способ выделения изотопов таллия

Формула изобретения

1. Способ выделения изотопов таллия, заключающийся в том, что проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа, после чего осуществляют ионизацию атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлекают ионизованные атомы из пучка, отличающийся тем, что многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа проводят в две стадии, а именно, сначала проводят стадию возбуждения газовым разрядом, а затем - стадию возбуждения лазерным излучением, которые осуществляют в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, при этом стадию возбуждения газовым разрядом осуществляют в процессе создания пучка атомов таллия путем испарения металлического таллия в испарительной камере и зажигания в ней газового разряда, посредством которого проводят возбуждение атомов таллия в метастабильное состояние, после чего формируют в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, пучок атомов таллия в возбужденном метастабильном состоянии и приступают к реализации второй стадии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом, осуществляемой в процессе создания пучка атомов таллия, испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры, обеспечивающей создание в испарительной камере равновесного давления паров атомов таллия, и создают равновесное давление паров атомов таллия.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 600÷660°С и создают равновесное давление паров атомов таллия, равное 1÷10 Па.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию возбуждения лазерным излучением проводят в две следующие друг за другом ступени, на первой ступени атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние атомов требуемого изотопа, возбуждают в резонансное состояние, затем на второй ступени атомы требуемого изотопа таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей переход в состояния Ридберга, возбуждают в состояние Ридберга, причем на обеих ступенях возбуждения лазерным излучением используют импульсный режим, на первой ступени длительность импульса излучения выбирают соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, а на второй ступени длительность импульса излучения выбирают ограничивающей обратный переход в возбужденное нижерасположенное состояние из возбужденного состояния Ридберга или резонансного и в связи с этим соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии. '

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что стадию возбуждения лазерным излучением проводят в две следующие друг за другом ступени, на первой ступени атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние атомов требуемого изотопа, возбуждают в резонансное состояние, затем на второй ступени атомы требуемого изотопа таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей переход в состояния Ридберга, возбуждают в состояние Ридберга, причем на обеих ступенях возбуждения лазерным излучением используют импульсный режим, на первой ступени длительность импульса излучения выбирают соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, а на второй ступени длительность импульса излучения выбирают ограничивающей обратный переход в возбужденное нижерасположенное состояние из возбужденного состояния Ридберга или резонансного и в связи с этим соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что стадию возбуждения лазерным излучением проводят в две следующие друг за другом ступени, на первой ступени атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние атомов требуемого изотопа, возбуждают в резонансное состояние, затем на второй ступени атомы требуемого изотопа таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей переход в состояния Ридберга, возбуждают в состояние Ридберга, причем на обеих ступенях возбуждения лазерным излучением используют импульсный режим, на первой ступени длительность импульса излучения выбирают соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, а на второй ступени длительность импульса излучения выбирают ограничивающей обратный переход в возбужденное нижерасположенное состояние из возбужденного состояния Ридберга или резонансного и в связи с этим соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что на первой ступени стадии возбуждения лазерным излучением атомов требуемого изотопа используют излучение длиной волны 535 нм в импульсном режиме с длительностью импульса излучения от 5 до 10 нс, а на второй ступени стадии возбуждения лазерным излучением используют излучение длиной волны 444 нм в импульсном режиме с длительностью импульса излучения от 5 до 10 не.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что на первой ступени стадии возбуждения лазерным излучением атомов требуемого изотопа используют излучение 5 до 10 нс, а на второй ступени стадии возбуждения лазерным излучением используют излучение длиной волны 444 нм в импульсном режиме с длительностью импульса излучения от 5 до 10 нс.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что на первой ступени стадии возбуждения лазерным излучением атомов требуемого изотопа используют излучение длиной волны 535 нм в импульсном режиме с длительностью импульса излучения от 5 до 10 нс, а на второй ступени стадии возбуждения лазерным излучением используют излучение длиной волны 444 нм в импульсном режиме с длительностью импульса излучения от 5 до 10 нс.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

11. Способ по п.2, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

12. Способ по п.3, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

13. Способ по п.4, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

14. Способ по п.5, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

15. Способ по п.6, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

16. Способ по п.7, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

17. Способ по п.8, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

18. Способ по п.9, отличающийся тем, что осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

19. Способ по любому из пп.10-18, отличающийся тем, что при ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечении ионизованных атомов из пучка, проводимых посредством наложения поперечного электрического поля, подают напряжение в импульсном режиме длительностью от 30 до 100 нс, при величине напряжения от 10 до 25 кВ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технологии и может быть использовано в ядерной физике для разделения изотопов.

Известен способ выделения изотопов таллия (заявка W02004011129, МПК: 7 В01D 59/34 на изобретение «Method for Isotope Separation of Thallium» авторов Jeong Do-Young, Ко Kwang-Hoon, Lim Gwon, Kim Cheol-Jung, опубликованная 05.02.2004 г.), заключающийся в создании паров атомов таллия, в последующем многоступенчатом возбуждении атомов требуемого изотопа лазерным излучением, включающим последовательно первую ступень - возбуждение излучением с длиной волны 378 нм атомов таллия в резонансное состояние и их переход посредством спонтанного излучения в метастабильное состояние, вторую ступень - возбуждение атомов из метастабильного состояния в промежуточное излучением с длиной волны 292 нм, третью ступень, представляющую собой фотоионизацию излучением с длиной волны в диапазоне от 700 до 1400 нм, и в финальной операции - извлечении ионизованных атомов требуемого изотопа из пучка посредством электростатического коллектора.

К недостаткам технического решения относятся большие затраты энергии и невысокое качество лазерного луча. Большие затраты энергии обусловлены использованием лазеров с высокой выходной мощностью. Низкое качество лазерного луча является следствием необходимости преобразования излучения во вторую гармонику. Кроме того, известному техническому решению присуща большая затратность в связи с тем, что использование для многоступенчатого возбуждения атомов трех лазерных лучей требует для их совмещения сложных и дорогостоящих оптических систем, а также и в связи с использованием в способе двух ультрафиолетовых лазеров, излучение которых имеет высокую стоимость из-за их низкого коэффициента полезного действия.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому относится способ выделения изотопов таллия (патент Японии №20002628866, МПК: В01D 59/34, В01D 59/50 на изобретение «Atomic Vaporizer Isotope Separation for 203 Thallium and 210 Lead Isotopes», авторов Scheibner Karl F., Christopher A. Heinamu, Michael A. Johnson, R.F.Wordon, опубликованный 26.09.2000 г.), заключающийся в создании потока атомов таллия, в последующем многоступенчатом возбуждении атомов требуемого изотопа лазерным излучением, включающим последовательно первую ступень - возбуждение атомов таллия из основного состояния в промежуточное, близкое к резонансному, вторую ступень - возбуждение из промежуточного состояния в финальное, являющееся состоянием Ридберга, и в финальной операции - проведении ионизации атомов требуемого изотопа таллия посредством наложения электрического поля с извлечением ионизованных атомов требуемого изотопа из пучка.

К недостаткам технического решения относятся большие затраты энергии и невысокое качество лазерного луча. Большие затраты энергии обусловлены использованием лазеров с высокой выходной мощностью. Низкое качество лазерного луча является следствием необходимости преобразования излучения во вторую гармонику. Кроме того, известное техническое решение обладает высокой затратностью, главным образом, в связи с использованием излучения ультрафиолетового лазера в области длин волн 377,7 нм, имеющего высокую стоимость.

Техническим результатом изобретения является снижение энергетических затрат и повышение качества лазерного луча. Также изобретение направлено и на снижение затратности.

Технический результат достигается тем, что в способе выделения изотопов таллия, заключающемся в том, что проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа, после чего осуществляют ионизацию атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлекают ионизованные атомы из пучка, многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа проводят в две стадии, а именно, сначала проводят стадию возбуждения газовым разрядом, а затем стадию возбуждения лазерным излучением, которые осуществляют в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, при этом стадию возбуждения газовым разрядом осуществляют в процессе создания пучка атомов таллия путем испарения металлического таллия в испарительной камере и зажигания в ней газового разряда, посредством которого проводят возбуждение атомов таллия в метастабильное состояние, после чего формируют в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, пучок атомов таллия в возбужденном метастабильном состоянии и приступают к реализации второй стадии.

В способе для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом, осуществляемой в процессе создания пучка атомов таллия, испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры, обеспечивающей создание в испарительной камере равновесного давления паров атомов таллия, и создают равновесное давление паров атомов таллия.

