Классификация методов разделения изотопов водорода - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
Изотопное замещение в молекулах приводит к некоторому изменению физических и химических свойств вещества. Такие изменения наиболее сильно проявляются при замещении одного изотопа водорода другим. Однако при водородном изотопном замещении эти изменения относительно невелики, и поэтому при использовании процессов разделения изотопов, основанных на них, требует умножение однократного разделительного эффекта. Количественной характеристикой последнего является коэффициент разделения изотопов, представляющий собой отношение относительных концентраций целевого изотопа в богатой и бедной фракциях:
Б=x(1-y)/((1-x)y),
Где х, у - атомные доли целевого изотопа в богатой и бедной фракциях; х/(1-х), у/(1-у)- относительные концентрации целевого изотопа в богатой и бедной фракциях.[7]
В настоящее время при промышленном концентрировании тяжелых изотопов водорода наиболее широко применяют методы, основанные на термодинамически обратимых процессах разделения. Основные их преимущества по сравнению с неравновесными процессами разделения связаны с обратимостью однократного акта разделения. Они состоят в том, что в отличие от методов разделения с неравновесным элементарным процессом задача умножения однократного изотопного эффекта достаточно просто решается путем создания противоточных разделительных колонн, а также все энергетические затраты связанны не с элементарными актами разделения, а лишь с процессами обращения фаз и создания продольных потоков в колонне, т. е. подвод энергии требуется только на концах колонны. Перечисленные преимущества обратимых процессов разделения, основанных на термодинамических изотопных эффектах, обеспечивают не только экономичность этих методов, но и позволяют создавать высокопроизводительные промышленные установки.[3]
Термодинамические изотопные эффекты могут наблюдаться либо в гетерогенной системе одного вещества, находящегося в двух агрегатных состояниях (при фазовом изотопном обмене), либо в системе из двух или более веществ(в реакциях изотопного обмена). Из первой группы практическое применение при разделении изотопов водорода нашли только системы жидкость-пар.
В системе двух веществ, химически не взаимодействующих друг с другом, может протекать реакция изотопного обмена с константой равновесия, отличающейся от значения, отвечающего равновероятностному распределению изотопов между участвующими в реакции молекулами. На таких реакциях основано разделение изотопов способом химического изотопного обмена.[7]
Для простоты создания в колонне противотока предпочтение отдают гетерогенным системам, в которых рабочие вещества находятся в различных агрегатных состояниях. Обычно это системы газ-жидкость; однако значительные изотопные эффекты обнаружены в системах газ-твердое тело.
Помимо термодинамического изотопного эффекта при выборе системы рабочих веществ важное значение имеют кинетика реакции изотопного обмена и возможность осуществления доступными приемами процесса обращения потоков, т. е. перевода выделяемого изотопа из одного рабочего вещества или фазового состояния в другое. При химобменном разделении изотопов обращение потоков осуществляется химическим или термическим способом. Последний способ используется и в процессах разделения, основанных на изотопных эффектах при фазовом равновесии.[3] В узлах обращения потоков с помощью реактивов(в химическом способе), электроэнергии(в электрохимическом способе) или путем подвода(отвода) тепла(в термическом способе) осуществляются необходимые химические реакции. Двухтемпературный метод основан на температурной зависимости термодинамического изотопного эффекта, что позволяет принципиально новым путем решать задачу обращения потоков.[6]
В рассмотренных методах разделения термодинамические изотопные эффекта основаны на различиях в тех свойствах веществ, состоящих из изотопно-замещенных молекул, которые зависят от нулевых энергий колебаний как атомов в молекулах, так и самих молекул в кристаллических решетках или жидких телах. Различия в нулевых энергиях колебаний являются причиной и кинетических изотопных эффектов, приводящих к разделению изотопов в таких неравновесных процессах, как электролиз и проницаемость водорода через металлические мембраны. Наряду с последними все способы разделения, в которых используются термодинамические изотопные эффекты, называют физико-химическими методами разделения изотопов. В отличие от них большинство физических методов разделения непосредственно основано на разности масс изотопных молекул, атомов и ионов, что делает эффективными их применение лишь для разделения изотопов тяжелых элементов. Поэтому из неравновесных методов разделения изотопов водорода основное внимание будет уделено таким перспективным методам, как фотохимический и лазерный.[5]
Похожие статьи
-
Дейтерий и тяжелая вода - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
Дейтерий (тяжелый водород) - один из двух стабильных изотопов водорода, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Молекула D2 -...
-
Водород - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
Водород - самый распространенный химический элемент во Вселенной. Он составляет примерно половину массы Солнца и большинства звезд, является основным...
-
Введение - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике
Практическое значение изотопов водорода определилось после изучения их ядерно-физических свойств, в первую очередь отношения дейтерия с нейтронам и...
-
Для получения аналитического сигнала используют: § химические Реакции различных типов (кислотно-основные, окислительно-восстановительные,...
-
Источники радиоактивного излучения делят на закрытые и открытые. Закрытые - должны быть герметичны. Открытые - любые негерметичные источники излучения,...
-
Основные понятия теории экономико-математического моделирования Кибернетический подход к исследованию экономико-математических систем Обычно...
-
В основу классификаций хроматографических методов положены принципы, учитывающие следующие различные особенности процесса разделения: * различия в...
-
При получении твердофазных материалов очень часто первой стадией является синтез порошков. Возможными характеристиками порошков для получения керамики...
-
Сущность методов разделения компонентов нефти - Химия нефти и газа
Методы разделения нефти используются для выделения из нее отдельных фракций или индивидуальных веществ, а также для проведения анализа нефти и...
