مجله علوم، مهندسی و فناوری هسته‌ای

جداسازی لیزری مولکولی ایزوتوپ C13 با بهره‌گیری از گسست چند فوتونی مولکول‌های HCl2CF با لیزر 2CO

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

صالحه بهشتی پور 1، 2
جواد کریمی ثابت 1
رضا نشاطی 1
داود اسماعیل پور قوچانی 1
امیر عباسی 1

1 پژوهشکده فوتونیک و فن‌آوری‌های کوانتومی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 836-14395، تهران – ایران

2 گروه فیزیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، صندوق پستی: 69191-14696، تهران – ایران

https://doi.org/10.24200/nst.2021.928.1635
چکیده
در این پژوهش، برای نخستین بار در کشور، جداسازی لیزری ایزوتوپ C13 از راه گسست چندفوتونی ایزوتوپ- گزین مولکول‌های گاز HCl2CF در مقیاس آزمایشگاهی به انجام رسید. برای این کار، تپ‌های یک لیزر 2TEA CO کوک‌پذیر که با یک برش­گر پلاسمایی کوتاه‌سازی شده‌اند، با شاریدگی 2J/cm 50 درون اتاقک تابش‌دهی کانونی شدند. اتاقک تابش‌‌دهی نیز با فشار mbar 10-20 از گاز HCl2CF با نسبت‌های HCl: He2CF برابر 1:5 و 1:10 پر شده بود. نشان داده شد که فراوانی ایزوتوپ C13 در فرآورده‌ی گسست 4F2C با کاهش فشار گاز و شمار تپ‌های لیزری فرودی افزایش می‌یابد. در این آزمایش‌ها، بیشینه‌ی فراوانی ایزوتوپ C13 به‌دست آمده در آمیزه‌ی گازی با نسبت HCl: He2CF برابر 1:5 و فشار HCl2CF برابر mbar 10 به‌دست آمد که با 1500 تپ لیزری با شاریدگی 2J/cm 50 تابش‌دهی شده بودند.

کلیدواژه‌ها

جداسازی لیزری مولکولی
برش‌گر پلاسمایی
گسست چندفوتونی
HCl2CF

عنوان مقاله English

Molecular laser isotope separation of 13C isotope by multi-photon dissociation of CF2HCl molecules with CO2 Laser

نویسندگان English

S. Beheshtipour 1 2
J. Karimi Sabet 1
R. Neshati 1
D. Esmaeilpour Ghoochani 1
A. Abbasi 1
1 Photonics and Quantum Technologies Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, AEOI, P.O.Box: 14395-836, Tehran - Iran
چکیده English

In this work, laboratory-scale laser isotope separation of 13C by isotope-selective multi-photon dissociation of CF2HCl gas molecules has been done. To do this, the pulses of a tunable TEA CO2 laser, which have been shortened using a plasma shutter, were focused inside the irradiation cell with fluence in 50 J/cm2. The irradiation cell was filled with 10-20 mbar of CF2HCl gas with CF2HCl:He ratio of 1:5 and 1:10. It has been shown that the abundance of 13C in C2F4 product of dissociation increases with decreasing of the gas pressure and the number of the incident pulses. In these experiments, the highest abundance of 13C isotope was obtained with CF2HCl: He ratio of 1:5 and ten mbar pressure of CF2HCl gas, irradiated by 1500 pulses with 50 J/cm2 fluences.

کلیدواژه‌ها English

Molecular laser isotope separation
Plasma shutter
Multi-photon dissociation
CF2HCl
  1. R.V. Ambartsumian, et al., Investigation of dissociation of BCl3 molecules in the field of an intense CO2-laser pulse, Zh. Eksp. Teor. Fiz., 69, 72 (1975).

 

  1. J.L. Lyman, et al., Isotopic enrichment of SF6 in 34S by multiple absorption of CO2 laser radiation, Appl. Phys. Lett., 27(2), 87 (1975).

