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第一章 概述1

一、激光分离同位素的发展概况1

二、激光分离同位素方法2

三、激光分离同位素的必要条件4

四、几种常用的激光器5

五、原子蒸气激光法分离系统15

（一）分离器系统15

（二）激光器系统18

六、原子蒸气激光法（AVLIS）展望20

参考文献22

第二章 原子与分子光谱24

一、原子的能级结构24

二、电子的自旋与谱线的精细结构27

三、电子组态与光谱项30

四、外场中的原子能级分裂33

（一）磁场的塞曼效应35

（二）电场的斯塔克效应42

五、原子核性质与谱线的超精细结构43

六、原子的里德伯态与自电离态51

七、分子能级结构54

八、分子的振转光谱61

九、SF6和UF6的分子结构与光谱66

参考文献69

第三章 原子法激光分离同位素理论基础71

一、同位素位移71

二、激光选择性激发74

（一）原子的激发过程74

（二）选择性系数76

（三）选择性损失79

三、光电离路线的选择81

（一）光电离步数的选择81

（二）蒸气原子的有效利用82

（三）光电离态的选择84

四、分离系数86

五、三步光电离的动力学87

（一）激发与电离速率88

（二）激光穿透深度91

（三）能量转移速率92

（四）三步光电离动力学方程92

六、提取百分数97

七、激光分离单元的物料关系101

（一）分离单元的物料平衡关系101

（二）考虑过流量时的物料关系104

八、激光参数的选择109

九、原子法激光分离同位素的经济性分析112

（一）价值函数与分离功率表达式112

（二）激光分离的成本分析115

参考文献119

第四章 激光与原子相互作用121

一、激光与原子相互作用的物理模型121

二、三步光电离的布居动力学方程125

三、四光子三步光电离的布居动力学129

（一）布居动力学方程的旋转波近似解130

（二）原子各能级的布居特性135

四、激光脉冲形状效应139

（一）理论分析141

（二）脉冲形状效应分析146

五、激光脉冲间时间不同步效应149

（一）脉冲间时间不同步效应的理论分析150

（二）脉冲间时间不同步效应分析152

六、密度矩阵方程155

（一）四能级系统的哈密顿量157

（二）密度矩阵元的物理意义158

（三）密度矩阵的运动方程161

（四）光学布洛赫方程164

七、激光有一定带宽的光电离效应167

（一）密度矩阵方程的平均化168

（二）激光有一定带宽的布居特性170

八、激光在厚介质中的传输与光电离175

（一）在厚介质中的场方程176

（二）在厚介质中的密度矩阵方程178

（三）激光在厚介质中传输与光电离特性185

参考文献192

一、等离子体特性194

第五章 激光等离子体离子引出收集194

二、离子引出的物理过程与数学模型200

（一）离子引出的物理过程200

（二）离子引出的数学模型201

（三）方程的归一化207

三、等离子体屏蔽211

（一）等离子体屏蔽层判断条件211

（二）等离子体屏蔽带来的问题213

四、粒子碰撞218

（一）碰撞共振电荷转移218

（二）电子、离子碰撞复合220

（三）二次电离221

（四）碰撞截面222

五、考虑碰撞二维离子引出方程的建立227

六、二维离子引出过程的物理特性233

七、影响离子引出率的因素238

八、提高离子引出率的途径243

参考文献246

第六章 金属高温蒸发248

一、铀金属特性与蒸发方式的选择248

（一）阴极电子发射249

二、大功率E型线性电子枪249

（二）电子在电磁场中运动的约束方程250

（三）空间电荷引起的特性252

（四）皮尔斯（Pierce）枪基本原理及电子枪特性分析258

三、轴对称电子枪263

（一）轴对称静电场中电子运动的约束方程263

（二）轴对称枪的理论分析265

（三）轴对称枪的束流特性272

四、束流传输系统275

（一）四极磁透镜中粒子的运动方程275

（二）偏转磁铁的作用矩阵285

（三）束流的传输特性292

五、高能电子束与金属靶作用的物理特性293

六、熔池自由表面形状分析298

七、熔池流场与温度场的数学模型302

八、坩埚熔池中流场与温度场的分布特性310

九、坩埚熔池具有液-固界面的传热特性318

（一）动量、能量方程与边界条件分析318

（二）含有液-固界面熔池的传热特性320

（三）影响熔池传热特性和蒸发量的因素321

十、自由表面为曲面时熔池的流场与温度场特性328

（一）方程与边界条件的转换328

（二）液面凹陷时流场与温度场特性333

参考文献336

第七章 金属真空蒸发动力学338

一、概述338

二、真空柱面蒸发的数学模型340

（一）物理模型分析340

（二）柱面蒸发动力学方程推导341

（三）柱面蒸发的边界条件347

三、点源球面蒸发的动力学问题366

（一）一维球面蒸发的动力学方程366

（二）球面蒸发的边界条件367

（三）一维球面蒸发的物理特性370

（四）考虑高能电子与蒸气原子间能量交换的蒸发动力学问题373

（五）点源蒸发理论分析的实验验证378

四、二维平面蒸发的动力学问题382

（一）概述382

（二）二维平面蒸发的动力学方程384

（三）平面蒸发的边界条件387

（四）二维平面蒸发的物理特性391

五、蒸发动力学过程的蒙特卡罗法模拟401

（一）蒙特卡罗法的基本思想及其特点401

（二）蒙特卡罗法研究蒸发问题的理论基础403

（三）蒙特卡罗法模拟的条件与步骤409

（四）蒙特卡罗法模拟二维平面蒸发411

（五）蒙特卡罗法模拟二维平面蒸发的特性分析416

六、蒸气原子二维空间分布特性的实验验证419

（一）蒸气原子横向速度分布的测量419

（二）原子束二维空间径向速度分布的测量422

（三）二维原子束密度通量分布的测量424

参考文献427

一、多光子离解429

（一）红外多光子离解429

第八章 分子法与激光化学法分离同位素429

（二）离解过程的共振特性434

（三）离解过程的碰撞作用435

二、分子同位素效应438

三、选择性多光子激发439

四、红外多光子离解过程的理论分析442

五、同位素分子浓缩过程的动力学446

（一）浓缩度446

（二）分离系数449

（三）分子速率方程449

六、UF6分子多光子离解分离铀同位素452

七、激光选择性活化光化学反应456

（一）激光光化学反应456

（二）选择性光化学条件457

（三）激光光化学的反应类型459

八、光化学反应动力学过程460

九、激光活化光化学法浓缩铀同位素463

参考文献469

附录471

附录一 常用物理量与变换关系471

附录二 金属铀的物理常数471

附录三 常用函数与积分472