高丰度硅-28同位素的分离技术

同位素纯硅片具有特殊的物理性质,在信息技术领域有着非常广阔的应用前景。为获得高丰度28Si,利用国产的高速气体离心机,选择SiF4作为分离的工作介质,对硅同位素进行了离心分离实验。通过单机分离实验,调整气体离心机的有关参数,摸索出适合级联分离的单机参数,同时得到气体离心机分离硅同位素的单位质量数的全分离系数γ0。利用由4台离心机组成的级联,经过6个阶段的分离,得到了28Si丰度达到99.5%的样品。实验结果表明,离心法分离硅同位素是完全可行的。     

以SiHCl3为工作介质生产高丰度28Si

为了获得高丰度的28S i同位素,生产高纯度的单晶硅,利用气体离心机对硅同位素进行离心分离。通过对S iH-C l3中组成元素的不同同位素丰度的分析,计算了天然S iH-C l3中不同相对分子质量的分子组成。分析结果表明:虽然氯有两种同位素,但也可以将S iHC l3作为分离28S i同位素的工作介质。通过4台离心级联的分离实验,得到了28S i丰度达到99%的S iHC l3样品。离心分离得到的高丰度S iHC l3不用经过化学转化就可以直接用于单晶硅的生产。实验结果表明,采用离心法分离S iHC l3可以得到高丰度28S i。     

基于气体放电等离子体射流源的模拟离子引出实验平台物理特性

离子引出过程是原子蒸气激光同位素分离中非常重要的物理过程之一,而其中关键的等离子体参数(等离子体初始密度和电子温度等)均会对离子引出特性产生影响.基于千赫兹电源驱动的氩气高压交流放电等离子体射流源,建立了离子引出模拟实验平台-2015 (IEX-2015),开发了用于诊断氩等离子体参数的"碰撞-辐射"模型,对等离子体射流区的电子温度和电子数密度等关键参数进行了测量.结果表明,电源输入功率和驱动频率以及工作气体流量均会对等离子体射流区的电子温度和数密度产生影响;在真空腔压强为10~(-2)Pa量级下,射流区电子数密度和电子温度的可调参数范围分别为10~9—10~(11)cm~(-3)和1.7—2.8 e V,这与实际离子引出过程中的等离子体参数范围相近.在此基础上,开展了不同引出电压、极板间距和电子数密度条件下初步的离子引出实验,所得到的离子引出电流变化规律亦与实际原子蒸气激光同位素分离中的离子引出特性定性一致.上述研究结果验证了在IEX-2015上开展离子引出模拟实验的可行性,为后续深入开展离子引出特性的实验研究准备了良好的条件.