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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

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?jǐn)?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(shí)際上是各種同位素按豐度加權(quán)的平均值，這是因?yàn)楦鞣N同位素在自然界中往往分布的比較均勻，取平均值計(jì)算比較準(zhǔn)確。

同位素氣體英文名化學(xué)式自然豐度

氬-36 Argon-36 36Ar 0.337%

氬-38 Argon-38 38Ar 0.63%

氬-40 Argon-40 40Ar 99.6%

碳-13 Carbon-13 13C 1.1%

氯-35 Chlorine-35 35Cl 75.77%

氯-37 Chlorine-37 37Cl 24.23%

氘 Deuterium D2 0.015%

氦-3 Helium-3 3He 1.38 x 10^-6%

氪-78 Krypton-78 78Kr 0.35%

氪-80 Krypton-80 80Kr 2.25%

氪-82 Krypton-82 82Kr 11.6%

氪-83 Krypton-83 83Kr 11.5%

氪-84 Krypton-84 84Kr 57.0%

氪-86 Krypton-86 86Kr 17.3%

氖-20 Neon-20 20Ne 90.48%

氖-21 Neon-21 21Ne 0.27%

氖-22 Neon-22 22Ne 9.25%

氮-15 Nitrogen-15 15N2 0.37%

氧-16 Oxygen-16 16O2 99.76%

氧-17 Oxygen-17 17O2 0.04%

氧-18 Oxygen-18 18O2 0.2%

氙-124 Xenon-124 124Xe 0.1%

氙-126 Xenon-126 126Xe 0.09%

氙-128 Xenon-128 128Xe 1.91%

氙-129 Xenon-129 129Xe 26.4%

氙-131 Xenon-131 131Xe 21.2%

氙-132 Xenon-132 132Xe 26.9%

氙-134 Xenon-134 134Xe 10.4%

氙-136 Xenon-136 136Xe 8.9%

氣體同位素的分離主要方法有氣體擴(kuò)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(kuò)散法最成熟。“濃縮”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(kuò)散法——這是商業(yè)開發(fā)的第一個(gè)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(shí)運(yùn)動速率的差異。在每一個(gè)氣體擴(kuò)散級，當(dāng)高壓氣體透過在級聯(lián)中順序安裝的多孔鎳膜時(shí)，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(jìn)行再循環(huán)。在每一級中，濃度比僅略有增加。濃縮到反應(yīng)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(jī)。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(dǎo)出，并輸送到另一臺離心機(jī)進(jìn)一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機(jī)，其同位素分子被逐漸富集。與氣體擴(kuò)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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