
【化】 laser isotope separation
laser
【化】 laser
【醫】 laser
【化】 isotope fractionation; isotope separation
激光同位素分離(Laser Isotope Separation, LIS)是一種利用激光技術對化學元素同位素進行選擇性分離的先進工藝。其核心原理是通過特定波長的激光束,激發目标同位素原子或分子至特定能級,利用不同同位素間的質量或能級差異實現分離。例如,鈾-235與鈾-238的分離是典型應用場景,激光可精準作用于鈾-235的原子蒸氣,使其電離後通過電磁場分離。
該技術主要包含兩種方法:
在核能領域,激光同位素分離被用于鈾濃縮,相較于傳統氣體擴散法,其能耗降低90%以上,且分離效率顯著提升(國際原子能機構報告,2023)。此外,該技術還應用于醫學同位素(如钼-99)生産和半導體材料提純。美國能源部《先進核能技術白皮書》指出,激光分離技術推動了核燃料循環的可持續性發展,但其高精度設備與複雜工藝仍面臨商業化挑戰。
激光同位素分離是一種利用激光的選擇性激發特性實現同位素分離的技術,其核心原理基于同一元素不同同位素的光譜差異(稱為同位素位移效應)。以下為詳細解釋:
同位素位移效應
同一元素的同位素因原子核質量不同,導緻電子能級結構存在微小差異。例如,鈾同位素235U和238U的吸收峰波長相差約0.01納米(235U在502.74nm,238U在502.73nm)。激光通過精确調諧至目标同位素的吸收波長,選擇性激發或電離該同位素,從而實現分離。
選擇性激發與分離
激光的窄線寬和高單色性使其僅作用于目标同位素。例如,在鈾的原子蒸氣激光分離(AVLIS)中,235U原子被三步激光電離,隨後通過電磁場收集;中性的238U則作為尾氣排出。
原子法(AVLIS)
適用于金屬蒸氣狀态同位素(如鈾)。将鈾加熱氣化後,用多波長激光選擇電離235U,再通過電磁場分離。此方法分離系數高,能耗低于傳統離心法。
分子法(MLIS)
針對分子形态的同位素(如六氟化鈾UF6)。通過紅外激光選擇性激發特定同位素分子,促使其發生光化學反應或離解,從而實現分離。
已成功分離氫、硼、碳、鈾等數十種同位素,尤其在鈾濃縮領域具有重要戰略意義。該技術自1970年代實驗成功後,逐步成為核燃料生産的研究熱點之一。
更多細節可參考來源:(曆史發展)、(原理與案例)、(技術對比)。
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