Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Атомдық бу лазерлік изотоптарды бөлу, немесе AVLIS, – гиперфиналық ауысулардың таңдамалы иондалуын пайдалана отырып, уран изотоптарын бөлу үшін арнайы реттелген лазерлерді қолдану әдісі. Молекулалық лазерлік изотоптарды бөлу (MLIS) – бұл технологияға ұқсас, бірақ атомдардың орнына молекулаларды пайдаланады. Табиғи уранның құрамында 238U-дың көп мөлшері және бөлінетін 235U-дың әлдеқайда аз мөлшері бар. Дәстүрлі әдіс бойынша, 235U-ны уран гексафторидін алу үшін қышқылда ерітіп, содан кейін изотоптарды бөлу үшін газ центрифугаларын қолданады. Центрифуга арқылы өтетін әрбір цикл 235U мөлшерін «байытады» және пайдаланылмаған уранды қалдырады. AVLIS керісінше, қышқылмен араластыру қажеттілігінсіз, бір қадамда әлдеқайда жоғары байытуға мүмкіндік береді. Принцип бойынша, бұл технологияны басқа элементтердің изотоптарын бөлу үшін де қолдануға болады, бірақ қазіргі лазерлік емес технологиялармен салыстырғанда, көптеген элементтер үшін бұл экономикалық тұрғыдан тиімді емес. Процесс байыту алдында шикізатты химиялық өңдеуді қажет етпейтіндіктен, ол жеңіл су реакторларынан және басқа ядролық қалдықтардан алынған пайдаланылған ядролық отынмен де қолданылуы мүмкін. Қазіргі таңда мұндай көздерден алу тек белгілі бір деңгейде ғана экономикалық тұрғыдан тиімді, сондықтан қалдық өнімдерінде әлі де көптеген тонналар сақталады. AVLIS тіпті бір рет қайта өңделген отынды да қазіргі әдістермен қайта өңдеудің экономикалық жолын ұсынуы мүмкін. Уранды байытудың дәстүрлі центрифугалық әдістеріне қарағанда, AVLIS энергияны аз қажет етеді және байытудың жоғары деңгейіне қол жеткізуге мүмкіндік береді, сондықтан ол ядролық қару таратуына қатысты алаңдаушылық тудырады. Бүгінгі күнгі таңда AVLIS-тің коммерциялық масштабтағы өндіріс желісінің жұмыс істеп жатқаны белгілі емес.
Atomic vapor laser isotope separation, or AVLIS, is a method by which specially tuned lasers are used to separate isotopes of uranium using selective ionization of hyperfine transitions. A similar technology, using molecules instead of atoms, is molecular laser isotope separation (MLIS). Natural uranium consists of a large mass of 238U and a much smaller mass of fissile 235U. Traditionally, the 235U is separated from the mass by dissolving it in acid to produce uranium hexafluoride and then using gas centrifuges to separate the isotopes. Each trip through the centrifuge "enriches" the amount of 235U and leaves behind depleted uranium. In contrast, AVLIS produces much higher enrichment in a single step without the need to mix it with acid. The technology could, in principle, also be used for isotope separation of other elements, which is uneconomic outside specialist applications with current non laser based technologies for most elements. As the process does not require the feedstock to be chemically processed before enrichment, it is also suitable for use with used nuclear fuel from light water reactors and other nuclear waste. At present, extracting from those sources is only economical up to a degree, leaving tons of still contained in waste products. AVLIS may offer an economic way to reprocess even the fuel that has undergone one cycle of reprocessing using existing methods. Due to the possibility of achieving much higher enrichment with much lower energy needs than conventional centrifuge based methods of uranium enrichment, AVLIS is a concern for nuclear proliferation. To date, no commercial scale AVLIS production line is known to be in use.
Принцип
AVLIS жүйесінің негізгі принципі – буланған бастапқы материалдағы қажетті атомдарды таңдамалы түрде иондау. Электронның энергия деңгейіне ядролық құрылымның әсерінен гиперқұрылым пайда болады, сондықтан әртүрлі изотоптардың энергия деңгейлері де әртүрлі болады. Дизайнерлер изотоптар арасындағы айырмашылық максималды болатын және лазер арқылы энергия деңгейін практикалық тұрғыда жасауға болатын белгілі бір электрондық энергияны таңдайды. Лазер сәулесі таңдалған электронды фотоқоздырып, атомды иондайды, нәтижесінде ол электр зарядымен қалады. Содан кейін ионды электростатикалық немесе магниттік өрістермен манипуляциялауға болады. Басқа изотоптар, энергия деңгейлері сәл өзгеше болғандықтан, иондалмай бастапқы қоспада қалады. AVLIS жүйесін жетілдіру барысында жаңа лазерлік технологиялар енгізілгеніне байланысты мақсатты электронның таңдалуы өзгерді. Алғашқы жұмыстар көбінесе 16 микрондық диапазон электрондарына бағытталған, оларды 1960 жылдардың соңында пайда болған CO2 лазерлерін қолдану арқылы тиімді өндіруге болады. Алайда, бұл аймақтағы өтулер тығыз орналасқан, Доплер кеңдеуіне байланысты таңдау қиын болды, сондықтан буды күрделі кеңею жүйесімен салқындату қажет болды. Жиілігін реттеуге болатын лазерлердің, әдетте бояу лазерлерінің енгізілуі, ыңғайлы қоздыруларды таңдауға мүмкіндік берді. Қазіргі жүйелер әдетте 238U-дың 502,74 нанометрлік сіңіру шыңының 235U-да 502,73 нм-ге қабаттасуын пайдаланады. AVLIS жүйесі буландырғыштан және коллектордан тұрады, олар ажырату жүйесін құрайды, сонымен қатар лазерлік жүйе де бар. Буландырғыш таза газ тәрізді уран ағынын өндіреді.
