[发明专利]极化束磁偏转激光同位素液缩装置

说明书

极化束磁偏转激光同位素浓缩装置是一种应用激光抽运技术和自旋选态磁铁进行聚焦和偏转的原理，以实现同位素浓缩的设备，属于利用激光器和选态磁铁对原子束进行极化和分离的实验装置。它可为科学研究、国防、医疗、能源、环保和工农业生产提供廉价的浓缩同位素。

随着激光应用技术的发展，各种激光分离同位素的构思和方法应运而生。它们是：(1)选择性化学反应法。该法已有较长的历史，早在1968年，Tiffany用激光进行了光化学同位素分离的首次尝试(W.B.TiffanyJ.Chem.Phys.48，3019(1968))。由于在化学反应过程中，同位素选择性难以保持，因而不可能用于工业生产。(2)、选择性激光电离。七十年代初，苏联的Letokhkv等(V.S.Letokhov，Soviet patentN65743，30March，1970；R.V.Ambartzumian，V.P.KalininandV.S.Letokhov，Pisma Zh.eksp.iteor.fiz.13,305(1971))美国的Janes和Levy等，(G.S.Janes，I.Itzkan，C.T.Pike，R.H.LevyandLiLevin，IEEEJ.QE12，111(1976))同时独立提出利用同位素位移，通过两步或三步选择性激发，使一种同位素被电离，然后借助电场偏转实现了铷和铀的分离。之后，美国的Lawrence Livermore国家实验室用此方法进行铀的浓缩的实验室中试和研究，八十年代末已建成中试工厂。此法对所用的激光器有很高的技术要求，如高的脉冲能量(1焦尔)、窄的脉冲宽度(20～200ns)、高重复频率(100kHz)和窄带宽(1～3GHZ)，激光器频率应可调并有很高的稳定性(±30MHZ)，同时还需要解决一系列的关键技术。(3)，选择性分子光解离和异构化。七十年代中，苏联(R.V.Ambartzumian，Yu.A.Gorokhov，V.S.LotokhovandG.N.Makurov，JETP Lett，21，171(1975))和美国(J.J.Lyman，R.J.Jensen，J.Rlnk，C.P.Robinson andS.D.Rockwood，Appl，phys，Lett，27，87(1975)的两个小组分分别采用强红外激光对分子进行选择性多光子解离，完成了硫的同位素分离。之后，又进行了目的在于铀分离的大量探索，由于光源的限制，与生产阶段还有很大距离。对多原子分子除解离外，还进行了由光激发导致异构化而分离同位素的尝试。(4)选择性光致偏转。它借助激光直接引起的特定的同位素原子运动方向的变化以实现同位素分离，早在七十年代初已提出构想(A.Ashkin，Phys.Rev，Lett，24，156(1970)；25，1231(1970)和进行试验(A.Bernbardt，D.Duerre，J.SimpsonandL.Wood，IEEEE J.QE10，789(1974)，但仍停留于实验室阶段。1984年，本发明人提出利用激光选择性抽运产生电子自旋极化原子束，使之在非均匀磁场中偏转，从而实现同位素的分离(“通过极化原子束的磁偏转实现激光同位素浓缩”朱熙文，《物理学报》33卷11期1605页)。

为了进一步验证本发明的新颖性，曾对中国发明专利和实用新型专利分类文摘进行了查阅，未发明与之近似的或相同的专利技术。

由于激光分离同位素的巨大潜在的工业价值，而受到人们高度重视，据悉已有一些方案在不断完善和向实用方向发展，但仍处于实验室研究中，而未进入实用阶段。

显然，寻求一种利用激光选择性抽运产生电子自旋极化原子束，并使之在非均匀磁场中偏转，实现同位素浓缩的装置，就是本发明的目的。

一种能达到上述目的的技术方案构思如下：将含有多种同位素的元素放置在束源室里，经加热后，室中的多种同位素元素成为高温蒸气。通过特定的小口泄出的原子束进入作用区。在该作用区内原子束的方向与激光束方向相垂直，所选用一台或多台在一定技术条件(包括选定的波长、偏振、功率、线宽、入射角和光束截面等)下，运转的激光光源系统，且产生的激光束方向与作用区的磁场方向平行。原子束在作用区内被垂直入射的激光束抽运而得到不同的极化，即需要浓缩的同位素原子正极化，而其他的同位素原子负极化，最好使它们完全极化。为了保证在激光抽运区中原子所形成的极化状态不变，要求从抽运区到强磁场区之间，磁声的方向和数值变化缓慢，这样原子束在此区域满足绝热渡越条件。在选态磁场作用下，正极化的同位素原子聚焦后到达收集器，被之收集。而负极化的同位素原子则被偏转，不能进入收集器中，从而完成同位素的浓缩。