Диффузионное разделение изотопов

Фтор применяют для синтеза хладоагентов и полимерных материалов — фторопластов с высокой химической стойкостью. Его применяют также для разделения изотопов урана диффузионным методом. [c.284]

Проблема разделения изотопов — довольно старая проблема, поскольку физикам и физико-химикам потребовалось исследовать так называемые изотопические эффекты. Предлагаемая книга посвящена изложению принципиальных вопросов, лежащих в основе различных методов разделения изотопов. Эти вопросы изложены во многих статьях, опубликованных в журналах, но систематизированные обзоры практически отсутствуют. Предлагаемая книга восполняет этот пробел. В ней читатель найдет описание диффузионного, центробежного, лазерного и других методов разделения изотопов. Каждому из этих методов посвящен специальный обзор, написанный авторитетными специалистами в данной области. [c.3]

Широкое применение фтора началось в связи с работами по разделению изотопов урана (в виде иРв и UFe) диффузионным методом. В настоящее время фтор широко применяется для синтеза различных хладоагентов и полимерных материалов—фторопластов,отличающихся высокой химической стойкостью. Жидкий фтор и ряд его соединений применяются в качестве окислителя ракетного топлива. [c.282]

Схема процесса диффузионного разделения изотопов изображена на рис. 12. [c.27]

Цепное развитие процесса деления ядер под действием медленных нейтронов требует больших количеств этого элемента, сильно обогаш,енного легким изотопом 11 [1]. Из различных способов концентрирования наибольшего внимания в настоящее время, по-видимому, заслуживает диффузионное разделение изотопов урана в парах его гексафторида. Это единственное соединение урана, известное в газообразном состоянии при подходящих температурах (температура сублимации составляет —56° С при 1 ат). [c.268]

Рис. 11. Прибор для диффузионного разделения изотопов через пары ртути

Много общего с диффузионным методом разделения изотопов имеет метод термодиффузии, основанный на эффекте, открытом в середине прошлого века. Эф( кт термодиффузии заключается в том, что если поместить какую-либо газовую или жидкую смесь между стенками сосуда, имеющими различную температуру, то более легкий компонент будет перемещаться к горячей стенке, в то время как тяжелый компонент будет концентрироваться у холодной стенки. Теория термодиффузии приводит к соотношению, согласно которому коэффициент разделения пропорционален разности масс молекул смеси. [c.42]

Термодиффузия. Осуществляется в газовой или жидкой фазах в противоточной колонне, вдоль оси к-рой расположена нагретая металлич. нить (или трубка), а наружная стенка охлаждается. Перепад т-р вызывает диффузионный поток, что приводит к появлению разности концентраций изотопов в радиальном направлении. Нагреваемая вблизи оси колонны смесь, обогащенная легким изотопом, перемещается кверху, а охлаждаемая у стенок более тяжелая смесь-вниз. Метод ранее применялся при пром. концентрировании сейчас используется для лаб. разделения изотопов мн. элементов. [c.201]

Известно, что наиболее промышленно-развитый метод разделения изотопов урана — диффузионный. Но, как справедливо указано в предисловии к английскому изданию, промышленная технология диффузионного метода разделения изотопов урана засекречена. И лишь в последние годы появились отдельные статьи, в которых изложены масштабы промышленного производства в США и некоторые технические детали, связанные с этой технологией. [c.3]

Гексафторид урана, получаемый фторированием естественной смеси изотопов урана, с диффузионной точки зрения можно рассматривать как смесь двух газов с очень близкими молекулярными массами — 349 (235+19-6) и 352 (238+19-6). Максимальный теоретический коэффициент разделения на одной диффузионной ступени для газов, столь незначительно отличающихся по молекулярной массе, равен всего 1,0043. В реальных условиях эта величина еще меньше. Получается, что повысить концентрацию урана-235 от 0,72 до 99% можно только с помощью нескольких тысяч диффузионных ступеней. Поэтому заводы по разделению изотопов урапа занимают территорию в несколько десятков гектаров. Площадь пористых перегородок в разделительных каскадах заводов — величина примерно того же порядка. [c.367]

Смесь газов удается разделить на компоненты в вертикальном цилиндре, вращающемся с большой угловой скоростью вокруг своей оси. Компонент с более высокой молекулярной массой концентрируется около стенки цилиндра. Движение потоков в противоточной газовой центрифуге показано на рис. 1У-12. Легкий поток движется вверх, вблизи оси, а тяжелый — вниз, у стенок цилиндра. Чем длиннее цилиндр, тем большее различие в составе газа можно наблюдать при прочих одинаковых условиях. Скорость и степень разделения двух компонентов в газовых центрифугах зависит от разности молекулярных масс, а не от корня квадратного нз нх отношения, как в диффузионных процессах. В газовых центрифугах лучше разделяются смеси изотопов тяжелых элементов, поэтому такие аппараты могут быть Достаточно экономичны при разделении изотопов урана (в крупных производствах). [c.339]

