激光分離同位素理論及其應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書介紹了激光分離同位素理論及其應(yīng)用，重點介紹了原子激光法分離同位素過程各部分的理論，并較詳細(xì)地討論了各個過程的物理特性。此外，還介紹了分子激光法和激光化學(xué)法分離同位素的理論及其應(yīng)用。    激光分離同位素是一門多學(xué)科綜合性技術(shù)。因此，本書只能按激光分離同位素過程的各個環(huán)節(jié)分別進行理論描述。全書共分八章，其中對原子分子光譜，原子法分離同位素理論，光與原子相互作用，離子引出收集，高溫蒸發(fā)以及蒸發(fā)動力學(xué)過程進行了全面分析。    本書可作為應(yīng)用、原子分子光譜研究、熔池傳熱、真空蒸發(fā)，特別是同位素分離專業(yè)的教學(xué)用書，亦可作為有關(guān)專業(yè)的科技工作者的參考用書。

書籍目錄

第一章 概述    一、激光分離同位素的發(fā)展概況    二、激光分離同位素方法    三、激光分離同位素的必要條件    四、幾種常用的激光器    五、原子蒸氣激光法分離系統(tǒng)    （一）分離器系統(tǒng)    （二）激光器系統(tǒng)    六、原子蒸氣激光法（AVLIS）展望    參考文獻(xiàn)第二章 原子與分子光譜    一、原子的能級結(jié)構(gòu)    二、電子的自旋與譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)    三、電子組態(tài)與光譜項    四、外場中的原子能級分裂    （一）磁場的塞曼效應(yīng)    （二）電場的斯塔克效應(yīng)    五、原子核性質(zhì)與譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)    六、原子的里德伯態(tài)與自電離態(tài)    七、分子能級結(jié)構(gòu)    八、分子的振轉(zhuǎn)光譜    九、SF6 和UF6的分子結(jié)構(gòu)與光譜    參考文獻(xiàn)第三章 原子法激光分離同位素理論基礎(chǔ)    一、同位素位移    二、激光選擇性激發(fā)    （一）原子的激發(fā)過程    （二）選擇性系數(shù)    （三）選擇性損失    三、光電離路線的選擇    （一）光電離步數(shù)的選擇    （二）蒸氣原子的有效利用    （三）光電離態(tài)的選擇    四、分離系數(shù)    五 三步光電離的動力學(xué)    （一）激發(fā)與電離速率    （二）激光穿透深度    （三）能量轉(zhuǎn)移速率    （四）三步光電離動力學(xué)方程    六、提取百分?jǐn)?shù)    七、激光分離單元的物料關(guān)系    （一）分離單元的物料平衡關(guān)系    （二）考慮過流量時的物料關(guān)系    八、激光參數(shù)的選擇    九、原子法激光分離同位素的經(jīng)濟性分析    （一）價值函數(shù)與分離功率表達(dá)式    （二）激光分離的成本分析    參考文獻(xiàn)第四章 激光與原子相互作用    一、激光與原子相互作用的物理模型    二、三步光電離的布居動力學(xué)方程    三、四光子三步光電離的布居動力學(xué)    （一）布居動力學(xué)方程的旋轉(zhuǎn)波近似解    （二）原子各能級的布居特性    四、激光脈沖形狀效應(yīng)    （一）理論分析    （二）脈沖形狀效應(yīng)分析    五、激光脈沖間時間不同步效應(yīng)    （一）脈沖間時間不同步效應(yīng)的理論分析    （二）脈沖間時間不同步效應(yīng)分析    六、密度矩陣方程    （一）四能級系統(tǒng)的哈密頓量    （二）密度矩陣元的物理意義    （三）密度矩陣的運動方程    （四）光學(xué)布洛赫方程    七、激光有一定帶寬的光電離效應(yīng)    （一）密度矩陣方程的平均化    （二）激光有一定帶寬的布居特性    八、激光在厚介質(zhì)中的傳輸與光電離    （一）在厚介質(zhì)中的場方程    （二）在厚介質(zhì)中的密度矩陣方程    （三）激光在厚介質(zhì)中傳輸與光電離特性    參考文獻(xiàn)第五章 激光等離子體離子引出收集    一、等離子體特性    二、離子引出的物理過程與數(shù)學(xué)模型    （一）離子引出的物理過程    （二）離子引出的數(shù)學(xué)模型    （三）方程的歸一化    三、等離子體屏蔽    （一）等離子體屏蔽層判斷條件    （二）等離子體屏蔽帶來的問題    四、粒子碰撞    （一）碰撞共振電荷轉(zhuǎn)移    （二）電子、離子碰撞復(fù)合    （三）二次電離    （四）碰撞截面    五、考慮碰撞二維離子引出方程的建立    六、二維離子引出過程的物理特性    七、影響離子引出率的因素    八、提高離子引出率的途徑    參考文獻(xiàn)第六章 金屬高溫蒸發(fā)    一、鈾金屬特性與蒸發(fā)方式的選擇    二 大功率E型線性電子槍    （一）陰極電子發(fā)射    （二）電子在電磁場中運動的約束方程    （三）空間電荷引起的特性    （四）皮爾斯（Pierce）槍基本原理及電子槍特性分析    三、軸對稱電子槍    （一）軸對稱靜電場中電子運動的約束方程    （二）軸對稱槍的理論分析    （三）軸對稱槍的束流特性    四、束流傳輸系統(tǒng)    （一）四極磁透鏡中粒子的運動方程    （二）偏轉(zhuǎn)磁鐵的作用矩陣    （三）束流的傳輸特性    五、高能電子束與金屬靶作用的物理特性    六、熔池自由表面形狀分析    七、熔池流場與溫度場的數(shù)學(xué)模型    八、坩堝熔池中流場與溫度場的分布特性    九、坩堝熔池具有液－固界面的傳熱特性    （一）動量、能量方程與邊界條件分析    （二）含有液－固界面熔池的傳熱特性    （三）影響熔池傳熱特性和蒸發(fā)量的因素    十、自由表面為曲面時熔池的流場與溫度場特性    （一）方程與邊界條件的轉(zhuǎn)換    （二）液面凹陷時流場與溫度場特性    參考文獻(xiàn)第七章 金屬真空蒸發(fā)動力學(xué)    一、概述    二、真空柱面蒸發(fā)的數(shù)學(xué)模型    （一）物理模型分析    （二）柱面蒸發(fā)動力學(xué)方程推導(dǎo)    （三）柱面蒸發(fā)的邊界條件    三、點源球面蒸發(fā)的動力學(xué)問題    （一）一維球面蒸發(fā)的動力學(xué)方程    （二）球面蒸發(fā)的邊界條件    （三）一維球面蒸發(fā)的物理特性    （四）考慮高能電子與蒸氣原子間能量交換的蒸發(fā)動力學(xué)問題    （五）點源蒸發(fā)理論分析的實驗驗證    四、二維平面蒸發(fā)的動力學(xué)問題    （一）概述    （二）二維平面蒸發(fā)的動力學(xué)方程    （三）平面蒸發(fā)的邊界條件    （四）二維平面蒸發(fā)的物理特性    五、蒸發(fā)動力學(xué)過程的蒙特卡羅法模擬    （一）蒙特卡羅法的基本思想及其特點    （二）蒙特卡羅法研究蒸發(fā)問題的理論基礎(chǔ)    （三）蒙特卡羅法模擬的條件與步驟    （四）蒙特卡羅法模擬二維平面蒸發(fā)    （五）蒙特卡羅法模擬二維平面蒸發(fā)的特性分析    六、蒸氣原子二維空間分布特性的實驗驗證    （一）蒸氣原子橫向速度分布的測量    （二）原子束二維空間徑向速度分布的測量    （三）二維原子束密度通量分布的測量    參考文獻(xiàn)第八章 分子法與激光化學(xué)法分離同位素    一、多光子離解    （一）紅外多光子離解    （二）離解過程的共振特性    （三）離解過程的碰撞作用    二、分子同位素效應(yīng)    三、選擇性多光子激發(fā)    四、紅外多光子離解過程的理論分析    五、同位素分子濃縮過程的動力學(xué)    （一）濃縮度    （二）分離系數(shù)    （三）分子速率方程    六、UF6分子多光子離解分離鈾同位素    七、激光選擇性活化光化學(xué)反應(yīng)    （一）激光光化學(xué)反應(yīng)    （二）選擇性光化學(xué)條件    （三）激光光化學(xué)的反應(yīng)類型    八、光化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)過程    九、激光活化光化學(xué)法濃縮鈾同位素   參考文獻(xiàn)附錄    附錄一 常用物理量與變換關(guān)系    附錄二 金屬鈾的物理常數(shù)    附錄三 常用函數(shù)與積分

