Термодиффузионное разделение изотопов

Согласно данным о влиянии добавочных газов на термодиффузионное разделение изотопов [12], добавление лёгкого газа с большой величиной Rt [c.344]

В заключение подчеркнём две характерные особенности процесса разделения изотопов, проявившиеся при разряде в газовых смесях. Эксперименты показали, что существенно разделяются только изотопы компонента с меньшим потенциалом ионизации, а величина разделительного эффекта определяется отношением парциальных давлений этого компонента. Хотя опыты со смесью Ne-Xe при повышенных начальных давлениях были стимулированы особенностями термодиффузионного разделения изотопов [12], можно отметить, что показанное на рис. 7.4.8 возрастание хе также коррелирует с возрастанием (Рь/Р0)хе- [c.344]

Термодиффузионное разделение изотопов проводится в вертикальной трубке (рис. И1) высотой несколько метров. По оси трубки протянута накаливаемая током нить стенки трубки охлаждаются. Обогащаемая смесь поступает в трубку из верхнего резервуара. Градиент температуры направлен, таким образом, по радиусу сечения трубки благодаря конвекции легкая фракция поднимается кверху, тяжелая—опускается вниз. [c.292]

Рис. 111. Схема прибора для термодиффузионного разделения изотопов

Термодиффузия лежит в основе термодиффузионного метода разделения изотопов. Принцип метода заключается в том, что смесь помещают между горячей и холодной вертикальными стенками. [c.253]

В результате неравномерного нагревания среды под влиянием градиента т-ры происходит перенос компонентов газовых или жидких смесей-терм о диффузия (в р-рах-эффект Соре). Если между отдельными частями системы поддерживается постоянная разность т-р, то вследствие термодиффузии в объеме смеси появляются градиенты концентрации компонентов, что инициирует обычную Д. Последняя в стационарном состоянии (при отсутствии потока в-ва) уравновешивает термодиффузию, и в системе возникает разность концентраций компонентов. Это влияние лежит в основе одного из методов разделения изотопов, а также термодиффузионного разделения нефтяных фракций. [c.102]

Термодиффузионный метод разделения изотопов, в отличие от описанных выше методов фракционной перегонки и ди( х )узии, является универсальным, так как эф к-тивность его зависит не от отношения, а от разности масс разделяемых молекул. [c.43]

Это явление, известное еще в середине прошлого века, получило практическое применение только недавно, причем сначала для разделения изотопов различных элементов, а впоследствии и смесей разнообразных веществ, в частности нефтепродуктов [77—81]. В результате термической диффузии однородность смеси нарушается, так как один компонент (обычно более высокого молекулярного веса) концентрируется у холодной стенки, а другой — у горячей. Этот процесс сопровождается противоположно направленной молекулярной диффузией, стремящейся восстановить первоначальное состояние смеси. Суммарный эффект выражается термодиффузионной постоянной. Вдоль нагреваемой и охлаждаемой стенок возникают противоположно направленные конвекционные токи жидкости у горячей — вверх, у холодной — вниз. Поскольку оба потока несут одинаковое количество жидкости, происходит постепенное обогащение нисходящего потока более высокомолекулярным компонентом, а восходящего потока — низкомолекулярным. [c.218]

С началом Второй мировой войны и развёртыванием национальных проектов по созданию атомного оружия разделение изотопов урана приобрело громадное значение. Экспериментальные работы по разработке различных типов газовых центрифуг для этой цели были продолжены в Германии и начаты в США в рамках Манхэттенского проекта. В это время другой нобелевский лауреат П. Дирак выполнил фундаментальные теоретические исследования процесса разделения изотопов в газовой центрифуге. К. Коэн с сотрудниками обобщили теорию Онзагера, разработанную для расчёта эффективности разделения в термодиффузионной колонне, на случай газовой центрифуги. Эти теоретические разработки позволили построить общую математическую теорию и определить пути оптимизации разделения изотопов на газовых центрифугах [3]. [c.169]

