Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Рлс. 3.44. Аппарат для разделения-изотопов в высокоскоростной
струе:
1 — микрометрический винт, регулирующий расстояние между соплом и конической перегородкой; 2 —гнезда для манометров; 3 — сопло; 4 — коническая
перегородка.
Метод центрифугирования, вероятно, перспективен для разделения изотопов криптона и ксенона.
Адсорбция и хроматография. О применении адсорбционных методов для разделения изотопов инертных газов имеются ограниченные данные.
Масси [119] описал аппарат, в котором содержание изотопа Не3 уменьшалось в 50 раз (с 50-Ю-3 до Ы0_3%) при пропускании газа через активированный уголь, охлаждаемый жидким азотом.
Глкжауф и др. [120] исследовали хроматографическое разделение изотопов неона на угле при —196° С и установили, что фактор разделения а= 1,0021. Столь низкое значение соответствует физической адсорбции при слабом проявлении вандер-ваальсовых сил. Авторы упомянутой работы ке считают такой метод разделения изотопов инертных газов перспективным.
219
Разделение в высокоскоростной струе. Разделительный аппарат, действующий на рассматриваемом принципе, показан на рис. 3.44 [27].
Газовая смесь расширяется при низком давлении через сопло, причем на близком расстоянии от выходного отверстия сопла в результате диффузии происходит концентрирование легких компонентов смеси на периферии газовой струи, а тяжелых компонентов — в осевой части потока. На некотором расстоянии от выходного отверстия сопла установлена коническая перегородка с отверстием, ось которого совпадает с осью сопла,
/
Рис. 3.45. Модифицированный аппарат для диффузионного разделения изотопов в струе газа.
перегородка разделяет поток газа на две части: периферийную, обогащенную легким компонентом, и осевую, обогащенную тяжелым компонентом. Достигаемое разделение зависит от ряда факторов: давления газа на входе в сопло, за соплом и за перегородкой; конструкции сопла и перегородки; расстояния между ними. Конфигурация сопла может быть различной; в оптимальных условиях достигаемое разделение мало зависит от устройства сопла. Давление на входе газа обычно лежит в пределах 5—50 мм рт. ст., а отношение давлений перед соплом и за ним порядка 40: 1 и более в зависимости от геометрических характеристик сопла. Профиль концентраций в струе слабо изменяется в зависимости от давления за перегородкой, так как процесс разделения в основном завершается на участке между входным отверстием сопла и перегородкой. Фактор разделения в этом процессе пропорционален относительной разности масс разделяемых изотопов АМ/М, что, как известно, характерно и для других диффузионных процессов разделения. Значения
фактора разделения для изотопов аргона и ксенона того же порядка, что и при газовой диффузии.
Интересную модификацию этого метода предложил Кампарг [121]. Устройство разделительного аппарата схематически показано на рис. 3.45. Смесь изотопов из резервуара 1, где она находится под давлением р0, через кран 2 поступает в цилиндрическую камеру 3, ось которой расположена горизонтально; с помощью вакуум-насоса 4 в камере поддерживается давление р1<р0 (практически 10-2<р1<10 мбар). Из резервуара 5 через сужающееся сопло 6, расположенное на оси камеры 3, вводится газ-носитель, образующий струю 7, движущуюся со сверхзвуковой скоростью. При взаимодействии с поперечным потоком, создаваемым вакуум-насосом 4, струя 7 приобретает вращательное движение относительно оси; поперечный поток направлен от осп к периферии, что обусловлено цилиндрической перегородкой 8 с отверстиями 9, равномерно расположенными по всей ее поверхности. В то же время давление ри существующее в камере 3, оказывает сопротивление струе газа-носителя, образующейся в сопле 6, что приводит к формированию ударной волны. При этом создается специфическая структура потока, характеризующаяся неоднородностью свойств среды (скорости, плотности, температуры и др.), и происходит разделение потока на две зоны: во внешней зоне газ движется с дозвуковой скоростью, а во внутренней зоне — со сверхзвуковой. Поверхность раздела зон имеет форму выпуклого тела вращения 10 с плоским основанием //, известным под названием диска Маха. Возникновение такой структуры потока возможно, если давление р\ таково, что средняя длина пробега молекул газа-носителя меньше диаметра диска Маха: при переходе через этот порог вязкостное течение сменяется молекулярным. За пределами поверхности 12 влияние струи 7 уже не проявляется.
Расширяющееся сопло 13 с острой кромкой, расположенное на определенном расстоянии от выходного отверстия сопла 6, служит для отбора газа, обогащенного легкими изотопами смеси, причем фактор разделения очень сильно зависит от этого расстояния; отбор производится с помощью вакуум-насоса 14, создающего давление меньшее, чем р\. В камере 15 осуществляется отделение газа-носителя от обогащенной легкими изотопами смеси.
В аппарате с соплом 6, имеющим выходное отверстие диаметром 0,47 мм, и приемным соплом 13 диаметром 0,83 мм (угол у вершины внешнего конуса 70°, внутреннего — 50°) при давлении ро = 82 мбар, р>1=0,3 мбар и использовании С02 в качестве газа-носптеля в случае разделения смеси, состоящей из 0,3% изотопа Аг36 и 99,7% изотопа Аг40, достигнуто значение фактора разделения а= 1,14, которое существенно больше предельного значения, реализуемого при классической диффузии через пористые перегородки (а = УМТ/МЛ = УЧО/36 — ];054).
