DE2855078A1 - Vorrichtung und verfahren zur photoanregung - Google Patents

Description

Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc. Bellevue, Washington 98009 V.St.A.

Vorrichtung und Verfahren zur Photoanregung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur isotopenselektiven Photoanregung für insbesondere eine Isotopentrennanlage.

Es gibt bereits verschiedene Möglichkeiten für eine isotopenselektive Photoanregung bei der Isotopentrennung, wie z. B. bei der Uran-Anreicherung, einschließlich einer selektiven Anregung durch fein abgestimmten Laserstrahl , der auf eine Umgebung von Dampfteilchen einwirkt (vgl. US-PS 3 772 519). Es wurde zusätzlich erwogen, daß die Anregungsstrahlung einer Frequenzvariation ("Zirpen") oder einem Frequenzhub über der Bandbreite der isotopenselektiven Absorption für den Photoanregungsübergang ausgesetzt werden kann (vgl. BE-PS 828 557 und US-Patentanmeldung Nr. 729 893 vom 6. Oktober 1976).

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Neuerliche Untersuchungen der Anregung von insbesondere

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dem Uran-Atom und der gewünschten Isotopenart U haben zur Entwicklung bestimmter Parameter für die Anregung und den Frequenzhub geführt, was eine wirksamere und wirtschaftlichere Isotopentrennung erlaubt. Diese werden insbesondere dann eingesetzt, wenn mehr als eine einzige Stufe der Photoanregung verwendet und eine Anregung von mehreren tiefliegenden Anfangsenergiezuständen gewünscht wird (vgl. z.B. BE-PS 807 118 und 816 057).

Insbesondere ist es bekannt, daß die durch einen abgestimmten Hohlraum erzeugte Laserstrahlung aus einer Anzahl von Schwingungs- oder Moduslinien oder bestimmten Frequenzen besteht, die bis zu 100 MHz oder mehr innerhalb der Laser-Bandbreite beabstandet sind. Innerhalb des Abstandes zwischen den Moden tritt im wesentlichen keine Nutzstrahlung auf. Gleichzeitig umfaßt die Absorptionsfrequenz für ein gewähltes Isotop in einer Mischung aus zahlreichen Teilchen von dieser Isotopenart und von anderen Isotopenarten eine Bandbreite, die dennoch über einem Frequenzbereich gestreut oder verschmiert ist, während sie von den Absorptionsfrequenzen für andere Isotopen getrennt ist. Dies beruht auf verschiedenen Verbreiterungs- oder Entartungseigenschaften der zahlreichen einzelnen Teilchen dieser einen Isotopenart. Damit ist eine vollkommene Anpassung zwischen den diskreten Frequenzen der einzelnen Moden der Anregungsstrahlung und allen Teilchen der gewählten Isotopenart unmöglich. Eine geringe Abweichung dieser Art verhindert jedoch nicht eine Anregung der Teilchen. Eine derartige Gedrängtheit reicht für eine zur Isotopentrennung wirksame Anregungswahrscheinlichkeit aus (vgl. die obigen PSen). Die Gedrängtheit wird durch das Vorliegen einer Anzahl von Modus-Linien gewährleistet, die über den Absorptionsfrequenzbereich für die zahlreichen Teilchen verteilt sind.

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Die Erfindung setzt eine genaue Untersuchung der Wechselwirkungsprozesse zwischen einem Atom und einem Strahlungsimpuls voraus. Wenn die Strahlungsfrequenzen sehr nahe atomare Übergangsfrequenzen sind, ändern sich die Zahlen der atomaren Übergänge oder Anregungen durch Absorptionen von Strahlungsquanten als Funktion des Abstandes/ um den die Strahlung nicht in genauer Resonanz ist. D. h., eine "genaue" Resonanz zwischen der Strahlung und einem bestimmten Teilchen bewirkt einen großen Anstieg in der Wahrscheinlichkeit, daß dieses Teilchen angeregt wird. Dieser Effekt wird tatsächlich überdeckt, da die genauen Absorptionsfrequenzen für zahlreiche Teilchen über einem Spektrum gestreut oder verschmiert sind. Unabhängig davon, wo eine oder mehrere Modus-Linien dann liegen, gibt es etwa die gleiche Anzahl enger Anpassungen und genauer Frequenzanpassungen. Eine andere Verschiebung der Moden durch den Isotopenbereich einer Hyperfeinstruktur verbessert die Anregungswahrscheinlichkeit für den Fall einer genauen Anpassung nicht stark.

Diese Verschmierung oder Verwischung der Absorptionserscheinungen ist größer, wenn mehrere Anregungsstufen benötigt werden. Dies ist insbesondere bei einer laserinduzierten Isotopentrennung der Fall.

Theoretische Untersuchungen der atomaren Strahlungswechselwirkung zeigen diese wesentliche Steigerung in der genauen Resonanzabsorptionswahrscheinlichkeit. Auf die tatsächliche isotopenselektive Photoanregung zahlreicher Teilchen angewandt, strebt diese Theorie eine genaue Resonanz mit jedem der zahlreichen Teilchen der gewählten Isotopenart durch den gesamten Linien-Frequenzbereich an.

Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung einer hohen Anregung und Ionisation mit vollständiger Linienüberdeckung, die

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eine genaue Resonanz gewährleistet, weit weniger Laserintensität benötigt wird als bei der zuvor verwendeten Folge diskreter fester Moden. Eine Mindeststärke ist nicht
nur für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wünschenswert, sondern auch für die Zuverlässigkeit der Anlage von Bedeutung. Ein starker Strahlungsimpuls kann sich schwierig über wirtschaftlich vernünftige Entfernungen ausbreiten. Eine Verschlechterung des Laserstrahles geht auf die üblichen nichtlinearen optischen Effekte und auf nahe lineare Effekte zurück, wie z. B. auf eine Erwärmung und Deformation der optischen Elemente.

In der Praxis schließen jedoch Modus-Abstände das Vorliegen einer vollständigen Linienüberdeckung mit Ausnahme sehr eng beabstandeter Moden aus, die unzweckmäßige Hohlraum- oder Resonanzraum-Konfigurationen erfordern.

Diese Schwierigkeit wird durch die Erfindung überwunden, die eine volle Linienüberdeckung vorsieht, indem die Moden-Lagen kontinuierlich über die Zeitdauer der Strahlung verändert werden. Die Strahlung wirkt vorzugsweise in Impulsen von ca. 1 bis 2 /US Zeitdauer ein, und in diesem Intervall werden die mehreren Moden bei wenigstens einer Linienbreite abgetastet, so daß eine genaue Resonanz wenigstens einmal für jedes Atom der gewünschten Isotopenart erreicht wird.

