Cтраница 2
По электрохимическим свойствам изотопы водорода несколько различаются. Так, перенапряжение выделения дейтерия на катоде примерно на 0 1 В выше, чем протия, поэтому при электролитическом, разложении воды происходит постепенное обогащение жидкой фазы дейтерием. [16]
По электрохимическим свойствам изотопы водорода несколько различаются. Так, перенапряжение выделения дейтерия на катоде примерно на 0 1 В выше, чем протия, поэтому при электролитическом разложении воды происходит постепенное обогащение жидкой фазы дейтерием. [17]
Впервые тяжелая вода была открыта Юри и Осборном в 1932 г. Основной метод получения дейтерия - это электролитическое разложение воды. Скорость выделения обычного водорода на катоде значительно превосходит скорость выделения дейтерия, в результате чего происходит значительная концентрация дейтерия в остатке жидкого электролита, где он и может быть обнаружен. Ввиду же малого количества тяжелого водорода в естественной воде, обнаружить его там почти невозможно. [18]
На основании изотопного эффекта и целом решается больше проблем, чем создается. Безусловно, именно изотопный эффект при электролизе воды привел Юри к выделению дейтерия; такие важные методы [27], как концентрирование редких изотопов углерода, азота, кислорода и серы, основаны на неодинаковом участии изотопов в реакциях обмена. [19]
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. [20]
Массы обоих природных изотопов водорода различаются значительно больше, чем массы изотопов любого другого смешанного элемента. По этой причине изотопы водорода больше отличаются и по своим физическим и химическим свойствам, чем изотопы других элементов. Это несколько облегчает выделение дейтерия, но эта операция все-таки сложна и требует дорогостоящего оборудования. [21]
При электролизе воды или разнообразных водных растворов электролитов, на катоде разряжаются ионы водорода, покидающие электролизер в виде молекулярного водородного газа. Так же ведут себя и ионы дейтерия при электролизе тяжелой воды. Скорость катодного выделения водорода значительно превышает скорость выделения дейтерия. Поэтому при электролизе разбавленной тяжелой воды выделяющийся па катоде водород всегда значительно беднее дейтерием и богаче обыкновенным водородом, чем электролит в тот же момент. В результате этого, в ходе электролиза концентрация дейтерия в остатке жидкого электролита прогрессивно растет. [22]
При электролизе воды или разнообразных водных растворов электролитов на катоде разряжаются ионы водорода, покидающие электролизер в виде молекулярного водородного газа. Так же ведут себя и ионы дейтерия при электролизе тяжелой воды. Скорость катодного выделения водорода значительно превышает скорость выделения дейтерия. Поэтому при электролизе разбавленной тяжелой воды выделяющийся на катоде водород всегда значительно беднее дейтерием и богаче обыкновенным водородом, чем электролит в тот же момент. В результате этого в ходе электролиза концентрация дейтерия в остатке жидкого электролита прогрессивно растет. [23]
Основной стадией получения тяжелой воды является электролиз воды. При электролизе Н20 и D2O разлагаются с разными скоростями, в результате чего электролит обогащается тяжелой водой. Это происходит потому, что равновесные потенциалы при выделении дейтерия более электроотрицательны, чем для протия, а перенапряжение выше. [24]
Высокочистый водород требуется для производства ультрачистых металлов, в частности для зонной плавки. Здесь водород играет исключительную роль, так как при его контакте с металлом не образуется второй твердой фазы. Почти столь же жесткие требования предъявляются к водороду, участвующему в процессе выделения дейтерия методом низкотемпературной дистилляции. Нормальная работа колонны и теплообменных аппаратов возможна при условии применения водорода, содержащего не более Ю-5-1 ( Н % примесей. [25]
Следовательно, ртуть настолько сильно катализирует реакцию изотопного обмена, что выделяющийся тяжелый водород успевает обратно прореагировать с легкой водой до достижения равновесия. Коэффициент разделения тем больше, чем больше скорость реакции изотопного обмена отстает от скорости выделения дейтерия. Поэтому электролиз следует вести при больших плотностях тока, низкой температуре ( / Ср уменьшается с температурой, например при 0 С / Ср 4 2, а при 100 С Кр 2 6) и применять катоды, по возможности не ускоряющие реакцию. [26]
За последние несколько лет значительно расширилась область применения низких температур как в промышленности, так и в исследовательских работах. В настоящее время практически нет научно-исследовательского института, который не использовал бы в своей работе таких сжиженных газов, как жидкие воздух, азот, водород или гелий. В промышленном масштабе, помимо широкого использования температур жидкого азота ( для разделения воздуха и других разделительных процессов), начали использовать температуры жидкого водорода, и теперь работают крупные производственные установки по выделению дейтерия из водорода путем ректификации при низких температурах. В связи с этим актуальными являются проблемы очистки газов перед их ожижением. Во многих странах строятся большого размера ( в несколько сотен литров) жид-ководородные камеры для изучения ядерных реакций. Требует практического разрешения вопрос о хранении, транспортировке и перекачивании больших количеств ( до многих сотен кубических метров) жидкого водорода и жидкого гелия. В этой связи большое значение приобретает разработка особо эффективных теплоизоляционных устройств. С другой стороны, для радиотехнических работ весьма важным является создание миниатюрных холодильных установок. [27]
Полученный дейтерий как можно скорее удаляют из прибора, в кото - ( ром он был получен, конденсируя его при помощи жидкого водорода или переводя в подсоединенный к установке сборник. С целью очистки образовавшийся дейтерий i пропускают через наполненную стеклянной ватой и охлажденную до - 196 С ловушку. Контроль за выделением газа ведут при помощи измерителя скорости потока и манометра. Скорость выделения дейтерия, регулируемая изменением температуры колбы с тяжелой водой, может быть доведена до получения 1 / 2 моль дейтерия в час. Поскольку первые порции газа содержат примесь водорода, попадающего из магния и со стеклянных стенок установки, очень полезно сначала промыть прибор некоторым количеством дейтерия. В последующих порциях дейтерий очень чист. [28]
Поскольку энергия активации реакции отрыва ( 5.5 а) порядка 4 - б ккал / моль, это означает, что концентрация атомов водорода должна быть порядка миллимолей на литр. Такая высокая концентрация водорода возможна только вблизи шпоры. Однако это не может объяснить ни температурную зависимость мономолекулярного процесса образования водорода ( а), ни большое различие коэффициентов а и Р2 для дейтерированного и недейтерированного гексана. Необходимо выяснить, происходит ли выделение дейтерия вследствие различия в нулевой энергии по реакционному пути, отличающемуся от пути образования водорода. [29]
Поскольку энергия активации реакции отрыва ( 5.5 а) порядка 4 - 6 ккал / моль, это означает, что концентрация атомов водорода должна быть порядка миллимолей на литр. Такая высокая концентрация водорода возможна только вблизи шпоры. Однако это не может объяснить ни температурную зависимость мономолекулярного процесса образования водорода ( а), ни большое различие коэффициентов а и 32 для дейтерированного и недейтерированного гексана. Необходимо выяснить, происходит ли выделение дейтерия вследствие различия в нулевой энергии по реакционному пути, отличающемуся от пути образования водорода. [30]