用于铊的同位素分离的方法技术

本发明专利技术披露了一种用于利用激光束的铊同位素的分离方法。该方法包括以下步骤：（ａ）通过激光系统产生具有第一频率的光子，其中，该第一频率为大约３７８ｎｍ；（ｂ）通过激光系统产生具有第二频率的光子，其中该第二频率为大约２９２ｎｍ；（ｃ）通过激光系统产生具有第三频率的光子，其中该第三频率的范围为７００ｎｍ至１４００ｎｍ；（ｄ）将具有第一、第二和第三频率的光子应用于铊的蒸气，其中具有第一频率的光子将多个基态铊原子同位素选择性地从激发态泵激到亚稳态，并且，其中具有第二频率的光子将多个亚稳态铊原子激发到居间共振态，以及，其中具有第三频率的光子将处于居间共振态的多个原子通过连续态进行电离；以及（ｅ）收集同位素离子。可以利用小规模的设备来有效地分离铊的同位素。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种，更具体而言，本专利技术涉及一种利用激光束的铊的激光同位素分离方法。
技术介绍
就性质而言，铊包含两种同位素，包括203Tl(29.5％)和205Tl(70.5％)。203Tl被用作产生放射性同位素201Tl的源材料。201Tl是在回旋加速器中利用19～31MeV的质子束对浓缩的203Tl靶进行辐照，按照203Tl(p，3n)201Tl反应而生成。201TlCl是一种用于诊断心脏病和肿瘤的SPECT(单光子发射计算机断层成像技术)的放射性药物。电磁法是唯一的一种用于分离铊同位素的商业化方法。从原理上看，这种技术是很简单的。当在磁体的磁极之间通过时，天然存在的铊的单能离子束根据其动量分成两股流，每种同位素一股，每一股都具有特定的曲率半径。位于半圆形轨道端部的收集筒捕获同源流。在广泛地体验了所有的分离技术的基础上，通常认为，电磁分离法代表了最为通用的技术，但遗憾的是，这种方法的处理能力较低，而且操作成本较高。利用原子的同位素选择性光电离过程的激光同位素分离(LIS)技术据说会成为一种用于克服电磁法缺点的替代方法。这种技术已经在多种元素上得到证实，包括汞、钆、及其他元素。美国专利第4,793,307号(1988)、第5,202,005号(1993)、第5,376,246号(1994)和第5,443,702号(1995)分别涉及到了汞(Hg)原子、钆(Gd)原子、锆(Zr)原子和铒(Er)原子的激光同位素分离。日本专利出版物第1999-99320A号提出了一种新的不同于美国专利第4,793,307号(1988)的光电离途径。确定对某种元素进行LIS在技术上是否可行需要对各种问题进行详细的考虑，包括光电离途径、相关的激光器及原子蒸气。对LIS的适用范围进行权威性评估需要同位素位移、超精细结构、能级能量、各个能级的角动量、能级寿命等方面的知识。对于LIS在技术上是可行的情形而言，可在考虑了这种技术相对于其他技术而言具有成本竞争力的情况下对其进行经济性评估，这种评估需要具备元素的物化性质、所要求的激光器功率、光电离过程的同位素选择性和电离效率等方面的知识。铊没有可利用的自电离能级，并且与其他元素相比，铊能级的同位素位移相对较小。因此，铊原子通过自电离能级进行光电离不太可能，并且，对于在美国专利第4,793,307号(1988)和第5,443,702号(1995)中所应用的传统的分步光电离方法来说，同位素选择性可能非常小。此外，由于203Tl和205Tl的核磁矩是一样的，因而采用美国专利第5,202,005号(1993)中所应用的角动量选择规则来分离铊同位素也不太可能。日本专利出版物第2000-262866A号采用同位素选择性激发和场电离法来进行铊的同位素分离，这种方法在美国专利第5,945,649号中披露用来将210Pb从铅同位素中除去。在该专利中，通过波长为377.6nm和443.7nm的两束激光，将处于基态的铊原子进行同位素选择性激发，激发到能量约为49,000cm-1的里德伯(Rydberg)态，然后利用外部电场对其进行场电离。在激发过程中，在激光频率和能量为26,477cm-1的中间能级之间产生大约1GHz的失谐。这是一种双色双光子激发过程。为了通过利用双光子激发过程获得高同位素选择性以及高激发效率，激光器应具有接近傅立叶变换限定的频带宽度，并且还应该能够反向传播。由中间能级失谐引起的斯塔克(Stark)位移降低了双光子激发效率。为了避免这个问题，激光功率和频率应根据π脉冲条件进行精细控制，并且，激光脉冲也应该精确地交叠。由于在介质中的整个反向传播过程中实际上不可能交叠激光脉冲，因此激发效率的下降是不可避免的。此外，对于铊同位素的大量生产的情形而言，最初产生的等离子体可能屏蔽外部电场，从而降低场电离效率。为此，虽然日本专利出版物第2000-262866A号在技术上是可行的，但是为了使这种方法能够在商业上应用，仍有许多障碍需要克服。