原子蒸气激光同位素分离是一个涉及多学科领域的复杂过程。为了深入理解原子蒸气激光同位素分离的机制,主要从实验研究的角度综述了目前有关原子蒸气激光同位素分离过程中金属加热蒸发、激光光电离以及离子引出与收集3个子过程的实验研究进展,包括坩埚的材料与结构参数、加热方式、电子枪结构与工作参数以及合金成分等对金属原子化过程、激光器参数对光电离过程以及引出电极结构与外加电压参数、碰撞损失和溅射损失等对离子引出过程的影响规律,简要介绍了最新的离子引出模拟实验装置的发展现状;讨论了目前在上述各过程研究中所取得的主要研究结果,这对于今后进一步深入开展该领域的实验研究工作,包括离子引出模拟实验研究系统的发展具有一定的参考价值。金属蒸发系统对坩埚内的固态金属进行高效加热，对于获得强而稳定的金属原子蒸气束流十分重要。在当前所研究的原子蒸气激光同位素分离系统中，对于低熔点金属一般采用欧姆法进行加热，而对于一些高熔点金属，则采用电子束加热法。目前的研究表明，液态金属的蒸发效率主要受坩埚结构参数以及加热方式等因素的影响，这也成为坩埚蒸发系统设计的重要依据之一。2.1坩埚加热方式的选择坩埚加热方式的选择主要与被蒸发金属的种类相关，对于低熔点金属(如熔点<1200℃)通常采用欧姆加热方式。典型的欧姆法加热装置如图2所示，它主要由钽坩埚、加热电阻丝和隔热板组成[2-4]。在文献[2-3]的实验中，本文由张家港倒角机网站采集转载中国知网网络资源整理! http://www.daojiaoji.cc   钽坩埚内径3.8cm、高10cm，周围缠绕一圈钨丝用于加热内部的Ba金属；为了避免加热过程中过多的热量散失，在其外部覆盖了一层隔热板，并在位于坩埚上方的隔热板中部开有直径为6cm的圆孔用来约束蒸发产生的金属蒸气，形成金属蒸气束流。文献[4]亦采用类似的金属加热和蒸发装置用于Ba元素同位素分离。对于高熔点金属(如熔点>1200℃)通常采用电子束加热的方式。如图3所示，高压电源驱动电子枪所产生的束径4~10mm电子束在永磁铁的作用下产生270°的偏转后打在坩埚内的金属表面，形成图1原子蒸气激光同位素分离过程示意图 计算结果表明：通过向高熔点的铀中加入低熔点金属，可使熔池内合金熔点降低，蒸发量显著增加；加入Bi比加入同量的Mg时所形成的熔池体积更大，相应地，液态金属的蒸发量增加亦更加显著(如表1所示，w表示质量分数)。因此，对于铀金属来讲，在熔池中加入Bi要比加入等量的Mg对提高液态金属蒸发量的效果更加显著。2.3电子枪结构及其参数对金属蒸发量的影响电子枪作为电子束的发生装置，其设备参数直接影响到液态金属的蒸发效率。电子枪主要由电子束发射部分和高压电源两部分组成[10-11]。如图4所示，电子束发射部分采用三电极结构，由发射电子的阴极、对电子束起聚焦作用的聚束极和引出电子的阳极组成。其中，由低电离材料制成的阴极放在锥形聚焦电极的底部，阳极为地电位，阴极和聚束极对地为负高压且电位相同；圆筒形阳极的底部有一引出电子的中心孔，其底部的内表面与聚束极的表面构成电子光学系统，通过控制电力线的分布实现对电子束的聚焦。与电子束发射部分相连的高压电源具备高压控制、打火自动复位、灯丝控制、偏转控制以及完善的高低压保护功能，从而能够保证电子枪的稳定工作。电子枪的输出特性，如电子束尺寸、输出频率和功率等均会对金属的蒸发效率产生影响，而且电子枪的发射功率和电子束尺寸共同决定了电子束的能量密度。Chen等人[12]采用如图5所示的装置研究了电子束扫描速率与液态金属表面温度的关系，发现随着电子束扫描速率的增加，液态金属表面的温度逐渐升高(如图6所示)，蒸发效率逐渐增加。图4电子枪和高压电源结构示意图[10-11]Fig.原子蒸气激光同位素-电动液压滚圆机滚弧机张家港数控钢管滚圆机滚弧机本文由张家港倒角机网站采集转载中国知网网络资源整理! http://www.daojiaoji.cc