Так как скорость диффузии зависит от молекулярного веса, то диффузионный метод можно применять даже для разделения изотопов. Следует, однако, учитывать, что максимальный коэффициент [c.203]

В обычных процессах ректификации и экстракции а достигает 1,2—1,4 и больше. При диффузионном разделении газов а значительно меньше, а при разделении изотопов редко превышает 1,02. [c.204]

Эффективность диффузионного разделения процесса зависит от действия диффузионной ячейки (устройство с одной диффузионной перегородкой) и от числа таких ячеек. Большой коэффициент разделения достигается за счет снижения выхода. Тем не менее известны установки, состоящие из большого числа диффузионных ячеек и позволяющие проводить достаточно четкое разделение изотопов урана и других элементов. [c.204]

В начальный период работ над проблемой разделения изотопов химически агрессивный гексафторид урана представлял собой вещь в себе и преподносил исследователям неприятные сюрпризы при пуске диффузионных каскадов. Например, вследствие высоких коррозионных потерь гексафторида урана, особенно в полостях электродвигателей компрессоров, в 1948 году вышла из строя технологическая линия первого обогатительного завода Д-1 (ныне — Уральский электрохимический завод). Трудами большого отряда химиков Института Курчатова и Уральского электрохимического завода свойства гексафторида урана постепенно были изучены и на сегодня стали известны, пожалуй, лучше, чем свойства воды. Познание химии гексафторида урана не только обеспечило надёжную работу диффузионных, а затем и центробежных разделительных каскадов, но и позволило применить это вещество в других областях. В частности, появились две интересные идеи использовать этот газ с целью получения оружейного плутония. [c.173]

Другой своеобразной формой диффузионного разделения является метод, основанный на использовании сопла 119]. Было обнаружено, что при течении газа с большой скоростью в сопле центральная часть потока оказывается несколько обогащенной тяжелым изотопом. Происходящее разделение является результатом того, что одновременно происходят обычная диффузия и диффузия, возникающая вследствие давления. [c.7]

Следует отметить [8], что здесь а зависит от разности молекулярных весов, а не от их отношения в противоположность диффузионным методам. В этом важное преимущество метода центрифугирования для разделения изотопов тяжелых элементов. Для разделения легких изотопов метод центрифугирования вряд ли эффективен. [c.8]

В реальных случаях обычно требуется меньшее число разделительных ступеней, чем это следует из формулы (8-16). Метод газовой диффузии с успехом применялся также для разделения изотопов неона, аргона, азота, кислорода и углерода. Для того чтобы в результате диффузии могло происходить повышение концентрации соответствуюших молекул, диаметр отверстий в перегородке должен быть меньше десятой части среднего свободного пробега молекул, т. е. 0,01 мк. Диффузионная перегородка должна быть прочной, чтобы выдерживать разность давлений, и коррозионноустойчивой. Чтобы поддерживать пониженное давление, установка для разделения изотопов урана этим методом должна обладать также высокой герметичностью. [c.610]

Работа диффузионного каскада (или какой-либо другой установки для разделения изотопов) во многом аналогична работе дистилляционной колонки непрерывного действия. Исходный продукт (UFs с природным содержанием U Tg, равным 0,72%) поступает в каскад на промежуточной ступени. Обогащенный продукт выходит с одного конца ( вершина ), а обедненный остаток— с другого конца ( дно ). Если в дистилляционной колонке движение пара в направлении снизу вверх до- [c.337]

На рисунках 13.14 и 13.15 приведены фотографии фильтрующих металлокерамических элементов и фильтрующих модулей. Эти изделия, являющиеся, в принципе, побочным продуктом диффузионной технологии разделения изотопов [c.679]

В послевоенные годы развитие масс-спектрометрии шло по пути создания цельнометаллических вакуумных систем с применением секторного анализирующего магнитного поля [Л. 8]. Масс-спектрометр нашел применение для контроля непрерывных процессов на заводах по диффузионному разделению изотопов урана [Л. 9], на нефтеперерабатывающих заводах [Л. 10 и 11], для непрерывного контроля дыхательных процессов Л. 12 и 13], разделения и накопления стабильных изотопов [Л. 14], определения мест утечек в вакуумных металлических системах [Л. 15 и 16] и для решения многих других задач Л. 17 и 18]. Весьма большое значение за последние 20 лет масс-опектрометрия приобрела в органической химии Л. 19]. [c.8]

