* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

197 ИЗОТОПОВ РАЗДЕЛЕНИЕ 2 3 8 2 3 5 198 т о степень и з в л е ч е н и я м а л а , т. к . в отбросе содер­ ж и т с я з н а ч и т е л ь н а я часть требуемого и з о т о п а (всего л и ш ь н а в е л и ч и н у о д н о к р а т н о г о р а з д е л е н и я меньше, чем в и с х о д н о м с ы р ь е ) . Т а к а я схема к а с к а д а и с п о л ь ­ з у е т с я в с л у ч а е б о л ь ш и х р е с у р с о в с ы р ь я п р и необ­ ходимости и з в л е ч е н и я т о л ь к о одного и з о т о п а . В п р о ­ т и в н о м с л у ч а е к у к а з а н н о й схеме к о н ц е н т р и р у ю щ е г о каскада пристраивают аналогичную схему другого каскада, в к-ром концентрируется второй изотоп; по о т н о ш е н и ю к п е р в о м у и з о т о п у эта схема я в л я е т с я и с ч е р п ы в а ю щ е й частью общего к а с к а д а . Другой важной характеристикой каскада является д о л я отбора со ступени, т . е. отношение отбираемого со ступени п р я м о г о потока к п о с т у п а ю щ е м у н а н е е : q — Li/L^. Д л я у м е н ь ш е н и я з а т р а т э н е р г и и , объема а п п а р а т у р ы и периода п е р в о н а ч а л ь н о г о н а к о п л е н и я изотопа в системе к а с к а д а обычно с о к р а щ а ю т п о т о к и п р и переходе от более н и з к и х ступеней к более в ы с о ­ к и м (что с х е м а т и ч е с к и у к а з а н о на р и с . 1 п у т е м посте­ пенного уменьшения толщины линий, обозначающих п о т о к и , и р а з м е р о в ступеней), т . е. п р и м е н я ю т к а с ­ к а д ы с д < 1. Степень т а к о г о с о к р а щ е н и я з а в и с и т от в е л и ч и н ы к о э ф ф . р а з д е л е н и я а. Е с л и а м а л о п р е в ы ­ ш а е т е д и н и ц у и число ступеней в е л и к о , то д л и ш ь немного меньше е д и н и ц ы , и с о к р а щ е н и е п о т о к о в в д о л ь к а с к а д а я в л я е т с я почти н е п р е р ы в н ы м ( к а с к а д п р и ­ б л и ж а е т с я п р и этом к т. н . и д е а л ь н о м у к а с к а д у ) . П р и с у щ е с т в е н н о б о л ь ш е й в е л и ч и н е а и меньшем числе ступеней п о т о к и с о к р а щ а ю т весьма р е з к о от ступени к с т у п е н и . Ч а с т о , о д н а к о , п р и м е н я ю т т. н . п р я м о у г о л ь ­ н ы е к а с к а д ы , т. е. к а с к а д ы без с о к р а щ е н и я п о т о к о в по с т у п е н я м (д = 1). Т а к и м и к а с к а д а м и я в л я ю т с я к о л о н н ы типа р е к т и ф и к а ц и о н н ы х , г д е с т у п е н я м и служат тарелки и л и участки насадки; и х применение о п р а в д а н о к о н с т р у к т и в н о й простотой, п о з в о л я ю щ е й в одном н е с л о ж н о м а п п а р а т е о б ъ е д и н и т ь б о л ь ш о е число ступеней. П р и этом часто и с п о л ь з у ю т к а с к а д , с о с т о я щ и й и з н е с к о л ь к и х п о с л е д о в а т е л ь н о соединен­ н ы х к о л о н н с с о к р а щ е н и е м п о т о к о в от к о л о н н ы к к о ­ л о н н е («каскад к а с к а д о в » ) . Х а р а к т е р и с т и к а методов р а з д е л е н и я . В ы б о р метода