Wenn mehrere Anregungsstufen vorgesehen sind, wie z. B. bei der Isotopentrennung, kann eine genaue Resonanz für ein bestimmtes Atom bei mehr als einem Übergang weit schwieriger erhalten werden. Bei einem Verfahren mit mehreren Energiestufen mittels zahlreichen Strahlungen reicht es erfindungsgemäß aus, daß eine genaue Resonanz für die gesamte Ener-

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gieänderung erzielt wird. Wenn die Strahlung nahe bei Resonanz für die Zwischenstufen liegt, kann eine erhöhte Anregungswahrscheinlichkeit für eine genaue Resonanz verwirklicht werden, wenn eine genaue Resonanz für die gesamte Energieänderung während des Überganges erzielt wird. Dies führt zu einer Vereinfachung der Frequenz-Abtasteinrichtung für eine Isotopentrennung in mehreren Stufen, indem der Wirkungsgrad verbessert wird, wenn lediglich bei einer Frequenz der mehreren Frequenzen eine Frequenzvariation oder ein Frequenzhub erfolgt.

In den übrigen Fällen ohne Hohlraum oder Resonanzraum erfüllt die Erzeugung eines moduslosen Laserimpulses automatisch die Anforderungen der Zwei-Photonen-Resonanz. Der moduslose Laser hat eine kontinuierliche Frequenzverteilung, die einem variierten Impuls mit mehreren Moden gleichwertig ist.

Die Erfindung sieht also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur isotopenselektiven Photoanregung von Atomen in wenigstens einer ersten und einer zweiten Energiestufe vor. Die gesamte Energieänderung durch die zwei Energiestufen wird mit Isotopenselektxvität bei einer genauen Resonanz für die beiden Stufen erreicht. In einer Isotopentrennanlage, in der eine Gesamtheit oder eine Umgebung von Teilchen mehrerer Isotopenarten hervorgerufen wird, ist eine isotopenselektive Photoanregung von Laserstrahlung gezeigt, um eine große Verbesserung im Anregungswirkungsgrad zu erzeugen, wobei die Strahlung in mehreren Photonen insgesamt gesteuert ist, um eine genaue Resonanz über den mehreren entarteten Energiestufen zu erzielen. Selbst mit einer Mehrmodus-Anregung wird eine genaue Resonanz lediglich für isolierte Atome erreicht, und eine Frequenzvariation oder ein Frequenzhub wirkt auf eine der mehreren Anregungsfrequenzen ein, um eine genaue Reso-

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nanz wenigstens einmal für jedes Atom zu gewährleisten. Bei einer Anregung in mehreren Übergängen von mehreren tiefliegenden Energien durch einen im allgemeinen gemeinsamen oberen Übergang kann die Frequenzvariation auf die Strahlung einwirken, die den gemeinsamen Hochpegel-Übergang allein erzeugt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Energieniveau- und Übergangsdiagramm zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm mit diskreten atomaren Resonanzen und typischen Laser-Modus-Emissionsmustern,

Fig. 3 ein Diagramm einer Einrichtung, die bei der Erzeugung des Frequenzhubes erfindungsgemäß verwendet wird,

Fig. 4 einen Teil der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung, und

Fig. 5 ein Diagramm einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Photoanregung und letztlich Ionisation mit Isotopenselektivität vor, wobei das Ionisationsverfahren und die Ionisationsvorrichtung so betrieben werden, daß ein erhöhter Trennungswirkungsgrad vorliegt, d. h., mit der gleichen oder weniger Eingangsleistung wird mehr Trennungsleistung erzielt. Insbesondere er-

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folgt die Photoanregung in zwei oder mehr Energiestufen über einen hochangeregten Zustand, von dem eine Ionisation erreicht wird, insbesondere durch Laserstrahlung. Das so beschriebene Verfahren ist in Fig. 1 gezeigt mit einer ersten und einer zweiten Energiestufe 12 bzw. 14 von einem Grundzustand 16 zu einem angeregten Zwischenzustand 18 bzw. schließlich zu einem hochangeregten Zustand 20. Es kann zusätzlich gewünscht und als vorteilhaft angesehen werden, auch Teilchen von anderen tiefliegenden Energiezuständen anzuregen, wie z. B. vom 620 cm -Niveau bei der Urananreicherung, wie dies durch ein Niveau 22 angedeutet ist, und eine weitere Energiestufe 24 vorzusehen, um die Teilchen auf den angeregten Zwischenzustand 18 anzuregen. In diesem Fall kann der Zustand 18 entweder auf dem gleichen genauen Energieniveau oder auf einem in der J-Zahl etwas abweichenden Energieniveau liegen, um die verschiedenen J-Faktoren für die Änfangsniveaus 16 und 22 anzupassen.

Laserstrahlung wird vorzugsweise verwendet, um die Übergänge 12 und 14 durch Beleuchten eines Dampfes aus Teilchen zu erzeugen, die einer Photoanregung ausgesetzt werden sollen. Bei der Anwendung der Erfindung zur Isotopentrennung und insbesondere zur Urananreicherung bildet der Dampf einen Dampf

235 238 aus Uranteilchen, vorzugsweise der Isotopen U und U , und die Laserstrahlung ist insbesondere abgestimmt, um Isotopenselektivität in der Photoanregung zu erzeugen.

Das in Fig. 1 gezeigte Verfahren ist auf übliche Weise

dargestellt und dient zur isotopenselektiven Photoanregung

235 von Urandampf-Teilchen des gewünschten Isotops U auf das Niveau 20. Teilchen auf dem Niveau 20 werden durch die Strahlung eines weiteren Lasers in einem Ionisationsübergang 26 auf ein ionisiertes Niveau 28 über dem Ionisationsschwellenwert 30 ionisiert. Mit einer derartigen Vorrichtung soll die

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größte Anzahl ionisierter Teilchen einer gewünschten Isotopenart mit möglichst wenig anderen Isotopenarten für den geringsten zugeführten Energiebetrag erzielt werden, der insbesondere die kleinste Anzahl von Photonen in der bestrahlenden Laserstrahlung darstellt. Bevor der Wirkungsgrad in der Vorrichtung insgesamt optimiert werden kann, muß zunächst auf die Kinematik der selektiven Photoanregung eingegangen werden.

