激光感生荧光法揭示金属原子蒸气速度分布特性

激光感生荧光法测量金属原子蒸气横向速度分布的研究是2000年发表在《清华大学学报(自然科学版)》的一篇论文，由薄勇等人进行。这项工作对于理解原子蒸气在原子法激光分离同位素(AVLIS)中的关键作用至关重要，因为了解蒸气的密度、速度和温度分布对于优化分离效率具有直接的影响。 实验采用了激光感生荧光技术，这是一种利用激光照射原子，原子吸收光子后跃迁至激发态并发射荧光的原理来测量速度的方法。这种方法依赖于多普勒效应，即原子速度的变化会导致其吸收或发射的光的频率发生偏移。通过测量这种频率变化，可以推算出原子的速度。 论文的焦点是针对线源蒸发的金属原子蒸气，特别是Gd金属的情况，使用高灵敏度的线阵CCD进行精确测量。实验发现，在线源蒸发过程中，原子蒸气的横向平均速度随距离蒸发对称面的增加呈现线性增长，这表明远离对称面的区域，原子热运动更为剧烈。速度分布大致遵循Maxwell分布，这是一个统计物理学中描述气体分子速度分布的经典模型，它体现了热力学平衡状态下分子速度分布的特征。 此外，实验还揭示了电子枪加热功率对原子束横向平均速度的影响。随着功率的增加，平均速度会逐渐增大并趋于一个饱和值。这是因为原子束的平均速度与蒸发表面温度密切相关，而加热功率的提升会有限地提高表面温度。 这项研究不仅提供了关于金属原子蒸气速度分布的重要数据，也为优化原子法激光分离同位素过程提供了宝贵的信息。激光感生荧光法作为一种有效的束诊断工具，能够实时监测金属蒸发过程，对于提高分离技术的精度和效率具有重要意义。整个研究工作被国家“九五”攻关项目支持，显示出其在科研领域的前沿性和应用价值。