В способе испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 600÷660°С и создают равновесное давление паров атомов таллия, равное 1÷10 Па.

В способе стадию возбуждения лазерным излучением проводят в две следующие друг за другом ступени, на первой ступени атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние атомов требуемого изотопа, возбуждают в резонансное состояние, затем на второй ступени атомы требуемого изотопа таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей переход в состояния Ридберга, возбуждают в состояние Ридберга, причем на обеих ступенях возбуждения лазерным излучением используют импульсный режим, на первой ступени длительность импульса излучения выбирают соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, а на второй ступени длительность импульса излучения выбирают ограничивающей обратный переход в нижерасположенное возбужденное состояние из возбужденного состояния Ридберга или резонансного и в связи с этим соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии.

В способе на первой ступени стадии возбуждения лазерным излучением атомов требуемого изотопа используют излучение длиной волны 535 нм в импульсном режиме с длительностью импульса излучения от 5 до 10 нс, а на второй ступени стадии возбуждения лазерным излучением используют излучение длиной волны 444 нм в импульсном режиме с длительностью импульса излучения от 5 до 10 нс.

В способе осуществление ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечение ионизованных атомов из пучка проводят в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля, при этом прикладывают напряжение в режиме, ограничивающем развитие сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, а величину поперечного электрического поля определяют исходя из ширины зоны воздействия лазерного излучения, концентрации возбужденных атомов требуемого изотопа и близости уровней Ридберга к границе ионизации.

В способе при ионизации атомов требуемого изотопа посредством наложения электрического поля и извлечении ионизованных атомов из пучка, проводимых посредством наложения поперечного электрического поля, подают напряжение в импульсном режиме длительностью от 30 до 100 нс, при величине напряжения от 10 до 25 кВ.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. На Фиг.1 представлена схема используемых энергетических уровней атома таллия, где 1 - основное состояние, 2 - метастабильное состояние, 3 - резонансное состояние, 4 - состояние Ридберга, 5 - ионные состояния атомов таллия, представляющие непрерывный спектр. На Фиг.2 схематично изображена испарительная камера, где 6 - корпус испарительной камеры, 7 - стержень, 8 - трубка, 9 - резервуар для таллия, 10 - щель, 11 - нагреватель, 12 - поток атомов таллия. На Фиг.3 схематично показан узел выделения таллия, где 13 - щелевые диафрагмы, 14 - зона экстракции, 15 - анод, 16 - катоды, 17 - зона воздействия лазерного излучения, 18 - экран.

В предлагаемом способе многоступенчатое возбуждение атомов таллия проводят в две стадии: возбуждение газовым разрядом, осуществляемым в испарительной камере, в сочетании с возбуждением лазерным излучением, осуществляемым в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия. На первой стадии возбуждение атомов таллия в метастабильное состояние осуществляется посредством зажигания постоянного газового разряда в испарительной камере. Испарительная камера (Фиг.2) выполнена в виде корпуса (6), изготовленного из нержавеющей стали или графита и осуществляющего функцию катода при проведении газового разряда, и размещенных внутри корпуса стержня (7) из нержавеющей стали, расположенного в трубке (8), выполненной из диэлектрического материала, например, керамической окиси алюминия, резервуара (9) для таллия, нагревателя (11), в котором размещен корпус (6) с находящимися в нем конструктивными элементами. В корпусе (6) сверху выполнена щель (10), шириной, определяемой требуемой производительностью способа и ориентировочно составляющей около 0,1 мм. Длина испарительной камеры и, соответственно, длина щели определяются также требуемой производительностью.

Поток (12) атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии, выходит из щели (10) и поступает на вход узла выделения таллия (Фиг.3). На входе узла выделения таллия выполнены, по крайней мере, две щелевые диафрагмы (13), которые предназначены для формирования малорасходящегося атомного пучка. После формирования атомного пучка он попадает в зону экстракции (14), расположенную между анодом (15) и катодами (16) и между экраном (18), выполненным над зоной экстракции (14), и корпусом (6), и далее в зону воздействия лазерного излучения (17), расположенную в зоне экстракции (14) между катодами (16) и анодом (15). Испарительная камера (Фиг.2) и узел выделения таллия (Фиг.3) располагаются в вакуумной камере, в которой поддерживается вакуум на уровне, обеспечивающем протекание необходимых процессов для выделения требуемого изотопа таллия. Величина давления, характеризующая требуемый уровень вакуума, составляет не более 10^-6 Па, а в качестве рабочего диапазона реально используют 10^-8 ÷10^-6 Па.