The basic concept behind the AVLIS system is to selectively ionize the desired atoms in a vaporized source material. As the energy levels of the electrons are affected by the nuclear structure, causing the hyperfine structure, different isotopes have different energy levels. The designers pick a particular electron energy where the difference between isotopes is maximized and the energy level can be practically produced with a laser. The laser light causes the chosen electron to be photoexcited and thus ionize the atom, leaving it electrically charged. The ion can then be manipulated with electrostatic or magnetic fields. Other isotopes, which subtly different energy levels, will not be ionized and remain in the original mix. The choice of target electron has changed during the development of AVLIS as newer laser technologies have been developed. Early work generally focused on electrons in the 16 micron band, which could be efficiently produced using CO2 lasers which were emerging in the late 1960s. However, the transitions in this area were closely spaced which made it difficult to select due to Doppler broadening, requiring the vapor to be cooled with a complex expansion system. The introduction of lasers working at tunable frequencies, typically dye lasers, allowed the selection of more convenient excitations. Modern systems typically use the 238U absorption peak of 502.74 nanometers shifts to 502.73 nm in 235U. The AVLIS system consists of a vaporizer and a collector, forming the separation system, and the laser system. The vaporizer produces a stream of pure gaseous uranium.
Лазерлік қоздыру
Көбінесе қолданылатын лазер – екі сатылы, реттелетін импульстік бояу лазері, әдетте мыс бу лазерімен қоздырылады; негізгі осцилляторы реттелетін, тар жолақты, аз шулы және жоғары дәлдікке ие. Оның қуаты оптикалық күшейткіш ретінде әрекет ететін бояу лазерлік күшейткіш арқылы едәуір арттырылады. Уран-235-ті толық иондау үшін лазерлердің үш жиілігі ("түстері") пайдаланылады. AVLIS үшін литий сияқты басқа элементтерде реттелетін, тар жолақты диодты лазерлер қолданылады.
The laser commonly used is a two stage tunable pulsed dye laser usually pumped by a copper vapor laser; the master oscillator is tunable, narrow linewidth, low noise, and highly precise. Its power is significantly increased by a dye laser amplifier acting as optical amplifier. Three frequencies ("colors") of lasers are used for full ionization of uranium 235. For AVLIS in other elements, such as lithium, tunable narrow linewidth diode lasers are used.
Коммерциялық және халықаралық маңызы
АҚШ үкіметі тарихындағы ең ірі технологиялық трансферде 1994 жылы AVLIS процесі коммерцияландыру мақсатымен Америка Құрама Штаттарының байыту корпорациясына берілді. Бірақ, 1999 жылдың 9 маусымында 100 миллион доллар инвестиция салғаннан кейін USEC өз AVLIS бағдарламасын жойды. AVLIS процесі кейбір елдерде әзірленуін жалғастырып келеді және халықаралық мониторингке белгілі бір қиындықтар туғызады. Иранның құпия AVLIS бағдарламасын жүргізгені белгілі болды. Алайда, 2003 жылы оның ашыққа шығуынан кейін Иран оны бұзғанын мәлімдеді.
In the largest technology transfer in U. S. government history, in 1994 the AVLIS process was transferred to the United States Enrichment Corporation for commercialization. However, on 9 June 1999 after a $100 million investment, USEC cancelled its AVLIS program. AVLIS continues to be developed by some countries and it presents some specific challenges to international monitoring. Iran is now known to have had a secret AVLIS program. However, since it was uncovered in 2003, Iran has claimed to have dismantled it.
Қысқаша тарихы
Ашық рецензияланған әдебиетте тіркелген AVLIS тарихы 1970 жылдардың басында және ортасында бұрынғы Совет Одағы мен Америка Құрама Штаттарында басталды. АҚШ-та AVLIS зерттеулері негізінен Лоуренс Ливермор Ұлттық зертханасында жүргізілді, бірақ кейбір өнеркәсіптік зертханалар да ерте қатысты. Уранға қолданылатын AVLIS үшін реттелетін лазерлерді әзірлеу туралы бірнеше елден, соның ішінде Пәкістаннан (1974), Австралиядан (1982-1984), Франциядан (1984), Үндістаннан (1994) және Жапониядан (1996) хабарламалар түсті.
The history of AVLIS, as recorded in the open refereed literature, began in the early mid 1970s in the former Soviet Union and the United States. In the US, AVLIS research was mainly carried out at the Lawrence Livermore National Laboratory although some industrial laboratories were early players. Tunable laser development for AVLIS, applicable to uranium, has also been reported from several countries including Pakistan (1974), Australia (1982 1984), France (1984), India (1994), and Japan (1996).