И. р . з а в и с и т , в п е р в у ю очередь, от в е л и ч и н ы л е ж а ­ щего в е г о основе и з о т о п н о г о эффекта, о п р е д е л я ю щ е г о значение коэфф. разделения. Д л я промышленного п о л у ч е н и я и з о т о п о в в а ж н е й ш у ю р о л ь п р и этом и г р а ю т э к о н о м и ч . п о к а з а т е л и : з а т р а т а э н е р г и и , стоимость аппаратуры, ресурсы сырья, а д л я лабораторного И. р . — простота и м а л ы е р а з м е р ы р а з д е л и т е л ь н ы х у с т а н о в о к , н а д е ж н о с т ь и х р а б о т ы и т. д. В т а б л и ц е на п р и м е р е т р е х видов и з о т о п о в (водорода, у г л е р о д а и у р а н а ) п р о в е д е н о с р а в н е н и е методов И . р . д л я водо­ р о д а , л е г к и х и т я ж е л ы х элементов в зависимости от к о з ф ф . р а з д е л е н и я . н я е т с я в пром-сти д л я р а з д е л е н и я U и U , а также в лабораторных условиях д л я разделения различных и з о т о п о в . В основу метода п о л о ж е н о р а з л и ч и е с к о р о ­ стей т е п л о в о г о д в и ж е н и я м о л е к у л и з о т о п н ы х в е щ е с т в . И с х о д я и з обратно п р о п о р ц и о н а л ь н о й [зависимости к в а д р а т а средней скорости т е п л о в о г о д в и ж е н и я моле­ к у л от и х массы, м о ж н о п о к а з а т ь , ч т о м а к с и м а л ь н ы й к о э ф ф . р а з д е л е н и я и з о т о п н ы х м о л е к у л п р и и х диф­ ф у з и и ч е р е з пористые п е р е г о р о д к и определяется в ы р а ж е н и е м а = VM^jM^ г д е М и М — м о л . веса л е г к о й и соответственно т я ж е л о й и з о т о п н ы х м о л е к у л . Д и ф ф у з и о н н ы й р а з д е л и т е л ь н ы й к а с к а д состоит и з м н о г и х я ч е е к (ступеней). К а ж д а я я ч е й к а — к а м е р а , р а з д е л е н н а я н а д в е части пористой п е р е г о р о д к о й , п о о д н у с т о р о н у к-рой н а г н е т а е т с я насосом г а з о о б р а з н а я и з о т о п н а я смесь. Р а з м е р п о р — п о р я д к а д л и н ы сво­ бодного пробега д а н н ы х м о л е к у л п р и и с п о л ь з у е м о м д а в л е н и и . Ч а с т ь смеси п р о х о д и т через п е р е г о р о д к у и п р и этом о б о г а щ а е т с я л е г к и м к о м п о н е н т о м , т . е. с к о р о с т ь е г о д и ф ф у з и и б о л ь ш е . И з одной ч а с т и к а ­ меры в ы в о д и т с я о б о г а щ е н н ы й п о т о к , и з д р у г о й — обед­ н е н н ы й . Оба п о т о к а п о с т у п а ю т на с о о т в е т с т в у ю щ и е ступени к а с к а д а д л я д а л ь н е й ш е г о р а з д е л е н и я . г 2 И с п о л ь з у е т с я т а к ж е д и ф ф у з и я р а з д е л я е м о й смеси в к . - л . постороннем г а з е ( и л и л у ч ш е в п а р е ) , к - р ы й л е г к о потом отделить от смеси к о н д е н с а ц и е й . Смесь п о д а е т с я в с т р у ю п а р а , и ч а с т ь ее с б о л ь ш и м с о д е р ж а ­ нием л е г к о г о к о м п о н е н т а д и ф ф у н д и р у е т п р о т и в п о ­ тока пара. Т е р м о д и ф ф у з и я , т . е. я в л е н и е и з м е н е н и я диффузионного равновесия газа при наличии перепада темп-р, т а к ж е ш и р о к о и с п о л ь з у е т с я в л а б о р а т о р н о й п р а к т и к е И . р . Т е о р и я т е р м о д и ф ф у з и и весьма с л о ж н а и б а з и р у е т с я на достаточно п о л н о й и с т р о г о й к и н е т и ч . т е о р и и г а з о в ы х смесей. Т е р м о д и ф ф у з и о н н о е р а в н о в е ­ сие п р и в о д и т к р а з н о с т и к о н ц е н т р а ц и й м о л е к у л в г о ­ р я ч е й и х о л о д н о й ч а с т я х системы; б л а г о д а р я з а в и ­ симости э т о г о р а в н о в е с и я от м а с с м о л е к у л н а б л ю ­ дается ч а с т и ч н о е р а з д е л е н и е и з о т о п н о й смеси. М а к ­ симальный коэфф. разделения в ы р а ж а е т с я величиной а = 1 + 1 1 8 ( М + М ) ( Т + Т ) Rr Т 2 2 Х 1 1 2 1 2 №(М — Mi)2(T -Tj) где М и М — м о л . веса л е г к о й и т я ж е л о й м о л е к у л , В — п о п р а в о ч н ы й к о э ф ф . , з а в и с я щ и й от х а р а к т е р а межмолекулярного взаимодействия, Т и Т — низ­ ш а я и в ы с ш а я темп-ры системы ( ° К ) ; б о л е е т я ж е л ы е молекулы концентрируются в холодной части. Термо­ диффузионный процесс И. р . проводят обычно в пус­ т о т е л ы х к о л о н н а х с о х л а ж д а е м ы м и стенками и с р а с ­ каленной проволокой, протянутой в центре вдоль к о л о н н ы . Т а к а я к о л о н н а в з а в и с и м о с т и от ее в ы с о т ы ф а к т и ч е с к и р а в н о ц е н н а многим п о с л е д о Изотопы в а т е л ь н о соединенным с т у п е н я м . П р я м о й и в о з в р а т н ы й п о т о к и в к о л о н н е обеспе­ С12—С13 TJ235—TJ233 H-D Метод разделения ч и в а ю т с я естественными к о н в е к ц и о н н ы м и вещество a вещество вещество а а токами (вдоль раскаленной проволоки ток н а п р а в л е н в в е р х , а в д о л ь с т е н о к — Электролиз (кинетич. мевниз). Между потоками в каждом попе­ 5-12 Н 0 р е ч н о м сечении к о л о н н ы п р о т е к а ю т тер­ _а 1,000 н - н о 2,8 HCN—CN 1,013 модиффузионные процессы, последова­ _а 1,000 1,81 1,01 СО н2 тельное н а л о ж е н и е к о т о р ы х п р и в о д и т к Диффузия (через пористые н а к о п л е н и ю более т я ж е л о г о и з о т о п а в н и ­ 1,0042 UF 1,030 н 1.20 СН зу колонны, а более л е г к о г о — н а ­ 1,0022 сн 1,016 Диффузия (в струю пара) 1,19 UF н верху. — 1,052 сн UFe 1,0026 н Р е к т и ф и к а ц и я ж и д к и х изотоп­ сн 1,009 1,026 1,009 UF Центрифугирование . . . . н2 н ы х смесей основана на р а з л и ч и й у п В любых системах веществ. ругостей п а р а и з о т о п н ы х в е щ е с т в . К о ­ эфф. р а з д е л е н и я о п р е д е л я е т с я выраже¬ Д и ф ф у з и я г а з о в через п о р и с т ы е п е р е г о р о д к и н и е м a = у PJP^, г д е Pi/P — отношение давлений я в л я е т с я одним и з в а ж н е й ш и х методов р а з д е л е н и я н а с ы щ е н н о г о п а р а ( б о л ь ш е й к меньшей) и з о т о п н ы х т я я ; е л ы х , а т а к ж е многих л е г к и х и з о т о п о в . П р и м е 1 г т ± 2 2 2 2 2 4 e 2 4 e 2 4 4 e а 2 4»