ºÝºÝߣ

ºÝºÝߣShare a Scribd company logo

G. VASARU - Separarea izotopilor stabili prin termodifuzie

•
•
Gheorghe Vasaru
Gheorghe Vasaru

In cadrul prezentei lucrări se prezintă, pe scurt, rezultatele cercetãrilor efectuate in cadrul Institutului Naţional de Cercetare şi Dezvoltare pentru Tehnologii Izotopice şi Moleculare (INCDTIM) din Cluj-Napoca, legate de separarea izotopilor stabili prin termodifuzie.

1 of 6
Download to read offline
SEPARAREA IZOTOPILOR STABILI PRIN TERMODIFUZIE Gheorghe Văsaru Aleea Tarniţa Nr. 7, Apt. 11, R-3400 Cluj-Napoca 15, ROMANIA E-mail: gvasaru@hotmail.com Introducerea izotopilor stabili în activitatea de cercetare sau în energetica nucleară a fost posibilă datorită eforturilor depuse în ultimele decenii în domeniul elaborării tehnologiilor de separare izotopică, capabile să permită obţinerea acestora în cantităţi şi la concentraţii dorite, la preţuri avantajoase, de punere la punct a unor metode de analiză izotopică sensibile, accesibile şi operative. Procedeele de separare izotopică sunt numeroase şi variate. Alegerea procedeului pentru un anumit caz concret presupune examinarea în prealabil a cel puţin trei factori de importanţă capitalã şi anume: ­ cantitatea şi concentraţia necesare de izotop; ­ proprietăţile fizico-chimice ale substanţei ce va fi utilizatã ca materie primã, de care depinde, în ultimă instanţă, factorul de separare - parametrul fundamental al oricărui procedeu; ­ economicitatea, determinante în acest caz fiind consumul de energie, investiţia pe unitatea de produs şi cheltuielile de operare. Printre metodele de separare izotopică abordate în cadrul Institutului Naţional de Cercetare şi Dezvoltare pentru Tehnologii Izotopice şi Moleculare (INCDTIM) din Cluj-Napoca se numără şi termodifuzia. In cadrul prezentei lucrări vom trece in revistă, pe scurt, rezultatele cercetãrilor efectuate in cadrul acestui institut, legate de această metodă de separare. 1. Principiul metodei Fenomenul de transport numit termodifuzie prezintă un interes deosebit atât din punct de vedere practic, fiind utilizat la separarea izotopilor, cât şi din punct de vedere teoretic, datorită strânsei dependenţe a acestuia de forţele intermoleculare. Esenţa acestui fenomen constă în faptul că în prezenţa unui gradient de temperatură într-un amestec gazos, binar sau multicomponent, are loc un transport de substanţă, care creează un gradient de concentraţie: componenta uşoară se concentrează în regiunea cu temperatura mai ridicată în timp ce componenta mai grea în regiunea cu temperatura mai scăzută. Mărimea efectului elementar de separare prin termodifuzie pentru un anumit amestec izotopic este determinată de valoarea factorului de termodifuzie. Cunoaşterea acestui factor este deosebit de importantă în operaţia de selectare a celei mai convenabile materii prime pentru separarea unui anumit izotop. Lui i s-au consacrat un mare număr de lucrãri, atât pentru calculul valorii sale pentru diferite amestecuri izotopice sau gazoase, în ipoteza unor anumite tipuri de interacţiune moleculară, cât şi pentru determinarea sa pe cale experimentală. Urmarea acestor cercetări a constituit-o întocmirea de tabele cu valorile numerice ale acestui important parametru, utilizabile atât în cercetările teoretice cât şi în cele practice, de separare izotopică.
2. Aplicaţiile metodei Deşi descoperit cu peste 80 de ani in urmã, prevăzându-se încă de la început posibilitatea unei separări parţiale a izotopilor, acest fenomen nu a putut fi aplicat în acest scop decât mult mai târziu, după aproape 20 de ani, datoritã efectului elementar de separare extrem de mic. Interesul pentru el a fost stimulat de descoperirea în anul 1938, de către K. Clusius şi G. Dickel a modalităţii de multiplicare a procesului elementar de separare într-o coloană. Aceastã descoperire a făcut posibilã utilizarea fenomenului la separarea aproape totală a o serie de izotopi sau componenţi ai diferitelor amestecuri. O a doua importantă descoperire a lui K. Clusius, care a facilitat îmbunătăţirea separării izotopice într-o coloană a constat în adăugarea unui gaz auxiliar unui amestec izotopic binar, în special în acele cazuri în care se dispune de o cantitate redusă de substanţă de separare şi se doreşte obţinerea unei concentraţii izotopice mai înalte sau chiar o separare totalã a celor doi izotopi. Acest gaz trebuie sã se comporte ca un al treilea izotop, de masă intermediară, uşor separabil de ceilalţi doi izotopi, prin metode fizice sau chimice. Această metodă numită metoda gazului auxiliar, este aplicabilă şi amestecurilor izotopice ternare sau multicomponente. In cazurile în care se impune un grad înalt de puritate, o singură coloană nu satisface în întregime acest deziderat. Din acest motiv mai multe astfel de coloane sunt conectate între ele, prin intermediul unor tuburi cu diametrul de ordinul mm, într-o configuraţie serie ­ paralel, numitã cascadă. Aşa dar, elementul de bazã al unei astfel de cascade îl reprezintă coloana de termodifuzie. Ea constă dintr-un tub de sticlă sau metalic, de rază r1, menţinut la o temperaturã T1 (prin răcire cu apă), în interiorul căruia este fixat un alt tub, de rază r2, concentric cu primul tub, menţinut la o temperatură T2, (T2 >> T1). Amestecul izotopic gazos este întrodus în spaţiul inelar dintre aceste două tuburi. Gradientul de temperatură existent în coloană generează două efecte: primul, de termodifuzie, în direcţia gradientului termic şi al doilea, de convecţie a gazului, în sus, în vecinătatea tubului (peretelui) cald şi în jos, în vecinătatea celui rece. Combinarea efectului de termodifuzie cu cel convectiv conduce la o multiplicare a efectului elementar de separare, separarea maximă obţinându-se la stabilirea stării staţionare, adică a acelei stări în care efectul combinat al termodifuziei cu cel al convecţiei este echilibrat de efectul opus al difuziei de concentraţie. Astfel, amestecul izotopic va fi îmbogăţit în izotopul uşor la vârful coloanei şi respectiv, în izotopul greu, la baza acesteia. Experimental se impune însă asigurarea condiţiilor care să poată împiedeca apariţia turbulenţei. Aceste condiţii limiteazã într-o oarecare măsură eficienţa coloanei. Tipurile de coloane utilizate frecvent în practică se pot grupa în două categorii. Din prima categorie fac parte coloanele cu razele tuburilor foarte apropiate între ele (deci cu spaţii inelare foarte mici între cei doi pereţi ai coloanei). Acestea sunt coloanele de tip tub concentric. Din categoria doua fac parte coloanele în care tubul interior este înlocuit cu o sârmă menţinută la o temperaturã ridicată, prin încălzire electricã. Acestea sunt coloanele de tip cu fir cald. Din prima categorie fac parte coloanele al căror raport al razelor, r1/r2, este cuprins între 1 şi 3; din categoria doua fac parte cele ale căror raport de raze variază între 5 şi 50.
