卢肖勇 袁程 高阳

1) (核工业理化工程研究院, 天津 300180)

2) (清华大学工程物理系, 北京 100084)

离子引出是激光法分离同位素技术中的关键环节之一, 对产品丰度和产率有重要的影响, 而离子引出中离子和原子间的共振电荷转移过程则会对产品丰度造成污染, 因此在研究离子引出过程时应考虑共振电荷转移的影响. 本文利用粒子模拟(PIC)法以及基于PIC法和杂化PIC法的混合算法研究了考虑共振电荷转移的电场法离子引出过程, 通过对一维平行板法的引出方式进行数值计算, 获得了离子引出过程中共振电荷转移的基本性质和关键影响因素—共振电荷转移截面、引出时间、背景原子密度和蒸气宽度, 并据此得到了离子发生共振电荷转移比例的经验公式; 二维工况下的平行板法、交替偏压法、Π型电场法和M型电场法四种引出方式的计算结果则表明, 在其他条件相同的情况下, M型电场法具有最小的离子引出时间和共振电荷转移损失比例. 本文的研究结论对于指导激光法分离同位素技术中离子引出装置设计和实验工艺设计具有比较重要的参考意义.

1 引 言

离子引出过程是激光法分离同位素技术(laser isotope separation, LIS)的核心环节之一, 由光电离产生的离子的引出率直接关系到最终产品的产率, 同时离子引出过程中的各种碰撞过程则会对产品的产率和丰度组成造成影响[1]. 其中, 关于离子引出率的研究结论已经比较明确, 之前的学者通过理论和实验……