激光分离同位素理论及其应用PDF电子书下载

第一章 概述 1

一、激光分离同位素的发展概况 1

二、激光分离同位素方法 2

三、激光分离同位素的必要条件 4

四、几种常用的激光器 5

五、原子蒸气激光法分离系统 15

（一）分离器系统 15

（二）激光器系统 18

六、原子蒸气激光法（AVLIS）展望 20

参考文献 22

第二章 原子与分子光谱 24

一、原子的能级结构 24

二、电子的自旋与谱线的精细结构 27

三、电子组态与光谱项 30

四、外场中的原子能级分裂 33

（一）磁场的塞曼效应 35

（二）电场的斯塔克效应 42

五、原子核性质与谱线的超精细结构 43

六、原子的里德伯态与自电离态 51

七、分子能级结构 54

八、分子的振转光谱 61

九、SF6和UF6的分子结构与光谱 66

参考文献 69

第三章 原子法激光分离同位素理论基础 71

一、同位素位移 71

二、激光选择性激发 74

（一）原子的激发过程 74

（二）选择性系数 76

（三）选择性损失 79

三、光电离路线的选择 81

（一）光电离步数的选择 81

（二）蒸气原子的有效利用 82

（三）光电离态的选择 84

四、分离系数 86

五、三步光电离的动力学 87

（一）激发与电离速率 88

（二）激光穿透深度 91

（三）能量转移速率 92

（四）三步光电离动力学方程 92

六、提取百分数 97

七、激光分离单元的物料关系 101

（一）分离单元的物料平衡关系 101

（二）考虑过流量时的物料关系 104

八、激光参数的选择 109

九、原子法激光分离同位素的经济性分析 112

（一）价值函数与分离功率表达式 112

（二）激光分离的成本分析 115

参考文献 119

第四章 激光与原子相互作用 121

一、激光与原子相互作用的物理模型 121

二、三步光电离的布居动力学方程 125

三、四光子三步光电离的布居动力学 129

（一）布居动力学方程的旋转波近似解 130

（二）原子各能级的布居特性 135

四、激光脉冲形状效应 139

（一）理论分析 141

（二）脉冲形状效应分析 146

五、激光脉冲间时间不同步效应 149

（一）脉冲间时间不同步效应的理论分析 150

（二）脉冲间时间不同步效应分析 152

六、密度矩阵方程 155

（一）四能级系统的哈密顿量 157

（二）密度矩阵元的物理意义 158

（三）密度矩阵的运动方程 161

（四）光学布洛赫方程 164

七、激光有一定带宽的光电离效应 167

（一）密度矩阵方程的平均化 168

（二）激光有一定带宽的布居特性 170

八、激光在厚介质中的传输与光电离 175

（一）在厚介质中的场方程 176

（二）在厚介质中的密度矩阵方程 178

（三）激光在厚介质中传输与光电离特性 185

参考文献 192

一、等离子体特性 194

第五章 激光等离子体离子引出收集 194

二、离子引出的物理过程与数学模型 200

（一）离子引出的物理过程 200

（二）离子引出的数学模型 201

（三）方程的归一化 207

三、等离子体屏蔽 211

（一）等离子体屏蔽层判断条件 211

（二）等离子体屏蔽带来的问题 213

四、粒子碰撞 218

（一）碰撞共振电荷转移 218

（二）电子、离子碰撞复合 220

（三）二次电离 221

（四）碰撞截面 222

五、考虑碰撞二维离子引出方程的建立 227

六、二维离子引出过程的物理特性 233

七、影响离子引出率的因素 238

八、提高离子引出率的途径 243

参考文献 246

第六章 金属高温蒸发 248

一、铀金属特性与蒸发方式的选择 248

（一）阴极电子发射 249

二、大功率E型线性电子枪 249

（二）电子在电磁场中运动的约束方程 250

（三）空间电荷引起的特性 252

（四）皮尔斯（Pierce）枪基本原理及电子枪特性分析 258

三、轴对称电子枪 263

（一）轴对称静电场中电子运动的约束方程 263

（二）轴对称枪的理论分析 265

（三）轴对称枪的束流特性 272

四、束流传输系统 275

（一）四极磁透镜中粒子的运动方程 275

（二）偏转磁铁的作用矩阵 285

（三）束流的传输特性 292

五、高能电子束与金属靶作用的物理特性 293

六、熔池自由表面形状分析 298

七、熔池流场与温度场的数学模型 302

八、坩埚熔池中流场与温度场的分布特性 310

九、坩埚熔池具有液-固界面的传热特性 318

（一）动量、能量方程与边界条件分析 318

（二）含有液-固界面熔池的传热特性 320

（三）影响熔池传热特性和蒸发量的因素 321

十、自由表面为曲面时熔池的流场与温度场特性 328

（一）方程与边界条件的转换 328

（二）液面凹陷时流场与温度场特性 333

参考文献 336

第七章 金属真空蒸发动力学 338

一、概述 338

二、真空柱面蒸发的数学模型 340

（一）物理模型分析 340

（二）柱面蒸发动力学方程推导 341

（三）柱面蒸发的边界条件 347

三、点源球面蒸发的动力学问题 366

（一）一维球面蒸发的动力学方程 366

（二）球面蒸发的边界条件 367

（三）一维球面蒸发的物理特性 370

（四）考虑高能电子与蒸气原子间能量交换的蒸发动力学问题 373

（五）点源蒸发理论分析的实验验证 378

四、二维平面蒸发的动力学问题 382

（一）概述 382

（二）二维平面蒸发的动力学方程 384

（三）平面蒸发的边界条件 387

（四）二维平面蒸发的物理特性 391

五、蒸发动力学过程的蒙特卡罗法模拟 401

（一）蒙特卡罗法的基本思想及其特点 401

（二）蒙特卡罗法研究蒸发问题的理论基础 403

（三）蒙特卡罗法模拟的条件与步骤 409

（四）蒙特卡罗法模拟二维平面蒸发 411

（五）蒙特卡罗法模拟二维平面蒸发的特性分析 416

六、蒸气原子二维空间分布特性的实验验证 419

（一）蒸气原子横向速度分布的测量 419

（二）原子束二维空间径向速度分布的测量 422

（三）二维原子束密度通量分布的测量 424

参考文献 427

一、多光子离解 429

（一）红外多光子离解 429

第八章 分子法与激光化学法分离同位素 429

（二）离解过程的共振特性 434

（三）离解过程的碰撞作用 435

二、分子同位素效应 438

三、选择性多光子激发 439

四、红外多光子离解过程的理论分析 442

五、同位素分子浓缩过程的动力学 446

（一）浓缩度 446

（二）分离系数 449

（三）分子速率方程 449

六、UF6分子多光子离解分离铀同位素 452

七、激光选择性活化光化学反应 456

（一）激光光化学反应 456

（二）选择性光化学条件 457

（三）激光光化学的反应类型 459

八、光化学反应动力学过程 460

九、激光活化光化学法浓缩铀同位素 463

参考文献 469

附录 471

附录一 常用物理量与变换关系 471

附录二 金属铀的物理常数 471

附录三 常用函数与积分 472