Осуществление способа происходит следующим образом.

Нагревателем (11) нагревают корпус (6) до температуры, при которой в процессе испарения атомов таллия в испарительной камере возникает равновесное давление паров атомов таллия, достаточное для зажигания газового разряда типа «полый катод», при котором происходит возбуждение атомов таллия в метастабильное состояние (состояние 2, см. Фиг.1). Величина температуры, при которой устанавливается равновесное давление паров атомов таллия, составляет примерно 600°С, а используемый диапазон температур, являющийся подходящим для создания условий зажигания постоянного газового разряда и возбуждения атомов в метастабильное состояние, 600÷660°С. Величина равновесного давления паров атомов таллия составляет порядка 1÷10 Па. После нагревания и испарения атомов таллия проводят стадию возбуждения газовым разрядом. Зажигание газового разряда приводит к возбуждению атомов таллия и изменяет населенность уровня 2(Фиг.1).

Населенность уровня 2 (Фиг.1) (метастабильное состояние) вследствие большого сечения возбуждения электронами атомов таллия на уровень 2 из основного состояния 1 определяется выражением

N ₂=N₁(g₂/g ₁)exp(- E/(kT_e)) (1), где

N ₁ - населенность уровня 1;

g₁ - статистический вес 1 уровня, составляющий 2;

g ₂ - статистический вес 2 уровня, составляющий 4;

Е - разность энергий между уровнями 2 и 1, составляющая порядка 0,97 эВ;

k - постоянная Больцмана;

Т _е - температура электронов.

При величине Т _е больше или порядка 3 эВ, являющейся типичной для давления паров таллия 1 Па, N₂=1,45N ₁. To есть, около 60% атомов таллия находятся в возбужденном метастабильном состоянии.

Далее после формирования малорасходящегося атомного пучка, что завершает операцию создания пучка атомов таллия, приступают к осуществлению стадии возбуждения лазерным излучением, осуществляемой в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, включающей последовательно две ступени возбуждения лазерным излучением (Фиг.1). На первой ступени атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние атомов требуемого изотопа, возбуждаются в состояние 3. На второй ступени атомы требуемого изотопа таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, лазерным излучением с длиной волны, обеспечивающей переход в состояния Ридберга, возбуждаются в состояние 4.

Атомы таллия, в том числе и возбужденные, находящиеся в метастабильном состоянии, с концентрацией на уровне n=10¹⁴ см^-3, через щель 10 истекают в вакуум, характеризующийся уровнем, обеспечивающим протекание необходимых процессов для выделения требуемого изотопа таллия, где с помощью диафрагм 13 в зоне экстракции 14 формируется малорасходящийся атомный пучок (Фиг.3), который достигает зоны воздействия лазерного излучения 17. На первой ступени возбуждения лазерным излучением излучение на длине волны 535 нм переводит атомы требуемого изотопа в состояние 3 (резонансное состояние), а затем на второй ступени возбуждения лазерным излучением излучение на длине волны 444 нм атомы требуемого изотопа переводит в состояние 4 (состояние Ридберга). Поскольку на первой ступени стадии лазерного возбуждения лазерное излучение настраивается только на длину волны, соответствующую выделяемому изотопу, например, Т1 203, то другой изотоп, в частности, Т1 205 не возбуждается в состояние 3 и состояние 4.

Для того чтобы избежать обратных переходов атомов из возбужденных состояний, используют импульсный режим лазерного излучения. Предотвращение переходов атомов из состояния 3 в состояние 2 осуществляют путем выбора длительности импульса лазерного излучения соизмеримым со временем жизни атомов в возбужденных состояниях, и таким образом, ограничивающим обратные переходы. Время жизни атомов таллия в возбужденном состоянии 3 составляет около 10 нс, а значит длительность импульса излучения лазера должна составлять величину от 5 до 10 нс. Данная величина длительности импульса является типичной величиной длительности импульса генерации лазеров на самоограниченных переходах.

