Atomisk ånga laser isotopseparation

"AVLIS" omdirigerar hit. För kampanjinställningen Dungeons & Dragons, se Avlis .
Ett isotopseparationsexperiment med atomånglaser vid LLNL . Det gröna ljuset kommer från en kopparångpumplaser som används för att pumpa en högt avstämd färglaser som producerar det orange ljuset.

Atomic vapor laser isotope separation, eller AVLIS , är en metod med vilken specialinställda lasrar används för att separera isotoper av uran med selektiv jonisering av hyperfina övergångar. En liknande teknik, som använder molekyler istället för atomer, är molekylär laserisotopseparation (MLIS).

Naturligt uran består av en stor massa på 238 U och en mycket mindre massa av klyvbart 235 U. Traditionellt separeras 235 U från massan genom att lösa den i syra för att producera uranhexafluorid och sedan använda gascentrifuger för att separera isotoperna. Varje gång genom centrifugen "berikas" mängden 235 U och lämnar efter sig utarmat uran . Däremot ger AVLIS mycket högre anrikning i ett enda steg utan att behöva blanda det med syra. Tekniken skulle i princip även kunna användas för isotopseparation av andra element, vilket är oekonomiskt utanför specialisttillämpningar med nuvarande icke-laserbaserade teknologier för de flesta element.

Eftersom processen inte kräver att råvaran bearbetas kemiskt före anrikning, är den även lämplig för användning med använt kärnbränsle från lättvattenreaktorer och annat kärnavfall . För närvarande är utvinning av 235
U från dessa källor endast ekonomiskt upp till en viss grad, vilket gör att ton av 235
U fortfarande finns kvar i avfallsprodukter. AVLIS kan erbjuda ett ekonomiskt sätt att upparbeta även det bränsle som har genomgått en upparbetningscykel med befintliga metoder.

På grund av möjligheten att uppnå mycket högre anrikning med mycket lägre energibehov än konventionella centrifugbaserade metoder för urananrikning, är AVLIS ett problem för kärnkraftspridning . Hittills är ingen AVLIS-produktionslinje i kommersiell skala känd för att vara i bruk.

Princip

Grundkonceptet bakom AVLIS-systemet är att selektivt jonisera de önskade atomerna i ett förångat källmaterial. Eftersom elektronernas energinivåer påverkas av kärnstrukturen, vilket orsakar den hyperfina strukturen , har olika isotoper olika energinivåer. Konstruktörerna väljer en viss elektronenergi där skillnaden mellan isotoper är maximerad och energinivån praktiskt taget kan produceras med en laser . Laserljuset gör att den valda elektronen fotoexciteras och på så sätt joniserar atomen och lämnar den elektriskt laddad. Jonen kan sedan manipuleras med elektrostatiska eller magnetiska fält. Andra isotoper, med subtilt olika energinivåer, kommer inte att joniseras och förbli i den ursprungliga blandningen.

Valet av målelektron har förändrats under utvecklingen av AVLIS i takt med att nyare laserteknologier har utvecklats. Det tidiga arbetet fokuserade i allmänhet på elektroner i 16 mikron-bandet, som effektivt kunde produceras med CO2-lasrar som växte fram i slutet av 1960-talet. Emellertid var övergångarna i detta område tätt placerade vilket gjorde det svårt att välja på grund av Doppler-breddning , vilket krävde att ångan skulle kylas med ett komplext expansionssystem. Införandet av lasrar som arbetar med avstämbara frekvenser , typiskt färglasrar , möjliggjorde valet av mer överlägsna excitationer. Moderna system använder vanligtvis absorptionstoppen på 238 U på 502,74 nanometer skiftar till 502,73 nm i 235 U.

AVLIS-systemet består av en förångare och en kollektor, som bildar separationssystemet och lasersystemet. Vaporizern producerar en ström av rent gasformigt uran.

Laser excitation

Lasern som vanligtvis används är en tvåstegs avstämbar pulsad färglaser som vanligtvis pumpas av en kopparånglaser ; masteroscillatorn är avstämbar, med smal linjebredd, lågt brus och mycket exakt. Dess effekt ökas avsevärt av en färglaserförstärkare som fungerar som optisk förstärkare . Tre frekvenser ("färger") av lasrar används för full jonisering av uran-235.

För AVLIS i andra element, såsom litium , används avstämbara diodlasrar med smal linjebredd.

Kommersialisering och internationell betydelse

I den största tekniköverföringen i USA:s regeringshistoria överfördes AVLIS-processen 1994 till United States Enrichment Corporation för kommersialisering. Men den 9 juni 1999, efter en investering på 100 miljoner dollar, avbröt USEC sitt AVLIS-program.

AVLIS fortsätter att utvecklas av vissa länder och det innebär vissa specifika utmaningar för internationell övervakning. Iran är nu känt för att ha haft ett hemligt AVLIS-program. Men sedan den avslöjades 2003 har Iran hävdat att den har demonterats.

Kortfattad bakgrund

AVLIS historia, som finns i den öppna refererade litteraturen, började i början av mitten av 1970-talet i fd Sovjetunionen och USA. I USA utfördes AVLIS-forskning huvudsakligen vid Lawrence Livermore National Laboratory även om vissa industrilaboratorier var tidiga aktörer. Avstämbar laserutveckling för AVLIS, tillämplig på uran, har också rapporterats från flera länder, inklusive Pakistan (1974), Australien (1982-1984), Frankrike (1984), Indien (1994) och Japan (1996).

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Atomic_vapor_laser_isotope_separation&oldid=1098488875 "