激光分離同位素理論及其應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書(shū)介紹了激光分離同位素理論及其應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了原子激光法分離同位素過(guò)程各部分的理論，并較詳細(xì)地討論了各個(gè)過(guò)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(mén)多學(xué)科綜合性技術(shù)。因此，本書(shū)只能按激光分離同位素過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行理論描述。全書(shū)共分八章，其中對(duì)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(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了全面分析。    本書(shū)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(zhuān)業(yè)的教學(xué)用書(shū)，亦可作為有關(guān)專(zhuān)業(yè)的科技工作者的參考用書(shū)。

書(shū)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(jí)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(xiàng)    四、外場(chǎng)中的原子能級(jí)分裂    （一）磁場(chǎng)的塞曼效應(yīng)    （二）電場(chǎng)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(jí)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(guò)流量時(shí)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(jì)性分析    （一）價(jià)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(dòng)力學(xué)方程    三、四光子三步光電離的布居動(dòng)力學(xué)    （一）布居動(dòng)力學(xué)方程的旋轉(zhuǎn)波近似解    （二）原子各能級(jí)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(shí)間不同步效應(yīng)    （一）脈沖間時(shí)間不同步效應(yīng)的理論分析    （二）脈沖間時(shí)間不同步效應(yīng)分析    六、密度矩陣方程    （一）四能級(jí)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(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(guò)程與數(shù)學(xué)模型    （一）離子引出的物理過(guò)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(lái)的問(wèn)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(guò)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(duì)稱(chēng)電子槍    （一）軸對(duì)稱(chēng)靜電場(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)的約束方程    （二）軸對(duì)稱(chēng)槍的理論分析    （三）軸對(duì)稱(chēng)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(yùn)動(dòng)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(chǎng)與溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型    八、坩堝熔池中流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的分布特性    九、坩堝熔池具有液－固界面的傳熱特性    （一）動(dòng)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(shí)熔池的流場(chǎng)與溫度場(chǎng)特性    （一）方程與邊界條件的轉(zhuǎn)換    （二）液面凹陷時(shí)流場(chǎng)與溫度場(chǎng)特性    參考文獻(xiàn)第七章 金屬真空蒸發(fā)動(dòng)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(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)    （三）柱面蒸發(fā)的邊界條件    三、點(diǎn)源球面蒸發(fā)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題    （一）一維球面蒸發(fā)的動(dòng)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(dòng)力學(xué)問(wèn)題    （五）點(diǎn)源蒸發(fā)理論分析的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證    四、二維平面蒸發(fā)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題    （一）概述    （二）二維平面蒸發(fā)的動(dòng)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(dòng)力學(xué)過(guò)程的蒙特卡羅法模擬    （一）蒙特卡羅法的基本思想及其特點(diǎn)    （二）蒙特卡羅法研究蒸發(fā)問(wèn)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證    （一）蒸氣原子橫向速度分布的測(cè)量    （二）原子束二維空間徑向速度分布的測(cè)量    （三）二維原子束密度通量分布的測(cè)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(guò)程的共振特性    （三）離解過(guò)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(guò)程的理論分析    五、同位素分子濃縮過(guò)程的動(dòng)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(lèi)型    八、光化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)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(yè)：   插圖：   模擬計(jì)算過(guò)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(guò)程，在時(shí)間t=0時(shí)，模擬區(qū)內(nèi)所有網(wǎng)格為空的，即無(wú)粒子存在。 （3）粒子注入，增加一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，從蒸發(fā)源表面處按粒子為麥克斯韋速度分布，在時(shí)間間隔△tm內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生Nsi個(gè)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(jì)算、處理每個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)粒子碰撞。 （5）粒子運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間步長(zhǎng)△tm內(nèi)，各粒子按碰撞后的速度運(yùn)動(dòng)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(jìn)行一段時(shí)間步長(zhǎng)的計(jì)算后，便將各物理量對(duì)時(shí)間平均取樣一次。計(jì)算中所有時(shí)間步長(zhǎng)的總和應(yīng)與實(shí)際真實(shí)氣體流動(dòng)形成的時(shí)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(wú)限長(zhǎng)窄平面真空蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行具體討論。當(dāng)所研究的坩堝長(zhǎng)度L與液面寬度d相比，L＞d時(shí)，把這種蒸發(fā)過(guò)程視為無(wú)限長(zhǎng)窄平面蒸發(fā)。二維平面蒸發(fā)如圖7.4—1所示。蒸發(fā)過(guò)程是以y—x平面左右對(duì)稱(chēng)。因此，計(jì)算時(shí)只考慮熔池右半部的蒸發(fā)過(guò)程。 1.模擬區(qū)網(wǎng)格的劃分 為計(jì)算方便，通常將所研究對(duì)象的物理空間劃分成許多小的網(wǎng)格單元△r。每個(gè)網(wǎng)格的大小和形狀要根據(jù)所研究問(wèn)題的空間形狀進(jìn)行選擇。按照在△r范圍內(nèi)宏觀量沒(méi)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(duì)粒子間的碰撞模擬得更真實(shí)，網(wǎng)格內(nèi)的模擬粒子數(shù)不能太少，一般要在七、八個(gè)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(wèn)題的空間形狀選擇坐標(biāo)系，這時(shí)網(wǎng)格的形狀也不一樣。不論哪一種形狀的網(wǎng)格，對(duì)粒子碰撞的處理總是在三維空間里進(jìn)行。對(duì)于二維平面蒸發(fā)流體的模擬是針對(duì)任意“薄層”內(nèi)的真實(shí)流體進(jìn)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(shí)際分子數(shù)相對(duì)應(yīng)。

編輯推薦

《核科學(xué)技術(shù)叢書(shū):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(zhuān)業(yè)的教學(xué)用書(shū)，亦可作為有關(guān)專(zhuān)業(yè)的科技工作者的參考用書(shū)。

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