激光冷凝抑制法分离同位素研究进展及现状

袁洪瑞

(核工业理化工程研究院,天津 271200)

分子激光法[1](molecular laser isotope separation, MLIS)基于激光对同位素分子的选择激发,利用选择激发过程带来的目标同位素分子物理、化学特性的差异实现同位素分离。上世纪80年代开始,分子激光法被广泛研究,早期主要分为分子光解离法[2-6](molecular obliteration laser isotope separation, MOLIS)和化学增强分子激光法[6-9](chemically enhanced MLIS, CHMLIS)。前者又被称为多光子解离技术(multiphoton dissociation, MPD),通过多光子吸收(multiphoton absorption, MPA),分多步将分子激发至高振动能级,直至分子解离,解离产物中目标元素丰度提高且产物物理、化学性质显著改变,从而实现分离。后者通过多光子吸收等方式,利用激光选择性的催化、加强目标同位素分子与其他物质的化学反应,提高反应产物中目标同位素的丰度。然而,这两种方法均有一定的缺陷,首先多光子解离对激光功率提出了较高的要求,有时需要使用多个频率的激光[3,10-11];第二是低温射流条件下的成簇效应可能会影响分离效果[6];第三,两种方法均可能涉及较为复杂的物态转化过程,这将增加系统的复杂度[3]。

激光冷凝抑制法[1]的全称为激光选择激发冷凝抑制(condensation repression by isotope selective laser excitation, CRISLA)或激光辅助冷凝抑制同位素分离技术(separation of isotopes by laser-assisted retardation of condensation, SILARC),该方法不涉及多光子吸收过程,被称为低能量的分子激光法(low-energy method, LEM)[12],经过诸多实验研究和长期的理论论证,目前已经成为分子激光法的主流[1]。与原子激光法相比,CRISLA不涉及成本昂贵、工艺复杂的物态转换过程,在成本、体积和能耗上具有优势。与离心法相比,CRISLA通过选择性激发实现分离,在单机分离系数上具备优势。其劣势主要是分子结构和能级结构比较复杂,导致其吸收光谱宽且分散,不利于提高选择激发效率。……