Изобретение относится к методам разделения изотопов водорода, находящихся, например, в газовой фазе, в газовой смеси, выделяющейся при работе ядерных реакторов, а также при обеспечении топливом установок термоядерного синтеза.
Известен способ разделения изотопов одного химического элемента методом термодиффузии [1]. Наиболее близким к изобретению является способ извлечения изотопов водорода [2]. Известный способ заключается в следующем. Сплав на основе титана помещают в камеру, через которую пропускают поток водорода, содержащий тяжелые изотопы. Температуру процесса фиксируют в диапазоне -20. ..+40оС, а давление газовой смеси подбирают таким образом, чтобы оно было выше давления диссоциации гидрида, хотя бы для одного из изотопов водорода при данной температуре.
В результате насыщения, проводимого в этих условиях, содержание в металле водорода и его изотопов увеличивается, причем в ряде случаев (например, в сплаве титан-хром) отношение концентраций тяжелого и легкого изотопов в гидриде оказывается выше, чем в газовой фазе. После насыщения гидрид изолируют и подвергают термическому разложению при фиксированной температуре. При этом выделение различных изотопов из гидрированного металла происходит одновременно, а процентное содержание тяжелого и легкого изотопов в образовавшейся газовой смеси определяется их содержанием в гидриде.
Недостатком известного способа является невозможность раздельного извлечения изотопов водорода.
Целью изобретения является создание способа раздельного извлечения изотопов водорода из гидрированного титана. Это достигается тем, что металлический титан, находящийся в предварительно вакуумированном до 10-3 Па и нагретом до 700оС реакторе, подвергают контакту с газовой смесью изотопов водорода в течение 30 мин с образованием гидридно-дейтеридной фазы, после чего реактор охлаждают до 200оС, повторно вакуумируют и нагревают со скоростью 10 град/мин до 670оС и далее с той же скоростью до 700-800оС, причем поток дейтерия, десорбируемого до 670оС, изолируют от потока водорода, десорбируемого при 700-800оС.
П р и м е р. Газовую смесь изотопов водорода подают в предварительно вакуумированный до 10-3 Па и нагретый до 800оС реактор, в котором находится металлический титан, являющийся эффективным поглотителем водорода и его изотопов. Подачу газовой смеси ведут 30 мин. После окончания процесса насыщения, который при указанной температуре протекает весьма интенсивно, камеру охлаждают до 200оС. В результате этой процедуры получается гидридо-дейтерид титана, стабильный при температурах ниже 400оС, содержание водорода (дейтерия) в котором близко к стехиометрическому составу TiH2 (TiD2), то есть на каждый атом титана приходится приблизительно два атома водорода (дейтерия).
При охлаждении до 200оС канал поступления газовой смеси перекрывают, камеру вакуумируют, после чего систему откачки отключают и нагревают реактор со скоростью 10 град/мин.
Как следует из результатов экспериментов, проведенных на установке TG-DSC 111 фирмы СЕТАРАМ (Франция), выделение изотопов водорода из гидридо-дейтерида титана в режиме линейного нагрева оказывается раздельным.
На чертеже изображен график, показывающий разделение потоков водорода и дейтерия в зависимости от температуры.
При температурах, меньших 670оС, происходит выделение дейтерия, а при 700-800оС - водорода. Исследования показали, что разделение изотопов протекает наиболее эффективно, если скорость нагрева составляет 10 град/мин. В этом случае положения пиков, соответствующих выделению дейтерия и водорода, смещены друг относительно друга по шкале температур более, чем на 100оС, а сами пики хорошо разделены, что свидетельствует о высокой эффективности предлагаемого способа разделения изотопов водорода.
Использование больших скоростей нагрева при газовыделении из объема приводит к размытию пиков, их перекрытию и, как следствие, перемешиванию различных потоков. Вместе с тем применение слишком малых скоростей нагрева ведет к уменьшению температурного интервала между пиками, соответствующими выделению различных изотопов водорода, что затрудняет их разделение.
Различная энергия связи водорода и дейтерия с окружающими их атомами металла приводит к различию их термической стабильности в термодинамически неравновесных условиях линейного нагрева, что является причиной разделения во времени потоков водорода и дейтерия.
Таким образом изобретение позволяет производить эффективное разделение изотопов водорода и селективно откачивать их в соответствующие накопительные объемы.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВОБОДНЫХ НЕЙТРОНОВ | 1992 |
|
RU2056656C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ | 2001 |
|
RU2195717C1 |
УНИВЕРСАЛЬНАЯ НЕЙТРОННАЯ ТРУБКА С ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИМИ ИНЖЕКТОРАМИ РАБОЧЕГО ГАЗА | 2015 |
|
RU2601961C1 |
ПЕРВАЯ СТЕНКА ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА | 1989 |
|
SU1681671A1 |
Способ нанесения пленок гидрида металла в вакууме, применение пленки гидрида металла, полученной способом по п.1, и применение субстрата с пленкой гидрида металла, полученной способом по п.1 | 1991 |
|
SU1836487A3 |
Способ получения мелкодисперсных сферических титансодержащих порошков | 2016 |
|
RU2631692C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ УРАНА | 2018 |
|
RU2690764C1 |
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА В ГАЗОВЫХ СРЕДАХ | 1992 |
|
RU2069083C1 |
БЛАНКЕТ-РАЗМНОЖИТЕЛЬ | 2021 |
|
RU2804452C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ТИТАНА | 2015 |
|
RU2628228C2 |
Использование: разделение изотопов водорода в ядерной энергетике, обеспечение топливом установок термоядерного синтеза. Сущность изобретения: реактор с металлическим титаном вакуумируют до 10-3Па и нагревают до 700°С. Подают смесь изотопов водорода 30 мин. Охлаждают реактор до 200°С, повторно вакуумируют и нагревают со скоростью 10 град/мин до 670°С и далее с той же скоростью до 700 - 800°С. Полученные соответственно потоки дейтерия и водорода отделяют друг от друга. 1 ил.
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА ИЗ ГИДРИРОВАННОГО ТИТАНА, включающий вакуумирование реактора с титаном, контактирование последнего с газовой смесью изотопов водорода, повторное вакуумирование реактора и его нагрев, отличающийся тем, что вакуумирование реактора ведут до давления 10-3 Па, контактирование титана с газовой смесью изотопов водорода осуществляют при 700oС 30 мин, после чего реактор охлаждают до 200oС, а нагрев ведут со скоростью 10 град/мин до 670oС и далее с той же скоростью до 700 - 800oС, причем полученные при указанных температурах соответственно потоки дейтерия и водорода отделяют друг от друга.
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Патент США N 4075312, кл | |||
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Чугунный экономайзер с вертикально-расположенными трубами с поперечными ребрами | 1911 |
|
SU1978A1 |
Авторы
Даты
1994-11-30—Публикация
1991-09-06—Подача