
【化】 laser isotope separation
laser
【化】 laser
【医】 laser
【化】 isotope fractionation; isotope separation
激光同位素分离(Laser Isotope Separation, LIS)是一种利用激光技术对化学元素同位素进行选择性分离的先进工艺。其核心原理是通过特定波长的激光束,激发目标同位素原子或分子至特定能级,利用不同同位素间的质量或能级差异实现分离。例如,铀-235与铀-238的分离是典型应用场景,激光可精准作用于铀-235的原子蒸气,使其电离后通过电磁场分离。
该技术主要包含两种方法:
在核能领域,激光同位素分离被用于铀浓缩,相较于传统气体扩散法,其能耗降低90%以上,且分离效率显著提升(国际原子能机构报告,2023)。此外,该技术还应用于医学同位素(如钼-99)生产和半导体材料提纯。美国能源部《先进核能技术白皮书》指出,激光分离技术推动了核燃料循环的可持续性发展,但其高精度设备与复杂工艺仍面临商业化挑战。
激光同位素分离是一种利用激光的选择性激发特性实现同位素分离的技术,其核心原理基于同一元素不同同位素的光谱差异(称为同位素位移效应)。以下为详细解释:
同位素位移效应
同一元素的同位素因原子核质量不同,导致电子能级结构存在微小差异。例如,铀同位素235U和238U的吸收峰波长相差约0.01纳米(235U在502.74nm,238U在502.73nm)。激光通过精确调谐至目标同位素的吸收波长,选择性激发或电离该同位素,从而实现分离。
选择性激发与分离
激光的窄线宽和高单色性使其仅作用于目标同位素。例如,在铀的原子蒸气激光分离(AVLIS)中,235U原子被三步激光电离,随后通过电磁场收集;中性的238U则作为尾气排出。
原子法(AVLIS)
适用于金属蒸气状态同位素(如铀)。将铀加热气化后,用多波长激光选择电离235U,再通过电磁场分离。此方法分离系数高,能耗低于传统离心法。
分子法(MLIS)
针对分子形态的同位素(如六氟化铀UF6)。通过红外激光选择性激发特定同位素分子,促使其发生光化学反应或离解,从而实现分离。
已成功分离氢、硼、碳、铀等数十种同位素,尤其在铀浓缩领域具有重要战略意义。该技术自1970年代实验成功后,逐步成为核燃料生产的研究热点之一。
更多细节可参考来源:(历史发展)、(原理与案例)、(技术对比)。
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