Лазеры для атомного процесса

Лазеры для атомного процесса [c.266]

Капитальные затраты могут быть разделены на четыре категории лазеры, системы питания и сбора продукта и вспомогательные межкаскадные устройства. При атомном процессе источник работает при температуре выше 2600 К, и поэтому необходимы тугоплавкие и совместимые с ураном материалы, а также разработка высокоэффективных испарителей. Молекулярные системы [c.274]

В процессах разделения могут быть также использованы инициируемые лазером химические реакции, фотоизомеризация, селективное возбуждение стоксовых комбинационных уровней и отклонение атомного пучка лазерным лучом. [c.180]

Изобретение лазеров в 1960 г. создало предпосылки для обращения к фотохимии как основе промышленных процессов. Высокая интенсивность, монохроматичность излучения и приемлемая эффективность лазеров явились основой для успешных лабораторных демонстраций химических реакций, инициированных лазерным излучением. В разд. 6.4 показано, что большое число таких химических превращений может быть использовано для разделения изотопов. При этом оказываются действенными как традиционная фотохимическая техника, так и некоторые новые методы, ставшие возможными лишь благодаря использованию лазеров. Раздел 6.3 посвящен применению лазеров для получения атомных ионов. [c.256]

Среди термически неравновесных процессов, в которых образование ионов происходит под действием излучения, наибольшее распространение получила ионно-ионная эмиссия [250], образование ионов под действием атомных пучков, лазера и пучка электронов высокой энергии. [c.177]

Эта глава посвящена в основном теории и аналитическим результатам, полученным при применении импульсных лазеров на красителях в комбинации с пламенами и электротермическими атомизаторами, обычными в атомно-флуоресцентной спектроскопии. Возбуждение флуоресценции непрерывными лазерами описано в гл. 8. Характеристики флуоресцентного метода с лазерным возбуждением обсуждаются в аспекте процессов возбуждения и дезактивации возбуждения (разд. 4.2 и 4.3), эффектов насыщения для двух- и трехуровневых систем (разд. 4.4), влияния плотности падающего излучения источника на форму градуировочного графика (разд. 4.5) и возможности локального измерения таких физических параметров, как температура, квантовый выход, а также концентрации (разд. 4.6). Общие узлы установок для атомно-флуоресцентной спектроскопии, используемых различными авторами, рассмотрены в разд. 4.7, а аналитические результаты описаны в основном в виде достигнутых пределов обнаружения по отношению к водным растворам в разд. 4.8. Читателю можно также рекомендовать две обзорные статьи [7, 8], касающиеся общих вопросов применения в аналитической спектроскопии перестраиваемых лазеров па красителях, включая флуоресцентные методы анализа. [c.192]

Теория, разработанная в предыдущих разделах, была предназначена для того, чтобы как можно проще подчеркнуть основной результат влияния излучения лазера на двухуровневую атомную систему. Ясно, что в большинстве экспериментальных ситуаций в атомно-флуоресцентной спектроскопии необходим более общий подход, поскольку двухуровневых систем на практике очень мало (если вообще они имеются). Присутствие одного или более дополнительных уровней приводит к серьезным изменениям приведенных ранее уравнений изменяются значения плотности лазерного излучения, необходимого для достижения определенной степени насыщения, и предельное значение доли возбужденных атомов относительно общей атомной населенности. Мы допускаем здесь, что лазерное возбуждение все еще связано с двумя уровнями р (основное состояние) и 5 (одно из возможных возбужденных состояний) но мы также рассматриваем присутствие совокупности уровней д с энергией больше, чем 5, и совокупности уровней г, энергия которых находится между энергиями уровней р и 5. Рассматривая все возможные процессы возбуждения и дезактивации возбуждения уровня х, мы можем написать для скорости изменения населенности аь в отсутствие лазерного возбуждения следующее общее уравнение [c.212]

