Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Не Ne Ar Не3? Ne2o Ne21 Ne22 Ar зе ДГ38 0,00013 90,92 0,257 . 8,82 0,337 0,063 10 99,95 99,6 99,7 99,9 99,6 Кг Хе Кг7» Кг8* Кг8« Хе»3» 0,354 56,90 17,37 8,87 44,9 83,0 99,5 99,0
216
Газовая диффузия. Скорость диффузии легких и тяжелых молекул через пористые перегородки различна; при диффузии бинарной смеси коэффициент разделения
/Ж Л1Л
где Мт, Мл — атомный или молекулярный вес тяжелого и легкого изотопов соответственно.
Выражение справедливо при условии, что средняя длина пути свободного пробега молекул газа больше диаметра пор в перегородке. Всякие дефекты в перегородке уменьшают досги-. гаемое разделение. Разделение в одной ступени очень мало, но оно может быть увеличено в каскаде, т. е. в системе совмещенных диффузионных ячеек, Где происходит постепенное обо-гашение газа выделяемым изотопом.
Гертц [108] в каскаде из 50 ячеек получил почти чистый. Ne20; позже он усовершенствовал установку, исключив пористые перегородки и осуществляя диффузию непосредственно через ртутные пары в диффузионном вакуум-насосе [109]. Таким же способом были выделены изотопы аргона. Копферман н Крюгер [110] после 300 ч работы получили смесь изотопов Аг40 и Аг3'3 в соотношении 1 : 1 вместо 296: 1, характерного для аргона, извлеченного из атмосферного воздуха.
Установки для газовой диффузии невыгодно отличаются от термодиффузионных большим числом ячеек, работающих под низким давлением. Однако эти установки сравнительно легко, могут быть выполнены па большую производительность для разделения изотопов, выделение которых другими методами неосуществимо [111].
Фракционная дистилляция. Возможность разделения компонентов смеси методами фракционной дистилляции определяется величиной относительной летучести, эквивалентной фактору разделения. Для растворов изотопов, близких по своим свойствам к идеальным, относительная летучесть выражается соотношением
Рт
где ря, Рт—-давление паров легколетучего и тяжелолетучего компонентов смеси соответственно. Как правило, относительная летучесть а увеличивается с понижением температуры; поэтому целесообразно осуществлять дистилляцию при наинизшей допустимой температуре.
В табл. 3.14 приведены значения относительной летучести Для некоторых изотопов [112]. Из данных табл. 3.14 следует, что а быстро уменьшается с увеличением атомного веса; это ограничивает применение фракционной дистилляции, делая ее
217
Таблица 3.14 Относительная летучесть некоторых изотопов
Система et T, °K Примечание
Не3—Не* 5,4 . 2,19
Н1—D 3,6 18,6 Тройная точка дейтерия
Ne20_Ne22 1,046 24,6 Тройная точка
Ar3«—Ar*o 1,006 83,8 » »
Хе1*8—Xel3« 1,000 - 161,3 » »
целесообразной лишь для разделения изотопов гелия, неона и, возможно, аргона.
В. М. Кузнецов [113] подвергал дистилляции жидкий гелий,, предварительно обогащенный изотопом Не3 до 1—2%, в колонне внутренним диаметром 7,5 мм- со слоем насадки высотой 7 см из проволочных спиралек диаметром 2,5 мм (толщина кон-стацтаиовой проволоки 0,25 мм).В колонке удавалось получать 8—10 л/ч почти чистого Не3.
Кеезом с сотр. [114], осуществив 14 раз ректификацию неона в стеклянных колонках, выделили две фракции с атомными весами 20,043 п 21,157.
Клузиус и Мейер [115] получали 15 л в сутки аргона с содержанием 0,6% изотопа Ar36;4 ректификация проводилась в-металлической насадочной колонке диаметром 12 мм и высотой 3, м.
Электромагнитное разделение. Устройства для электромаг-; нитного разделения работают на том же принципе, что и масс-спектрометр: газовые молекулы ионизуются и ускоряются а магнитном поле, причем, благодаря различию в массах, пути их различаются. Этот метод успешно применен для выделения изотопов большинства известных элементов, однако в отношении инертных газов он не дает хороших результатов. Бростром и др. [116] и Кох [117] установили, что ионы инертных газов задерживаются соответствующими металлическими мишенями; однако количество изотопов, получаемых при этом, очень мало и в наиболее благоприятных условиях не превышает нескольких микрограммов на 1 см2 поверхности мишени. В практическом отношении электромагнитный способ разделения изотопов инертных газов, по-видимому, мало перспективен.
Центрифугирование. Это единственный способ разделения газов, в котором фактор разделения а зависит от абсолютной разности AM масс компонентов, а не от отношения АМ/М, как это имеет место в диффузионных процессах. Поэтому эффективность разделения как тяжелых, так и легких изотопов инертных газов при центрифугировании должна быть одинаковой.
218
Исследование разделения газовых смесей в центрифугах привело к выводу, что добавка газа с малым молекулярным весом и большой теплопроводностью (в частности, водорода) улучшает разделение, так как уменьшаются градиенты температуры и создаются неблагоприятные условия для возникновения конвективных токов, приводящих к перемешиванию газовой смеси [116]. Неожиданно оказалось, что разделение изотопов некоторых веществ в присутствии водорода превышает теоретически ожидаемое: это связано с возникновением упорядоченной конвекции [27]. Работы Гертца и Науна [118], которые осуществляли разделение изотопов ксенона в присутствии водорода, подтвердили этот вывод.
