книги из ГПНТБ / Методы радиоизотопного анализа продуктов нейтронной активации и деления

та, в результате чего достигается извлечение компонен­ та из большого объема воздуха. Количество инертного газа, которое может быть адсорбировано в данном объ­ еме сорбента, является сложном функцией температуры и скорости потока газа, а также парциального давле­ ния исследуемого компонента в смеси. Из потенциаль­ ной теории адсорбции следует, что местами с наиболь­ шим адсорбционным потенциалом являются поры, диа­ метры которых близки к размерам адсорбируемых мо­ лекул или атомов (3,6 А у Кг и 4,05 А у Хе).

К настоящему времени разработано несколько марок отечественных активированных древесных углей: СКТ (0,5 см3/г) , БАУ (0,35 см3/г), АГ (0,27 см3/г) [11], из которых наилучшими характеристиками по удельному объему микропор обладают угли типа СКТ.

Врежиме динамической адсорбции с некоторого мо­ мента наступает равновесие между количеством сорбата, поглощенного сорбентом, и его количеством в пропуска­ емом потоке газа. При этом относительное количество поглощенного компонента увеличивается с повышением его парциального давления в газе и с понижением тем­ пературы процесса. Зависимость количества равновесно поглощенного сорбата от его парциального давления в рассматриваемом газе выражается изотермой адсорб­ ции.

Врассматриваемом случае — воздух с естественным

Генри при постоянном значении парциального давления рассматриваемых компонент.

Зависимость количества адсорбируемого из воздуха Кг и Хе от температуры изучалась в работах [8, 12, 14, 15]. На рис. 5.1, заимствованного из работы [14], при­

единицах). Кг адсорбируется в 8 раз хуже Хе при тем­ пературе + 20° С и в 15—20 раз хуже в диапазоне тем­ ператур —30—100° С. При изменении температуры от + 20° до —80° С коэффициенты адсорбции и- Хе, и Кг увеличиваются примерно в 20 раз. Из зависимостей, приведенных на рис. 5.1, следует еще один важный вы­ вод: Кг количественно будет адсорбироваться так же, как Хе, если понизить температуру процесса на 80° С,

f. e. характеристики адсорбции Kr при температуре, на­

ристик необходимо иметь в виду, так как при дальней­ шем изложении будут рассмотрены динамические харак­ теристики адсорбции Хе.

При прокачивании воздуха через шихту активиро­ ванного угля сорбат из первой порции воздуха адсорби­ руется достаточно энер­ гично и, следовательно, на последующих по пото­ ку слоях угля из этой порции воздуха адсорби­ руется уже меньше сор­ бата. Вдоль угольной шихты в направлении распространения потока воздуха имеет место, та­ ким образом, сложная за­ кономерность, получив­ шая название адсорбци­ онной волны. Передний фронт адсорбционной вол­ ны размыт, в результате чего при определенной

щения. Чтобы избежать погрешность, связанную с эф­ фектом частичного проскока за слой угольной шихты, экспозицию следует выбирать таким образом, чтобы во всем слое угольной шихты установилось динамическое равновесие адсорбированного Хе.

Из общих соображений очевидно, что должна суще­ ствовать некая оптимальная скорость потока воздуха через угольную шихту: малые скорости невыгодны ввиду малого объема воздуха, который может быть пропущен через шихту за конечный промежуток времени; большие скорости неизбежно будут сопровождаться большой ве­ личиной проскока.

242

Для выяснения оптимальных режимов адсорбции Хе в динамических условиях была создана эксперименталь­ ная установка (рис. 5.2). Поток воздуха, создаваемый воздуходувкой, проходит через осушитель, где практиче­ ски полностью освобождается от водяных паров и ча­ стично от углекислого газа. Осушитель представляет со­ бой цилиндр диаметром 30 сиг, заполненный предвари-

Рис. 5.2. Схема экспериментальной установки для определения опти­ мальных условий адсорбции ксенона активированным углем - СКТ:

тельно прокаленным силикагелем марки КСМ. Расход воздуха контролируется реометром диафрагменного типа со стрелочным указателем. Для поддержания за­ данной температуры процесса адсорбции поток воздуха поступает в нагреватель, если эксперимент проводится зимой. Заданная температура адсорбции контролируется термометром, установленным непосредственно в патро­ не-адсорбере, и поддерживается с помощью нагревателя в пределах ±1°С. Патрон-адсорбер представляет собой цилиндр диаметром 180 мм. Внутренняя часть патрона разделена на 10 равных секций, заполненных активиро­ ванным углем и разделенных медными сетками. Каж­ дая секция патрона адсорбера содержит 470: г угля, что

16* 243

соответствует объему 1 л. Значение заданного расхода воздуха устанавливается с помощью ограничивающей диафрагмы.

Распределение адсорбированного Хе по секциям пат­ рона-адсорбера регистрируется путем равномерного вве­ дения в прокачиваемый воздух в процессе эксперимента Хе133 через тройник. Определение активности как вводи­ мого в систему, так и адсорбированного на угле в каж­ дой из секций патрона-адсорбера Хе133 производится па анализаторе АИ-100. Активность рассчитывается из у-спектрограмм по пику полного поглощения с энергией 81 кэв.

Процесс распределения Хе133 по слоям угля иссле­ довался при температурах 0, —10, —20, —30° С. Иссле­ дованный диапазон объемных скоростей потока состав­ лял от 0,28 до 1,07 л/(мин-см2) : В качестве критерия, характеризующего сорбцию Хе'133, была использована величина коэффициента адсорбции, выраженная в еди­ ницах объема воздуха при нормальных условиях (в лит­ рах), из которого может быть поглощен весь Хе одним килограммом угля. Коэффициент адсорбции рассчиты­ вался по формуле*

ксеноном, кг\ а — доля ксенона, адсорбированного в слое полного динамического насыщения.

Значение величины а находилось в каждом конкрет­ ном случае из графика распределения Хе133 по слоям угля (рис. 5.3).

Величина а определяется отношением площади, огра­ ниченной горизонтальной линией полного динамическо­ го насыщения (заштрихованная область на рис. 5.3), к площади под всей кривой.

Эксперименты показали, что в исследованных пре­ делах изменения температуры адсорбции фронт размы­ тия адсорбционной волны, определяемый величиной а, остается практически постоянным, а зависимость а от скорости потока показана на рис. 5.4. Наиболее полно изучена зависимость коэффициента адсорбции Хе133 от

244

температуры при скорости потока 0,78 л/(мин-см2) (рис. 5.5):|:.

Полученные результаты хорошо согласуются с мате­ риалами работы [14].

Приведенные выше данные могут быть положены в основу метода отбора проб радиоактивного Хе из атмо-

Рис. 5.3. Распределение Хе133 по слоям угля.

Рис. 5.4. Зависимость параметра а от удельной скорости потока воздуха.

сферного воздуха объемом порядка 100 м3 при скорости потока около 1 л/(мин-см2), объеме угля 30 л и темпе­ ратуре —30ч----40° С. Для отбора проб радиоактивного. Кг в этих же условиях необходимо понизить температуру 'до —110ч----120°С. Малогабаритность и простота тех­ нологической схемы являются основными преимущества­ ми этого способа.

Весьма целесообразным является введение в схему цикла вторичного концентрирования, который заклю­ чается в десорбции и повторной адсорбции Хе малым объемом активированного угля. Процесс вторичного кон­ центрирования можно условно разбить на три этапа: десорбцию газов из большого объема угля, очистку де-*

* Описанные исследования выполнены А. Г. Рябошапко.

245

сорбированных газов и адсорбцию Хе в препарате мало­ го объема. Процесс очистки необходим, ибо адсорбиро­ ванные в угольной шихте большого объема газы содер­

246

П Р И Л О Ж Е Н И Е

Спектральный состав у-квантов некоторых продуктов деления и активации*

* В таблице в основном помещены ѵ-лшиіи с квантовым выходом

(я*»)^>5%.

** Энергия рентгеновского характеристического /<-нзлучеиня элемента, символ элемента здесь и далее помещен в скобках.

248

249

250