Одним из наиболее чувствительных методов измерения поглощения фотона является детектирование излучения флуоресценции. Все возбужденные молекулярные и атомные уровни в той или иной степени способны флуоресцировать. Другие процессы, такие, как безызлучательная дезактивация, перепое энергии, тушение за счет соударений и фотохимические реакции, конкурируют с обычной флуоресценцией и в некоторых случаях затрудняют ее наблюдение. С помощью современных оптических методов детектирования можно непосредственно обнаружить 1—10 фотон/с. Разумная эффективность геометрического сбора фотонов достигает 10%. Лазер мощностью 1 Вт в видимой области испускает приблизительно 10 фотон/с, поэтому в принципе возможно детектирование флуоресценции с квантовым выходом порядка 10 для основной массы частиц. И наоборот, можно обнаружить очень малые концентрации частиц, обладающих большими квантовыми выходами. К сожалению, другие факторы, в принципе такие, как рассеяние излучения источника возбуждения, определяют фактически наблюдаемые пределы обнаружения. Несмотря на эти ограничения, недавно было показано, что можно детектировать концентрации вплоть до 100 атом/см и даже еще меньше (см. ниже). [c.563]

Для многих конкретных систем, в частности лазеров, широко применяется математическое моделирование происходящих в них процессов. Важнейшим принципом построения таких моделей является их разбиение на относительно независимые блоки (модули). Так для лазеров обычно рассматриваются процесс создания неравновесности, кинетика активной среды и динамика излучения. Модель кинетических процессов также разбивается на отдельные блоки поступательное движение, вращательное, колебательное, электронная молекулярная кинетика, атомно-молекулярная (процессы с участием свободных атомов и радикалов), ионно-молекулярная, химическая, гетерогенная, кластерная. Для каждого из этих модулей имеется своя специфика, свои методы, свои характерные скорости процессов. Задачи моделирования, с одной стороны, связаны с разработкой конкретных модулей (в том числе получение характерных констант, анализ приближений), а с другой — с построением общей модели на основе той или иной физической картины (включающей набор блоков, методику их взаимосвязи, привязку параметров). [c.236]

Принципиальная схема установки для атомного метода разделения изотопов урана, разработанная в Ли-верморской лаборатории им. Лоуренса, приведена на рис. 12.3.3. Установка состоит из трех частей лазерной системы, настроенной на частоту селективного возбуждения системы усиления лазерного луча системы разделения ионизованного Используются два лазера первый (на парах меди, мощностью 150 Вт) приводит в действие второй (на красителях), генерирующий свет с необходимой для процесса длиной волны. [c.247]

Однако при увеличении плотности атомного пара и интенсивности лазеров, т.е. при увеличении производительности, возрастает роль различных деселектирующих процессов, которые существенно уменьшают селективность АВЛИС. Надо сказать, что для всех процессов разделения изотопов селективность и производительность препятствуют друг другу. [c.414]

Следует отметить, что изотопический сдвиг существует не только на первом переходе, но и на последующих. Естественно, длины волн лазеров обычно настраиваются в точный резонанс с целевым изотопом на всех переходах. Использование таких схем, которые имеют изотопическую отстройку на первом, втором и даже на третьем переходе, при ионизации через автоионизационные состояния позволяет уменьшить деселектирующее воздействие нерезонансного поглощения. При больших изотопические сдвигах, как, например, у лития и урана, этот процесс не столь существенен, но для элементов с атомными номерами 20 -ь 50 и редкоземельных элементов, имеющих небольшую величину изотопического сдвига, получение высокой селективности ионизации возможно, но представляет сложную техническую задачу. [c.417]

Это явление стимулировало интенсивное исследование передачи энергии внутри возбужденных многоатомных молекул. С помощью многократного фотонного возбуждения было осуществлено много мономолекулярных реакций разрыва связей и перегруппировок. Понимание таких явлений становится особенно важным теперь в связи с важностью их практического применения. Поглощение в ИК-области определяется колебательными движениями, частоты которых весьма чувствительны к атомным массам. Поэтому лазеры с перестраиваемой длиной волны можно использовать для того, чтобы разрывать связи только в молекулах, содержащих определенный изотоп, не затрагивая другие молекулы, его не содержапще. Это новый метод разделения изотопов. Например, природный водород содержит 0,02% дейтерия. И тем не менее метод многократного фотонного возбуждения позволяет, используя трифторметан СРзН, выделить эту малую долю дейтерия. Как выяснилось, возбуждение молекул СРзВ в таком процессе протекает с вероятностью в 10 ООО раз более высокой, чем возбуждение молекул СРзН, поэтому он может стать важным источником [c.149]