Die bevorzugten Energieniveaus 18 und 20 können aus üblichen Tabellenwerken entnommen werden (vgl. z. B. LA-4501 "Present Status of the Analyses of the First and Second Spectra of Uranium (VI and VII) as Derives from Measurements of Optical Spectra"; Los Alamos Scientific Laboratory of the university of California, zu beziehen bei National Technical Information Service, U.S. Department of Commerce, 5285 Port Royal Road, Springfield, Va., für Uran). Laserstrahlung ist von abstimmbaren Farbstofflasern einer ausreichend schmalen Bandbreite und Abstimmbarkeit verfügbar, um die übergänge 12, 14 und 24 mit Isotopenselektivität zu erzeugen. Durch herkömmliche Spektralanalysen werden die Mittenlagen von den Absorptxonslinien für die verschiedenen Isotopen zusammen mit der Hyperfeinstruktur oder der Folge von Absorptxonslinien 40 (vgl. Fig. 2) für jedes einzelne Teilchen ermittelt. Die Tatsache, daß die Mitten- oder Durchschnittsabsorptionslinie, wie z. B. eine Linie 42 in Fig. 2, nicht die genaue Frequenz ist, bei der jedes einzelne Teilchen absorbiert, ist bereits seit längerem bekannt. Die Linienstruktur der Linien 40 gibt die verschiedenen Einflüsse, wie z. B. die Hyperfeinstruktur, und die Doppler- und Zeeman-Aufspaltung wieder. Dieses Strukturband kann insbesondere z. B. über einigen GHz streuen oder verschmiert sein. Die Absorptxonslinien sind mit sich ändernden Längen dargestellt, um die

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Änderungen in den Absorptionsquerschnitten für verschiedene Linien zu zeigen. Die Fig. 2 gibt ein Beispiel einer Linienstruktur und soll nicht das genaue Bild der Linienstruktur eines bestimmten Überganges bei Uran oder anderen Atomen sein.

Die zur isotopenselektiven Photoanregung erzeugte Laserstrahlung sollte entsprechend eine ausreichende Spektralreinheit aufweisen, um innerhalb der Bandbreite des gewählten Isotops anzuregen, und sich nicht bis zur Bandbreite der ungewünschten Isotopen erstrecken, die hiervon durch eine kleine Frequenzdifferenz getrennt ist, die als Isotopenverschxebung bezeichnet wird. Abhängig vom Laser und dessen zugeordneten Abstimmelementen hat der Laser eine Bandbreite, wie diese z. B. durch eine Hüllkurve 44 in Fig. 2 gezeigt ist, über der der Laser einen ausreichenden Verstärkungsfaktor hat, um die Ausgangsstrahlung zu erzeugen. Insbesondere tritt die Strahlung in einer Folge von Frequenzen auf, die als Moden 46 bezeichnet sind. Die Frequenzdifferenz zwischen benachbarten Moden entspricht der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Hohlraum oder Resonanzraum, geteilt durch die Resonanzraum-Länge (oder die Hälfte dieses Wertes).

Es ist somit klar, daß es buchstäblich unmöglich ist, ein Photon einer genauen Energie zu erzeugen, das an die genaue Energieänderung angepaßt ist, die alle gegebenen Teilchen in den Stufen 12, 14 oder 24 erfahren. Jedoch hat ein gegebenes Photon, das vernünftig nahe in der Energie an der geforderten Energieänderung ist, eine merkliche Wahrscheinlichkeit zum Anregen eines Atoms durch diese nahe, aber nicht genau angepaßte Energieänderung. Dies ist eine wichtige praktische Erkenntnis hinsichtlich der Hyperfeinstruktur von Absorptionslinien, wodurch es möglich ist, eine Situation der in Fig. 2 gezeigten Art zu einer praktischen isotopenselek-

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tiven Photoanregung zu führen.

Es hat sich gezeigt, daß ein einzelnes Atom, das zu jedem Zeitpunkt ausreichend auf Strahlung lediglich nahe zu seiner bestimmten Absorptionslinie 40 ansprechen kann, weit wirksamer anregbar ist, wenn die Frequenz der Anregungsstrahlung wenigstens für einen Augenblick der genauen Frequenz der bestimmten hyperfeinen Absorptionslinie des Atoms entspricht. Selbst wenn die Laser in einem Mehrmodus-Betrieb so arbeiten, daß mehrere Laser-Modus-Frequenzen 46 innerhalb der Hüllkurve 44 vorgesehen sind, die grob auf die Bandbreite der Hyperfeinstruktur der Absorptionslinien zugeschnitten ist, sind die Moden über diesem Frequenzbereich für praktische Resonanzraum-Längen kaum enger beabstandet als in z. B. 100 MHz-Intervallen. Als Ergebnis wird eine genaue Resonanz nur noch in isolierten Zeitpunkten erreicht.

Um diese Schwierigkeit bei der Erfindung zu überwinden, wird die gesamte, in Fig. 2 gezeigte Modus-Struktur über der Zeitdauer der Anregungs-Laserstrahlung variiert. Die Strahlung wirkt in Impulsen ein, die insbesondere wenigstens einen merklichen Bruchteil einer /Us dauern. Jeder Modus wird dann geglättet und linear in der Frequenz um einen Betrag entsprechend wenigstens dem Zwischenmodus-Abstand, wie z. B. 100 MHz, in 1 ,us verschoben. Selbstverständlich ist dann jede bestimmte Absorptionslinie genau durch eine entsprechende Laserstrahlung während jedes Impulszyklus überdeckt.

Wie bereits darauf hingewiesen wurde (vgl. BE-PS 828 557 und US-Patentanmeldung 465 264 vom 29. April 1974) liegt eine der Eigenschaften, die aus einer sorgfältig eingestellten Frequenzvariation bei einer Photoanregung erhal-

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ten werden kann, in einer adiabatischen Umkehr der mitschwingenden Teilchen (der Teilchen in Resonanz). Wenn die meisten Teilchen im Grundenergiezustand oder dem Energiezustand am unteren Ende des bestimmten induzierten Überganges vorliegen, kann das Variieren einer einzigen Modus-Linie durch Resonanz wirksam den Energiezustand zum höheren Ende des Überganges schalten, was als adiabatische Umkehr bezeichnet wird. Das Verfahren ist in gleicher Weise in der anderen Richtung ausführbar, indem Teilchen von einem höheren Energieniveau zum unteren Ende des Überganges geschaltet werden, wenn die genau bemessene Abtastfrequenz durch die Resonanzlinie für dieses bestimmte Teilchen verläuft. Bei zahlreichen Modus-Linien und wegen der Schwierigkeit einer genauen Steuerung der Variation auf den exakten Modus-Abstand, ist es selbstverständlich, daß der Durchgang des zweiten Modus durch die gleiche Resonanzlinie wirksam ist, um dieses Teilchen vom Zustand 18 zurück zum Zustand 16 zu schalten, was einen Verlust an angeregten Teilchen bedeutet, obwohl ein erster Modus wirksam ist, um die adiabatische Umkehr z. B. vom Energieniveau 16 zum Energieniveau 18 zu erzielen. Entsprechend liegt scheinbar ein Schalten von Atomen zwischen einem oberen und einem unteren Niveau vor, ohne in einem derartigen Fall irgendeine klare reine Verstärkung bei der Photoanregung zu erzielen.

