Isotopes of some metals are used in medical applications like diagnosis/treatment of cancer, arthritis and other illnesses, and in nuclear reactors for neutron shielding. Although atomic vapor laser isotope separation (AVLIS) route for separation of these isotopes is preferred, production of desired isotope at high quantity and quality (enrichment) is a challenge. Generally, in the AVLIS process, for efficient collection of ions produced by laser, the collector plate is kept at high voltage of about −3 kV. So, the collected ions hit the plates at a kinetic energy of ~3 keV and, in turn, sputter out the previously deposited atoms (sputtering yield is ~2–3). So, the maximum quantity of the product that can be produced by the process is only a few layers of atoms on the plate. In addition, since the ion collector plate is kept close to the plasma for generating sufficient electric field for extraction of ions, the plate collects some undesired isotopes scattered from the vapor stream diluting the enrichment of the product. To avoid these problems of sputtering by collected ions (limiting quantity of product) and scattering of undesired atoms onto the plate (limiting quality), we design a new ion collection geometry using a combination of the grid and plate structure. We derive analytical expressions to theoretically evaluate the performance of our ion collection geometry and compare it with the performance of conventional geometry. Both quantity and quality of the product in our design are found to be significantly better than that of the conventional method.

中文翻译：

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设计和分析评估新的离子收集几何形状，以提高激光同位素分离过程中产品的数量和质量

某些金属的同位素用于医疗应用，如癌症、关节炎和其他疾病的诊断/治疗，以及用于中子屏蔽的核反应堆。尽管用于分离这些同位素的原子蒸气激光同位素分离 (AVLIS) 路线是首选，但以高数量和高质量（富集）生产所需同位素是一项挑战。通常，在 AVLIS 工艺中，为了有效地收集激光产生的离子，收集板保持在约 -3 kV 的高电压。因此，收集的离子以~3 keV 的动能撞击板，然后溅射出先前沉积的原子（溅射产率为~2-3）。因此，该过程可以生产的产品的最大数量只是板上的几层原子。此外，由于离子收集板保持靠近等离子体以产生足够的电场来提取离子，因此该板收集了一些从蒸气流中散射的不需要的同位素，从而稀释了产物的富集。为了避免收集的离子溅射（限制产品数量）和不需要的原子散射到板上（限制质量）的这些问题，我们设计了一种新的离子收集几何结构，使用网格和板结构的组合。我们推导出解析表达式，以从理论上评估我们的离子收集几何结构的性能，并将其与传统几何结构的性能进行比较。发现我们设计中产品的数量和质量都明显优于传统方法。该板收集了一些从蒸汽流中分散的不需要的同位素，从而稀释了产品的富集。为了避免收集的离子溅射（限制产品数量）和不需要的原子散射到板上（限制质量）的这些问题，我们设计了一种新的离子收集几何结构，使用网格和板结构的组合。我们推导出解析表达式，以从理论上评估我们的离子收集几何结构的性能，并将其与传统几何结构的性能进行比较。发现我们设计中产品的数量和质量都明显优于传统方法。该板收集了一些从蒸汽流中分散的不需要的同位素，从而稀释了产品的富集。为了避免收集的离子溅射（限制产品数量）和不需要的原子散射到板上（限制质量）的这些问题，我们设计了一种新的离子收集几何结构，使用网格和板结构的组合。我们推导出解析表达式，以从理论上评估我们的离子收集几何结构的性能，并将其与传统几何结构的性能进行比较。发现我们设计中产品的数量和质量都明显优于传统方法。为了避免收集的离子溅射（限制产品数量）和不需要的原子散射到板上（限制质量）的这些问题，我们设计了一种新的离子收集几何结构，使用网格和板结构的组合。我们推导出解析表达式，以从理论上评估我们的离子收集几何结构的性能，并将其与传统几何结构的性能进行比较。发现我们设计中产品的数量和质量都明显优于传统方法。为了避免收集的离子溅射（限制产品数量）和不需要的原子散射到板上（限制质量）的这些问题，我们设计了一种新的离子收集几何结构，使用网格和板结构的组合。我们推导出解析表达式，以从理论上评估我们的离子收集几何结构的性能，并将其与传统几何结构的性能进行比较。发现我们设计中产品的数量和质量都明显优于传统方法。我们推导出解析表达式，以从理论上评估我们的离子收集几何结构的性能，并将其与传统几何结构的性能进行比较。发现我们设计中产品的数量和质量都明显优于传统方法。我们推导出解析表达式，以从理论上评估我们的离子收集几何结构的性能，并将其与传统几何结构的性能进行比较。发现我们设计中产品的数量和质量都明显优于传统方法。