Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

Физические аспекты применения лазеров в современных ядерных технологиях

Диссертация

Автор: Семерок, Александр Федорович

Заглавие: Физические аспекты применения лазеров в современных ядерных технологиях

Справка об оригинале: Семерок, Александр Федорович. Физические аспекты применения лазеров в современных ядерных технологиях : диссертация ... доктора физико-математических наук : 01.00.00 Франция, 2001 350 c. : 71 02-1/390-X

Физическое описание: 350 стр.

Выходные данные: Франция, 2001






Содержание:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1 РАЗРАБОТКА ИСТОЧНИКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО МЕТОДА РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА
11 Введение
12 Эксперимент
13 Экспериментальные результаты
14 Теоретические аспекты

Введение:
2.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение. 16
2.3. Заключение. 19
3. ЛАЗЕРНАЯ ДИАГНОСТИКА ПЛАЗМЫ В СИЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ . 21
3.1. Метод ионно-циклотронного резонанса для разделения изотопов.21
3.2. Лазерная система для диагностики плазмы.25
3.3. Экспериментальные результаты.27
3.4. Теоретические аспекты.30
3.5. Заключение. 34
4. МЕТОД ВРЕМЯ-ПРОЛЕТНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ИЗОТОПОВ УРАНА. 35
4.1. Введение.35
4.2. Экспериментальная установка.36
4.3. Экспериментальные результаты. 37
4.4. Теоретическая модель фотоионизации атомов урана.40
4.5. Заключение. 41
5. МЕТОД ОПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА ВЕЩЕСТВ.43 Введение. 43
Экспериментальная установка.45
Экспериментальные результаты и их обсуждение.47 ключение. 53
6. : ЗАКЛЮЧЕНИЕ.55
Ш =5 О it
7. I I. ПУБЛИКАЦИЙ. 59
8. СЛОЖЕНИЕ. 63
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
Лазерные методы находят все более широкое применение в современных технологиях. Так, например, в ядерных технологиях они используются для изотопного и элементного анализа радиоактивных веществ и конструкционных элементов, очистки радиоактивно загрязненных поверхностей, дистанционного контроля технологических процессов, контроля окружающей среды и т.д. Достижения в области фундаментальных и прикладных лазерных исследований приводят к открытию и развитию новых лазерно-ядерных технологий, таких, например, как лазерное разделение стабильных и радиоактивных изотопов. За время своей работы в двух ведущих научных ядерных центрах - ИАЭ им. И.В.Курчатова (Москва, Россия) и Комиссии по атомной энергии (Сакле, Франция) - автор данной работы принимал активное участие в разработке и исследовании лазерных методов в приложении к различным ядерным технологиям. Результаты этих исследований легли в основу диссертации.
Цель работы состояла в разработке и исследовании лазерных методов и их применений в следующих областях ядерных технологий:
1. разделение изотопов урана лазерно-молекулярным методом;
2. лазерное разделение изотопов в парах атомов;
3. лазерная диагностика плазмы при разделении изотопов методом ионно-циклотронного резонанса;
4. изотопный анализ малых относительных концентраций изотопов урана в технологическом процессе его обогащения лазерным методом;
5. микроанализ ядерного топлива и конструкционных элементов.
В работах по разделению изотопов (молекул или атомов) лазерными методами ставилась задача создать и экспериментально исследовать источники когерентного излучения, удовлетворяющие требованиям технологических испытаний этих методов. В ходе отработки и практической реализации диагностики плазмы в процессе разделения изотопов методом ионно-циклотронного резонанса было необходимо не только предложить обоснованную концепцию метода лазерной диагностики, но и теоретически обосновать его в применении к ионам плазмы в сильном магнитном поле (>1 Тесла). Метод лазерной флуоресценции был впервые применен для диагностики плазмы крупномасштабной установки SUPER-ERIC (Франция). Для оперативного контроля и измерения малых относительных концентраций изотопов урана (235U/238U <0,1%) был предложен и исследован метод время-пролетной масс-спектрометрии в комбинации с лазерной абляцией и неселективной фотоионизацией атомов урана. Исследования по лазерной микроабляции имели целью разработать и оптимизировать методы элементного микроанализа веществ для ядерных технологий. Научная новизна полученных результатов: были разработаны и созданы источники излучения для лазерного разделения изотопов: источник на основе вынужденного комбинационного рассеяния лазерного излучения в газах в многопроходной кювете и системы перестраиваемых лазеров на красителях; метод лазерной флуоресценции был изучен экспериментально и теоретически и применен для диагностики плазмы в сильном магнитном поле; экспериментально и теоретически была исследована неселективная фотоионизация атомов урана излучением коммерческого Nd-Y AG-лазера, что позволило разработать простой и надежный метод оперативного измерения малых относительных концентраций изотопов урана методом время-пролетной масс-спектрометрии; в исследованиях по лазерной микроабляции было установлено влияние параметров лазерного излучения (длины волны, энергии, длительности импульса) и свойств мишени (чистые металлы, оптически прозрачные кристаллы) на аналитические характеристики абляции (форма микрократеров, свойства лазерной плазмы). Анализ полученных результатов позволяет более полно понять роль различных физических механизмов лазерной абляции и выбрать оптимальный режим проведения элементного микроанализа веществ. Научная и практическая значимость работы.