Diese Schwierigkeit kann jedoch vermieden werden, indem weiter die Atome angeregt oder ionisiert werden, die durch das Variieren in einem ausreichenden Maß geschaltet wurden, um zu gewährleisten, daß eine wesentliche Anzahl der durch das Variieren angeregten Atome aus dem Energieniveau am oberen Ende auf höhere Energieniveaus oder bis zur Ionisation entfernt werden, bevor die andere Modus-Li-

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nie durchläuft. Zu diesem Zweck kann es wünschenswert sein, daß einige Modus-Linien nach jedem bestimmten Frequenzpunkt innerhalb der Bandbreite der Feinstruktur während jedes Strahlungsimpulses variiert werden. Eine annehmbare Anzahl von Modus-Linien, die danach abzutasten sind, kann ca. 5 betragen.

Die Forderung einer gesteuerten Variation macht Laseranlagen für isotopenselektive Photoanregung und Ionisation gewiß zusätzlich aufwendiger. Wenn außerdem (vgl. Fig. 1) mehrere tiefliegende Energieniveaus, wie z. B. das Grundniveau 16 und das erste oder mehrere thermisch besetzte Niveaus, wie z. B. das Niveau 22, angeregt werden sollen, vervielfacht sich die Kompliziertheit, wenn das Variieren auf jeden Laser einwirkt, der zum Induzieren der entsprechenden Übergänge 12, 24, usw. auf das erste angeregte Niveau 18 vorgesehen ist.

In diesem Punkt weicht die Beschreibung von dem Konzept des Variierens ab, um einer anderen Weiterbildung der Erfindung zu folgen. Diese geht von der erfindungsgemäßen Erkenntnis aus, daß eine Vorrichtung einer Vielstufen-Photoanregung, wie diese z. B. in Fig. 1 durch die Stufen 12 und 14 gezeigt ist, in bestimmter Hinsicht als ein einziger Obergang betrachtet werden kann, bei dem die Strahlungen gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig einwirken. Entsprechend können die anregenden Photonen von der Laserquelle oder den Laserquellen zusammen betrachtet werden. Es ist dann möglich, die Energie der gesamten Anordnung oder aller Photonen entsprechend der gesamten Energieänderung zum oberen angeregten Zustand 20 von einem beliebigen anfänglichen, tiefliegenden Energiezustand zu behandeln, den die anzuregenden Atome besetzen.

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Es ist somit möglich, die Vorteile der Erfindung aus einer genauen Resonanz der gesamten Energieänderung allein zu erreichen. Wenn die Gesamtzahl der für die Energiestufen verwendeten Photonen der Summe der durch die genauen Hyperfein-Absorptionslinien dargestellten Energieänderungen entspricht, wird die Verbesserung im Wirkungsgrad aus einer genauen Resonanz erreicht. Solange die einzelnen Stufen nahe bei Resonanz sind, wie z. B. zwischen Modus-Linien liegen (vgl. oben), weisen sie keine genaue Resonanz auf. Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen, um den Anregungs-Wirkungsgrad über mehreren Anregungsstufen zu erhöhen, indem die Gesamtstufe in genauer Resonanz und die Zwischenstufen lediglich wenigstens nahe dabei vorgesehen werden.

Dies bedeutet weiterhin, daß die Vorteile einer genauen Resonanz in der Gesamtheit für alle Teilchen erzielbar ist, indem lediglich eine der Anregungsstrahlungen für den Mehrstufen-Fall gesteuert wird. Während dies durch eine Energieverbreiterung einer Strahlung erfolgen kann, wird vorzugsweise eine Variation bei einer Anregungsstrahlungsquelle im Mehrstufen-Fall verwendet.

Daraus folgt, daß das Variieren auf das Lasersystem begrenzbar ist, das für das Erzeugen des Überganges 14 verantwortlich ist. Dies verringert die Kompliziertheit oder den Aufwand der Lasersysteme, indem lediglich gefordert wird, daß ein einziges Lasersystem die zusätzliche Fähigkeit und Instrumentierung aufweist, um die gewünschte Frequenz-Variation zu erzeugen. Tatsächlich wird der Übergang zum Energieniveau 20 von irgendeinem der zunächst verwendeten tiefliegenden anfänglichen Energiezustände als eine einzige Resonanzerscheinung einschließlich einer Linienstruktur angesehen, die vom Absorptionsband über eine end-

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liehe Frequenz streut. Während die Strahlung für die einzelnen Stufen 12 und 14 nicht bezüglich einer Überdeckung der bestimmten Absorptionslinie zwischen dem erhöhten Zustand 18 und den jeweiligen tiefliegenden Zuständen 16 und 22 variiert sein muß, hat die Variation der Strahlung für den Übergang 14 die Auswirkung eines Treibens der Teilchen in die Grundzustände 16 und 22, um eine variierte Strahlung für den Gesamtübergang zum Zustand 20 zu sehen. Jedes Atom ist dann genau in Resonanz bei einem bestimmten Punkt in der Frequenzabtastung oder bei verschiedenen Punkten für den Übergang nach oben bis zum vollständig angeregten Niveau 20.

Eine Variation bei einer Frequenz von einem oder von mehreren Modus-Intervallen (vgl. oben) für die Impulsdauer, insbesondere eine /US, ist ausreichend langsam, um eine Photoanregung zu erreichen. Wie schnell eine Variation wirksam für diesen Zweck verwendet werden kann, hängt von der Anzahl der Moden ab, die ursprünglich im Laser vorhanden sind.

Während es aus Gründen der Bequemlichkeit vorteilhaft ist, lediglich einen von mehreren Lasern in einem Mehrstufen-Verfahren zu variieren, liegt ein Vorteil auch in einer Variation von mehr als einem der Laser. Wenn dies in der gleichen Richtung erfolgt, kann eine Variation von beiden zu einer Steigerung der Linienüberdeckung führen, indem die Abtastfrequenz der oberen Linie verdoppelt und die mittlere Verstimmung von 1/2 auf 1/4 des Modus-Abstandes verringert wird.

