КАК РАЗДЕЛЯЮТ ИЗОТОПЫ
Ядра атомов изотопов одного и того же элемента имеют разное число частиц и потому во многих отношениях отличны друг от друга. Для производства атомной энергии необходимо иметь ряд изотопов в совершенно чистом виде. К числу таких изотопов относятся уран 235, дейтерий, тритий и т. д. Как же разделяют изотопы?
Атомы разных элементов обладают различными химическими свойствами. Это и используют для отделения их друг от друга. Существует множество химических способов разделения атомов, пользуясь которыми, можно получить совершенно чистое, лишённое каких бы то ни было примесей, железо, цинк, олово, ртуть, свинец, серебро и другие элементы. Однако у изотопов химические свойства одинаковы. Поэтому для их разделения надо использовать те свойства, которые зависят от веса атомов. Имея разные веса, изотопы по-разному ведут себя в целом ряде физических процессов. Этим и пользуются для увеличения доли отдельных изотопов в смеси или для полного отделения изотопов друг от друга. Познакомимся с некоторыми из способов разделения изотопов.
При испарении жидкости, содержащей изотопы какого - нибудь элемента, изотопы меньшего веса будут переходить в пар несколько легче, чем более тяжёлые. Благодаря этому жидкость будет постепенно обогащаться тяжёлыми изотопами, а пар — лёгкими.
Для разделения изотопов, которые находятся в газообразном состоянии, можно использовать проникновение газа через очень маленькие отверстия в особых пористых перегородках (такое явление называют диффузией газа). Лёгкий изотоп просачивается через такие отверстия несколько быстрее, чем тяжёлый. В результате по одну сторону перегородки оказывается небольшой избыток тяжёлого изотопа, а по другую — лёгкого.
Если заряженная частица попадает в постоянное однородное магнитное поле, то путь её искривляется и она начинает двигаться по окружности. Сила, с которой магнитное поле искривляет путь частицы (при прочих равных условиях), зависит от массы частицы. Чем меньше масса частицы, тем сильнее искривляется её путь и тем меньше оказывается окружность, по которой она движется. Поэтому частицы с одинаковыми зарядами, но разные по массе, будут в магнитном поле двигаться по разным путям. Это также используют для разделения изотопов.
Разница в массах изотопов, от которой зависит их разделение, имеет значительную величину только у самых лёгких элементов. Например, у тяжёлого и лёгкого водорода она составляет 100%. Однако у большинства изотопов она весьма невелика. Так, уже у изотоцов углерода, имеющих массы 12 и 13, эта разница равна всего лишь 8,3%, а для урана 238 и 235 — 1,2%.
В большинстве способов разделение изотопов происходит не сразу, а постепенно. При однократном разделении наблюдается лишь частичное изменение доли изотопов в смеси. Если же необходимо добиться полного отделения изотопов друг от друга, то процесс разделения приходится повторять сотни и тысячи раз. Поэтому даже в тех случаях, когда различие в массах изотопов значительно, получение заметного количества чистого изотопа оказывается чрезвычайно трудным и очень продолжительным делом, требующим к тому же огромных расходов энергии [4]).