Проведение исследований, результаты которых вынесены на защиту, было обусловлено и тесно связано с насущной потребностью ядерной индустрии как в разработке новых методов разделения изотопов, так и в проведении анализа веществ и контроля технологических процессов. Полученные экспериментальные и теоретические результаты имеют фундаментальную и прикладную ценность в таких областях, как лазерная физика, лазерное разделение изотопов, нелинейная оптика, лазерная спектроскопия и аналитическая химия.
Установки, созданные на основе проведенных исследований и полученных результатов, нашли применение в исследованиях по лазерному (ИАЭ им.И.В.Курчатова, Россия) и плазменному (Комиссия по атомной энергии, Франция) методам разделения изотопов. Разработанные методы анализа и контроля были применены в исследованиях технологических процессов ядерно-топливного цикла, проводимых Комиссией по атомной энергии (Франция). Основные положения, выносимые на защиту:
1. разработка, исследование и реализация метода получения инфракрасного когерентного излучения в области средних инфракрасных длин волн на основе вынужденного комбинационного рассеяния лазерного излучения в газах в многопроходной кювете;
1. разработка, исследование и реализация перестраиваемой лазерной системы на красителях с параметрами, удовлетворяющими проведению технологических исследований по разделению изотопов в парах атомов;
2. экспериментальное и теоретическое исследование свойств нелинейных многоволновых (ВЧПР) и магнитооптических эффектов (эффект Фарадея), проявляющихся при прохождении лазерного излучения через резонансные оптически плотные среды;
3. реализация, экспериментальное исследование и теоретическое обоснование метода лазерной флуоресценции для диагностики ионов плазмы в сильном магнитном поле (>1 Тесла);
4. исследование процесса неселективной фотоионизации атомов урана третьей гармоникой Nd-YAG-лазера;
5. разработка и применение метода время-пролетной масс-спектрометрии в сочетании с лазерной .абляцией и фотоионизацией для измерения малых относительных концентраций изотопов урана (235U/238U <0,1%);
6. комплексное исследование свойств лазерной микроабляции для ее применения в элементной картографии поверхностей.
Апробация работы.
Материалы, выносимые на защиту, были представлены в форме приглашенных докладов и устных сообщений и обсуждались на многих отраслевых, общесоюзных и международных конференциях с участием ведущих специалистов:
1. Всесоюзная школа «Физические основы голографии», Баку, 1986.
2. Всесоюзная конференция «Обращение волнового фронта», Минск, 1986.
3. Всесоюзная школа «Нелинейная оптика и голография», Черновцы, 1989.
4. Междисциплинарный коллоквиум Национального комитета научных исследований, Жиф-сюр-Иветт, Франция, 1992.
5. IV конгресс Французского физического общества, Тулуз-Лабек, Франция, 1994.
6. Международная конференция «Фотонное эхо и когерентная спектроскопия», Йошкар-Ола, Россия, 1997.
7. Международная конференция «Лазерная обработка поверхностей», Лимож, Франция, 1997.
8. VII Международный конгресс «Лазерная физика», Берлин, Германия, 1998.
9. Международная конференция «Мощная лазерная абляция», Санта-Фэ, США, 1998.
10. Конференция Европейского общества исследования материалов, Страсбург, Франция, 1998.
11. VIII Международный конгресс «Лазерная физика», Будапешт, Венгрия, 1999.
12. Международная конференция Федерации аналитической химии, Ванкувер, Канада, 1999.
13. Международная конференция «Нерезонансное взаимодействие излучения с веществом», Санкт-Петербург, Россия, 2000.
14. Международная конференция «Лазерная абляция», Токио (Тцукуба), Япония, 2001.
Результаты работ докладывались на семинарах ведущих научных центров России и Франции. Работы по созданию когерентных источников излучения и исследованию свойств резонансных голограмм были отмечены призовыми и специальными премиями на конкурсах научных работ ИАЭ им.И.В.Курчатова (1978, 1980, 1981, 1984, 1985 и 1986 гг.).
По теме диссертационной работы в международных научных журналах и сборниках опубликовано 30 печатных работ, в которых соискатель является автором или соавтором.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из: общей характеристики работы; материалов исследований, изложенных в пяти главах; общего заключения; списка публикаций, положенных в основу написания диссертации по результатам исследований, выносимых на защиту; (при ссылках на эти публикации использовалась двузначная индексация, где первая цифра указывает номер главы данной работы); приложения, где в полном объеме приведены цитируемые в диссертационной работе публикации со ссылками на работы, результаты которых были ценны при проведении исследований.
Диссертация содержит 62 страницы, включая 23 рисунка и 1 таблицу.