В Сухуми, на Чёрном море, в бывшем санатории поблизости от посёлка Агудзера уже были собраны несколько крупных учёных нобелевский лауреат Густав Герц — специалист по диффузионному разделению изотопов, профессор Петер Тиссен — бывший глава знаменитого берлинского Института кайзе- [c.146]

Методом диффузии было осуществлено первое в истории промышленное разделение изотопов в больших масштабах. Речь идет о разделении изотопов урана с массовыми числами 235 и 238 в цикле работ над производством атомной бомбы в США в начале сороковых годов. Разделение проводилось диффундированием газообразного шестифтористого урана иРа через перегородки с отверстиями диаметром порядка 10 м. Об эффективности этого метода может дать представление следующий факт получение в количестве сотен граммов потребовало нескольких месяцев работы диффузионной установки с площадью перегородок сотни квадратных метров. [c.41]

Теория диффузионного метода разделения изотопов довольно подробно изложена в статье Д. Массиньона. Она составлена на основе статей, опубликованных в различных журналах. То же относится и к центробежному методу, который недавно начали применять в полупромышленном масштабе в некоторых странах — Великобритании, Нидерландах, ФРГ, США и Японии. [c.3]

Степень разделения изотопов в искривленном течении может быть вычислена исходя из известной разности радиальных диффузионных потоков обоих изотопов через поверхность тока изотопной смеси. В качестве примера на рнс. 5.3 схематически показана форма поверхности тока UFe для течения между двумя полуцилиндрами с радиусами / , и Ra соответственно. Поверхность тока UFe, изображенная на чертелсе, разделяет поток гексафторида урана на внутренний поток QyLu и внешний поток (1 — Qy)Lu- Таким образом, величина 0и является обобщенным коэффициентом деления потока, который имеет отношение ко всей области течения в сопле. В процессе [c.235]

Инженерные принципы построения каскада для разделения газов методом проникания аналогичны принхщпам построения гаао-диффузионного каскада для разделения изотопов урана. Эти при -ципы были разработаны в течение второй мировой войны и изложены в работе /53/. Математическая модель каскада с непористыми мембранами в качестве разделительного элемента и модель газодиффузионного барьера с пористыми мембранами различаются между собой только величиной коэффициента разделения. Принципы устройства газоразделительного каскада рассмотрены в работах /47,54,55/. В работе /55/ для вычисления градиентов концентраши многокомпонентной системы, устанавливающихся в каскаде, применялся простой метод расчета, изложенный ниже. [c.338]

Из опыта известно, что в термически неоднородной системе происходит диффузия частиц компонентов, даже если в исходном состоянии поля концентраций частиц были однородными. Это явление называется термодиффузией. Оно было открыто и достаточно подробно исследовано уже в XIX в. Примерно в тот же период было обнаружено обратное ему явление, а именно, нарушение термической однородности системы в ходе диффузии и возникновение потока тепла, сопровождающего диффузию. Оно получило название диффузионного термоэффекта или эффекта Дюфура. Термодиффузия нашла практическое применение для разделения изотопов. Перспективным считается ее использование в нефтехимии и биохимии для разделения и очистки сложных смесей органических соединений, а также при получении особо чистых веществ [71]. В работе [72] показано, что термодиффузия наблюдается лишь в неидеальных системах. На этом основано применение термодиффузионных данных для оценки степени отклонения многокомпонентных систем от идеальности, в частности, для вычисления избыточных термодинамических функций газовых смесей. С эффектом Дюфура приходится считаться при тепловых расчетах [69]. [c.293]

Впервые метод был использован Герцом [869] для разделения изотопов неона в малых масштабах. Установки диффузионного разделения более экономичны при работе в больших масштабах метод был использован для выделения и на установках, занимавших площадь в несколько квадратных километров. [c.458]

Диффузионный метод разделения газовых смесей был в последние два десятилетия, наряду с термодиффузионпым методом, предметом обширных теоретических и эксперимептальных исследований, что было в основном обусловлено требованиями техники разделения изотопов. Эти методы, сарактеризующиеся ма.лой производительностью, большими энергетическими затратами, громоздв остью установок, непригодны для промышленного разделения углеводородных газовых смесей. [c.187]

Разделение изотопов атомарного газа — неона — было обнаружено лишь в 1980 г. (Мацумура и Абе [17]). Разряд постоянного тока возбуждался в кварцевой трубке, имевшей сужение в виде капилляра диаметром 3,2 мм и длиной 100 мм. Расстояние между катодом и анодом составляло 150 мм. Начальное давление неона р = 3 Тор. Величина перепада давления, создаваемого разрядом, не измерялась. Плотность тока в капилляре составляла 50 А/см , напряжение на разряде — 240 В. В прикатодной области наблюдалось обогащение газа тяжёлым изотопом неона ( Ne) до 10,5%, а в области анода — обеднение до 7,5% (природная концентрация этого изотопа составляет 9,2%). Такой разделительный эффект соответствует коэффициенту разделения а 1,45. Авторы объяснили наблюдаемый разделительный эффект различием сил диффузионного трения ионов об изотопные компоненты нейтралов. Таким [c.345]

Перейдём теперь к анализу процессов разделения в дуговом капиллярном разряде постоянного тока. Ещё раз подчеркнём, что тяжёлым изотопом в данном случае обогащалась прикатодная зона пониженного давления, куда направлен поток ионов. Это обстоятельство подтверждает развитые выше представления о механизмах разделения изотопов в слабоионизованной плазме. Дело в том, что перепад давления нейтралов в разряде постоянного тока вызывается в основном потоком электронов к аноду, которые в силу своей малой массы вызывают лишь пренебрежимо малые масс-диффузионые эффекты. [c.353]

Коэффициенты разделения для лазерного обогащения велики, но для конкуренции с другими технологиями обогащения необходимо увеличить его производительность. Лазерное обогащение обладает большим потенциальным преимуществом с точки зрения энергопотребления. Если КПД преобразования энергии в монохроматический свет лазера равен 0,2 %, то на один атом U-235 требуется 0,5 5 кэВ (для диффузионного метода требуется 5 МэВ). Министерство энергетики США построило для разделения изотопов урана модуль пилотного завода AVLIS в LLL. [c.477]

По оценкам 1985 г. энергозатраты в США при диффузионном методе разделения изотопов урана составляют 2400 кВт-ч/ЕРР, при центрифужном — 100 кВт-ч/ЕРР, при лазерном — 100 кВт-ч/ЕРР. Цена единицы разделительной работы при диффузионном методе — 90 долл./ЕРР, при центрифужном 90 долл./ЕРР, при лазерном 25 -Ь 30 долл./ЕРР по курсу доллара 1984 г. [7]. Удельные капиталовложения в лазерный завод составляли в то время 200 долл./ЕРР в год, в центифужный (с SET-5) 200 долл./ЕРР в год. [c.482]

UFg, полученного при использовании диффузионной и центробежной технологий разделения изотопов урана, показана на рис. 9.14. Инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ) лазеры воздействуют на проходягций газовый поток. Обедненый 238-UF6 направляется в хранилище. Продукт 235-UF6 поступает в бак для фторирования для синтеза UFg. [c.487]

Схема незамкнутого ядерного энергетического цикла сформировалась в основном в 50-е годы, и многие его особенности определялись тем, что основной сферой приложения ядерной энергии тогда была военная сфера так развивалась атомная промышленность в США, СССР, Великобритании, Франции, Китае, таким же образом началось ее развитие и в других странах, обладавших или обладаюш,их ядерным оружием Южно-африканской республике, Индии, Пакистане. Несмотря на повсеместный режим секретности, в котором развивались атомная наука и техника, и разные исходные позиции, основные элементы схемы ядерного энергетического цикла в разных странах повторяются, хотя в силу определенных причин имеются и некоторые различия [1]. Последние касаются в основном техники и технологии вскрытия урановых руд (кислоты, гцелочи, подземное, наземное, автоклавное и т.п. выщелачивание урана) выбора экстрагентов и их разбавителей при аффинаже природного и регенерированного урана локации аффинажной технологии природного урана (до или после получения гексафторида урана в последнем случае используют ректификацию) технологии и техники производства гексафторида урана (фторирование тетрафторида урана или оксидного сырья фторирование в аппаратах кипящего или псевдоожиженного слоя или в пламенных реакторах) технологии разделения изотопов урана (диффузионная, центробежная, лазерная) технологии и техники производства ядерного топлива из тетрафторида или гексафторида урана (водные или неводные технологии, пламенные или плазменные реакторы) наличия или отсутствия регенерации урана и т.д. На эти различия сильно влияет тип энергетического реактора (нанример, использование оксидного или металлического ядерного топлива, легководного (Ь УК) или тяжеловодного (САКВи) реактора и т.п.). [c.731]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология