Большая техническая энциклопедия
2 7
A V W
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
РА РЕ РИ РО РТ РУ РЫ РЯ

Разделенные изотоп

 
Разделенные изотопы собираются коллекторами. Чем уже щели в источнике и в коллекторе, тем чище разделяются изотопы, однако при этом уменьшается ионный ток на выходе. Расширение щелей увеличивает производительность установки, но вызывает перекрытие ионных пучков, соответствующих различным изотопам, и разделение изотопов происходит не столь полно.
Большинство разделенных изотопов используют для изучения ядерных свойств, которые не представляют непосредственного интереса для химиков.
При адсорбции частично разделенных изотопов ксенона па угле Грот и Гартек [1025] нашли, что сначала десорбируется та фракция, которая была адсорбирована последней.
Все растворы, содержащие разделенные изотопы, собирают в отдельные сосуды.
Разработка ионных источников и приемников разделенных изотопов в течение длительного времени сильно тормозилась из-за запоздания с вводом в строй основных опытных установок для электромагнитного разделения, а также20 из-за медленного развития вакуумной техники.
Mace-диффузионная колонна. 1 - испаритель. 2 - линия дополнит, подачи пара. 3 - трубка для подачи пара в колонну ( с отверстиями 4. Для получения относительно больших количеств разделенных изотопов широко применяются большие разделит, установки, работающие по принципу масс-спектрометра Демпстера с фокусировкой ионного пучка поперечным магнитным полем на 180; в США такие установки паз.
Большинство значений термодинамических функций для разделенных изотопов были получены расчетом при помощи описанных в главе 7 способов.
Запись компонентов линии лития X 6707 8 А ( проба содержит 2 % Lie. Эталоны приготовлялись весовым путем из разделенных изотопов. Изотопный состав исходных препаратов определялся с большой тщательностью масс-спектрометрически.
Чаще всего для этой цели используются разделенные изотопы водорода, углерода, азота и кислорода. Развитие метода ядерного магнитного резонанса ( ЯМР) дало возможность легко измерять содержание наиболее ценного стабильного изотопа кислорода О17, это послужило толчком к развитию методов его обогащения.
Ядерный спин и изотопные пики при исследованиях разделенных изотопов ксенона.
Большие возможности в изучении изотопического сдвига предоставляет использование обогащенных и разделенных изотопов. Сравнение длин волн линий различных изотопов в одноизотопных источниках позволяет измерять смещения, которые невозможно разрешить в линиях изотопов. В последнее время ряд особо прецизионных измерений изотопических сдвигов был выполнен с помощью лазеров. Для исследования сверхтонкого расщепления уровней наряду с оптическими методами применяются также методы радиоспектроскопии, обладающие очень высокой точностью.
Двухколлекторная система позволяет одновременно измерять ионные токи двух рядом расположенных разделенных изотопов, а также соотношения их интенсивности. В последнем случае достигается высокая точность измерений.
Лаборатории № 2 АН СССР были произведены первые опыты по накоплению небольших количеств разделенных изотопов урана электромагнитным способом.

Поскольку небольшие термодиффузионные колонны имеют легкую и недорогую конструкцию, они оказались весьма полезными для получения небольших количеств разделенных изотопов для исследовательских целей.
В первом издании своей монографии в 1922 г. Астон указывал на безнадежность этого метода для получения сколько-нибудь существенных весомых количеств разделенных изотопов.
Процесс разделения совершается путем ионизации газообразных соединений урана и ускорения ионов в сильном магнитном поле, которое отклоняет их в зависимости от массы; разделенные изотопы собираются в разных приемниках.
Непосредственное сравнение скоростей реакций с разными изотопными молекулами не только затруднительно и недостаточно точно, но часто не возможно, так как для этого нужно располагать препаратами разделенных изотопов. Для определения кинетического изотопного эффекта достаточно находить изменение изотопного состава продукта или непрореагировавшего остатка при доведении реакции со смесью изотопов до некоторой заданной доли от полной. Последнее условие необходимо, так как после завершения реакции распределение изотопов определяется материальным балансом и термодинамическим коэффициентом разделения, которые не связаны со скоростями реакций.