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   模擬計算過程大致如下： （1）首先給定相關(guān)的物理參數(shù)，如模擬區(qū)域的面積，取定的網(wǎng)格數(shù)，模擬粒子數(shù)等。 （2）模擬真空蒸發(fā)過程，在時間t=0時，模擬區(qū)內(nèi)所有網(wǎng)格為空的，即無粒子存在。 （3）粒子注入，增加一個時間步長，從蒸發(fā)源表面處按粒子為麥克斯韋速度分布，在時間間隔△tm內(nèi)隨機產(chǎn)生Nsi個模擬粒子注入到模擬區(qū)。 （4）粒子碰撞，用處理粒子碰撞的方法，計算、處理每個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)粒子碰撞。 （5）粒子運動，在時間步長△tm內(nèi)，各粒子按碰撞后的速度運動到新的網(wǎng)格內(nèi)，重新分配了各自的位置。 （6）粒子取樣，每進行一段時間步長的計算后，便將各物理量對時間平均取樣一次。計算中所有時間步長的總和應(yīng)與實際真實氣體流動形成的時間一致。 （四）蒙特卡羅法模擬二維平面蒸發(fā) 在這節(jié)里，我們就蒙特卡羅法模擬無限長窄平面真空蒸發(fā)過程進行具體討論。當(dāng)所研究的坩堝長度L與液面寬度d相比，L＞d時，把這種蒸發(fā)過程視為無限長窄平面蒸發(fā)。二維平面蒸發(fā)如圖7.4—1所示。蒸發(fā)過程是以y—x平面左右對稱。因此，計算時只考慮熔池右半部的蒸發(fā)過程。 1.模擬區(qū)網(wǎng)格的劃分 為計算方便，通常將所研究對象的物理空間劃分成許多小的網(wǎng)格單元△r。每個網(wǎng)格的大小和形狀要根據(jù)所研究問題的空間形狀進行選擇。按照在△r范圍內(nèi)宏觀量沒有明顯變化的要求，一般選取△r小于分子平均自由程。其次，為保證對粒子間的碰撞模擬得更真實，網(wǎng)格內(nèi)的模擬粒子數(shù)不能太少，一般要在七、八個以上。因此，根據(jù)物理量在空間的變化規(guī)律，網(wǎng)格的大小在模擬區(qū)域內(nèi)也要作相應(yīng)的變化。如平面蒸發(fā)的粒子數(shù)密度在空間以r—1的規(guī)律減少。為保證網(wǎng)格內(nèi)有足夠多的模擬粒子數(shù)，網(wǎng)格的大小應(yīng)按隨空間的距離以指數(shù)規(guī)律增大。另外，要根據(jù)所研究問題的空間形狀選擇坐標(biāo)系，這時網(wǎng)格的形狀也不一樣。不論哪一種形狀的網(wǎng)格，對粒子碰撞的處理總是在三維空間里進行。對于二維平面蒸發(fā)流體的模擬是針對任意“薄層”內(nèi)的真實流體進行的?！氨印焙穸鹊倪x取原則是以“薄層”內(nèi)的模擬粒子數(shù)與實際分子數(shù)相對應(yīng)。

編輯推薦

《核科學(xué)技術(shù)叢書:激光分離同位素理論及其應(yīng)用》可作為應(yīng)用、原子分子光譜研究、熔池傳熱、真空蒸發(fā)，特別是同位素分離專業(yè)的教學(xué)用書，亦可作為有關(guān)專業(yè)的科技工作者的參考用書。

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