3. Cercetări în domeniul termodifuziei efectuate la INCDTIM Cluj-Napoca Activitatea de cercetare în acest domeniu s-a desfăşurat în cadrul unui colectiv de fizicieni, matematicieni şi ingineri pe o duratã de peste 20 de ani. In acest interval de timp au fost abordate practic toate aspectele teoretice şi experimentale legate de acest fenomen de transport. Au fost construite şi experimentate diferite tipuri de coloane (cu fir cald şi cu tub concentric) în standuri special construite în acest scop. Aceste studii au stat la baza elaborării, proiectării, construcţiei şi experimentării a 4 tipuri de cascade de termodifuzie destinate separărilor de izotopi, după cum urmează: a. Cascadă de termodifuzie pentru separarea izotopilor azotului A cuprins 4 coloane de termodifuzie cu fir cald, cu lungimea de 2,5 m fiecare. Operată la temperatura de 7000 C şi presiunea de 798 mmHg., aceasta a permis obţinerea unui factor de separare pentru izotopul 15 N, de Q = 10. Astfel de cascade sunt utile în cazurile în care este nevoie de reconcentrări izotopice finale sau chiar medii ale acestui izotop, corespunzător factorului de separare de mai sus. Necesităţi de acest gen apar frecvent în cadrul laboratoarelor ce utilizează 15 N în diferite cercetări. b. Cascadă de termodifuzie pentru separarea izotopilor carbonului Are în structura ei 18 coloane de tip tub concentric, cu lungimea de 4 m fiecare. Aceste coloane sunt grupate într-o configuraţie serie ­ paralel, în 7 etaje: primul etaj conţine 8 coloane, al doilea 4 coloane, al treilea 2 coloane iar restul câte o coloană. Operată la temperatura de 4000 C şi presiunea de 1,05 atm., cascada a permis îmbogăţirea 13 C din metan, de la concentraţia naturală de 1,1% 13 C, la concentraţia de 28% 13 C. Instalaţia a fost prevăzută cu o unitate de purificare a metanului folosit ca materie primă şi cu sisteme speciale de urmărire şi control a presiunii de operare, extracţiei produsului şi deşeului, de control şi înlăturare a impurităţilor, de control a circulaţiei gazului între etaje. Instalaţia a fost operată în sistem semiautomat. Aflată acum într-un stadiu avansat de reconstrucţie şi modernizare aceasta va fi utilizată pentru îmbogăţirea finală a monoxidului de carbon îmbogăţit primar în 13 C prin distilare la temperatură joasă. c. Cascadă de termodifuzie pentru separarea izotopilor neonului A fost compusă din 8 coloane de tip cu fir cald, conectate în serie. Lungimea fiecărei coloane: 4 m. Operată la temperatura de 8000 C şi presiunea de 1 atm., instalaţia a permis îmbogăţirea izotopilor 20 Ne şi 22 Ne la concentraţii de 99%, pornind de la neonul de concentraţie izotopică naturală (90,92% 20 Ne şi respectiv 8,82% 22 Ne). Instalaţia a funcţionat în regim de alimentare şi extracţie automat. d. Cascadă polivalentă pentru separarea izotopilor argonului şi kriptonului
Această cascadă a fost astfel concepută încât să permită realizarea a două deziderate: ­ separarea simultană a izotopilor 78 Kr şi 86 Kr; ­ separarea simultană a izotopilor 36 Ar şi 86 Kr. In prima variantă s-a utilizat întreaga cascadă, compusă din 35 coloane identice, de tip cu fir cald, de 4 m lungime fiecare, dispuse în 15 etaje, pe două secţiuni: secţiunea superioară cu 15 coloane (în configuraţia 8:2:1:1:1:1:1) şi secţiunea inferioară cu 20 coloane (în configuraţia 4:4:4:4:1:1:1:1). In varianta a doua, secţiunea superioară este alimentată cu argon iar secţiunea inferioară cu kripton, ambele gaze având concentraţiile izotopice naturale. Extracţia produsului în prima variantă s-a făcut la vârful cascadei pentru izotopul 78 Kr şi la baza acesteia pentru izotopul 86 Kr. Izotopii intermediari s-au extras prin locurile special prevăzute acestui scop, situate pe distanţa dintre baza şi vârful cascadei. Extracţia produsului în varianta a doua s-a