Техника - молодёжи 1985-05, страница 38
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИИ Одним из выдающихся достижений современной науки является открытие лазеров — мощных источников когерентного излучения оптического диапазона. Лазеры применяются сегодня в голографии, медицине, локации, геодезии, связи, вычислительной технике. Совсем недавно их взяли на вооружение и химики. Целый ряд химических реакций возникает в результате поглощения веществами квантов энергии. Поскольку спектр излучения современных лазеров перекрывает практически весь оптический диапазон — от ультрафиолетового до инфракрасного, реакции в лазерном луче можно проводить почти со всеми соединениями. Широким фронтом в экономически развитых странах развернулись сегодня исследования лазерохимических реакций. Советским ученым принадлежит ведущая роль в этих исследованиях, результатом которых стало формирование нового раздела химии — лазерной химии. Лазерохимические лаборатории созданы во многих ведущих научно-исследовательских институтах нашей страны. Об их работах рассказывает заведующий лабораторией Государственного научно-исследовательского института химии и технологии элементоорга-нических соединений (ГНИИХТЭОС), кандидат химических наук Александр СКАЧКОВ. КАК РАЗДЕЛИТЬ ИЗОТОПЫ? Так как энергия лазерного излучения относительно дорога, а промышленных лазеров большой мощности пока нет, в настоящее время практический интерес представляют лишь процессы получения небольших количеств веществ с уникальными свойствами, благодаря которым окупается высокая стоимость продукции. К ним относятся прежде всего процессы разделения изотопов (атомов одного химического элемента, отличающихся массовыми числами). Изотопы применяются в медицине, геологии, атомной энергетике и многих других областях науки и техники, причем потребность в них непрерывно возрастает. Существующие методы их получения, такие, как электромагнитный или диффузионный, очень энергоемки, малопроизводительны и дороги. Исследуя оптические свойства атомов и молекул различных изотопов, ученые обнаружили, что они имеют разные спектры поглощения. Как правило, это различие меньше ширины полосы излучения обычных источников, поэтому их воздействие не приводит к разделению изотопов. Только лазер, обладающий очень узкой спектральной полосой излучения, то есть высокой монохроматичностью, способен избирательно возбуждать атомы и молекулы изотопов, которые, Ф—к ОПШИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН ^V4 ^ ОД 0.4 0.6 0.81.0 г ДЛИНА ВОЛНЫ мкм TTTTf 1 ы 3 * 1 i F^PT hr < 2 I i i i •s I TT T лааЕРы РЕАКЦИИ Б ЛАЗЕРНОМ ЛУЧЕ вступая затем в химические реакции, образуют продукты, легко выделяемые из смеси. Для разделения изотопов серы, бора, водорода, азота, кислорода, редкоземельных элементов, хлора, углерода, а также урана (например, ура-на-235, используемого в качестве топлива на атомных электростанциях) в мире применяют однофотонные и многофотонные лазерохимические процессы (когда избирательно возбуждается вещество, поглотившее один или несколько фотонов). Лазерное излучение можно сфокусировать на площади менее Ю-4 см2 и получить таким образом чрезвычайно высокую интенсивное! ь ■—106— 108 Вт/см2. Если на молекулу воздействовать интенсивным (108 Вт/см2) инфракрасным лазерным излучением, NT 6 8 <0 она последовательно поглощает от 10 до 50 фотонов, вследствие чего возбуждается и диссоциирует — распадается на составные части. Однако многофотонному возбуждению молекул мешают их взаимные столкновения, в результате которых теряется избирательность воздействия излучения и смесь изотопов нагревается. Чтобы избежать этого, процесс проводят в так называемых «бес-столкновительных» условиях: в течение очень короткого лазерного им-лульса — Ю-6 с и при низком давлении — 1 мм рт. ст. Используют для разделения изотопов не только инфракрасное, но и видимое и ультрафиолетовое излучения. Их энергия очень высока — 200—700 кДж/моль, так что для возбуждения и последующей ионизации (распада на ионы) молекуле требуется поглотить не десятки, а всего лишь два или три фотона. Образовавшиеся при этом ионы отделяются с помощью магнитного поля. ЕАКГП ПРОДУКЦИЯ Длины волны лазеров, применяе-. мых в лазерной химии. Лазерное разделение изотопов. Луч лазера (частота лазерного излучения ул ) избирательно воздействует на изотоп В, находящийся в газовой смеси с изотопом А, и вызывает его разложение. Газ обогащается изотопом А, а продукты разложения — изотопом В. .о s ш § с* X I— о. ы X <т> <1 В < из ш S ы-м ГЫ - м 2 > зс гО CD жг Инфракрасный лазер (его интенсивность выше 107 Вт/см2) настроен на частоту колебательного возбуждения молекулы. Происходит последовательное поглощение молекулой лазерных фотонов, она возбуждается и диссоциирует. 36 |