Время жизни атомов требуемого изотопа в состоянии Ридберга (состояние 4, Фиг.1) составляет сотни наносекунд. Однако для перевода атомов в состояние 4 выбор длительности импульса лазерного излучения осуществляют не из условия соизмеримости его со временем жизни атомов в данном возбужденном состоянии, а из условия осуществления перевода всех атомов требуемого изотопа в состояние Ридберга. Поскольку время жизни атома требуемого изотопа в возбужденном состоянии 3 составляет около 10 нс, после чего, если он не перешел в состояние 4, он переходит в состояние 2, то для перевода всех атомов требуемого изотопа (например, Т1 203) в состояние Ридберга длительность импульса лазерного излучения должна быть ограничивающей обратные переходы; на длине волны 444 нм длительность импульса необходима порядка 10 нс, то есть такой же, как и при возбуждении в резонансное состояние.

После завершения стадии возбуждения лазерным излучением осуществляют ионизацию атомов требуемого изотопа в вакууме, характеризующемся уровнем, обеспечивающим протекание процессов для выделения изотопов таллия, посредством наложения поперечного электрического поля и извлечение требуемого изотопа. После прохождения импульса света между анодом 15 и катодами 16 прикладывают напряжение в режиме, позволяющем избежать развития сверхизлучения с уровней, соответствующих состоянию Ридберга, на нижележащие уровни. Это импульсный режим подачи напряжения, с длительностью импульсов от 30 до 100 нс и коротким фронтом нарастания, до 15 нс. Минимальный фронт нарастания импульса напряжения может составлять от 1 нс, однако величина 15 нс является достаточной для осуществления данной операции. При этом величина подаваемого напряжения U определяется расстоянием l_ка между катодом и анодом (в более общем случае шириной зоны воздействия лазерного излучения 17), концентрацией возбужденных атомов и близостью уровней Ридберга к границе ионизации Е_i. При E_i=0,1 эВ, n=10¹⁰ см^-3 и l_ка=1 см величина U составляет порядка 10 кВ. В способе значение величины U может варьироваться от 10 до 25 кВ.

Возбужденные атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, наложением электрического поля практически мгновенно ионизуются, ионы ускоряются по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждаются на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Невозбужденные атомы других изотопов таллия не могут быть ионизованы при наложении электрического поля, поэтому они продолжают прямолинейное движение, достигают экрана 18 и осаждаются на нем, образуя отходы. После полного испарения таллия из резервуара 9 вакуумная камера разгерметизируется, из нее извлекаются коллектор продукта и коллектор отходов, резервуар 9 снова заполняется таллием и цикл повторяется.

Использование газового разряда позволяет с помощью небольших затрат энергии и недорогого источника постоянного тока переводить атомы таллия из основного состояния 1 в состояние 2 (Фиг.1). Дальнейшее возбуждение атомов в состояние 3 проводят с помощью лазера на красителе Родамин 101, накачиваемом лазером на парах меди. Если же проводить возбуждение из состояния 1 в состояние 3 с помощью лазерного излучения, то необходимо использовать излучение от лазера на красителе Стерил 8, накачиваемом лазером на парах меди, с дальнейшим преобразованием его во вторую гармонику. Эффективность этого преобразования на практике не превышает 30%. Эффективность преобразования излучения лазера на парах меди в излучение лазеров на красителях Родамин 101 и Стерил 8 примерно одинакова и составляет 10%. Следовательно, использование газового разряда для перевода атомов таллия из основного состояния в метастабильное состояние позволяет снизить требуемую величину мощности лазера на парах меди в 3 раза при одной и той же производительности заявляемого способа и известных способов, а также отказаться от использования преобразования излучения во вторую гармонику, что улучшает качество лазерного луча и повышает надежность системы. Все это, в конечном счете, приводит к снижению стоимости получения конечного продукта - требуемого изотопа таллия.

В качестве сведений, подтверждающих реализацию способа, приводим нижеследующие примеры.

Пример 1.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 600°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 1 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 10^-6 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 10 ^-6 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 10 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 10 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-6 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 10 кВ в импульсном режиме длительностью 30 нс и фронтом нарастания 15 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 2.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 620°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 2 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10^-6 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-6 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 7 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 7 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-6 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 15 кВ в импульсном режиме длительностью 50 нс и фронтом нарастания 15 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 3.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 660°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 10 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10^-6 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 10 ^-6 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 5 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 5 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-6 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 25 кВ в импульсном режиме длительностью 100 нс и фронтом нарастания 15 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 4.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 620°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 2 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10^-7 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 10 ^-7 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535,046 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 8 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444,5 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 5 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-7 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 13 кВ в импульсном режиме длительностью 66 нс и фронтом нарастания 12 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 5.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 690°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 10 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10^-8 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 10 ^-8 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535,046 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 10 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444,5 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 12 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-8 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 18 кВ в импульсном режиме длительностью 700 нс и фронтом нарастания 14 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 6.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 600°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 1 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 5,5·10^-5 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 5,5·10 ^-5 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535,046 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 10 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444,5 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 8 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 5,5-10 ^-5 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 20 кВ в импульсном режиме длительностью 44 нс и фронтом нарастания 11 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 7.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 692°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 10 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10^-6 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 10 ^-6 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535,06 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 10 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444,51 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 10 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-6 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 9 кВ в импульсном режиме длительностью 28 нс и фронтом нарастания 15 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 8.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 692°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 10 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 5,9-10^-5 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 5,9-10 ^-5 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535,06 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 8 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444,51 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 10 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 5,9·10 ^-5 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 26 кВ в импульсном режиме длительностью 56 нс и фронтом нарастания 15 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 9.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 598,7°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 1 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10^-6 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 10 ^-6 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535,06 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 10 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444,51 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 12 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-6 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 13 кВ в импульсном режиме длительностью 100 нс и фронтом нарастания 12 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Пример 10.

Создают пучок атомов таллия и проводят многоступенчатое возбуждение атомов требуемого изотопа в две стадии, а именно, стадии возбуждения газовым разрядом и последующей стадии возбуждения лазерным излучением.

Для создания пучка атомов таллия и проведения стадии возбуждения газовым разрядом испарительную камеру, содержащую металлический таллий, нагревают до температуры 692°С и создают равновесное давление паров атомов таллия 10 Па. В испарительной камере зажигают постоянный газовый разряд, проводят возбуждение испаряемых атомов таллия в метастабильное состояние. После этого формируют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10^-7 Па, пучок атомов таллия, находящихся в возбужденном метастабильном состоянии.

Проводят стадию возбуждения лазерным излучением в вакууме (вакуумной камере), характеризующимся уровнем 10 ^-7 Па, в две следующие друг за другом ступени. На первой ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном метастабильном состоянии, возбуждают в резонансное состояние лазерным излучением с длиной волны 535,06 нм, обеспечивающей возбуждение в резонансное состояние требуемого изотопа, и длительностью импульса излучения, соизмеримой со временем жизни возбужденного атома таллия в резонансном состоянии и ограничивающей обратный переход в метастабильное состояние, равной 4,8 нс. На второй ступени лазерного возбуждения атомы таллия, находящиеся в возбужденном резонансном состоянии, возбуждают в состояние Ридберга лазерным излучением с длиной волны 444,51 нм, обеспечивающей возбуждение в состояние Ридберга, и длительностью импульса излучения, ограничивающей обратный переход, равной 8 нс.

Затем осуществляют в вакууме (вакуумной камере), характеризующемся уровнем 10 ^-7 Па, ионизацию атомов требуемого изотопа и извлечение ионизованных атомов из пучка посредством наложения поперечного электрического поля. При этом прикладывают напряжение 20 кВ в импульсном режиме длительностью 70 нс и фронтом нарастания 7 нс. Практически мгновенно ионизуют атомы требуемого изотопа, находящиеся в состояниях Ридберга, ионы ускоряют по направлению к аноду, выполняющему функцию коллектора, и при достижении его осаждают на нем, постоянно образуя полезный продукт.

Заявляемый способ применим к некоторым другим элементам, на которых осуществлены лазеры на самоограничивающих переходах, в частности, это атомы бария, свинца, золота, кальция, стронция, марганца, а также к элементам, которые имеют нижние метастабильные состояния, например, атомы благородных газов - гелия, неона, криптона, ксенона и большинство атомов металлов.