В экспериментах по разделению изотопов урана, проведенных в 1974 г. путем ионизации лазерным излучением паров металлического урана, т.е. атомов урана, был успешно отделен 235 . После этих Экспериментов стали развиваться так называемые процессы по атомному методу. Получил также развитие так называемый молекулярный метод, основанный на селективном фотолизе летучих соединений урана. Что касается летучих соединений урана, круг объектов исследоваг ний в основном сводится к простому в обращшии UFg, обладающему оптимальными давлением паров и стабильностью В связи о этим активно исследуются мощные лазеры с длиной волны порядка 16 мкм, соответствующей колебаниям V3 (623 см ) гексафторида урана UFg. Одновременно продвигаются и исследования процесса фотолиза UFg. [c.47]

Процессы, приводящие к эмиссии положительных и отрицательных ионов.с поверхности твердого тела, можно подразделить на термически равновесные, в которых испарение частиц происходит в результате нагрева эмиттера, и неравновесные, когда ионы эмиттируются с поверхности под действием облучения лазером, ионными, электронными и атомными пучками [243]. [c.176]

Первым этапом масс-спектрометрического анализа твердых веществ является перевод пробы в газообразное состояние с одновременной или последовательной ионизацией различных молекулярных или атомных частиц. Источником энергии, необходимой для осуществления этого процесса, обычно служит электрический разряд. Световая энергия, сконцентрированная от дуги, применяется редко из-за сложной аппаратуры применение импульсной лампы ограничено слабостью светового потока. Однако появление лазера обеспечило экспериментаторов новым мощным инструментом для испарения твердых тел, а сочетание лазера с масс-спектрометром дало положительный результат. Простота лазерного источника позволила проводить анализ частиц за период, равный времени пробега ими источника, давая, таким образом, информацию, неосложненную столкновениями, реакциями в пучке и соударениями со стенками. [c.424]

В работе [286] рассматривалась возможность возникновения инверсии при неравновесном возбуждени в пламенах. Применительно к нескольким переходам N, возбуждаемым в активном азоте, производились оценки необходимого для генерации усиления с учетом различных элементарных химических процессов [292]. Ясно, что генерация лазерного излучения — сложное физическое явление, сильно зависящее от скоростей некоторых основных процессов. В принципе измерение параметров генерации (например, зависимость порога генерации и усиления от состава) должно быть полезным при определении констант скоростей процессов. В этом отношении мало что сделано для атомных лазеров и трудно надеяться, что молекулярные лазеры окажутся в лучшем положении. [c.206]

Такие характеристики факела, как химический и физический состав, температура, давление электронного газа и скорость расширения, подвергаются значительным изменениям во времени и в пространстве и определяются главным образом процессом генерации. В идеальном случае факел должен быть квазистационарным в течение всего промежутка времени, необходимого для получения хороших спектроскопических сигналов для химического анализа. Поэтому желательно иметь факел, подобный образующемуся при постоянном дуговом разряде. Этого можно достигнуть при работе лазера либо в непрерывном, либо в импульсном режиме с малой частотой повторения, что было с успехом проделано Кёнигом и Нойманом [22]. Для получения свободных атомов в атомно-абсорбционном анализе использовался газовый аргоновый лазер. Не следует, однако, забывать, что материал образца удаляется в результате медленно протекающих процессов плавления и кипения и, следовательно, температура паров будет близка к температуре кипения материала образца. Поэтому весьма вероятно, что возникает сильное фракционное испарение. [c.84]

Когда образец в измерительной ячейке достаточно однороден, ио контурам атомных линий ноглошения можно определить температуру и получить информацию о процессах столкновительного уширения [10—12, 28, 42], обсуждавшихся в разд. 3.2.2. Для этих целей пригодны также контуры линий испускания или флуоресценции, но нужно исключить самопоглощение. Были использованы контуры линий испускания [12, 28, 43—46] и поглощения [29, 30, 47, 48] обычных источников света. В этих методиках требовалось восстановление истинного контура с помощью аппаратной функции, форма которой не всегда хорошо известна. Недавно был описан [49] метод точного определения аппаратной функции интерферометра. Контуры поглощения, полученные с помощью перестраиваемого лазера, должны быть относительно свободны от шума п иметь пренебрежимо малое уширение за счет аппаратной функции, что приводит к улучшению точности и воспроизводимости результатов и к устранению постоянных [c.157]

