏观…     

自由电子激光用于阈能反应分子法激光分离铀同位素的研究

 提出了自由电子激光的一种可能应用。指出静电电子加速器驱动的FEL技术目前已有能力满足阈能反应分子法激光分离铀同位素的要求。阈能反应分子法由于只需一次激光激发,因此从原理上讲,它的一次分离系数很高,优于原子法与其他分子法,在高浓铀小规模(10kg级/年)生产中有其可行性。     

相对论平均场理论对Pb同位素位移的研究

运用变形的相对论平均场理论研究了Pb同位素链的基态性质. 对关联的处理采用了BCS方法, 不成对核子的处理运用了“阻塞”法. 计算的结果很好地符合了实验上Pb的平均结合能, 中子分离能, 同位素位移. 接着从原子核的微观结构出发, 比较详细地研究了Pb链同位素位移出现反常扭折这一重要性质的物理机制.     

60MeV/u 18O离子同天然铀反应236Th的产生截面

用60MeV/u ¹⁸O离子轰击天然铀靶, 通过²³⁸U-2p多核子转移反应产生丰中子类靶同位素²³⁶Th. 从复杂的反应产物和大量的铀中放射化学分离、纯化钍, 用HPGe探测器联同多道分析器测量分离出的钍部分. 根据642.2keV, 687.6keV和229.6keV特征γ射线, 指定²³⁶Th同位素; 确定²³⁶Th同位素的产生截面为250±50μb.     

Ba同位素的截面测量

用60MeV/u¹⁸O离子轰击天然铀靶,通过²³⁸U(¹⁸O,X)反应产生钡的放射性同位素.使用放射化学分离方法从被照射过的铀靶中分离出Ba,用HPGeγ射线探测器测量Ba样品的γ射线谱,经对所得时间累计谱的处理和分析得到了Ba同位素的产生截面,并观察到Ba同位素分布中的双峰分布现象.     

偶偶 Ra 同位素的八极形变研究

用反射不对称的相对论平均场理论(RAS-RMF)对偶偶Ra同位素的八极形变进行了系统研究,并与实验数据和有限力程小液滴模型(FRDM)结果进行了比较.结果表明：RAS-RMF理论很好地描述了Ra同位素的基态性质,计算的结合能、双中子分离能和形变与实验数据和FRDM一致.RAS-RMF理论获得的中子、质子密度分布清晰地展现出偶偶Ra同位素由球形逐渐转变为八极形变,到四极形变的过程,与实验观察的八极形变不稳定现象一致.     

FEL用于阈能反应分子法激光分离铀同位素研究

提出了自由电子激光（ＦＥＬ）的一种可能应用,指出静电电子加速器驱动的ＦＥＬ技术目前已有能力满足阈能反应分子法激光分离铀同位素的要求。阈能反应分子法由于只需一次激光激发,因此从原理上讲,它的一次分离系数很高,优于原子法与其他分子法,在高浓铀小规模（１０ｋｇ／ａ）生产中有其可行性。     

超短脉冲激光同位素分离

同位素的分离极为重要。传统的分离方法是气相分离法。文章详细介绍了有别于该方法的两种激光同位素分离方法。其基本原理是利用离心分离作用产生同位素的分离。具体说来就是,一个旋转等离子体柱在一定条件下达到流体力学平衡时,其中的同位素离子沿径向将形成高斯密度分布。质量数越高的离子,密度分布的高斯半径越大,从而在径向形成具有不同丰度的同位素分布。理论和实验表明,该方法能产生较高丰度的同位素,具有良好的实用化前景。     

萃取色层分离测定含铀腐蚀液中6种元素的方法研究——ICP-AES

采用萃取色层分离电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP-AES)测定含铀腐蚀液中Cr、Te、Sr、Ru、Rh、Ce 6种元素,腐蚀液试样中铀用HNO3转化为硝酸铀酰后,经过CL-TBP萃淋树脂分离,一次性使基体铀与待测元素分离,测定铀化合物样品中6种元素的质量分数.并对影响测定的各种因素进行了较详细的试验研究,确定了测定的最佳条件.方法平均回收率在84.8%-112.6%之间,相对标准偏差(RSD,n=6)优于士10%.