RU2651338C2 - Способ лазерного разделения изотопов йода - Google Patents
Способ лазерного разделения изотопов йода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651338C2 RU2651338C2 RU2016139328A RU2016139328A RU2651338C2 RU 2651338 C2 RU2651338 C2 RU 2651338C2 RU 2016139328 A RU2016139328 A RU 2016139328A RU 2016139328 A RU2016139328 A RU 2016139328A RU 2651338 C2 RU2651338 C2 RU 2651338C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- radiation
- iodine
- infrared
- isotopes
- Prior art date
Links
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 239000011630 iodine Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 6
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 3
- 238000005369 laser isotope separation Methods 0.000 description 3
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 238000000132 electrospray ionisation Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001871 ion mobility spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Lasers (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области разделения изотопов йода и может быть использовано для получения изотопически обогащенного йода, а также при утилизации радиоактивных отходов. Способ лазерного разделения изотопов йода включает облучение паров йода (I2) резонансным инфракрасным излучением с длиной волны 47,62 мкм, последующее воздействие сильным лазерным излучением с диапазоном излучения оптическим или инфракрасным и интенсивностью более 3×1013 Вт/см2 и экстракцию образованных положительных ионов, причем время между воздействиями резонансного инфракрасного и лазерного излучений не должно превышать время распада колебательного состояния I2. Изобретение обеспечивает повышение эффективности выделения изотопов йода лазерным излучением. 1 ил.
Description
Изобретение относится к молекулярной физике, а именно к области разделения изотопов йода, и может быть использовано для получения изотопически обогащенного йода, а также для утилизации радиоактивных отходов.
Методы лазерного разделения изотопов являются эффективными методами получения химических элементов определенного изотопического состава [Летохов B.C., Мур С.Б. Квантовая электроника. Т. 3, вып. 3, 4, 1976 г.], что связано с возможностью значительного изотопического обогащения за один цикл. Лазерные методы разделения изотопов основаны на селективном возбуждении лазерным излучением электронных или колебательных уровней атомов или молекул определенного изотопического состава. Метод избирательной стимуляции одного молекулярного компонента в смеси [WO 9712373; МПК B01D 53/00; B01D 59/34; G01N 21/63; опубл. 1997-04-03] предполагает переход обоих компонентов в первое возбужденное состояние при первом импульсе лазерного излучения и выборочный переход одного компонента во второе возбужденное состояние при втором импульсе лазерного излучения длительностью порядка 10-15 с.
Способ разделения и обогащения стабильных изотопов в газовой фазе с использованием принципов спектрометрии ионной подвижности при атмосферном давлении (760 мм рт.ст.) и при комнатной температуре (298 К) согласно патенту US 6831271 [B01D 59/46; B01D 59/48; G01N 27/62; G01N 27/64; H01J 49/04; H01J 49/40; H01J 49/42 2004-12-14] может быть использован для разделения и обогащения изотопов фтора. Электроспрей-ионизация используется для создания газовой смеси ионов, и ионные пучки на выходе из сильного поля с асимметричной формой волны спектрометра подвижности ионов попадают в масс-спектрометр для идентификации изотопов.
Известен способ [патент RU 2530062, МПК B01D 59/00, опубл. 10.10.2014] лазерного разделения изотопов хлора, согласно которому проводят облучение исходного газа резонансным инфракрасным излучением, последующее воздействие сильным лазерным излучением и экстракцию образованных положительных ионов, в качестве исходного газа используется хлористый водород (HCl), длина волны резонансного инфракрасного излучения 3,782 мкм, диапазон лазерного излучения оптический или инфракрасный, а интенсивность сильного лазерного излучения превышает 1013 Вт/см2, причем время между воздействиями резонансного инфракрасного и лазерного излучений не должно превышать время распада колебательного состояния HCl.
Известен способ [патент RU 2531178, МПК B01D 59/00, опубл. 20.10.2014] лазерного разделения изотопов водорода облучением исходного газа резонансным инфракрасным излучением, последующее воздействие лазерным излучением и экстракцию образованных положительных ионов, отличающийся тем, что в качестве исходного газа используется хлористый водород (смесь HCl и DC1), длина волны резонансного инфракрасного излучения 4,662 мкм, диапазон лазерного излучения оптический или инфракрасный, а интенсивность превышает 1013 Вт/см2, причем время между воздействиями резонансного инфракрасного и лазерного излучений не должно превышать время распада колебательного состояния DCl.
Известен способ разделения различных изотопов по патенту GB 1529391 (B01D 59/34; G02B 27/00; H01S 3/08 1978-10-18), согласно которому пар, содержащий смесь изотопов, облучают для возбуждения изотопов одного типа до повышенного колебательного состояние и перехода возбужденных изотопов на более высокий электронный уровень, на котором электронные заряды разделяются. Пар обеспечивает сильно насыщенную атмосферу, которая не является растворителем для изотопов.
Известен способ [патент GB 1473330, МПК B01D 59/34; B01J 19/12; G02B 27/00; H01S 3/00; H01S 3/094; H01S 3/22; от 23.10.1973] лазерного разделения изотопов, взятый за прототип, основанный на изотопически-селективном возбуждении молекул газовой фазы в процессе инфракрасного поглощения фотонов, который включает в себя следующие стадии: облучение молекул ИК-излучением с помощью ИК-лазера при интенсивности, по крайней мере, 104 Вт/см2, в течение времени от 10-10 до 5×10-5 с, причем молекулы, содержащие желаемый изотоп или изотопы, преимущественно возбуждены резонансным излучением и поглощают больше, чем один квант ИК-излучения; преобразование возбужденных молекул в процессе облучения лазером оптического или УФ-диапазона для осуществления фотодиссоциации, в котором возбужденные молекулы могут быть отделены от невозбужденных.
Селективное колебательное возбуждение считается наиболее трудным методом [Летохов B.C., Мур С.Б., цит. соч., стр. 253]. Это связано с тем, что, несмотря на простоту селективного колебательного возбуждения, затруднено дальнейшее выделение колебательно возбужденных молекул.
Задачей изобретения является устранение недостатков, присущих прототипу.
Технический результат заключается в повышении эффективности выделения изотопов йода лазерным излучением.
Технический результат достигается тем, что в способе лазерного разделения изотопов йода, включающем облучение исходного газа резонансным инфракрасным излучением, последующее воздействие сильным лазерным излучением и экстракцию образованных положительных ионов, согласно изобретению в качестве исходного газа используются пары йода (I2). Длина волны резонансного инфракрасного излучения 47,62 мкм, диапазон сильного лазерного излучения оптический или инфракрасный, а интенсивность превышает 1013 Вт/см2, причем время между воздействиями резонансного инфракрасного и лазерного излучений не должно превышать время распада колебательного состояния I2.
Предлагается использовать эффект антистоксова усиления туннельной ионизации молекул. Этот эффект, предложенный в работе [Kornev A.S., Zon B.A. Phys. Rev. A 86, 043401 (2012)] и более детально рассмотренный в работе [Kornev A.S., Zon В.А. Laser Phys. 24, 115302 (2014)] применительно к молекуле HF, состоит в значительном увеличении вероятности туннельного эффекта в лазерном поле для колебательно-возбужденных молекул. При туннельном эффекте в лазерном поле возможен неупругий процесс, когда часть энергии передается туннелирующему электрону от иных степеней свободы в атомах [Kornev A.S. et al., Phys. Rev. A 68, 065403 (2003); 69, 065401 (2004); 79, 063405 (2009); 84, 053424 (2011); 85, 035402 (2012)] или молекулах [Kornev A.S., Zon B.A., Phys. Rev. A 86, 043401 (2012); Kornev A.S., Zon B.A. Laser Phys. 24, 115302 (2014)]. Для молекул такими иными степенями свободы могут являться колебательные степени свободы ядер атомов, образующих молекулу. Предварительное возбуждение ядерных колебаний позволяет в результате туннельного эффекта образовывать ионы с преимущественным содержанием определенных изотопов, поскольку нейтральные молекулы разного изотопического состава имеют разные частоты колебательных переходов.
На Фиг. 1 показана зависимость отношения вероятности образования ионов I2 + из возбужденного колебательного состояния (υi=1) к вероятности образования ионов I2 + из основного колебательного состояния (υi=0), в зависимости от интенсивности лазерного излучения I.
В природе встречается единственный стабильный изотоп I127. Долгоживущий β--радиоактивный изотоп I131 может быть получен искусственно из Те131 бомбардировкой нейтронами либо он содержится в радиоактивных отходах, являясь экологически наиболее опасным нуклидом. Достаточно длинный период полураспада I131 (8,02070 суток) позволяет получить из газовой смеси, содержащей различные изотопы йода (I127 и I131), молекулы I2 131. Пары йода облучаются инфракрасным излучением с длиной волны 47,62 мкм для заселения первого колебательного состояния молекулы I2 131. После этого на объем газа, подвергшийся облучению с указанной выше длиной волны, воздействуют лазерным излучением оптического или ИК-диапазона, причем интенсивность излучения I должна быть достаточно высокой, чтобы ионизация проходила вследствие туннельного эффекта, то есть удовлетворять неравенству
Здесь Е0 - потенциал ионизации молекулы, λ - длина волны ионизирующего излучения, a=0,529 
=0,529×10-10 м - атомная единица длины (боровский радиус), Е а =27,2 эВ =4,36×10-18 Дж - атомная единица энергии, I а =3,51×1016 Вт см-2 =3,51×1020 Вт м-2 - атомная единица интенсивности, αe=7,23×10-3 - постоянная тонкой структуры.
Для молекулы йода I2 эта интенсивность должна превышать 3×1013 Вт/см2 при длине волны ионизирующего излучения 1,3 мкм или 1.4×1013 Вт/см2 при длине волны ионизирующего излучения 2,0 мкм. Интервал времени между облучением резонансным инфракрасным излучением и мощным лазерным излучением не должен превышать времени жизни колебательного состояния, зависящего от давления и температуры газа. Вследствие туннельного эффекта преимущественно ионизуются колебательно-возбужденные молекулы, то есть молекулы I2 131. Далее, путем экстракции положительных ионов, получают йод с повышенным по сравнению с исходным содержанием изотопа I131.
Из зависимости на Фиг. 1 видно, что в оптимальных условиях, при интенсивности лазерного излучения ~1013 Вт/см2, вероятность образования I2 131+ превышает вероятность образования ионов I2 127+ более чем в 2 раза.
Claims (1)
- Способ лазерного разделения изотопов йода, включающий облучение исходного газа резонансным инфракрасным излучением, последующее воздействие сильным лазерным излучением и экстракцию образованных положительных ионов, отличающийся тем, что в качестве исходного газа используются пары йода (I2), длина волны резонансного инфракрасного излучения 47,62 мкм, диапазон сильного лазерного излучения оптический или инфракрасный, а интенсивность превышает 3×1013 Вт/см2, причем время между воздействиями резонансного инфракрасного и лазерного излучений не должно превышать время распада колебательного состояния I2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016139328A RU2651338C2 (ru) | 2016-10-06 | 2016-10-06 | Способ лазерного разделения изотопов йода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016139328A RU2651338C2 (ru) | 2016-10-06 | 2016-10-06 | Способ лазерного разделения изотопов йода |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016139328A RU2016139328A (ru) | 2018-04-06 |
| RU2651338C2 true RU2651338C2 (ru) | 2018-04-19 |
Family
ID=61866849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016139328A RU2651338C2 (ru) | 2016-10-06 | 2016-10-06 | Способ лазерного разделения изотопов йода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2651338C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3937956A (en) * | 1973-10-23 | 1976-02-10 | Exxon Research & Engineering Company | Isotope separation process |
| US4044252A (en) * | 1975-01-02 | 1977-08-23 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Separation of chemical species |
| WO1997012373A2 (en) * | 1995-09-15 | 1997-04-03 | British Nuclear Fuels Plc | Method and apparatus for laser separation of molecular compounds |
| US6831271B1 (en) * | 1998-08-05 | 2004-12-14 | National Research Council Canada | Method for separation and enrichment of isotopes in gaseous phase |
| RU2531178C2 (ru) * | 2012-12-18 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") | Способ лазерного разделения изотопов водорода |
-
2016
- 2016-10-06 RU RU2016139328A patent/RU2651338C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3937956A (en) * | 1973-10-23 | 1976-02-10 | Exxon Research & Engineering Company | Isotope separation process |
| US4044252A (en) * | 1975-01-02 | 1977-08-23 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Separation of chemical species |
| WO1997012373A2 (en) * | 1995-09-15 | 1997-04-03 | British Nuclear Fuels Plc | Method and apparatus for laser separation of molecular compounds |
| US6831271B1 (en) * | 1998-08-05 | 2004-12-14 | National Research Council Canada | Method for separation and enrichment of isotopes in gaseous phase |
| RU2531178C2 (ru) * | 2012-12-18 | 2014-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") | Способ лазерного разделения изотопов водорода |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016139328A (ru) | 2018-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fuß et al. | Time-resolved dissociative intense-laser field ionization for probing dynamics: Femtosecond photochemical ring opening of 1, 3-cyclohexadiene | |
| Lu et al. | Laser-based methods for ultrasensitive trace-isotope analyses | |
| Nakashima et al. | Large molecules in high-intensity laser fields | |
| Xu et al. | Ultraviolet photodissociation of bromoform at 234 and 267 nm by means of ion velocity imaging | |
| RU2531178C2 (ru) | Способ лазерного разделения изотопов водорода | |
| Ilkov et al. | Dissociative tunnel ionization of H 2 in an intense mid-ir laser field | |
| Ozenne et al. | Laser photodissociation of the isotopic hydrogen molecular ions. Comparison between experimental and ab initio computed fragment kinetic energy spectra | |
| RU2652260C2 (ru) | Способ лазерного разделения изотопов лития | |
| RU2651338C2 (ru) | Способ лазерного разделения изотопов йода | |
| RU2530062C2 (ru) | Способ лазерного разделения изотопов хлора | |
| RU2620051C2 (ru) | Способ лазерного разделения изотопов фтора | |
| RU2724748C1 (ru) | Способ лазерного разделения изотопов кислорода | |
| Tang et al. | Photodissociation Study of Ethyl Bromide in the Ultraviolet Range by the Ion‐Velocity Imaging Technique | |
| Stuke et al. | Monitoring UF6 photodissociation via laser multiphoton ionization | |
| Tian | Photoion-pair dissociation dynamics of polyatomic molecules with synchrotron radiation | |
| RU2750381C1 (ru) | Способ лазерного разделения изотопов азота | |
| KR100927466B1 (ko) | 이터븀 동위원소 분리방법 | |
| US7323651B2 (en) | Method for isotope separation of thallium | |
| JP2008282595A (ja) | 質量分析方法及び質量分析装置 | |
| Agostini et al. | Multiphoton ionization of rare gases at 1.06 μ and 0.53 μ | |
| Saquet et al. | Effect of electronic angular momentum exchange on photoelectron anisotropy following the two-color ionization of krypton atoms | |
| Risaro et al. | Silicon Isotope Separation by two frequency IRMPD | |
| Okumura et al. | Radiative decay of vibrationally excited CH2 | |
| Sharma et al. | Multiphoton dissociation/ionization of CHCl3 and CFCl3 at 355 nm: an experimental and theoretical study | |
| Teng et al. | Dissociative ionization and Coulomb explosion of ethyl bromide under a near-infrared intense femtosecond laser field |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191007 |