因此，本专利技术的一个目的就是解决上述的问题，并且提供一种改进的实用铊同位素分离方法。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于在包含多种铊同位素的原子蒸气中分离铊同位素的方法，多种铊同位素包括所述同位素，所述方法包括以下步骤(a)通过激光系统产生具有第一频率的光子，其中所述第一频率为大约378nm；(b)通过所述激光系统产生具有第二频率的光子，其中所述第二频率为大约292nm；(c)通过所述激光系统产生具有第三频率的光子，其中所述第三频率的范围为700nm至1400nm； (d)将具有所述第一、第二和第三频率的所述光子应用于所述铊的所述蒸气，其中具有所述第一频率的所述光子将多个基态铊原子经过激发态而同位素选择性地泵激到亚稳态，并且，其中具有所述第二频率的所述光子将多个亚稳态铊原子激发到居间共振态，以及，其中具有所述第三频率的所述光子对处于所述居间共振态的多个原子经过连续态而进行电离；以及(e)收集所述同位素离子。附图说明从以下对附图所示出的本专利技术的优选实施例的详细描述中，可以最好地理解本专利技术的上述以及其它目的和优点，在附图中图1示出了根据本专利技术的用于铊的激光同位素分离方法的概念设计图；(a)为正视图，而(b)为侧视图。图2示出了铊原子的部分能级图；图3示出了铊同位素的同位素位移和超精细结构；图4示出了采用具有高斯强度分布(半高全宽10mm)以及输出功率为20mW的CW激光器进行实验所测得的铊同位素的光泵激谱；图5示出了采用具有高斯强度分布(半高全宽10mm)以及输出功率为200mW的CW激光器进行计算所得到的铊同位素的光泵激谱； 图6示出了以钕:钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器的1064nm波长所测得的铊原子的72D5/2能级的光电离横截面；以及图7示出了观察到的铊原子的同位素选择性光电离的质谱图；(a)示出了非选择性光电离的铊原子的质谱图，(b)示出了当光泵激激光的频率与205Tl同位素共振时的质谱图，以及(c)示出了当光泵激激光的频率与203Tl同位素共振时的质谱图。具体实施例方式本文披露了一种用于从天然铊中分离铊同位素的同位素选择性光电离方法及装置，其涉及到在同位素选择性光泵激之后进行的铊原子的光电离，以及随后的离子的静电提取。该方案利用了大型光泵激横截面及大型光电离横截面，因此只需要适度的激光作用。根据该方案，可以通过采用使靶同位素进入亚稳态的同位素选择性光泵激(ISOP)和亚稳态铊同位素的共振光电离(RPI)，选择性地并有效地对靶同位素进行光电离。在后一个过程中，将亚稳态的铊原子经由共振激发态光电离到连续态。可以通过单频连续波(CW)型激光器实现有效的靶同位素的ISOP。脉冲UV激光器和高功率脉冲IR激光器可用于RPI过程。基于本专利技术的203Tl激光同位素分离比传统的电磁分离更为经济。同样，本专利技术能够克服日本专利出版物第2000-262866A号的有限范围。总之，本专利技术使得203Tl同位素分离可进行大量生产，而只需要相对小规模的设备和市场上可以购买到的激光器。现在，将参照更为具体的附图和数据对本专利技术的铊的激光同位素分离方法的实施例进行更详细的描述，所参照的附图和数据是为了更好地理解本专利技术，而不是为了进行限定。图1示出了铊的激光同位素分离法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在原子蒸气中分离铊同位素的方法，所述原子蒸气包含包括所述同位素的多种铊同位素，所述方法包括以下步骤：（ａ）通过激光系统产生具有第一频率的光子，其中，所述第一频率为大约３７８ｎｍ；（ｂ）通过所述激光系统产生具有第二频率 的光子，其中，所述第二频率为大约２９２ｎｍ；（ｃ）通过所述激光系统产生具有第三频率的光子，其中，所述第三频率的范围为７００ｎｍ至１４００ｎｍ；（ｄ）将具有所述第一频率、所述第二频率和所述第三频率的所述光子应用于所述铊的所述蒸 气，其中，具有所述第一频率的所述光子将多个基态铊原子经由激发态而同位素选择性地泵激到亚稳态，并且，其中具有所述第二频率的所述光子将多个亚稳态铊原子激发到居间共振态，以及，其中具有所述第三频率的所述光子将处于所述居间共振态的多个原子经过连续态进行电离；以及（ｅ）收集所述同位素离子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑度泳，高光薰，林权，金哲中，
申请(专利权)人：韩国原子力研究所，韩国水力原子力株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]