Поскольку небольшие термодиффузионные колонны имеют легкую и недорогую конструкцию, они оказались весьма полезными для получеиия небольших количеств разделенных изотопов для исследовательских целей. В настоящее время эти колонны применяются для выделения 0 из тяжелого кислорода, полученного при дистилляции воды. Но из-за довольно низкого термодинамического к. п. д., длительных простоев и малой производительности колонн термодиффузия не может конкурировать с другими методами крупномасштабного разделения. [c.360]

Чрезвычайно удобен в лабораторных условиях благодаря простоте устройства термодиффузионный метод разделения изотопов. При перепаде температур в газовой смеси возникает особого рода диффузия, стремящаяся нарушить первоначальную пространственную однородность смеси. Обычно более тяжелый [c.27]

В настоящее время получило широкое распространение использование термической диффузии в жидкой фазе для разделения смесей различных веществ (например, фракционирование нефтепродуктов [1—2] и полимеров [3—5], очистка органических соединений [6—8], разделение изотопов [9] и др.). Для расчета и конструирования разделительных термодиффузионных установок необходимо знать ряд параметров, определяющих характер протекания процесса разделения. Одним из важнейших параметров, лежащих в основе расчета эффекта разделения, является термодиффузионная [c.261]

Явление Т. было открыто еще в середине 19 в., но лишь в последние годы Т. нашла практич. применение для разделения изотопов легких и тяжелых элементов. Термодиффузионными методами достигнуто четкое ра.зделение изотопов углерода, азота, кислорода, хлора, неона, криптона и урана, а также частичное— водорода, гелия и др. [c.51]

В настоящее время предварительный расчет производительности разделительной колонки может быть выполнен только ориентировочно. Для оценки эффективности отделения химических следовых примесей из газов можно воспользоваться теорией, разработанной для разделения изотопов [153, 263, 267]. Формулы, справедливые для так называемых граничных случаев, включают, кроме термодиффузионного фактора и коэффициента массовой диффузии, параметры, характеризующие все газовые свойства основного компонента. Отклонение между экспериментальными результатами и теоретическими расчетами тем значительнее, чем выще концентрация примеси [315]. [c.174]

Как и многие другие изотопы газовых веществ, тяжелый азот получают обычно термодиффузионным разделением азота воздуха. Эффект термической диффузии заключается в следующем. В однородной смеси газов или жидкостей при установлении температурного градиента возникают слабые диффузионные токи при этом легкие компоненты переносятся в одном направлении, а тяжелые — в другом. Процесс проводят в довольно простом аппарате (рис. 9). Смесь, подлежащая разделению, подается в кольцевое пространство между двумя концентрическими вертикальными колоннами внутренняя колонна нагревается, а наруж- [c.98]

Сотни литров легкого гелия (Не ) получают ежегодно для нужд науки. А ведь это крайне рассеянный изотоп в воздухе его в 10 раз меньше, чем Не еще меньше его в газах земной коры. Интерес к Не велик из-за его исключительных термодинамических свойств. Уже получен Не чистотой 99,95%- Один из способов его получения — термодиффузионное разделение смеси изотопов, обогащенной Не . Довольно много Не выделяется при хранении трития в результате р-распада последнего. Немного Не извлекают из продуктов ядерного деления, накапливающихся в ядерных реакторах. [c.110]

Термодиффузионный метод быстро получил широкое распространение, как очень простой и исключительно эффективный способ разделения изотопов. В отличие от рассмотренных выше методов, его применимость н ограничена легкими элементами, так как коэффициент разделения существенно зависит от разности масс, а не от их отношения. [c.94]

К настоящему времени были опубликованы работы, в которых термодиффузионным способом было достигнуто полное разделение изотопов азота. [c.94]

В дополнение к описанным работам можно привести также опыты Грота и Гартека [234] по адсорбции изотопов ксенона на угле и силикаге-че. Путем термодиффузионного разделения были получены две порции ксенона с атомными весами 130,93 и 133,04. На силикагеле адсорбировали сначала тяжелый ксенон, затем легкий. При десорбции все фракции имели постоянный изотопный состав с атомным весом 130,90—130,91. Иной результат был получен на активном угле, на котором последовательно были адсорбированы порции с атомными весами 131,31 и 130,49. При десорбции атомный вес увеличивался от 130,80 до 130,96. Из этих данных авторы заключили, что поверхность обоих адсорбентов неоднородна, но на силикагеле происходит интенсивный обмен местами адсорбированных атомов, тогда как на угле они не мигрируют. [c.281]

К настоящему времени были опубликованы работы, в которых термодиффузионным способом было достигнуто полное разделение изотопов углерода, азота, кислорода, хлора, неона, криптона и урана, а также частичное— водорода, гелия и др. Некоторые из этих результатов рассмотрим подробнее. [c.86]

В Ок-Риджской национальной лаборатории построен каскад для получения экснериментальных количеств кислорода, высокообогащенного по О , вместе с побочный продуктом 04 Каскад представляет собой комбинацию колонок для дистилляции воды и колонок для термодиффузионного разделения изотопов кислорода (см. раздел 13.8). [c.349]

Брорща наблюдал различную величину отношения интенсивностей в разных участках положительного столба в применявшейся им разрядной трубке, расположенной вертикально. Представлялось единственно возможным объяснить наблюдаемое явление предположением о термодиффузионном разделении изотопов водорода в такой трубке, поскольку условия в ней напоминают условия в термодиффузионной колонке (вертикальная трубка с радиальным градиентом температуры). Такое предположение было выдвинуто в работе Р ]. Позднее оно подвергалось экспериментальной проверке и было показано, что в тщательно оттренированной трубке отношение интенсивностей линий водорода и дейтерия остается постоянным по всей ее длине [35]. [c.536]

В лабораторных условиях для разделения малых количеств изотопов используют более простые методы, в частности термодиффузию и масс-диффузию. Объектом термодиффузионного разделения изотопов урана обычно служит не газообразный, а расплавленный гексафторид урана, находящийся под давлением. У горячей поверхности термодиффузиояной колонны повышается концентрация легкого гексафторида, а у холодной — тяжелого. [c.154]

Практически все экспериментальные исследования термической диффу- зии до 1939 г. были посвящены выделению неорганических растворенных веществ из водных растворов или разделению смесей газов различного молекулярного веса [26, 34]. Операции разделения этого тина, но-видимому, протекают в соответствии с кинетической теорией [4], которая утверждает, что крупные и тяжелые молекулы уносятся от горячей стенки в большей мере, чем мелкие и легкие молекулы поэтому тяжелые молекулы должны копцептрироваться у холодной стенки. В литературе опубликован обзор [30] процессов разделения газообразных изотопов, протекающих в соответствии с этой теорией [4]. При работах с неорганическими водными растворами [23] удалось осуществить разделение изотопов цинка различной массы оказалось, что отношение цинк-64 цинк-68 в верху и в низу конвекционной колонны после термодиффузионного разделения равно соответ- ственно 3,2 и 2,7. Следовательно, тяжелый изотоп в этом случае концентрировался внизу. Одновременно было показано, что при разделении смесей тяжелой и обычной воды тяжелая вода (окись дейтерия DgO) также концентрируется в низу колонны. Опубликованы [22] результаты разделения смесей гексадейтерированного и обычного бензолов в жидкой фазе и в этом случае дейтерированный бензол концентрировался внизу. При этом разделение дейтерированного и обычного бензолов осуществлялось в 10 раз легче, чем разделение тяжелой и обычной воды. [c.29]

В большинстве случаев в М участвуют две или более фаз, в к-рых концентрации целевого компонента при равновесии различаются При взаимод двух фаз в соответствии со вторым началом термо 1инамики их состояние изменяется в направлении достижения равновесия, к-рое характеризуется равенством т-р и давлений фаз, а также равенством хим потенциалов каждого компонента в сосуществующих фазах Движущая с II па переноса к-л компонента из одной фазы в другую - разность химических потенциалов этого компонента во взаимодействующих фазах Переход компонента происходит в направлении убывания его хим потенциала М осуществляется также под действием градиентов электрич потенциалов (при электрофорезе, в электрохим процессах) т-ры (напр, в термодиффузионной колонне для разделения изотопов) и др Однако на практике движущую СИЛ) М обычно выражают через градиент концентраций, что значительно упрощает связь между скоростью процесса и составом технол потоков В ряде случаев использование концентрац движущей силы можно обосновать теоретически [c.654]

Поскольку ионная температура и скорость вращения уменьшаются по длине разряда, нельзя пренебрегать продольными эффектами. Такие факты, как увеличение концентрации легкого изотопа у анода и падение температуры в дуге от катода к аноду, вызывают предположение, что за наблюдаемое разделение изотопов частично ответственны термодиффузионные эффекты. Было найдено, что термоднффузионная постоянная vth = ln а/1п(7 А/7 с) порядка 0,1 (Та,с—ионная температура вблизи анода и катода). [c.293]

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]

Одним из вероятных механизмов разделения изотопов авторы работы [4] посчитали термодиффузию. Имелось в виду, что радиальный термодиффузионный эффект в нейтралах е = A x/2p,)RT n Ta2/Ta ), обусловленный разницей температур у стенки Та и на оси разряда Т 2, переводится в продольный и умножается за счёт внутренней циркуляции газа в разряде (циркуляция газа возникает вследствие радиальной неоднородности силы Fz). Величина Rt характеризует жёсткость молекул. Расчёты показывали, что в условиях данных экспериментов при начальном давлении р > 5,0 10 Тор вклад термодиффузии в разделительный эффект является определяющим. Авторы не исключали возможности существования бародиффузионного эффекта при р < 5,0 10 Тор. Эта область давлений в работе не была детально исследована. Следует заметить, что выяснение механизма разделения изотопов [c.340]

Наилучшими методами разделения небольших количеств изотопов для исследовательских целей являются термодиффузионный, вследствие его универсальности, простоты работы и применяемого оборудования, и электромагнитный, из-за простоты и большого коэффициента разделения. Но оба метода слишком неэффективны для крупномасштабного производства. Однако в тех случаях, когда выбор процесса определялся пе экономикой, а сроками, оба метода применялись для крупномасштабного разделения изотопов урана. При крупномасштабном разделении небольшие различия в химических или физических свойствах соединений изотопов должны эффективно усиливаться. По-видимому, надежной основой для выбора метода круннохмасштабного разделения является его энергоемкость. В электромагнитном методе для поддержания сильного магнитного и электрического полей п для превращения всего продукта, подвергаемого разделению, в газообразные ионы должно затрачиваться много энергии. Следует учесть также, что коллекторов разделенных изотопов достигает лишь незначительная часть ионизованного материала. Термо-диффузиоииый метод требует затрат большого количества тепла для создания температурного градиента в колонках. Кроме того, коэффициент разделения для термодиффузионного метода меньше, чем для других методов. [c.362]

Особенно успешным оказывается применение термодиффузионного метода при разделении изотопов благородных газов (неона, криптона, ксенона). Так, у криптона — полиизотопного элемента ( Кг, °Кг, Кг, Кг, Кг, Кг) — удалось выделить отдельные изотопы ( Кг и Кг) практически в чистом виде. [c.29]

Разработка методов И. р. была начата одновременно с открытием изотопов. Кще в 1913 Дж. Дж. Томсоном был применен электромагнитный метод разделения изотопов неона Ме о и Ке=-, явившийся также способом их открытия. Будучи усовершенствован, этот метод был использован в дальнейшем (1920) Ф. Астоном для открытия и разделения изотонов многих элементов. В 1919 Ф. Линдеманном и Ф. Астоном был предложен для И. р. метод центрифугирования. В 1932 Г. Герц использовал для разделения изотопов метод диффузии через пористые перегородки, а в 1934 — метод диффузии в струю пара. Метод ректификации изотопных смесей был применен в 1931 В. Кезо-мом и Г. Ван-Дейком для разделения Не ч и Ке з, а Г. Юри, Ф. Брикведом и Л. Мэрфи — для концентрирования дейтерия в жидком водороде. В 1933 Г. Льюис и Р. Макдональд получили тяжелую воду электролизом (кинетич. метод). В 1935 Г. Юри и Л. Грейфф был предложен для И. р. метод химич. обмена. В 1938 К. Клузиусом и Г. Диккелем для целей И. р. был применен термодиффузионный метод. [c.98]