-
Обычно различаю Колоночную осадочную хроматографию, проводимую в хроматографических колонках, и Плоскостную осадочную хроматографию, реализуемую на...
-
Введение - Изучение методов жидких и газообразных и однородных неоднородных систем
Гомогенная система -- однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно (между частями...
-
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КРЕКИНГ - Химия и методы переработки нефти
Катализатор - это вещество, которое ускоряет протекание химических реакций без изменения сути самих реакций. Каталитическими свойствами обладают многие...
-
Способы получения коллоидных систем - Общая характеристика дисперсных систем и методы их получения
Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами. Поэтому коллоидные...
-
Первичная переработка нефти путем атмосферной или вакуумной перегонки позволяет получать нефтепродукты с весьма небольшим выходом. Так, выход бензиновой...
-
Методы неорганического синтеза - Синтез ацетата натрия ("Горячий лед")
НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, получение неорганических соединений. Как правило, состоит из нескольких последовательных или параллельных процессов -...
-
Задачи и методы количественного анализа - Основы аналитической химии
Количественный анализ - это совокупность химических, физико-химических и физических методов определения количественного соотношения компонентов, входящих...
-
Задачи и методы качественного анализа - Основы аналитической химии
Обнаружение или, как иногда говорят, "открытие" отдельных элементов или ионов, входящих в состав веществ - это задачи качественного анализа. Качественный...
-
Радиопротекторы, классификация Радиопротекторы это вещества, облегчающие тяжесть поражения человека или животных ионизирующим излучением (г - или...
-
Стандартные методы, как правило, предусматривают использование количественного анализа, позволяющего установить точное содержание отдельных элементов и...
-
Существует три основных типа окислительно-восстановительных реакций: 1. Если окислитель и восстановитель находятся в молекулах различных веществ, то...
-
Основы химической термодинамики. Первое начало термодинамики Термодинамические системы и термодинамические параметры. Функции состояния. Парциальные...
-
Выбор метода получения 1 способ Готовят отдельно два раствора: 9 г хлорида кобальта (II) в 25 мл воды (раствор 1) , 10 г хлорида аммония и 14 г нитрата...
-
Однородные (гомогенные) смеси - это смеси, в которых компоненты смешаны на молекулярном уровне (однофазный материал); их невозможно обнаружить при...
-
Техника эксперимента в тонкослойной хроматографии: - Хроматография как метод исследования
А) Нанесение пробы. Анализируемую жидкую пробу наносят на линию старта с помощью капилляра, микрошприца, микропипетки, осторожно касаясь слоя сорбента...
-
Классификация дисперсных систем - Общая характеристика дисперсных систем и методы их получения
Рассматривается классификация именно дисперсных систем, т. к. коллоидные растворы являются видом дисперсных систем. Следует отметить, что коллоидная...
-
Наибольшее значение имеют следующие группы инструментальных методов анализа (рис. 2). Рис. 2. Классификация инструментальных методов анализа §...
-
В основе моделирования лежит теория подобия, которая утверждает, что абсолютное подобие может иметь место лишь при замене одного объекта другим точно...
-
Классификация методов моделирования систем - Моделирование систем
Постановка любой задачи заключается в том, чтобы перевести ее словесное описание в формальное. В случае относительно простых задач такой переход...
-
Первая теория замедленной рекомбинации была предложена Тафелем исторически раньше других теорий (1905 г.). Она в своем первоначальном виде давала хорошее...
-
Физико-химические методы исследования нефти - Свойства и состав нефти
Физико-химические методы основаны на проведении аналитических реакций, конец которых определяют с помощью приборов, которые в свою очередь измеряют...
-
Основные промышленные способы производства водорода - Электролиз воды
Существует несколько основных промышленных способов получения водорода. Производство водорода паровой конверсией метана - основной промышленный способ...
-
Физические и химические свойства водорода - Электролиз воды
Молекулярный водород при обычных условиях - газ без цвета и запаха, легко воспламеняется и горит синеватым неярким пламенем. В свободном состоянии...
-
- Ядерная энергетика; - Археология; - Нефтехимия; - Геохимия (изотопная геохронология); - Агрохимия; - Химическая промышленность; - Анализ...
-
Выбор метода производства (или выделение) готового продукта Современные методы производства азотной кислоты основаны на применении синтетического аммиака...
-
Представления о методах исследования состава нефти и нефтепродуктов - Химия нефти и газа
Анализ нефти и нефтепродуктов проводят с целью установления состава их основных компонентов (алканов, циклоалканов и аренов), а также примесей,...
-
Способы улучшения качества дизельного топлива - Сравнительный анализ методов обессеривания
Специальные присадки Понижение содержания серы в дизельном топливе, как правило, приводит к уменьшению его смазывающих свойств, поэтому для дизельных...
-
Водород - двухатомный газ Н2. Он не имеет ни цвета, ни запаха. Это самый легкий газ. Благодаря этому свойству он использовался в аэростатах, дирижаблях и...
-
МЕТОДЫ ОСАЖДЕНИЯ, ИОННОГО ОБМЕНА, МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ - Химические свойства и строение воды
Современные технологии позволяют изготавливать объемные или плоские фильтрующие материалы с однородными каналами практически любого размера. Мембранный...
-
Время, отведенное на лекции - 2 часа. Цель лекции: Формирование знаний студентов об осадительном титровании, классификация методов титрования и...
-
Поляризация электрода - Электрохимические методы анализа
Если к системе электродов, погруженных в раствор, приложить напряжение, то по цепи будет проходить электрический ток. При этом на электродах будут...
Классификация методов разделения изотопов водорода - Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике