ЛАЗЕРНАЯ СОРТИРОВКА АТОМОВ И МОЛЕКУЛ

Лазерный луч демонстрирует мощь и вместе с тем способность выполнять ювелирную работу. Читатель имел возможность убедиться в этом на многих рассмотренных ранее примерах. Но, пожалуй, особенно ювелирной представляется работа лазерного луча по сортировке атомов и молекул.

Дело в том, что с помощью лазерного излучения можно производить отбор атомов и молекул нужного сорта и таким путем-«по одному атому, по одной молекуле»-собирать макроскопические количества того или иного вещества. Это позволяет получать особо чистые вещества, практически не содержащие каких- либо примесей. В таких веществах весьма нуждается современная электронная техника. Лазерная сортировка атомов (молекул) в тысячи раз снижает долю примесей в веществах, которые предварительно были очищены с помощью традиционных (нелазерных) методов. В результате удается получать (и притом в макроскопических количествах) вещества, в которых доля примесей не превышает 10-12-не более одного атома примеси на тысячу миллиардов атомов основного вещества!
Идея лазерной сортировки атомов и молекул в общих чертах довольно проста. Известно, что атомы (молекулы) разного сорта поглощают свет на разных частотах. Предположим, что лазерный луч имеет строго определенную частоту, которая соответствует энергии возбуждения или ионизации атомов примеси (но не атомов основного вещества). При облучении вещества таким лазерным лучом будут поглощать свет и возбуждаться или ионизироваться только атомы примеси. Ну, а отсортировать (отделить) возбужденные или, что еще лучше, ионизированные атомы от остальных атомов относительно нетрудно. Подчеркнем, что лазерное излучение в данном случае должно не только быть высоко монохроматическим, но и иметь нужную час
тоту. Здесь необходимы лазеры с плавно перестраиваемой частотой. Для очистки данного вещества частоту такого лазера наилучшим образом настраивают на частоту возбуждения или ионизации тех частиц, которые подлежат удалению.
Лазерную сортировку атомов используют не только для особо высокой очистки вещества, но и для разделения изотопов одного и того же химического элемента. Проблема разделения изотопов очень важна. Для различных промышленных, медицинских и научных целей часто требуется вещество, обогащенное каким-либо определенным изотопом данного химического элемента. Чтобы получить такое вещество, надо разделить изотопы, например выделить и затем накопить нужный изотоп. Особенно важна проблема разделения изотопов в атомной энергетике. Речь идет о разделении изотопов урана.

Естественный уран содержит в основном изотоп 238U и только 0,7% изотопа 235U. Однако для ядерных реакторов важен как раз изотоп 235U. Разработаны и применяются различные методы разделения изотопов урана и среди них - лазерный метод. Специалисты рассматривают лазерное разделение изотопов урана как весьма перспективный и экономически эффективный метод.
Рассмотрим, как это осуществляется на практике. Представим себе пучок атомов естественного урана, вылетающих из нагреваемого сплава урана. Пучок облучают точно подстроенным излучением непрерывно генерирующего лазера на красителе (длина волны лазерного излучения 0,59154 мкм). Это излучение поглощается атомами изотопа 235 и не поглощается атомами изотопа 238. В результате поглощения лазерного излучения атомы изотопа 235 возбуждаются. Пучок атомов урана облучается также ультрафиолетовым излучением на длине волны 0,2-0,3 мкм. Ультрафиолетовое излучение поглощают только возбужденные атомы урана, при этом они ионизируются. Таким образом, наряду с нейтральными атомами урана в пучке оказываются ионы урана, причем эти ионы относятся только к изотопу 235. Пучок, содержащий нейтральные атомы и ионы, попадает в масс-спектрометр. Там под действием магнитного поля ионы (ведь они являются заряженными частицами) отклоняются в сторону, что и позволяет выделить их из пучка.

В рассмотренном примере в основе лазерного разделения изотопов лежал процесс избирательной ионизации, причем процесс этот был двухступенчатым: на первой ступени избирательное возбуждение и лишь на второй ионизация. Возможны также иные физические механизмы лазерного разделения изотопов. Например, можно использовать избирательную диссоциацию молекул. Поглощая лазерное излучение, молекулы «нужного» изотопа диссоциируют на атомы. Атомы, являясь химически активными реагентами, вступают в химическую реакцию со специально вводимыми в смесь молекулами. В образующихся при этом молекулах нового химического соединения присутствуют атомы только «нужного» изотопа; затем это соединение отделяют и тем самым разделяют изотопы. Применяется также метод, когда возбужденные лазерным излучением молекулы или атомы «нужного» изотопа сами вступают в определенные химические реакции, образуя легко отделяемые соединения.

ГЛАВА ВТОРАЯ. КАКОЙ ОН - ЭТОТ ЛАЗЕР?

<< | >>

↑

Источник: Тарасов Л.В.. Знакомьтесь - лазеры. 1988

Еще по теме ЛАЗЕРНАЯ СОРТИРОВКА АТОМОВ И МОЛЕКУЛ:

- Популярная физика -