Термодиффузионный метод разделения изотопов 195, 197, 198 Термофор система (в крекинге) 797 Тероптерин 404 Терпентин — см. Живица Тестостерон 405 Тетамон 945 [c.541]

Эффективность термодиффузионного разделения можно значительно повысить, сочетая данный эффект со свободной конвекцией в устройстве, подобном тому, которое изображено на рис. 9-12. Колонна, где используют эти оба эффекта, называется колонной Клузиуса и Диккеля. Такие колонны применялись для разделения изотопов и разделения сложных смесей, весьма близких по свойствам органических соединений. Очень интересное введение в термодиффузию дано в книге [13]. Применение этого метода к жидкостям описано в работах [14, 15]. Математическая теория термодиффузионных колонн изложена в классической статье Джонса и Ферри [16]. [c.499]

Легко видеть, что феноменологическая теория термодиффузионных приборов может быть построена на тех же принципах, что и теория фракционных колонок. Такая теория была развита в одной из прежних работ автора и Скарре [21 применительно к разделению изотопов водорода и кислорода при разгонке воды в многотарелочных колонках. Тогда же указывалось на то, что эта теория может быть непосредственно применена к любым случаям методического фракционирования идеальных смесей в непрерывно действующих многоступенчатых агрегатах, образующих замкнутую систему . В частности, это относится к фракционированию изотопов в колонках путем обменных реакций или адсорбции, в серии насосов Герца и т. д. В настоящей работе эта теория, первоначально развитая для малых концентраций концентрируемого компонента, дана в более общем виде. Далее эта теория применена к термодиффузионному методу, причем показано, что она находится в хорошем согласии с опытом и может служить основой для расчета и проектирования термодиффузионных приборов. [c.259]

Все эти соображения оправдывают поиски более выгодных путей промышленного получения тяжелой воды. При современном состоянии вопроса заслуживают рассмотрения кроме обычного электролиза в виде последовательных стадий лишь следующие методы непрерывный электролиз в каскадном агрегате фракционная разгонка воды в многотарелочных колонках разделение изотопов в водороде, водяном паре или жидкой воде термодиффузионным методом. В литературе неоднократно указывалось на возможность применения этих методов для замены обычного электролитического метода или наиболее невыгодных первых его стадий. Все остальные многочисленные способы более или менее далеко идущего разделения изотопов водорода могут быть исключены из рассмотрения, поскольку речь идет о практических методах промышленного получения тяжелой воды. [c.278]

Преимуществом таких колонн является их конструктивная простота. Именно с помощью такого типа колонн в 1938 г. К. Клу-зиусу и Г. Диккелю [72] впервые удалось применить принцип противотока к термодиффузионному разделению смесей водорода и углекислого газа, гелия и брома для концентрирования кислорода в воздухе, тяжелого изотопа N6 в обычном неоне, изотопа С1 в хлористом водороде. В последующих опытах [2, 3], используя систему колонн общей длиной около 36 м, авторы достигли очень хорошего разделения Н С] и Н С1 друг от друга в обычном хлористом водороде (в верху колонны — 96% Н С1, в низу колонны — 99,4% Н С1). Полученная в их опытах величина фактора разделения ( 4000) позволила оценить значение [c.297]

Получают легкий гелий различными способами. Один из способов основан на термодиффузионном разделении гелпя, обогащенног о легким пзотоно.м. Газ пропускают через колонну, представляющую собой охлаждаемую снаружи вертикальную трубку. В центре колонны натянута металлическая нить, накаливаемая током. Легкий изотоп собирается около нагретой нити и уносится конвекционным потоком в верхнюю часть колонны тяжелый изотон скапливается у стенок и увлекается вниз. Чем длинное колонна, тем полнее разделение изотопов. [c.138]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология