化学交换法分离锂同位素

一、引言锂的两种天然同位素~6Li和~7Li在核性能上截然不同。压水堆中用高浓~7Li来调节一次冷却剂的pH。聚变堆中用~6Li再生区以增殖产氚。1982年第一座核聚变实验堆在美国首次运转成功。文献[1]报道,如果美、苏、西欧和日本等国同意在核能研究上通力合作,那么到1996—1997年利用核聚变发电是可能的。自然界中存在极少量氚,但地壳中贮有丰富的锂     

基于光化学锂同位素分离条件的同位素比率测量

从光化学锂同位素分离实验研究的需求出发,基于其分离条件,提出了一种测量锂同位素比率的方法。该方法利用锂原子蒸气对探测光吸收峰的峰值来计算锂的同位素比率,避开了测量原子密度时所需的吸收信号频率定标与光强随频率变化积分中积分限的选择问题。该方法还根据锂同位素吸收谱的特殊性采用具有较强吸收效应的⁶Li的D₂线对应的吸收峰峰值,可在原子蒸气中⁶Li含量较低时提高对比率的测量精度。设计并搭建了实验装置,对该方法进行了测试。同一条件下所测得的同位素比率相对标准偏差小于1%,表明该方法对光化学分离方法中锂同位素比率相对变化是敏感的。这意味着该方法可作为以原子蒸气为分离介质的激光锂同位素分离研究的诊断手段。     

溶剂萃取分离锂同位素研究Ⅱ.苏丹Ⅰ-中性配位体协萃体系萃取分离锂同位素效应探讨

文章讨论了苏丹I-中性配位体协萃体系萃取分离锂同位素中螯合剂和协萃剂的结构效应。为了获得高的同位素分离效应,螯合剂必须是弱酸性的(PK_α>11),具有强的分子内氢键及易于形成六元螯合环。协萃剂结构不仅要求无空间位阻,而且具有强的配位基。α随配位基的碱性增大而相应提高。萃取络合物中螯合环的增多亦有利于体系α的提高。此外本文还讨论了一些萃取体系的同位素富集方向和萃锂体系用于分离同位素的前景。     

冠状化合物在锂同位素分离中的应用

锂有两种稳定的同位素且在核能工业中都有重要的应用,工业上分离锂同位素的方法为锂汞齐法,但该法需使用大量有毒的汞,对人类健康和环境卫生带来了严重问题,因此寻找一种绿色有效的替代方法势在必行。自冠醚和穴醚合成后,在锂同位素分离上的优良特性使其成为了国内外研究热点,本工作将近40年来冠状化合物在锂同位素分离中的研究成果进行了系统的归类和总结,为该领域的进一步研究提供参考。     

离心萃取级联分离锂同位素的数学模型

萃取法分离锂同位素有望替代汞齐法消除汞害,但需多级萃取才能获得高丰度同位素,采用离心萃取机替代萃取澄清槽形成萃取级联系统可提升分离效率。基于萃取法分离锂同位素、离心萃取分离原理和级联理论,借鉴气体离心级联分离同位素的方法,引入分流比概念,建立了离心萃取级联分离锂同位素单级、多级的数学模型和级联的平衡时间模型,对离心萃取级联分离锂同位素进行计算分析。离心萃取级联是一种类似全回流矩形级联形式,取料量对级联级数有着很大的影响,级联存在最大取料丰度限制,级联平衡时间受到目标丰度和离心萃取机级停留时间(处理能力)影响,采用多步法级联可有效减少平衡时间。该数学模型可指导工艺的设计,为下一步的产业化应用提供理论依据。     

溶剂萃取分离锂同位素研究——Ⅰ.苏丹Ⅰ-中性配位体协萃体系萃取分离锂同位素效应

文章报导了苏丹I(1-苯基偶氮-2-萘酚)-中性配位体协同萃锂过程中的同位素分离效应。不同协萃剂呈现不同的分离效应,其中苏丹I-TOPO-二甲苯体系的α达1.009±0.001,有机相富集重同位素~7Li。螯合剂,协萃剂和稀释剂对同位素分离效应的贡献作了讨论。实验结果表明螯合剂结构起主要作用,协萃剂结构亦有明显效应,而稀释剂则关系不大。此类体系的萃取和交换平衡速度很快,属于扩散控制的萃取体系。     

溶剂萃取分离锂同位素中的阴离子结构效应

本文结合四种锂的离子对萃取体系,从锂络合物结构探讨了与Li~ 对应阴离子结构对同位素分离效应的影响。其中螯合型接触离子对体系和环醚隔离离子对体系呈现明显的阴离子结构效应。前者随着整合阴离子对Li~ 螯合键的增强,有机相富集?~7Li效应增大;后者随着阴离子电荷密度减少和软度增大,不仅有利于萃取分配,而且有利于~6Li的富集。     

