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穩(wěn)定同位素氣體的天然豐度和分離
2011-10-31 9:26:14
0
穩(wěn)定氣體同位素在自然界中的豐度,又稱天然存在比,指的是該同位素在這種元素的所有天然同位素中所占的比例。豐度的大小一般以百分數(shù)表示。人造同位素的豐度為零,例如在電光源
HID
燈中被廣泛使用的氪
-85
(
Kr-85
)就是人造同位素,具有一定的放射性。
周期表上所列的原子量實際上是各種同位素按豐度加權的平均值,這是因為各種同位素在自然界中往往分布的比較均勻,取平均值計算比較準確。
同位素氣體
英文名
化學式
自然豐度
氬
-36
Argon-36
36
Ar
0.337%
氬
-38
Argon-38
38
Ar
0.63%
氬
-40
Argon-40
40
Ar
99.6%
碳
-13
Carbon-13
13
C
1.1%
氯
-35
Chlorine-35
35
Cl
75.77%
氯
-37
Chlorine-37
37
Cl
24.23%
氘
Deuterium
D
2
0.015%
氦
-3
Helium-3
3
He
1.38 x 10
-6
%
氪
-78
Krypton-78
78
Kr
0.35%
氪
-80
Krypton-80
80
Kr
2.25%
氪
-82
Krypton-82
82
Kr
11.6%
氪
-83
Krypton-83
83
Kr
11.5%
氪
-84
Krypton-84
84
Kr
57.0%
氪
-86
Krypton-86
86
Kr
17.3%
氖
-20
Neon-20
20
Ne
90.48%
氖
-21
Neon-21
21
Ne
0.27%
氖
-22
Neon-22
22
Ne
9.25%
氮
-15
Nitrogen-15
15
N
2
0.37%
氧
-16
Oxygen-16
16
O
2
99.76%
氧
-17
Oxygen-17
17
O
2
0.04%
氧
-18
Oxygen-18
18
O
2
0.2%
氙
-124
Xenon-124
124
Xe
0.1%
氙
-126
Xenon-126
126
Xe
0.09%
氙
-128
Xenon-128
128
Xe
1.91%
氙
-129
Xenon-129
129
Xe
26.4%
氙
-131
Xenon-131
131
Xe
21.2%
氙
-132
Xenon-132
132
Xe
26.9%
氙
-134
Xenon-134
134
Xe
10.4%
氙
-136
Xenon-136
136
Xe
8.9%
氣體同位素的分離主要方法有氣體擴散法離子交換法、氣體離心法,另外還有蒸餾法、電解法、電磁法、電流法等,其中以氣體擴散法最成熟?!皾饪s”的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素豐度的同位素分離過程,例如從天然鈾生產(chǎn)濃縮鈾或從普通水生產(chǎn)重水。
氣體擴散法
——
這是商業(yè)開發(fā)的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質(zhì)量的同位素在轉(zhuǎn)化為氣態(tài)時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級,當高壓氣體透過在級聯(lián)中順序安裝的多孔鎳膜時,其輕分子氣體的氣體更快地通過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已通過膜管的氣體隨后被泵送到下一級,而留在膜管中的氣體則返回到較低級進行再循環(huán)。在每一級中,濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾
-235
豐度需要
1000
級以上。
氣體離心法
——
在這類工藝中,氣體被壓縮通過一系列高速旋轉(zhuǎn)的圓筒,或離心機。同位素重分子氣體比輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出,并輸送到另一臺離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機,其同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比,氣體離心法所需的電能要小很多,因此該法已被大多數(shù)新濃縮廠所采用。
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