Способ фотодиссоциации газа лазерным излучением

 

О П И С А Н И Е < 1>78468О

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено ЗО.О3.70 (21) 1553266/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (51) М Кл з H О1 S 3/О2

В 01 D 59/ОО

Хесударстеенный комитет

СССР пе делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 36.91.82. Бюллетень № 4 (53) УДК 621.375.8 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.01.82 (72) Автор изобретения

В. С. Летохов (71) Заявитель Ордена Ленина физический институт им. П. Н. Лебедева (54) СПОСОБ ФОТОДИССОЦИАЦИИ ГАЗА

ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Изобретение относится к области лазерного разделения изотопов.

Известен способ, основанный на использовании оптического излучения для разделения изотопов (способ фотохимического разделения) (1). Этот способ основан на увеличении реакционной способности молекулы определенного изотопного состава

< АВ после одноступенчатого возбуждения

его монохроматическим светом. Изотопически селективно возбужденная молекула

< >АВ* вступает в химическую реакцию с подходящим атомным или молекулярным акцептором до потери молекулой < >АВ* возбуждения и затем отделяется стандартными химичеческими методами. Этот способ используется, в частности, для разделения изотопов хлора путем возбуждения молекулы фосгена СО"С1з линией алюминиевой искры на длине волны 2816, 18 А.

Недостатком этого способа является неизбежность использования столкновений между селективно возбужденными молекулами и молекулами акцептора, во время которых происходит с большей вероятностью потеря возбуждения, а при столкновении облучаемых молекул между собой— передача возбуждения между молекулами

< >АВ* и < оАВ различного изотопного состава. Эти неизбежные аффекты резко повышают энергозатраты и снижают коэффициент разделения изотопов фотохимическим способом.

Известен способ фотодиссоциации газа лазерным излучением (21.

Способ включает поочередное воздействие на газ инфракрасного и ультрафиолетового излучений.

Недостатком этого способа являются, во-первых, высокие энергозатраты, обусловленные высоким потенциалом фотоионизации молекул и необходимостью применять лазерное излучение в области вакуумного ультрафиолета, и, во-вторых, 15 низкой селективностью фотоионизации из-за малого сдвига полосы фотоионизационного поглощения при селективном возбуждении колебательного состояния ИК-излучением.

20 Целью изобретения является повышение селективности диссоциации молекул при одновременном уменьшении энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что в способе фотодиссоциации газа лазерным излучением, полиизотопный газ подвергают одновременному воздействию двух лазерных излучений различных частот, одно из которых — монохроматическое — с частотой, соответствующей спектральной линии

78468О

60 поглощения молекулы с определенным изотопом, возбуждает только молекулы с этим изотопом, а другое — с частотой, меньшей порога фотодиссоциации невозбужденных молекул, но достаточной для фотодиссоциации возбужденных молекул, вызывает их диссоциацию.

Для фотодиссоциации молекул, содержащих определенный изотоп, на всех вращательных подуровнях основного колебательного состояния в полиизотопный газ добавляют буферный инертный газ, имеющий частоты возбуждения, отличающиеся от резонансной частоты возбуждения основного газа.

Пслиизстопный молекулярный газ AB+<">ЛВ подвергают одновременному воздействию двух лазерных излучений различных частот ю> и а .

На фиг. 1 представлены спектр поглощения молекул полиизотопного газа (а) и схема их энергетических уровней (б). Частота в> соответствует спектральной линии поглощения молекулы ">АВ, содержащей выделяемый изотоп п>А. Поглотив квант излучения с энергией Ла>, молекула "AB переходит из основного состояния с энергией

Ео в возбужденное состояние с энергией Е,.

Частота второго лазерного излучения о меньше порога фотодиссоциации невозбужденных молекул < >АВ, но больше порога диссоциации возбужденных молекул п>АВ*.

Поглощение возбужденной молекулой

< >AB" кванта h > вызывает ее диссоциацию. Частота ь, выбирается в области сдвига фотодиссоциационной полосы поглощения молекул АВ, где отношение коэффициентов поглощения селективно возбужденных молекул ">АВ" и невозбужденных молекул ">АВ максимально. Молекулы иного изотопного состава " AB не способны поглощать излучение на частотах и,» и ь и, следовательно, остаются не диссоциированными. Продукты селективной фотодиссоциации химически отличны от исходных молекул и удаляются стандартными химическими методами.