 

  1. I. Deac, Parametric study of the IRMPD of CF2HCl molecules with the 9P22 CO2 laser line, Appl. Phys., B. 51(3), 211 (1990).

 

  1. H.L. Chen, C. Borzileri, Nitrogen isotope separation by multiphoton dissociation of methylamine, J. Appl. Phys., 50(11), 7177 (1979).

 

  1. J.B. Marling, Laser isotope separation of deuterium, Chem. Phys. Lett, 34(1), 84 (1975).

 

  1. J.L. Lyman, S.D. Rockwood, Enrichment of boron, carbon, and silicon isotopes by multiple‐photon absorption of 10.6‐μm laser radiation, J. Appl. Phys., 47(2), 595 (1976).

 

  1. R.J. Jensen, et al., Prospects for uranium enrichment, Laser Focus, 12, 51 (1976).

 

  1. P. Parvin, et al., Selective Obliteration of SF6 Molecules Based on Multiphoton Absorption, CLEO-Europe/EQEC (2003).

 

  1. K. Silakhori, et al., Utilizing NH3 Laser Pulses in Multiphoton Dissociation Process of CCl4 Molecules with 13C Isotope Selectivity, JonSat. 30(2), 38 (2009).

 

  1. H. Alzoubi, et al., The Use of 13C-Urea Breath Test for Non-Invasive Diagnosis of Helicobacter pylori Infection in Comparison to Endoscopy and Stool Antigen Test, Diagnostics, 10(7), 448 (2020).

 

  1. M. Esposito, et al., Application of stable carbon isotopes in a subtropical North Atlantic MesocosmStudy: A new approach to assess CO2 effects on the marine carbon cycle, Front. Mar. Sci., 6, 616 (2019).

 

  1. R. Castillo-Argaez, et al, Leaf gas exchange and stable carbon isotope composition of redbay and avocado trees in response to laurel wilt or drought stress, EEB, 171, 103948 (2020).

 

  1. A. Mora-González, et al., Complex agriculture during the second millennium bc: isotope composition of carbon studies (13C) in archaeological plants of the settlement Cerro del Castillo de Alange (SW Iberian Peninsula, Spain), Veg. Hist. Archaeobotany, 27(3), 453 (2018).

 

  1. C. Pironti, et al., Determination of the 13C/12C carbon isotope ratio in carbonates and bicarbonates by 13C NMR spectroscopy, Anal. Chem., 89(21), 11413 (2017).

 

  1. G.I. Abushelishvili, et al., Selective dissociation of CF3I in a CO2-laser infrared field in the presence of acceptors, Sov. J. Quantum Electron, 11(3), 326 (1981).

 

  1. O.V. Boyarkin, et al., Collisionally enhanced isotopic selectivity in multiphoton dissociation of vibrationally excited CF3H, J. Chem. Phys., 118(1), 93 (2003).

 

  1. V.B. Laptev, S.V. Pigulsky, V.S. Mezhevov, Production of high-enriched carbon-13 by two-stage laser method, In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1696, No. 1, p. 012016). IOP Publishing. (2020, December).

 

  1. P. Parvin, et al., Molecular laser isotope separation versus atomic vapor laser isotope separation, Prog. Nucl. Energy., 44(4), 331 (2004).

 

  1. M. Gauthier, et al., Second-stage enrichment in the laser separation of carbon isotopes, Appl. Phys., B. 35(3), 173 (1984).

 

  1. V. Parthasarathy, et al., Efficient multiphoton dissociation of CF2HCl in waveguide reactors with high selectivity, J. Photochem. Photobiol., A. 110(1), 11 (1997).

 

  1. S. Beheshtipour, et al., Investigation on the TEA CO2 laser-induced optical breakdown in different gases and its effect on the pulses shape, JonSat. 40(3), 46 (2019).

 

  1. W. Fuss, et al., Isotope selective dissociation of CHClF2 by a one and two-wavelength Q-switched CO2 laser, Z. Phys. D Atoms, Molecules and Clusters, 24(1), 47 (1992).

صفحه اصلی