光化学法锂同位素分离中化学反应速率常数测量

氢气与锂蒸气的化学反应速率常数是激光化学法锂同位素分离过程的一个重要参数。本文以可调谐半导体激光器为工具,通过监测锂原子蒸气对光的吸收测量原子蒸气密度的相对变化,建立了一种测量该速率常数的方法。在光化学锂同位素分离的典型条件下测得化学反应速率常数为9.0×10^-22 m³/s。该数值对于未来锂同位素分离装置中激光照射时间和氢气密度等参数的选择具有重要指导意义。     

高丰度^6Li的电磁同位素分离

选用经过浓缩＾６Ｌｉ丰度达到９０．０％的ＬｉＣｌ做工作物质，用Ｆ－３分离器分离＾６Ｌｉ同位素，在运行过程中严格控制运行参数，减少打火次数，获得丰度达到９９．９９％的高纯＾６Ｌｉ同位素。     

4-叔丁基苯并-15-冠-5液-液萃取法分离锂同位素

本文测定了以4-叔丁基苯并-15-冠-5作络合剂的H_2O/C_6H_51双液萃取体系分离锂同位素的若干参数。发现大环多醚双液萃取锂盐体系的(α—1)对(1—p)有线性关系,α为同位素分离系数,p为有机相的锂/醚浓度比。从ΔG°(交换反应的自由能变化)和ε_p(p=100％时的富集系数)考察,有关体不分离锂同位素能力下降的次序为:穴醚(2,2,1)-CHCl_3/CF_3COOli-H_2O或穴醚(2,2,1)-树脂/LiI-甲醇,(4-叔丁基苯并-15-冠-5)-C_6H_5I/LiSCN-H_2O,(苯并-15-冠-5)-CHCl_3/LiI-H_2O。     

多醚液-液萃取体系中各种因素对锂的热力学同位素效应的影响

利用经验式ε_P=(a-1)/[1+0.46(1-P)],处理含多醚液-液萃取体系的数据,考察该类体系中冠醚的内结构、冠醚的侧基、冠醚浓度、有机溶剂、锂盐阴离子、锂盐浓度等因素对锂的热力学同位素效应的影响。     

离子交换排代法测定同位素富集系数

本文根据逆流萃取模型推导出用排代法测定富集系放的计算式。并以锂同位素为对象,用对照实验证明排代法是测定同位素富集系数的一种方法。在国产高交联度树脂上研究了温度和排代剂浓度对富集系数的影响。实验表明:富集系数随温度升高和排代剂浓度增加而降低。求得高交联度树脂-醋酸锂体系的同位素交换热为-5.03卡/摩。     

冠醚分离铈、铀同位素

在不变价同位素分离体系中,大环聚醚体系具有比其它体系大得多的同位素效应。这已为Li,Na,Ca同位素的分离结果所证实。目前,大环聚醚分离Li同位素的研究工作正在向实用阶段发展,而大环聚醚分离更重同位素的研究却未见报道。同时,随着核电的发展,对动力堆用低浓铀燃料的需求不断增加。在生产低浓铀的各种方法中,化学法有其独特的优点和潜在的竞争性,不变价态的化学交换体系又具有能耗小的优点。为此,本文研究了不变价态体系中二环己基-18-冠-6、环己基-15-冠-5对~(140)Ce/~(142)Ce的分离及二环己基-18-冠-6对~(235)U/~(238)U的分离。     

冠醚萃取法分离铀同位素的研究

本文研究了二环已基24冠8(DCH24C8)和二环已基18冠6(DCH18C6)的1,2-二氯乙烷溶剂萃取铀(VI)和铀(IV)的同位素效应,通过多级富集和贫化级联测定了铀同位素的平均单级分离因子,证实了在不变价态铀同位素分离体系中,冠醚体系的铀同位素效应显著大于其它体系。     

新核素^239Pa的分离和鉴别

用５０ＭｅＶ／ｕ１８Ｏ离子照射厚天然铀靶，用ＨＰＧｅ探测器测量化学分离后的Ｐａ样品源，观察到了２３９Ｐａ的β－衰变子体２３９Ｕ的７４．６６ｋｅＶγ射线的生长和衰变，首次鉴定了新丰中子核素２３９Ｐａ，并确定了２３９Ｐａ的半衰期为（１０６±３０）ｍｉｎ。     

研究不变价化学交换体系同位素效应的一种新级联实验方法

本文提出了研究不变价化学交换体系同位素效应的一种新级联实验方法,该方法是对Wood-ward法的一种改进。