Концентрирование - дейтерий
Cтраница 2
В настоящее время для электролиза воды и разделения изотопов водорода используются фильтрпрессные воднощелочные электролизеры с биполярным включением электродов, при этом значительная часть энергозатрат приходится на электрохимическое выделение кислорода, который для задачи концентрирования дейтерия и трития не является необходимым продуктом. [17]
Теоретически за одну операцию исчерпывающего электролиза с переменным во времени объемом электролита может быть достигнута любая степень обогащения остатка жидкости дейтерием. Однако в ходе процесса электролиза наряду с концентрированием дейтерия в остатке неразложенной воды повышается также концентрация электролита в растворе. Поэтому наступает момент, когда концентрация электролита в растворе, подвергаемом электролизу, становится настолько большой, что дальнейшее проведение электролиза воды становится невозможным. [18]
Образцы водорода, обогащенные дейтерием, в которых Юри, Брикуэд и Мэрфи в 1932 г. открыли этот изотоп [38], были получены фракционным испарением жидкого водорода. Таким образом была доказана пригодность дистилляции водорода для концентрирования дейтерия. [19]
 |
Схема комбинирования электролиза воды с низкотемпературной ректификацией жидкого водорода. [20] |
Поэтому представляет интерес комбинирование электролитического производства водорода и низкотемпературной ректификации жидкого водорода для получения тяжелой воды. При этом электролиз может использоваться только для получения водорода, а также для первоначального концентрирования дейтерия в водороде, например при двухступенчатой схеме электролиза, как показано на рис. VI-15. При этом на первой ступени электролиза желательно работать с максимально большими значениями удельного отбора и коэффициента разделения. На второй ступени целесообразен возможно более низкий коэффициент разделения для уменьшения концентрации дейтерия в электролите и механических потерь D2O с электролитом. [21]
Двухтемпературный процесс в системе вода - H2S изучался Манхэттенским округом в 1943 г., но в то время установка не была построена вследствие трудностей, связанных с коррозией. В настоящее время этот метод применяется на тяжеловодных установках Комиссии по атомной энергии США, где он используется для начального концентрирования дейтерия. Стоимость тяжелой воды составляет 62 долл / кг. [22]
В последние годы начато промышленное применение установок, работающих при водородных температурах ( - 253 С), что связано с получением тяжелого изотопа водорода - дейтерия. Тяжелая вода, содержащая дейтерий, получается главным образом методом изотопного обмена, происходящего на двух температурных уровнях и, следовательно, с разными константами равновесия, что создает условия для непрерывного концентрирования дейтерия. [23]
Тяжелую воду и тяжелый изотоп водорода выделяют из природных соединений, главным образом из воды. Содержание дейтерия ( D) в природных соединениях составляет примерно 0 015 % ат. Земле всего несколько килограммов. Для концентрирования дейтерия и трития используют различия в физико-химических свойствах изотопов и их соединений, обусловленные разными массами атомных ядер. [24]
При изотопном обмене между жидкой водой и водородом возможно создание противоточного агрегата, однако возникают трудности с подбором катализатора и других условий, ускоряющих процесс обмена. В процессе парофазного изотопного обмена противоточная система на одной ступени неосуществима, так как оба реагирующих компонента являются газами. Соединив ряд ступеней КИО между парами воды и водородом, как показано на рис. VI-11, можно создать противоточный каскад. В таком каскаде принципиально достижима какая-угодно высокая степень концентрирования дейтерия, если имеется достаточно большое количество последовательных ступеней изотопного обмена. Процесс электролиза здесь играет чисто вспомогательную роль и практически служит только для превращения фаз. Процесс концентрирования происходит в основном за счет изотопного обмена между паром и водородом. [25]
Использование тяжелой воды как замедлителя нейтронов приводит к уменьшению вклада топливного составляющего в конечную стоимость электроэнергии, получаемой на атомной станции. Ввиду того, что дейтерия в природе очень мало по сравнению с водородом ( 150 частей на миллион) и что каждый реактор потребляет огромное количество тяжелой воды ( от 5 до 200 т), для выделения дейтерия необходимо использовать экономически выгодный процесс переработки больших количеств материала при низкой стоимости установки. В последнее время стала актуальной проблема охраны окружающей среды от трития [15-17], который, являясь радиоактивным дол-гоживущим изотопом [18], образуется в ядерном топливе, в теплоносителе, замедлителе и в конструкционных материалах. Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что в настоящее время крайне необходимы разработка и осуществление эффективных методов концентрирования дейтерия и трития. [26]
В последние годы электролитический способ концентрирования тяжелой воды вытесняется более экономичными физическими процессами. В частности, перспективной для промышленного использования является низкотемпературная ректификация жидкого водорода, не содержащего азота, окиси углерода и других примесей. Применение для этой цели электролитического водорода существенно упрощает стадию очистки. Поэтому представляет интерес комбинирование электролитического производства водорода и низкотемпературной ректификации жидкого водорода для получения тяжелой воды. При этом процесс электролиза может быть использован не только для получения водорода, но и для первоначального концентрирования дейтерия в водороде. [27]
Страницы: 1 2