făcut astfel: izotopul 36 Ar s-a extras la vârful secţiunii superioare a cascadei iar izotopul 86 Kr la baza secţiunii inferioare a acesteia. In ambele variante operarea a avut loc la o temperatură a firului cald de 8000 C şi presiunea de 1,04 atm. Această cascadă a permis îmbogăţirea izotopului 36 Ar de la concentraţia izotopică naturală de 0,337%, la concentraţia de 99%. Simultan ea a putut asigura şi îmbogăţirea izotopului 86 Kr de la concentraţia naturală de 17,37%, la concentraţia de 90%. Operată numai cu kripton, cascada a permis îmbogăţirea izotopului 78 Kr de la concentraţia naturală de 0,354%, la concentraţia de 50%. Produşii rezultaţi au fost stocaţi în rezervoare special prevăzute în acest scop. Cascada a fost semiautomată, putând să funcţioneze fără supraveghere. Ea a fost prevăzută cu aparatură de măsură şi control, destinată menţinerii constante a parametrilor de operare pe durata funcţionării sau întreruperii acesteia în cazul apariţiei unor perturbaţii în sistemul de alimentare cu energie electrică sau cu apă de răcire. Rezultatele obţinute pe durata cercetărilor au făcut obiectul a numeroase publicaţii şi comunicări ştiinţifice în ţară şi străinătate. S-a elaborat o bibliografie specială consacrată fenomenului de termodifuzie pentru perioada 1856 ­ 1966,(G. Văsaru, I. Râp: Thermal Diffusion, Bibliographical Series No. 28, IAEA, Vienna, 1968, 1650 titluri, 345 p.). Recent s-a finalizat continuarea acestei bibliografii, pentru perioada 1965 - 1995 (G. Văsaru: Thermal Diffusion Bibliography 1965 – 1995), Cluj- Napoca şi Nagoya, Aprilie, 1996, 1781 titluri, 223 p.). Inafară de monografiile publicate în ţară, relativ la tematica îmbogăţirii izotopilor stabili, s-au mai elaborat şi publicat în străinătate 7 lucrări legate de această problematică: 1. G. Văsaru: Methods of Separating Stable Isotopes, USAEC, Mound Laboratory, Miamisburg, Ohio, 1965 (112 p.). 2. G. Văsaru: Thermal Diffusion in Isotopic Gaseous Mixtures Fortschritte der Physik, 15, Akademie-Verlag, GmbH Berlin, 1967 (112 p.). 3. G. Văsaru, G. Müller, G. Reinhold, T. Fodor: Thermal Diffusion Column. Theory and Practice with Particular Emphasis to Isotope Separation
VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1969, (210 p.). 4. G. Văsaru: Les isotopes stables CEA¬ CEN Saclay, 1970 (370 p.). 5. G. Văsaru: Separation of Isotopes by Thermal Diffusion USERDA¬ Oak Ridge, Tennessee, 1975 (376 p.). 6. G. Văsaru, D. Ursu, A. Mihăilă, P.Szentgyörgyi: Deuterium and Heavy Water. A Selected Bibliography Elsevier Sci. Publ., Amsterdam, 1975 (806 p.) 7. G. Văsaru: Tritium Isotope Separation CRC Press Inc. Boca Raton, Florida, SUA, 1993 (304 p.). 4. Concluzii: O analiză retroactivă a cercetărilor şi rezultatelor legate de separarea diferiţilor izotopi prin termodifuzie, ne permite să tragem următoarele concluzii: - Termodifuzia reprezintă o metodă adecvată pentru separarea izotopilor hidrogenului (deuteriu şi tritiu) şi pentru separarea izotopilor gazelor nobile (He, Ne, Ar, Kr, Xe); - Termodifuzia rămâne un procedeu competitiv şi pentru îmbogăţirea 13 C folosind metanul ca materie primă de separare, aceasta pentru producţii anuale de până la 100g. - In ultimul timp termodifuzia tinde să fie utilizată ca metodă de îmbogăţire finală a 17 O. Particularitatea esenţială a instalaţiilor de separare izotopică prin termodifuzie constă în nespecificitatea lor, acelaşi echipament putând fi utilizat şi pentru separarea izotopilor altor elemente chimice, nefiind necesară construirea de noi instalaţii destinate acestui scop, aşa cum este cazul pentru majoritatea celorlalte procedee de separare. Dat fiind costul scăzut al investiţiilor pentru construirea cascadelor de termodifuzie, metoda se recomandă economic pentru obţinerea izotopilor la scară mică, de laborator.