Зысокие скорости генерации фотонов, достигаемые с помощью перестраиваемых лазеров, и относительно низкий дробовой шум делают эти лазеры особенно ценными для диагностических работ с нестационарными атомизаторами. Однако, если температурные н столкновительные процессы неоднородны в области поглощения, интерпретация контуров поглощения в нестационарном атомизаторе усложняется. Например, суперпозиция двух чисто гауссовских контуров с разными ширинами полос и высотами пиков может создать контур с формой, близкой к кон-туру Фойгта [51], а не гауссовский контур. Однако в любом случае интеграл коэффициента поглощения по всему наблюдаемому контуру в заданное время (или для короткого интервала времени) является мерой произведения концентрации на длину пути вдоль оптической оси в этой точке во времени, и его можно использовать для оценки процессов распыления атомных паров, переноса н потерь (конденсации). Преимущество таких исследований и в том, что с помощью коллимированного лазерного пучка можно получить высокое поперечное пространственное разрешение. [c.158]

В процессе быстрого развития атомно-флуоресцентных методов многие авторы, описывая процесс флуоресценции, использовали различную тер.минологию, что приводило в ряде случаев к путанице и многозначности. Положение усугубилось с появлением перестраиваемых лазеров на красителях, поскольку стало возможным наблюдение многих новых флуоресцентных переходов. В связи с этим авторы настоящей главы сделали попытку [9] предложить номенклатуру, согласующуюся, насколько это возможно, с терминологией, используемой в этой области различными авторами. [c.192]

Использование лазеров в качестве источников возбуждения имеет то важное следствие, что обычное уравнение переноса фотонов (закон Бера) строго справедливо в пределах нулевого потока падающего света п поэтому оно точно выполняется лишь для малоинтенспвных источников света. Высокая плотность излучения лазера, сфокусированного на атомный пар, может вызвать полное перераспределение населенности уровней, участвующих в процессе поглощения, до такой степени, когда уже больше не будет происходить поглощения, т. е. коэффициент поглощения уменьшится до пуля, когда будет достигнуто равновесие вынужденного испускания с поглощением. Такой эффект обычно называют насыщением оптического перехода [16—21]. В этом случае сигнал флуоресценции уже больше не будет пропорционален плотности падающего излучения источника и достигает своего предельного значения, определяемого свойствами атомной системы. [c.202]

Несомненно, необходимо проведение большего числа эксперИ ментов, чтобы точнее понять физику процесса и получить одн> значпое сравнение теоретических предсказаний с эксперимен тальнымн результатами. Вплоть до настоящего времени число работ по применению лазерного возбуждения в атомно-флуорес центном анализе довольно мало вследствие высокой стоимостт использования в лабораторном масштабе лазера на красителях, перестраиваемого во всем интересующем исследователей спектральном диапазоне, и вследствие того, что результаты, полученные в пламенах при атмосферном давлении, незначительно превосходят те, что уже были достигнуты с помощью обычной атомно-абсорбционной и эмиссионной спектроскопии. [c.239]

Серьезным недостатком спектроскопии насыщения является то, что в процессе поглощения участвует очень малая доля пробы (например, те атомы, которые движутся перпендикулярно лучам лазеров) и только часть из них участвует в насыщающем взаимодействии. Разработанный недавно метод двухфотонного поглощения не имеет этого недостатка [78—82]. Хотя вероятности двухфотонного поглощения низки, высокая спектральная мощность лазерных источников позволяет довольно легко детектировать этот процесс. Если два фотона, участвующие в процессе поглощения, соответствуют одной и той же длине волны и движутся в противоположных направлениях, то вклады доплеровского уширения первого порядка гасятся у каждого молекулярного (атомного) центра и наблюдаются естественные щирины линий. В отличие от рассмотренного выще случая однофотонной спектроскопии насыщения все ато.мы или молекулы в лазерном пучке могут участвовать в процессе поглощения, и поэтому сигналы могут быть достаточно сильными. Установка для наблюдения двухфотонных, свободных от доплеровского уширения переходов достаточно проста и изображена на рис. 8.19. Вклады от двух фотонов, движущихся в одном и том же направленип, малы, поскольку сечения ушпрены за счет доплеровского эффекта. Очень узкие естественные ширины линий ( 50 МГц), наблюдаемые ири двухфотонных поглощениях, дают возможность проводить детальный анализ даже изотопов (см. ниже) или ядерных изомеров и могут быть селективно модулированы посредством слабых полей [83] (рис. 8.20). [c.572]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология