SU784680A1 - Способ фотодиссоциации газа лазерным излучением - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области зерного разделени  изотопов. Известен способ, основанный на использовании оптического излучени  дл  разделени  изотопов (способ фотохимического разделени ) 1. Этот способ основан на увеличении реакционной способности молекулы определенного изотопного состава ( АВ после одноступенчатого возбуждени  его монохроматическим светом. Изотопически селективно возбужденна  молекула вступает в химическую реакцию с подход щим атомным или молекул рным акцептором до потери молекулой возбуждени  и затем отдел етс  стандартными химичеческими методами. Этот способ используетс , в частности, дл  разделени  изотопов хлора путем возбуждени  молекулы фосгена линией алюминиевой искры на длине волны 2816, 18 А. Недостатком этого способа  вл етс  неизбежность использовани  столкновений между селективно возбужденными молекулами и молекулами акцептора, во врем  которых происходит с большей веро тностью потер  возбуждени , а при столкновении облучаемых молекул между собой - передача возбуждени  между молекулами (одв и АВ различного изотопного состава . Эти неизбежные аффекты резко повышают энергозатраты и снижают коэффициент разделени  изотопов фотохимическим способом. Известен способ фотодиссоциации газа лазерным излучением 2. Способ включает поочередное воздействие на газ инфракрасного и ультрафиолетювого излучений. Недостатком этого способа  вл ютс , во-первых, высокие энергозатраты, обусловленные высоким потенциалом фотоионизации молекул и необходимостью примен ть лазерное излучение в области вакуумного ультрафиолета, и, во-вторых, низкой селективностью фотоионизации из-за малого сдвига полосы фотоионизационного поглощени  при селективном возбуждении колебательного состо ни  ИК-излучением . Целью изобретени   вл етс  повышение селективности диссоциации молекул при одновременном уменьшении энергозатрат . Поставленна  цель достигаетс  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

поглощени  молекулы с определенным изотопом , возбуждает только молекулы с этим изотопом, а другое - с частотой, меньшей порога фотодиссоциации невозбужденных молекул, но достаточной дл  фотодиссоциацин возбужденных молекул, вызывает их диссоциацию.

Дл  фотодиссоциации молекул, содержащих определенный изотоп, на всех вращательных подуровн х основного колебательного состо ни  в полинзотопный газ добавл ют буферный инертный газ, имеющий частоты возбуждени , отличающиес  от резонансной частоты возбуждени  основного газа.

Полиизотопный молекул рный газ АВ + подвергают одновременному воздействию двух лазерных излучений разлнчных частот «i и tog.

На фиг. 1 представлены спектр поглощени  молекул полиизотопного газа (а) и схеыа их энергетических уровней (б). Частота cui соответствует спектральной линии поглощени  молекулы , содержащей выдел емый нзотоп (А. Поглотив квант излучени  с энергией Йшь молекула АВ переходит из основного состо ни  с энергией о в возбужденное состо ние с энергией ЯкЧастота второго лазерного излучени  ojg меньше порога фотодиссоциацин невозбужденных молекул АВ, но больше порога диссоциации возбужденных молекул АВ. Поглощение возбужденной молекулой кванта вызывает ее диссоциацию . Частота сод выбираетс  в области сдвига фотодиссоциационной полосы поглощени  молекул АВ, где отношение коэффициентов поглощени  селективно возбуЖх енных молекул АВ н невозбужденных молекул АВ максимально. Молекулы иного изотопного состава не способны поглощать излучение на частотах оз, и cog и, следовательно, остаютс  не диссоциированными . Продукты селективной фотодиссоциации химически отличны от исходных молекул и удал ютс  стандартными химическими методами.

С целью увеличени  производительности процесса необходимо осуществл ть фотодиссоциацию всех молекул, содержащих определенный изотоп, несмотр  на тепловое распределение их по многим вращательным подуровн м основного колебательного состо ни . Дл  этого в полиизотопный молекул рный газ добавл ют буферный инертный газ, не поглощающий лазерное излучение , который перемещивает вращательные состо ни  молекул.

Соответствующим оптимальным выбором частот излучений wj и wg. их интенсивностей и длительностей действи , выбором промежуточного возбужденного состо ни  молекулы , давлени  газа можно реализовать разделение изотопов с низкими энергозатратами и производительностью процесса, близкой к теоретической предельной, под

которой подразумеваетс  диссоциаци  каждой молекзлы определенного изотопного состава в смеси с веро тностью пор дка единицы с затратой световой энергии, равной энергии фотодиссоциации молекзлы. В часткости , с целью увеличе 1и  коэффициента разделе1 и  необходимо увеличивать сдвиг фотодиссоциациоиной полосы поглощени  молекул, использу  схемы с селективным возбуждением: а) на основной колебательной частоте; б) возбуждение на колебательном обертоне; в) двухступенчатое возбуждение колебаний (фкг. 2).

Данный способ двухступенчатой селггктивной диссоциации молекул лазерным излучением открывает новые возможности дл  высокоэффективного разделени  изотопов, преимущественно тех, с которыми трудно оперировать в атомар1юм состо нии. Низкие энергозатраты, высока  селегстивность

фотодиссоциации и применимость ко многим технически важным изотопам делают способ экономичным и вьгсокотехнологи1иым .

Claims (2)

1.Способ фотодиссоциации газа лазерным излучением, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  селективной диссоциации молекул, содержащих только определенный изотои, полиизотопный газ подвергают одновременному воздействию двух лазернь х излучений различных частот, одно из которых - монохроматическое с частотой , соответствующей спектральной линии поглощени  молекулы с определенным изотопом , возбуждает только молекулы с этим изотопом, а другое - с частотой, меньшей порога фотодиссоциации невозбужденных

молекул, но достаточной дл  фотодиссоциации возбужденных молекул, вызывает их диссоциацию.

2.Способ по п. I, отличающийс  тем, что, с целью фотодиссоциации молекул , содержащих определенный изотои, на всех вращательных подуровн х основного колебательного состо ни  в полиизотопный газ добавл ют буферный инертный газ, имеющий частоты возбуждени , отличающиес  от резонансной частоты возбуждени  основного газа.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1. К. Luber. iMature, 136, 796, 1935.

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

fil

AB

/ Д/ИЗ

1ДВ AB