Zusätzlich ist es von Bedeutung, daß die auf das obere Ende des variierten Überganges variierten Teilchen rasch nach oben angeregt werden, um deren Entregung nach der An-

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kunft des nächsten Modus bei einer annehmbaren Resonanzlinie für das angeregte Teilchen zu vermeiden. Bei dem in Fig. 1 gezeigten System erfordert dies, daß die ionisierende Strahlung für den Übergang 26 ausreichend stark ist, um eine wesentliche Wahrscheinlichkeit für eine Ionisation im Intervall zwischen Modus-Durchgängen der Resonanzlinien zu erzeugen, auf die das angeregte Teilchen im Zustand 20 für eine Entregung ansprechen kann. Bei einer Uran-

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dampf-Anregung, bei der das U -Isotop selektiv anzuregen ist, ist der ionisierende Laser für den Übergang 26 insbesondere bis ca. eine Größenordnung in der Energiedichte höher als die Strahlung für die Übergänge 12, 14 und 24. Bis zu einem gewissen Ausmaß liegen Abgaben oder Verknüpfungen zwischen den verschiedenen Laserstärken derart vor, daß weniger Strahlungsstärke in den übrigen Lasern verwendet werden kann, wenn eine größere Stärke im ionisierenden Laser für den Übergang 26 gewünscht wird. Die Energieverbreiterung aus der Variation kann auch die Anforderungen an die Stärke für die ionisierenden Laser verringern. Schließlich sind die gewünschten Strahlungsenergiedichten eine Funktion der gewünschten Ionisationswahrscheinlichkeit für die vollständige Photoanregungs- und Ionisationsanordnung. Vorzugsweise Energie-

pegel im Bereich von 0,5 bis 25 mJ/cm führen zu einer annehmbaren Energiedichte, wobei die ionisierende Strahlung vorzugsweise eine höhere Dichte aufweist. Diese Zahlenwerte sind aber nicht einschränkend, da wesentlich abweichende Beträge an Stärke oder relativen Stärken für unterschiedliche Teilchenarten und unterschiedliche Ionisationswahrscheinlichkeiten verwendbar sind.

Die so erläuterte Vorrichtung zur isotopenselektiven Photoanregung erzielt das gleiche Ergebnis eines kontinuierlichen Strahlungsspektrums durch wiederholtes Variieren der

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Modus-Linien durch die Resonanzen der einzelnen Atome innerhalb des Dampfes.

Nachdem nun das Verfahren und Parameter zu dessen Durchführung für eine erfindungsgemäße isotopenselektive Photoanregung beschrieben wurden, soll der Aufbau der Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert werden. In
Fig. 3 ist ein Lasersystem zum Erzeugen einer variierten Mehrmodus-Laserstrahlung zur Verwendung in einem Laser, aber denkbar für mehrere Laser, für die verschiedenen übergänge 12, und 24 bei der Anregung gezeigt. Insbesondere werden die Laserstrahlung und die gewünschte Frequenz für den übergang 14 durch einen Laseroszillator 10 als Impulsfolge erzeugt. Die
Impuls-Folgefrequenz ist vorzugsweise hoch, wie z. B. 10 kHz oder höher, und wird insbesondere auf diesem Pegel erreicht, indem lediglich vollständig verstärkte gepulste Strahlung von mehreren Quellen gemischt wird (vgl. US-PS 3 944 947). Daher können insbesondere Impulse der tieferen Frequenz, die durch einen Laseroszillator 50 erzeugt sind, wie z. B. durch einen Dial-A-Line-Laser (der Firma "Avco Everett Research Laboratory, Inc."), verstärkt und gemischt werden, um die gewünschte Impulsfrequenz zu erzielen. Bei geringeren Impulsfrequenzen ist es jedoch auch möglich, die Vorteile der Erfindung zu erreichen.

Vor dem Verstärken und Mischen wirken Strahlungsimpulse vom Laseroszillator 50 auf einen Laserring 52 über einen
Strahlteiler 54 ein und werden durch einen Spiegel 56 über
eine Entzerrungs-Kompressionsoptik 58 reflektiert, um die
Vertikal-Abmessung des Strahles in der Zeichenebene zu verringern. Durch diesen Eindruck kann der Strahl durch einen
schmalen Außenteil eines Drehprismas 60 mit einer gewendelten ersten Fläche 62 und einer ebenen zweiten Fläche 64 ver-

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laufen. Die durch das Prisma 60 geschickte Strahlung wird durch einen Spiegel 66 reflektiert und verläuft durch eine Entzerrungs-Dehnungsoptik 68, um den normalen Querschnitt wieder herzustellen. Der Strahl wird dann durch einen weiteren Spiegel 70 reflektiert, um über ein Laserverstärker-Medium 72 für eine Impulsverstärkung abgegeben zu werden. Der verstärkte Impuls verläuft teilweise durch den Strahlteiler 54, um einen Ausgangsstrahl 74 zu bilden, und wird teilweise wiederum um die geschlossene Schleife 52 reflektiert.

Vorzugsweise wird das Prisma 60 durch einen Motor 78 gedreht, der über einen Synchronisierer 80 mit den vom Laseroszillator 50 erzeugten Impulsen synchronisiert ist, um zu vermeiden, daß die Prismastufe in der gewendelten Fläche 62 im Strahlengang während des Strahlungsimpulses auftritt. Ein derartiger synchroner Betrieb ist vorteilhaft aber nicht notwendig .

Durch die Verwendung der Entzerrungs-Kompressionsoptik (vgl. Fig. 4) kann der Strahlguerschnitt 81 ausreichend schmal sein, um Strahldivergenz-Schwierigkeiten zu vermeiden, die auf einer Änderung in der Steigung der gewendelten Fläche 62 mit dem radialen Abstand von der Drehmitte 82 beruhen .

Vorzugsweise Frequenzen für die Drehung des Prismas 60 mit einem Prisma-Radius von einem cm bis zu dem Bereich, in dem der Strahl 80 in das Prisma eintritt, liegen in der Größenordnung von 80OO U/min für Abtastentfernungen eines einzigen Modus. Entsprechend können größere Frequenzen oder Prisma-Radien für höhere Zahlen der Modus-Verschiebungen in jedem Impuls verwendet werden.

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Andere Anordnungen zum Erzeugen einer herkömmlichen Frequenzvariation sind ebenfalls verwendbar (vgl. z. B. die aus der BE-PS 828 557 bekannte Vorrichtung).

Das Verfahren der Isotopentrennung wird insbesondere in einer Kammer der in Fig. 5 gezeigten Art ausgeführt. Dabei ist eine Kammer 90 vorgesehen, die in üblicher Weise aufgebaut sein kann (vgl. US-PS 3 939 354) . Die Kammer enthält eine evakuierte Atmosphäre aus Urandampf, der von einer Dampfquelle 92 erzeugt ist. Der Dampf wird in eine Ionen-Trennstufe 94 durch die Dampfquelle 92 geleitet. Laserstrahlung wirkt über die Ionen-Trennstufe 94 vom Außenraum der Kammer 90 über ein Fenster 96 auf einem Ansatzrohr 98 ein. Die Strahlung kann weiterhin die Kammer 90 über ein Ansatzrohr 100 und ein Fenster 102 verlassen, um in folgenden, ähnlichen Kammern verwendet zu werden. Eine Folge von Magnetfeld-Spulen 104 umgibt die Kammer 90 und wird von einer Stromquelle 106 erregt, um ein axiales Magnetfeld im Bereich der Trennstufe 94 zu erzeugen, das einerseits zum Leiten eines Elektronenstrahles auf das Uranmetall in der Dampfquelle 92 und andererseits zum Zusammenwirken mit einem elektrischen Feld verwendet wird, das in der Trennstufe 94 von einer gepulsten Spannungsquelle 108 anliegt, um gekreuzte magnetische und elektrische Felder zu erzeugen, die die ionisierten Teilchen aus dem Dampfstrom absaugen.

Die über das Fenster 96 in einem Strahl 110 einwirkende Strahlung enthält überlagert mehrere Farben, um die Übergänge 12, 14, 24 und 26 (vgl. Fig. 1) zu erzeugen. Das Farbmischen erfolgt vorzugsweise in einem Farbmischer 112, der aus dichroitischen Bauteilen bestehen kann. Der Farbmischer 112 empfängt bei diesem Beispiel Strahlen gepulster Strahlung von vier Lasersystemen 114, 116, 118 und 120, die ihrer-

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seits mehrere Verstärkungsstufen sowie Impulsverschachtelungen aufweisen können (vgl. US-PS 3 944 947 und ÜS-PS 3 924 937).

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-sr-

Leerseite

Claims (52)

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Photoanregen, mit

einer ersten Einrichtung zum Erzeugen einer Teilchenumgebung ,

einer zweiten Einrichtung, die auf die Umgebung eine erste Frequenz einer elektromagnetischen Strahlung einwirken läßt, die abgestimmt ist, um eine Anregung der Teilchen der Umgebung in einem ersten übergang von einem tiefliegenden Energieζustand auf ein erstes angeregtes Energieniveau unterhalb der Ionisation zu erzeugen, und

eine dritte Einrichtung, die auf die Umgebung elektromagnetische Strahlung einwirkt, um eine Anregung von Teilchen im ersten angeregten Niveau in einem zweiten Übergang zu einem zweiten angeregten Niveau unterhalb des Ionisationsniveaus zu erzeugen,

gekennzeichnet durch

eine vierte Einrichtung (60) zum Erzeugen einer Frequenzabtastung in der Frequenz der Strahlung, die den zweiten Übergang über einen gewählten Frequenzbereich innerhalb eines gewählten Zeitintervalles erzeugt, um die Wirksamkeit der Photoanregung vom tiefliegenden Energiezustand auf den zweiten angeregten Zustand zu erhöhen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch

eine fünfte Einrichtung (50), die auf die Umgebung elektromagnetische Strahlung einwirken läßt, die zum Erzeugen eines dritten Energieüberganges bei Teilchen der Um-

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gebung in einem tiefliegenden Energieniveau außer dem ersten tiefliegenden Energieniveau auf wenigstens ca. das erste Energieniveau abgestimmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Umgebung Teilchen von mehreren Isotopenarten enthält, und

daß die fünfte Einrichtung (50) Mittel aufweist, um die Frequenz der jeweiligen elektromagnetischen Strahlungen so festzulegen, daß die Summe der Energien in jedem Zeitpunkt in der einwirkenden elektromagnetischen Strahlung für den ersten und den zweiten Übergang und die Summe der Energien in jedem Zeitpunkt in der einwirkenden elektromagnetischen Strahlung für den dritten und den vierten Übergang einer Energie entspricht, die selektiv durch Teilchen einer vorbestimmten Isotopenart in der Umgebung bezüglich Teilchen von anderen Isotopenarten in der Umgebung absorbiert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die dritte Einrichtung (50) Mittel (80) aufweist, um die Frequenzen der jeweiligen Strahlungen so festzulegen, daß die gesamte Energieänderung für den ersten und den zweiten Übergang auf das zweite angeregte Niveau einer Energie entspricht, die vorzugsweise durch Teilchen einer Isotopenart in der Umgebung bezüglich Teilchen anderer Isotopenarten in der Umgebung absorbiert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die dritte Einrichtung (50) zur Erzeugung des zweiten Überganges einen Laser aufweist, der ein Strahlungs-Ausgangssignal innerhalb einer gewählten Bandbreite bei mehreren Modus-Frequenzen innerhalb der Bandbreite erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß benachbarte Modus-Frequenzen frequenzmäßig ca. in der Größenordnung von 100 MHz abweichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die vierte Einrichtung (60) eine Frequenzabtastung über wenigstens einer Modus-Breite der Strahlung von der dritten Einrichtung erzeugt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die vierte Einrichtung (60) eine Frequenzabtastung entsprechend mehreren Modus"Breiten, jedoch kleiner als die Gesamtbandbreite für die Strahlung für den zweiten Übergang bewirkt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Umgebung Teilchen von mehreren Isotopenarten aufweist, und

daß die Bandbreite die Isotopenverschiebung für die Teilchen der einen Isotopenart in der Umgebung bezüglich der anderen Isotopenarten für den übergang vom tiefliegenden Energieniveau zum zweiten angeregten Zustand ausschließt.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite bzw. dritte Einrichtung die Strahlung in im wesentlichen gleichzeitigen Impulsen zuführt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

eine sechste Einrichtung zum Erzeugen einer Frequenzabtastung in der Frequenz der Strahlung, die den ersten Übergang über einem gewählten Frequenzbereich innerhalb eines gewählten Zeitintervalles bewirkt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Teilchen Uranatome umfassen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch

eine siebente Einrichtung zum Entleeren des zweiten angeregten Zustandes während der Anregung der Teilchen in den zweiten angeregten Zustand.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

daß die siebente Einrichtung Mittel zum Ionisieren von Teilchen vom zweiten angeregten Zustand aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zum Ionisieren ein Glied zum Zuführen von Strahlung auf die Umgebung in einer Stärke größer als die Stärke der Strahlung haben, die den ersten und den zweiten Übergang erzeugt.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das gewählte Zeitintervall in der Größenordnung von wenigstens einem wesentlichen Bruchteil einer ,us liegt.

17. Vorrichtung zum Erzeugen einer strahlungsinduzierten Anregung von Teilchen, mit

einer Einrichtung zum Erzeugen einer Umgebung von Teilchen mit Teilchen mehrerer Isotopenarten, die Strahlung bei Frequenzen absorbieren, die zwischen den Isotopenarten um einen Wert abweichen, der als die Isotopenverschiebung festgelegt ist, und

einer Einrichtung, die eine vorbestimmte Zeitdauer der Umgebung elektromagnetische Strahlung zuführt, die einen Frequenzbereich entsprechend Frequenzen überdeckt, bei welchen Teilchen einer gewählten Isotopenart Strahlung innerhalb von deren Linienstruktur absorbieren,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Zuführen elektromagnetischer Strahlung Mittel zum Erzeugen der Strahlung bei mehreren ca. gleich beabstandeten Modus-Linien innerhalb der Bandbreite für die Strahlung aufweist, und

daß eine Einrichtung eine Frequenzabtastung bei jeder der mehreren Modus-Linien einer Frequenz entsprechend wenigstens dem Abstand zwischen Modus-Linien über der vorbestimmten Zeitdauer der elektromagnetischen Strahlung ausführt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zur Frequenzabtastung Mittel zur Frequenzabtastung der Strahlung einer Frequenz entsprechend

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mehreren Modus-Abständen, jedoch wesentlich kleiner als der Frequenzbereich der Bandbreite der Strahlung, aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17,
gekennzeichnet durch

eine Ionisierungseinrichtung zum Ionisieren von Teilchen, die durch die Strahlung angeregt sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlung Teilchen der gewählten Isotopenart auf ein angeregtes Niveau anregt, und

daß die Ionisierungseinrichtung das angeregte Niveau entleert, wodurch die elektromagnetische Strahlung eine kontinuierliche Anregung auf das angeregte Niveau bewirken kann.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Frequenzabtastung der Einrichtung zum Erzeugen einer Umgebung von Teilchen sich über mehrere Modus-Abstände erstreckt, die in der Anzahl während der vorbestimmten Zeitdauer ausreichend sind, um eine wesentliche Besetzung der angeregten Teilchen der gewählten Isotopenart beizubehalten, die zur Ionisation verfügbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Anzahl der Modus-Abstände in der Frequenzabtastung jeder Zeitdauer der elektromagnetischen Strahlung wenigstens 5 beträgt.

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23. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Ionisierungseinrichtung Mittel zum Zuführen von Strahlung einer Stärke größer als die Stärke der elektromagnetischen Strahlung aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Zuführen elektromagnetischer Strahlung Mittel zum Anregen der Teilchen einer gewählten Isotopenart auf ein erstes Energieniveau besitzt, bei der die frequenzabgetastete Strahlung absorbiert wird, um einen Übergang auf einen zweiten angeregten Zustand zu erzeugen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Anregen der Teilchen auf den ersten angeregten Zustand Mittel zum Zuführen von Strahlung mehrerer Frequenzen besitzt, um mehrere tiefliegende Energiezustände auf deren erste angeregte Zustände anzuregen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Modus-Linien ca. in der Größenordnung von 100 MHz getrennt sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Teilchen elementares Uran umfassen.

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28. Vorrichtung zum Erzeugen einer isotopenselektiven Anregung von Teilchen einer gewählten Isotopenart in einer Umgebung von Teilchen mehrerer Isotopenarten, mit

einer Einrichtung zum Erzeugen einer Umgebung von Teilchen der mehreren Isotopenarten einschließlich der Teilchen der gewählten Isotopenart, und

einer Einrichtung zum Zuführen elektromagnetischer Strahlungsenergie wenigstens eines Frequenzbereiches und einer Bandbreite auf die Umgebung,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Teilchen der gewählten Isotopenart mit der elektromagnetischen Strahlung in der Gesamtheit mehrerer Photonen der Strahlung in Resonanz sind, und

daß eine Einrichtung die Energie der Photonen der elektromagnetischen Strahlung für eine genaue Resonanzabsorption durch die Teilchen der einen Isotopenart bezüglich Teilchen von anderen Isotopenarten in der Umgebung in der Gesamtheit der mehreren Photonen steuert.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28,
dadurch gekennzeichnet,

daß verschiedene Teilchen der gewählten Isotopenart bei verschiedenen Hyperfeinstruktur-Frequenzen über einem Frequenzbereich absorbieren, der von Absorptionsfrequenzen für Teilchen anderer Isotopenarten der mehreren Isotopenarten bei Resonanz verschieden ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29,
gekennzeichnet durch

eine Einrichtung, die bewirkt, daß wenigstens einige der Photonen der einwirkenden elektromagnetischen Strahlung bei verschiedenen Frequenzen auftreten, wobei sich die gesamte Absorptionsenergie der Photonen innerhalb der Band-

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breite der elektromagnetischen Strahlung über einem vorbestimmten Frequenzintervall verändert.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Zuführen elektromagnetischer Strahlung Mittel zum Erzeugen von Laserstrahlung hat.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zum Erzeugen von Laserstrahlung diese in mehreren ca. gleich beabstandeten Modus-Linien erzeugen.

33. Vorrichtung nach Anspruch 28,
dadurch gekennz e ichnet,

daß die Einrichtung zum Zuführen von Strahlung Mittel zum Zuführen von Strahlung von wenigstens drei verschiedenen Photonenenergien besitzt, wobei Photonen von zwei verschiedenen Energien zusammenwirken, um einen isotopenselektiven übergang von einem ersten tiefliegenden Energiezustand zu einem angeregten Energiezustand zu bewirken, und wobei eine verschiedene Kombination von zwei Photonen der wenigstens drei Photonenenergien zusammenwirkt, um einen isotopenselektiven Übergang von einem weiteren tiefliegenden Energiezustand für Teilchen der gewählten Isotopenart zu einem angeregten Energiezustand zu bewirken.

34. Vorrichtung nach Anspruch 28,
gekennzeichnet durch

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eine Einrichtung zum Ionisieren von Teilchen, die durch die Strahlung angeregt sind.

35. Vorrichtung nach Anspruch 28,
gekennzeichnet durch

eine Einrichtung, die in der elektromagnetischen Strahlung Photonen von wenigstens drei Energien erzeugt, die in einer ersten und einer zweiten Kombination zusammenwirken, die eine gemeinsame Photonenenergie besitzen, um isotopenselektive Obergänge von einem ersten und einem zweiten tiefliegenden anfänglichen Energiezustand zu einem angeregten Energiezustand zu bewirken, und

eine Einrichtung, die eine Frequenzabtastung in der Strahlung durchführt, deren Photonen den beiden genannten übergängen von dem jeweiligen ersten und zweiten anfänglichen tiefliegenden Energiezustand gemeinsam sind.

36. Vorrichtung zum Erzeugen einer Photoanregung, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Umgebung von Teilchen mit Teilchen mehrerer Isotopenarten, die Strahlung bei Frequenzen absorbieren, die zwischen den Isotopenarten um einen Wert abweichen, der durch die Isotopenverschiebung bestimmt ist, wobei Teilchen einer gewählten Isotopenart eine Linienstruktur von Absorptionslinien aufweisen, die um eine mittlere Absorptionslinienfrequenz für die gewählte Isotopenart verteilt sind,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Erzeugen mehrerer isotopenselektiver Energiestufen in den Teilchen der gewählten Isotopenart, wobei die mehreren Energiestufen im wesentlichen hintereinander von einem Energieniveau zum anderen angeordnet sind.