С целью увеличения производительности процесса необходимо осуществлять фотодиссоциацию всех молекул, содержащих определенный изотоп, несмотря на тепловое распределение их по многим вращательным подуровням основного колебательного состояния, Для этого в полиизотопный молекулярный газ добавляют буферный инертный газ, не поглощающий лазерное излучение, который перемешивает вращательные состояния молекул.

Соответствующим оптимальным выбором частот излучений е» и о, их интенсивностей и длительностей действия, выбором промежуточного возбужденного состояния молекулы, давления газа можно реализовать разделение изотопов с низкими энергозатратами и производительностью процесса, близкой к теоретической предельной, под которой подразумевается диссоциация каждой молекулы определепного изотопного состава в смеси с вероятностью порядка единицы с затратой световой энергии, равной энергии фотодиссоциации молекулы. В частности, с целью увеличения коэффициента разделения необходимо увеличивать сдвиг фотодиссоциациопной полосы поглощения молекул, используя схемы с селективным возбуждением: а) на основной колебательной частоте; б) возбуждение па колебательном обертоне; в) двухступенча — îå возбу кдение колебаний (фиг. 2).

Данный способ двухступенчатой селпктивцой диссоциация молекул лазерным излучением открывает новые возможности для высскоэффекти",nîãî разделения изотопов, преимущественно тех, с ко-,орыми тр. дно оперировать в атомар>.ом состоянии. Низкие энергозатраты, высокая селсктивность фотодиссоциации и применимость ко многим технически важным изотопам дела.-ст способ экономичным и вь>сскотехнологп Iным.

Формула изобретения

1. Способ фотодиссоциации газа лазерным излучением, о т I и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения селективной диссоциации молекул, содержащих только определенный изотоп, полиизотопный газ подвергают одновременному воздействию двух лазерных излучений различных частот, одно из которых — монохроматическое с частотой, соответствующей спектральной линии гоглощения молекулы с определенным изотопом, возбуждает только молекулы с этим изотопом, а другое — с частотой, меньшей порога фотодиссоциации вевозбужденных молекул, но достаточной для фотодиссоциации возбужденных молекул, вызывает их диссоциацию.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью фотодиссоциации молекул, содержащих определенный изотоп, на всех вращательных подуровнях основного колебательного состояния в полиизотопный газ добавляют буферный инертный газ, имеющий частоты возбуждения, отличающиеся от резонансной частоты возбуждения основного газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. К. Luber, !Vature, 136, 796, 1935.

2, Патент США № 3443087, кл. 250-41.9, опублик. 1969.

Способ фотодиссоциации газа лазерным излучением Способ фотодиссоциации газа лазерным излучением Способ фотодиссоциации газа лазерным излучением 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к квантовой электронной технике и может быть использовано в лазерных системах передачи информации, локации, светодальнометрии

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в импульсных газовых лазерах (ИГЛ) с продольным разрядом, применяемых в технологии изготовления пленочных микросхем, медицине, оптической локации

Изобретение относится к лазерной технике, а точнее к блокам генерации излучения лазера с поперечной прокачкой газового потока

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к конструкциям твердотельных лазеров

Изобретение относится к области квантовой электроники

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к устройству формирования объемного самостоятельного разряда (ОСР) для накачки импульсно-периодических лазеров и может быть использовано в решении технологических и лазерно-химических задач

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено в качестве плазмолистовых электродов в щелевых разрядных камерах, открывающих перспективное направление в создании нового поколения мощных газоразрядных лазеров без быстрой прокачки рабочей смеси

Изобретение относится к области оптоэлектроники и интегральной оптики, в частности к способу получения направленного когерентного излучения света устройствами микронного размера

Изобретение относится к области квантовой электроники и может использоваться при создании мощных и сверхмощных газовых лазеров непрерывного и импульсно-периодического действия

Изобретение относится к лазерному оборудованию, а точнее к блокам генерации излучения многоканальных лазеров
Наверх