Изотопы с промежуточным атомным весом 36 и с атомными весами меньше 35 и 5олыпе 37 в природном хлоре не обнаружены, но ряд таких изотопов получен искусственно, в частности путем облучения предварительно разделенных изотопов С135 и С137 нейтронами. Так как при поглощении атомным ядром заряд ядра не изменяется, хлор при этом остается хлором, но атомный вес его возрастает на единицу за счет веса массы) поглощенного нейтрона. Оба искусственных изотопа хлора оказались сильно радиоактивными. Отсюда понятно, почему в природном хлоре эти изотопы не содержатся.
Изотопы с промежуточным атомным весом 36 и с атомными весами меньше 35 и больше 37 в природном хлоре не обнаружены, но некоторые из них получены искусственно, в частности путем облучения предварительно разделенных изотопов С1за и С137 нейтронами. Так как при поглощении нейтрона ядром заряд ядра не изменяется, хлор при этом остается хлором, но атомный вес его возрастает на единицу за счет веса ( массы) поглощенного нейтрона. Оба искусственных изотопа хлора оказались сильно радиоактивными. Период полураспада С ] 38 ( 37 9799) составляет, например, всего 37 5 минуты. Отсюда понятно, почему в природном хлоре эти изотопы не содержатся.
Это один из многих примеров того, что полезность реакторного материала может быть усилена с помощью изотопного разделения. Разделенные изотопы часто необходимы также в ядерных исследованиях. Разделение изотопов рассматривается в гл.
Разделенные изотопы широко используются во многих областях физики [34], о чем упоминалось ранее.
Однако до сих пор нам были известны только применения этого метода для научных экспериментов с чистыми изотопами. Количества разделенных изотопов были при этом ничтожны, они составляли миллионные доли грамма. Для использования внутриатомной энергии необходимы совершенно иные масштабы разделения изотопов.
Для многих измерений в ядерной физике, относящихся к свойствам ядер определенных изотопов, очень важно разделение образцов. Бомбардировка нейтронами разделенных изотопов урана [1498] была необходима для идентификации делящихся ядер; для изучения ядерного сечения или ядерных реакций [51], например на ускорителях Граафа, необходимы мишени из разделенных изотопов.
При работе со стабильными ядрами фактор времени не является ограничивающим, а отсутствие излучения делает безопасным и более простым обращение с материалом. Однако малое количество разделенных изотопов часто ограничивает информацию, получаемую при измерении.
Даже если бы процессы с образованием виртуальных состояний были весьма существенны, все-таки имеется возможность получать сведения об отношениях приведенных ширин. Предположим, например, что мишени из разделенных изотопов Plroe, Pb. Если предположить, что из-за большого заряда РЬ основную роль играет образование виртуального состояния в С12, то при сравнении реакции ( С12, С11) на Трех изотопах РЬ этот эффект сократится. Эта поправка может в значительной степени обесценить такие эксперименты. Вводя поправки для различных значений интеграла Тер-Мартиросяна / 0 ( 6) 2 [ см. ( 48.29 а) ], можно, по-видимому, найти отношения приведенных ширин для различных состояний одного и того же конечного ядра, например ядра РЬ209 в приведенном выше примере. Такие поправки будут существенны также при сравнении мишеней из разделенных изотопов, так как энергии связи нейтронов в разных мишенях различны. Если вместо тяжелого иона используется дейтрон, то взаимодействие протона с конечным ядром, которое было рассчитано с помощью оптической модели Тобокманом и Калошом, еще более усложняет положение. Упрощающим обстоятельством является ничтожно малая величина коэффициента проницаемости тяжелого иона. Вряд ли необходимо указывать, что можно поменять ролями мишень и бомбардирующие ионы и бомбардировать одну и ту же мишень различными изотопами.
Методом авторадиографии или непосредственным измерением активности определяется положение зон. Определением периода полураспада или максимальной энергии р-частиц удается идентифицировать разделенные изотопы.
Как видно из (7.1.8), для ИОС с однородным магнитным полем дисперсия Dm - ro7 - На основании (7.1.8) легко сделать вывод, что ИОС с неоднородными магнитными полями ( А / 0) обладают большими дисперсионными возможностями по сравнению с ИОС с однородным магнитным полем при одном и том же значении радиуса центральной траектории TQ. Кроме того, они создают более удобную для приема разделенных изотопов геометрию спектральных изотопных линий: изображение в вертикальной плоскости практически прямое, и, таким образом, в сепараторах с неоднородными магнитными полями можно использовать более простую конструкцию приемных устройств.
Упрощенная схема электромагнитной установки для разделения изотопов урана.
При разделении изотопов урана радиус окружности движения ионов урана-235 приблизительно на 0 6 % меньше радиуса окружности движения ионов урана-238. На пути движения ионов находится улавливатель, в котором и собираются разделенные изотопы урана.
Поэтому пучок ионов разделяется по траекториям, каждая из которых соответствует частицам определенной массы. Ставя на пути каждого из таких разделенных потоков приемник, можно собирать практически полностью разделенные изотопы данного элемента.
Поэтому пучок ионов разделяется по траекториям, каждая из которых соответствует частицам определенной массы. Ставя на пути каждого из таких разделенных потоков приемник, можно собирать практически полностью разделенные изотопы данного элемента.
Состоит из источника ионов, содержащих разделяемые изотопы, магнита, создающего поле заданной конфигурации, и коллекторов, принимающих разделенные изотопы. Вся система заключена в корпус, в котором поддерживается высокий вакуум. Ионы, содержащие различные изотопы, имеют различное отношение электрия.
Для многих измерений в ядерной физике, относящихся к свойствам ядер определенных изотопов, очень важно разделение образцов. Бомбардировка нейтронами разделенных изотопов урана [1498] была необходима для идентификации делящихся ядер; для изучения ядерного сечения или ядерных реакций [51], например на ускорителях Граафа, необходимы мишени из разделенных изотопов.
Схема перемещения смеси изотопов, разделяемой с помощью термодиффузии. Они образуются вследствие неровностей стенок сосуда, а также вследствие неравномерности их нагревания и охлаждения, поскольку на практике очень трудно добиться идеальных условий проведения опыта. Паразитические токи частично вновь перемешивают уже разделенные изотопы.
Так как потоки в масс-спектрометре четко очерчены, из всех известных методов разделения изотопов только этот метод может обеспечить полное разделение за одну ступень. Но при разделении большого количества материала возникают большие потоки газообразных ионов, при этом эффект их взаимного электростатического отталкивания ( эффект пространственного заряда) создает значительные трудности для полного разделения, по сравнению с разделением микроколичеств. Тем не менее, когда возникла необходимость в получении больших количеств разделенных изотопов урана, этот метод стал успешно развиваться.
Сейчас химическая технология уже не может полноценно развиваться на этой основе. Появились новые классы веществ, получающих технологическое применение ( например, высокомолекулярные, комплексные соединения, соединения редких элементов, свободные радикалы, разделенные изотопы и др.) и совершенно новые принципы их производств.
Пути ионов двух изотопов с малоразличающимися массами в электромагнитном сепараторе. Во-первых, поскольку вещество в масс-спектрографе переносится ионным током, для получения больших количеств изотопов токи должны быть очень сильными. Это выдвигает проблему построения мощного источника ионов. Во-вторых, даже в том случае, когда имеется достаточно мощный источник ионов, увеличение силы тока выше некоторого предельного значения оказывается нецелесообразным, так как пространственный заряд, возникающий при сильном ионном токе, резко понижает разрешающую способность масс-спектрографа, и увеличение силы тока не дает выигрыша в скорости накопления разделенных изотопов.
В этих приборах один поток газа спускается во внешней части цилиндра вниз, а второй поток подымается в центральной части цилиндра вверх. В промежуточном пространстве молекулы постоянно диффундируют из одного потока в другой, но радиальная центробежная сила воздействует сильнее на более тяжелые молекулы, так что их концентрация увеличивается на периферии и уменьшается ближе к оси вращения. При длительной работе центрифугирующего устройства, в котором описанные приборы располагаются каскадом, можно получить все возрастающую концентрацию. Расчеты показали, что для получения сколько-нибудь значительного ежедневного выхода разделенных изотопов потребовалось бы необычайно большое количество центрифуг, так что этот метод не применяется в настоящее время для разделения изотопов урана.
На первый взгляд могло бы казаться, что самым совершенным и универсальным способом разделения изотопов должен быть масспектрометриче-ский. В этом приборе ионные пучки изотопов полностью разделяются и могут быть собраны без особого труда, каждый в отдельности, в специальных коллекторах. Однако простой расчет показывает, что производительность обыкновенных масспектрометров, применяемых в изотопном анализе, ничтожна, так как в них ионные пучки переносят количества ионов, которые можно считать практически невесомыми. В лучшем случае, они достаточны для получения продукта в количествах, необходимых для изучения ядерных превращений. В первом издании своей монографии в 1922 г. Астон указывал на безнадежность этого метода для получения сколько-нибудь существенных весомых количеств разделенных изотопов.
Даже если бы процессы с образованием виртуальных состояний были весьма существенны, все-таки имеется возможность получать сведения об отношениях приведенных ширин. Предположим, например, что мишени из разделенных изотопов Plroe, Pb. Если предположить, что из-за большого заряда РЬ основную роль играет образование виртуального состояния в С12, то при сравнении реакции ( С12, С11) на Трех изотопах РЬ этот эффект сократится. Эта поправка может в значительной степени обесценить такие эксперименты. Вводя поправки для различных значений интеграла Тер-Мартиросяна / 0 ( 6) 2 [ см. ( 48.29 а) ], можно, по-видимому, найти отношения приведенных ширин для различных состояний одного и того же конечного ядра, например ядра РЬ209 в приведенном выше примере. Такие поправки будут существенны также при сравнении мишеней из разделенных изотопов, так как энергии связи нейтронов в разных мишенях различны. Если вместо тяжелого иона используется дейтрон, то взаимодействие протона с конечным ядром, которое было рассчитано с помощью оптической модели Тобокманом и Калошом, еще более усложняет положение. Упрощающим обстоятельством является ничтожно малая величина коэффициента проницаемости тяжелого иона. Вряд ли необходимо указывать, что можно поменять ролями мишень и бомбардирующие ионы и бомбардировать одну и ту же мишень различными изотопами.
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. При крупномасштабном разделении небольшие различия в химических или физических свойствах соединений изотопов должны эффективно усиливаться. По-видимому, надежной основой для выбора метода крупномасштабного разделения является его энергоемкость. В электромагнитном методе для поддержания сильного магнитного и электрического полей н 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. Термодиффузионный метод требует затрат большого количества тепла для создания температурного градиента в колонках.

А 117, m / Am 117) при V - - ( 0 гв, р - 100 см, h 20 см, общий ток ионов Sn:, согласно ( 1), должен быть ограничен величиной - 0 15 ма; при отом ток ионов изотопа Snu ( относит, концентрация к-рого в исходном веществе 9 1 %) равен - 14 иа. Пта возможность связана с тем, что быстрые ионы, взаимодействуя с атомами остаточного газа в разделит, камере, образуют медленные положит ионы и электроны; причем ионы выталкиваются электрич. При давлении остаточного газа р - Ю 5 л1м рт. ст. такая автоматическая компенсация пучка устанавливается за время - 10 4 - 10 3 сек. С, 71, пары рабочего вещества ( получаемые обычно при высокой темп-ре) подвергаются ионизации в газовом разряде, горящем в продольном магнитном поле. Возникающие при атом ионы извлекаются из разряда электрич. Вследствие неполной ионизации паров рабочего вещества и наличия в составе пучка ионов с различной кратностью заряда количество вещества, переносимого пучком однозарядных попов, составляет обычно 10 - 20 %, в наиболее благо-приптных случаях не превышает - 50 % от количества испаренного вещества. В приемнике ионов Гз, 4, 7 ] пучки разделенных изотопов попадают на стенки соответствующих отсенов и оседают на них в виде нейтральных атомов. Катодное распыление накопленного вещества и отражение ионов от стенок карманов приводят к неполному улавливанию вещества, переносимого ионным пучком. Накопленное вещество извлекается из приемника хим. методами; при этом существуют неизбежные потери.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11