G. VASARU - Separarea izotopilor stabili prin termodifuzie

More Related Content

G. VASARU - Separarea izotopilor stabili prin termodifuzie

  • 1. SEPARAREA IZOTOPILOR STABILI PRIN TERMODIFUZIE Gheorghe Văsaru Aleea TarniÅ£a Nr. 7, Apt. 11, R-3400 Cluj-Napoca 15, ROMANIA E-mail: gvasaru@hotmail.com Introducerea izotopilor stabili în activitatea de cercetare sau în energetica nucleară a fost posibilă datorită eforturilor depuse în ultimele decenii în domeniul elaborării tehnologiilor de separare izotopică, capabile să permită obÅ£inerea acestora în cantităţi ÅŸi la concentraÅ£ii dorite, la preÅ£uri avantajoase, de punere la punct a unor metode de analiză izotopică sensibile, accesibile ÅŸi operative. Procedeele de separare izotopică sunt numeroase ÅŸi variate. Alegerea procedeului pentru un anumit caz concret presupune examinarea în prealabil a cel puÅ£in trei factori de importanţă capitalã ÅŸi anume: ­ cantitatea ÅŸi concentraÅ£ia necesare de izotop; ­ proprietăţile fizico-chimice ale substanÅ£ei ce va fi utilizatã ca materie primã, de care depinde, în ultimă instanţă, factorul de separare - parametrul fundamental al oricărui procedeu; ­ economicitatea, determinante în acest caz fiind consumul de energie, investiÅ£ia pe unitatea de produs ÅŸi cheltuielile de operare. Printre metodele de separare izotopică abordate în cadrul Institutului NaÅ£ional de Cercetare ÅŸi Dezvoltare pentru Tehnologii Izotopice ÅŸi Moleculare (INCDTIM) din Cluj-Napoca se numără ÅŸi termodifuzia. In cadrul prezentei lucrări vom trece in revistă, pe scurt, rezultatele cercetãrilor efectuate in cadrul acestui institut, legate de această metodă de separare. 1. Principiul metodei Fenomenul de transport numit termodifuzie prezintă un interes deosebit atât din punct de vedere practic, fiind utilizat la separarea izotopilor, cât ÅŸi din punct de vedere teoretic, datorită strânsei dependenÅ£e a acestuia de forÅ£ele intermoleculare. EsenÅ£a acestui fenomen constă în faptul că în prezenÅ£a unui gradient de temperatură într-un amestec gazos, binar sau multicomponent, are loc un transport de substanţă, care creează un gradient de concentraÅ£ie: componenta uÅŸoară se concentrează în regiunea cu temperatura mai ridicată în timp ce componenta mai grea în regiunea cu temperatura mai scăzută. Mărimea efectului elementar de separare prin termodifuzie pentru un anumit amestec izotopic este determinată de valoarea factorului de termodifuzie. CunoaÅŸterea acestui factor este deosebit de importantă în operaÅ£ia de selectare a celei mai convenabile materii prime pentru separarea unui anumit izotop. Lui i s-au consacrat un mare număr de lucrãri, atât pentru calculul valorii sale pentru diferite amestecuri izotopice sau gazoase, în ipoteza unor anumite tipuri de interacÅ£iune moleculară, cât ÅŸi pentru determinarea sa pe cale experimentală. Urmarea acestor cercetări a constituit-o întocmirea de tabele cu valorile numerice ale acestui important parametru, utilizabile atât în cercetările teoretice cât ÅŸi în cele practice, de separare izotopică.
  • 2. 2. AplicaÅ£iile metodei DeÅŸi descoperit cu peste 80 de ani in urmã, prevăzându-se încă de la început posibilitatea unei separări parÅ£iale a izotopilor, acest fenomen nu a putut fi aplicat în acest scop decât mult mai târziu, după aproape 20 de ani, datoritã efectului elementar de separare extrem de mic. Interesul pentru el a fost stimulat de descoperirea în anul 1938, de către K. Clusius ÅŸi G. Dickel a modalităţii de multiplicare a procesului elementar de separare într-o coloană. Aceastã descoperire a făcut posibilã utilizarea fenomenului la separarea aproape totală a o serie de izotopi sau componenÅ£i ai diferitelor amestecuri. O a doua importantă descoperire a lui K. Clusius, care a facilitat îmbunătăţirea separării izotopice într-o coloană a constat în adăugarea unui gaz auxiliar unui amestec izotopic binar, în special în acele cazuri în care se dispune de o cantitate redusă de substanţă de separare ÅŸi se doreÅŸte obÅ£inerea unei concentraÅ£ii izotopice mai înalte sau chiar o separare totalã a celor doi izotopi. Acest gaz trebuie sã se comporte ca un al treilea izotop, de masă intermediară, uÅŸor separabil de ceilalÅ£i doi izotopi, prin metode fizice sau chimice. Această metodă numită metoda gazului auxiliar, este aplicabilă ÅŸi amestecurilor izotopice ternare sau multicomponente. In cazurile în care se impune un grad înalt de puritate, o singură coloană nu satisface în întregime acest deziderat. Din acest motiv mai multe astfel de coloane sunt conectate între ele, prin intermediul unor tuburi cu diametrul de ordinul mm, într-o configuraÅ£ie serie ­ paralel, numitã cascadă. AÅŸa dar, elementul de bazã al unei astfel de cascade îl reprezintă coloana de termodifuzie. Ea constă dintr-un tub de sticlă sau metalic, de rază r1, menÅ£inut la o temperaturã T1 (prin răcire cu apă), în interiorul căruia este fixat un alt tub, de rază r2, concentric cu primul tub, menÅ£inut la o temperatură T2, (T2 >> T1). Amestecul izotopic gazos este întrodus în spaÅ£iul inelar dintre aceste două tuburi. Gradientul de temperatură existent în coloană generează două efecte: primul, de termodifuzie, în direcÅ£ia gradientului termic ÅŸi al doilea, de convecÅ£ie a gazului, în sus, în vecinătatea tubului (peretelui) cald ÅŸi în jos, în vecinătatea celui rece. Combinarea efectului de termodifuzie cu cel convectiv conduce la o multiplicare a efectului elementar de separare, separarea maximă obÅ£inându-se la stabilirea stării staÅ£ionare, adică a acelei stări în care efectul combinat al termodifuziei cu cel al convecÅ£iei este echilibrat de efectul opus al difuziei de concentraÅ£ie. Astfel, amestecul izotopic va fi îmbogăţit în izotopul uÅŸor la vârful coloanei ÅŸi respectiv, în izotopul greu, la baza acesteia. Experimental se impune însă asigurarea condiÅ£iilor care să poată împiedeca apariÅ£ia turbulenÅ£ei. Aceste condiÅ£ii limiteazã într-o oarecare măsură eficienÅ£a coloanei. Tipurile de coloane utilizate frecvent în practică se pot grupa în două categorii. Din prima categorie fac parte coloanele cu razele tuburilor foarte apropiate între ele (deci cu spaÅ£ii inelare foarte mici între cei doi pereÅ£i ai coloanei). Acestea sunt coloanele de tip tub concentric. Din categoria doua fac parte coloanele în care tubul interior este înlocuit cu o sârmă menÅ£inută la o temperaturã ridicată, prin încălzire electricã. Acestea sunt coloanele de tip cu fir cald. Din prima categorie fac parte coloanele al căror raport al razelor, r1/r2, este cuprins între 1 ÅŸi 3; din categoria doua fac parte cele ale căror raport de raze variază între 5 ÅŸi 50.
  • 3. 3. Cercetări în domeniul termodifuziei efectuate la INCDTIM Cluj-Napoca Activitatea de cercetare în acest domeniu s-a desfăşurat în cadrul unui colectiv de fizicieni, matematicieni ÅŸi ingineri pe o duratã de peste 20 de ani. In acest interval de timp au fost abordate practic toate aspectele teoretice ÅŸi experimentale legate de acest fenomen de transport. Au fost construite ÅŸi experimentate diferite tipuri de coloane (cu fir cald ÅŸi cu tub concentric) în standuri special construite în acest scop. Aceste studii au stat la baza elaborării, proiectării, construcÅ£iei ÅŸi experimentării a 4 tipuri de cascade de termodifuzie destinate separărilor de izotopi, după cum urmează: a. Cascadă de termodifuzie pentru separarea izotopilor azotului A cuprins 4 coloane de termodifuzie cu fir cald, cu lungimea de 2,5 m fiecare. Operată la temperatura de 7000 C ÅŸi presiunea de 798 mmHg., aceasta a permis obÅ£inerea unui factor de separare pentru izotopul 15 N, de Q = 10. Astfel de cascade sunt utile în cazurile în care este nevoie de reconcentrări izotopice finale sau chiar medii ale acestui izotop, corespunzător factorului de separare de mai sus. Necesităţi de acest gen apar frecvent în cadrul laboratoarelor ce utilizează 15 N în diferite cercetări. b. Cascadă de termodifuzie pentru separarea izotopilor carbonului Are în structura ei 18 coloane de tip tub concentric, cu lungimea de 4 m fiecare. Aceste coloane sunt grupate într-o configuraÅ£ie serie ­ paralel, în 7 etaje: primul etaj conÅ£ine 8 coloane, al doilea 4 coloane, al treilea 2 coloane iar restul câte o coloană. Operată la temperatura de 4000 C ÅŸi presiunea de 1,05 atm., cascada a permis îmbogăţirea 13 C din metan, de la concentraÅ£ia naturală de 1,1% 13 C, la concentraÅ£ia de 28% 13 C. InstalaÅ£ia a fost prevăzută cu o unitate de purificare a metanului folosit ca materie primă ÅŸi cu sisteme speciale de urmărire ÅŸi control a presiunii de operare, extracÅ£iei produsului ÅŸi deÅŸeului, de control ÅŸi înlăturare a impurităţilor, de control a circulaÅ£iei gazului între etaje. InstalaÅ£ia a fost operată în sistem semiautomat. Aflată acum într-un stadiu avansat de reconstrucÅ£ie ÅŸi modernizare aceasta va fi utilizată pentru îmbogăţirea finală a monoxidului de carbon îmbogăţit primar în 13 C prin distilare la temperatură joasă. c. Cascadă de termodifuzie pentru separarea izotopilor neonului A fost compusă din 8 coloane de tip cu fir cald, conectate în serie. Lungimea fiecărei coloane: 4 m. Operată la temperatura de 8000 C ÅŸi presiunea de 1 atm., instalaÅ£ia a permis îmbogăţirea izotopilor 20 Ne ÅŸi 22 Ne la concentraÅ£ii de 99%, pornind de la neonul de concentraÅ£ie izotopică naturală (90,92% 20 Ne ÅŸi respectiv 8,82% 22 Ne). InstalaÅ£ia a funcÅ£ionat în regim de alimentare ÅŸi extracÅ£ie automat. d. Cascadă polivalentă pentru separarea izotopilor argonului ÅŸi kriptonului
  • 4. Această cascadă a fost astfel concepută încât să permită realizarea a două deziderate: ­ separarea simultană a izotopilor 78 Kr ÅŸi 86 Kr; ­ separarea simultană a izotopilor 36 Ar ÅŸi 86 Kr. In prima variantă s-a utilizat întreaga cascadă, compusă din 35 coloane identice, de tip cu fir cald, de 4 m lungime fiecare, dispuse în 15 etaje, pe două secÅ£iuni: secÅ£iunea superioară cu 15 coloane (în configuraÅ£ia 8:2:1:1:1:1:1) ÅŸi secÅ£iunea inferioară cu 20 coloane (în configuraÅ£ia 4:4:4:4:1:1:1:1). In varianta a doua, secÅ£iunea superioară este alimentată cu argon iar secÅ£iunea inferioară cu kripton, ambele gaze având concentraÅ£iile izotopice naturale. ExtracÅ£ia produsului în prima variantă s-a făcut la vârful cascadei pentru izotopul 78 Kr ÅŸi la baza acesteia pentru izotopul 86 Kr. Izotopii intermediari s-au extras prin locurile special prevăzute acestui scop, situate pe distanÅ£a dintre baza ÅŸi vârful cascadei. ExtracÅ£ia produsului în varianta a doua s-a făcut astfel: izotopul 36 Ar s-a extras la vârful secÅ£iunii superioare a cascadei iar izotopul 86 Kr la baza secÅ£iunii inferioare a acesteia. In ambele variante operarea a avut loc la o temperatură a firului cald de 8000 C ÅŸi presiunea de 1,04 atm. Această cascadă a permis îmbogăţirea izotopului 36 Ar de la concentraÅ£ia izotopică naturală de 0,337%, la concentraÅ£ia de 99%. Simultan ea a putut asigura ÅŸi îmbogăţirea izotopului 86 Kr de la concentraÅ£ia naturală de 17,37%, la concentraÅ£ia de 90%. Operată numai cu kripton, cascada a permis îmbogăţirea izotopului 78 Kr de la concentraÅ£ia naturală de 0,354%, la concentraÅ£ia de 50%. ProduÅŸii rezultaÅ£i au fost stocaÅ£i în rezervoare special prevăzute în acest scop. Cascada a fost semiautomată, putând să funcÅ£ioneze fără supraveghere. Ea a fost prevăzută cu aparatură de măsură ÅŸi control, destinată menÅ£inerii constante a parametrilor de operare pe durata funcÅ£ionării sau întreruperii acesteia în cazul apariÅ£iei unor perturbaÅ£ii în sistemul de alimentare cu energie electrică sau cu apă de răcire. Rezultatele obÅ£inute pe durata cercetărilor au făcut obiectul a numeroase publicaÅ£ii ÅŸi comunicări ÅŸtiinÅ£ifice în Å£ară ÅŸi străinătate. S-a elaborat o bibliografie specială consacrată fenomenului de termodifuzie pentru perioada 1856 ­ 1966,(G. Văsaru, I. Râp: Thermal Diffusion, Bibliographical Series No. 28, IAEA, Vienna, 1968, 1650 titluri, 345 p.). Recent s-a finalizat continuarea acestei bibliografii, pentru perioada 1965 - 1995 (G. Văsaru: Thermal Diffusion Bibliography 1965 – 1995), Cluj- Napoca ÅŸi Nagoya, Aprilie, 1996, 1781 titluri, 223 p.). Inafară de monografiile publicate în Å£ară, relativ la tematica îmbogăţirii izotopilor stabili, s-au mai elaborat ÅŸi publicat în străinătate 7 lucrări legate de această problematică: 1. G. Văsaru: Methods of Separating Stable Isotopes, USAEC, Mound Laboratory, Miamisburg, Ohio, 1965 (112 p.). 2. G. Văsaru: Thermal Diffusion in Isotopic Gaseous Mixtures Fortschritte der Physik, 15, Akademie-Verlag, GmbH Berlin, 1967 (112 p.). 3. G. Văsaru, G. Müller, G. Reinhold, T. Fodor: Thermal Diffusion Column. Theory and Practice with Particular Emphasis to Isotope Separation
  • 5. VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, 1969, (210 p.). 4. G. Văsaru: Les isotopes stables CEA¬ CEN Saclay, 1970 (370 p.). 5. G. Văsaru: Separation of Isotopes by Thermal Diffusion USERDA¬ Oak Ridge, Tennessee, 1975 (376 p.). 6. G. Văsaru, D. Ursu, A. Mihăilă, P.Szentgyörgyi: Deuterium and Heavy Water. A Selected Bibliography Elsevier Sci. Publ., Amsterdam, 1975 (806 p.) 7. G. Văsaru: Tritium Isotope Separation CRC Press Inc. Boca Raton, Florida, SUA, 1993 (304 p.). 4. Concluzii: O analiză retroactivă a cercetărilor ÅŸi rezultatelor legate de separarea diferiÅ£ilor izotopi prin termodifuzie, ne permite să tragem următoarele concluzii: - Termodifuzia reprezintă o metodă adecvată pentru separarea izotopilor hidrogenului (deuteriu ÅŸi tritiu) ÅŸi pentru separarea izotopilor gazelor nobile (He, Ne, Ar, Kr, Xe); - Termodifuzia rămâne un procedeu competitiv ÅŸi pentru îmbogăţirea 13 C folosind metanul ca materie primă de separare, aceasta pentru producÅ£ii anuale de până la 100g. - In ultimul timp termodifuzia tinde să fie utilizată ca metodă de îmbogăţire finală a 17 O. Particularitatea esenÅ£ială a instalaÅ£iilor de separare izotopică prin termodifuzie constă în nespecificitatea lor, acelaÅŸi echipament putând fi utilizat ÅŸi pentru separarea izotopilor altor elemente chimice, nefiind necesară construirea de noi instalaÅ£ii destinate acestui scop, aÅŸa cum este cazul pentru majoritatea celorlalte procedee de separare. Dat fiind costul scăzut al investiÅ£iilor pentru construirea cascadelor de termodifuzie, metoda se recomandă economic pentru obÅ£inerea izotopilor la scară mică, de laborator.