Лазерное разделение изотопов

ЛАЗЕРНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ, разделение изотопов в результате избирательного воздействия лазерного излучения на выделяемый изотоп. Основой лазерного разделения изотопов является наличие так называемого изотопического сдвига в спектрах поглощения атомов или молекул: сдвига относительно друг друга спектральных линий различных изотопов одного элемента, а также молекул, содержащих различные изотопы одного элемента. Это позволяет избирательно возбуждать определённые изотопы и содержащие их молекулы; при этом лазер настраивается по длине волны на линию поглощения одного из изотопов смеси. Первые теоретические и экспериментальные работы по разделению изотопов с помощью лазерного излучения выполнены в США и СССР в конце 1960-х - начале 1970-х годов.

Для выделения из смеси возбуждённого изотопа (или молекул, содержащих изотоп) применяются различные методы, которые делятся на две группы - атомарные и молекулярные (в зависимости от используемого рабочего вещества). Наиболее эффективный в практическом применении атомарный метод - фотоионизация возбуждённых атомов. Ионизация производится квантами излучения с энергией, достаточной для ионизации возбуждённых изотопов и недостаточной для ионизации невозбуждённых. В дальнейшем ионы экстрагируются из потока нейтральных частиц электрическим полем и собираются на коллекторе, а неионизованные изотопы осаждаются на сборнике отвала. Наиболее эффективный молекулярный метод - фотодиссоциация возбуждённых молекул, при которой продукты диссоциации выпадают в осадок.

Другие методы выделения изотопа из смеси базируются на различии скорости химической реакции возбуждённых и невозбуждённых атомов или молекул с каким-либо реагентом, различии сечений рассеяния частиц в возбуждённом и основном состояниях, появлении импульса отдачи атомов при селективном возбуждении. Рассматривается также метод разделения изотопов за счёт замедления конденсации возбуждённых частиц при расширении газового потока и др.

Лазерное  разделение изотопов является универсальным методом, применимым к изотопам различных химических элементов. Он позволяет выделять один изотоп из смеси, а не разделять смесь на лёгкие и тяжёлые изотопы, как в механических методах разделения. Лазерное  разделение изотопов используют при выделении ²³⁵U для создания ядерного топлива, при выделении редких изотопов с естественным содержанием в смеси менее 1% (например, изотопа иттербия, применяемого в медицине), получении сверхчистого ¹²С для нужд микроэлектроники и др.

Лит.: Летохов В. С. Нелинейные селективные фотопроцессы в атомах и молекулах. М., 1983; Изотопы: свойства, получение, применение / Под редакцией В. Ю. Баранова. М., 2005.