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wobei die Einrichtung zum Erzeugen von mehreren Energiestufen Mittel zum Zuführen elektromagnetischer Strahlung mit Photonenenergien insgesamt hat, die über einem vorbestimmten Zeitintervall eine genaue Resonanz mit einem wesentlichen Teil der Linienstruktur der mehreren Energiestufen in der Gesamtheit erzeugen.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Zuführen elektromagnetischer Strahlung Mittel zum Erzeugen von Strahlung aufweist, die nahezu, aber nicht genau, in Resonanz für dazwischenliegende Stufen der mehreren Energiestufen über einem wesentlichen Teil der Linienstruktur der Teilchen der gewählten Isotopenart ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 36,
gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Ionisieren von Teilchen aus dem angeregten Zustand.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Zuführen von Strahlung Mittel zum Frequenzabtasten wenigstens einer Frequenz der zugeführten Strahlung hat.

40. Verfahren zum Erzeugen einer Photoanregung, mit Erzeugen einer Umgebung von Teilchen,

Einwirken auf die Umgebung einer ersten Frequenz einer elektromagnetisehen Strahlung, die zum Erzeugen einer Anregung von Teilchen der Umgebung in einem ersten Übergang von einem tiefliegenden Energiezustand zu einem ersten angereg-

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ten Energieniveau unterhalb Ionisation abgestimmt ist, gekennzeichnet durch

Einwirken auf die Umgebung einer elektromagnetischen Strahlung, um eine Anregung von Teilchen im ersten angeregten Niveau in einem zweiten Übergang auf ein zweites angeregtes Niveau unterhalb des Ionisationsniveaus zu erzeugen , und

Frequenzabtasten der Frequenz der den zweiten Übergang erzeugenden Strahlung über einem gewählten Frequenzbereich innerhalb eines gewählten Zeitintervalles, um die Wirksamkeit der Photoanregung vom tiefliegenden Energiezustand zum zweiten angeregten Zustand zu erhöhen.

41. Verfahren nach Anspruch 40,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Frequenzabtasten eine Frequenzabtastung durch wenigstens eine Modus-Breite der Strahlung von der Einrichtung zum Erzeugen von Strahlung für den zweiten Übergang bewirkt.

42. Verfahren nach Anspruch 40,
gekennzeichnet durch

Entleeren des zweiten angeregten Zustandes während der Anregung der Teilchen auf den zweiten angeregten Zustand.

43. Verfahren nach Anspruch 40,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Entleeren ein Ionisieren von Teilchen vom zweiten angeregten Zustand aufweist.

44. Verfahren zum Erzeugen einer strahlungsinduzierten Anregung von Teilchen, mit

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Erzeugen einer Umgebung von Teilchen mit Teilchen mehrerer Isotopenarten, die Strahlung bei Frequenzen absorbieren, die zwischen den Isotopenarten um einen Wert abweichen, der als Isotopenverschiebung festgelegt ist,

gekennzeichnet durch

Einwirken für eine vorbestimmte Zeitdauer von elektromagnetischer Strahlung auf die Umgebung, die einen Frequenzbereich entsprechend Frequenzen überdeckt, bei denen Teilchen der gewählten Isotopenart Strahlung in deren Linienstruktur absorbieren,

wobei das Einwirken das Erzeugen von Strahlung bei mehreren ca. gleich beabstandeten Modus-Linien innerhalb der Bandbreite für die Strahlung aufweist, und

Frequenzabtasten jeder der mehreren Modus-Linien einer Frequenz entsprechend wenigstens dem Abstand zwischen den Modus-Linien über der vorbestimmten Zeitdauer der elektromagnetischen Strahlung.

45. Vorrichtung nach Anspruch 44,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Frequenzabtasten eine Frequenzabtastung der Strahlung einer Frequenz entsprechend mehreren Modus-Abständen, jedoch wesentlich kleiner als der Frequenzbereich der Bandbreite der Strahlung, aufweist.

46. Verfahren nach Anspruch 44,
gekennzeichnet durch

Ionisieren von Teilchen, die durch die Strahlung angeregt sind.

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47. Verfahren zum Erzeugen einer isotopenselektiven Anregung von Teilchen einer gewählten Isotopenart in einer Umgebung von Teilchen mehrerer Isotopenarten, mit

Erzeugen einer Umgebung von Teilchen der mehreren Isotopenarten einschließlich der Teilchen der gewählten Isotopenart , und

Zuführen von elektromagnetischer Strahlungsenergie wenigstens eines Frequenzbereiches und einer Bandbreite auf die Umgebung ,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Teilchen der gewählten Isotopenart in Resonanz mit der elektromagnetischen Strahlung in der Gesamtheit mehrerer Photonen der Strahlung sind, und

daß die Energie der Photonen der elektromagnetischen Strahlung für eine genaue Resonanzabsorption durch die Teilchen der einen Isotopenart bezüglich Teilchen der anderen Isotopenarten in der Umgebung in der Gesamtheit der mehreren Photonen gesteuert wird.

48. Verfahren nach Anspruch 47,
dadurch gekennzeichnet,

daß verschiedene Teilchen der gewählten Isotopenart bei verschiedenen Linienstruktur-Frequenzen über einem Frequenzbereich absorbieren, der von Absorptionsfrequenzen für Teilchen anderer Isotopenarten der mehreren Isotopenarten bei der Resonanz verschieden ist.

49. Verfahren nach Anspruch 47,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Einwirken elektromagnetischer Strahlung das Erzeugen von Laserstrahlung umfaßt.

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50. Verfahren nach Anspruch 49,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Laserstrahlung in mehreren gleich beabstandeten Modus-Linien erzeugt wird.

51. Verfahren nach Anspruch 47,
gekennzeichnet durch

Ionisieren der durch die Strahlung angeregten Teilchen.

52. Verfahren zum Erzeugen einer Photoanregung, mit Erzeugen einer Umgebung von Teilchen mit Teilchen mehrerer Isotopenarten, die Strahlung bei Frequenzen absorbieren, die zwischen den Isotopenarten um einen Wert verschieden sind, der durch die Isotopenverschiebung festgelegt ist, wobei Teilchen einer gewählten Isotopenart eine Linienstruktur von Absorptionslinien aufweisen, die über eine mittlere Absorptionslinienfrequenz für die gewählte Isotopenart verteilt sind,

gekennzeichnet durch

Erzeugen mehrerer isotopenselektiver Energiestufen in den Teilchen der gewählten Isotopenart, wobei die mehreren Energiestufen im wesentlichen hintereinander von einem Energieniveau zum anderen angeordnet sind,

wobei das Erzeugen mehrerer Energiestufen das Einwirken elektromagnetischer Strahlung mit Photonenenergien insgesamt aufweist, die über einem vorbestimmten Zeitintervall eine genaue Resonanz mit einem wesentlichen Anteil der Linienstruktur der mehreren Energiestufen in der Gesamtheit bewirken.

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