Das Trennrohr

Abstract

Die Trennung der Bromisotope ist schon nach verschiedenen Methoden versucht worden. Im folgenden werden die theoretischen und experimentellen Bedingungen studiert, unter denen sich durch Thermodiffusion eine Trennung erreichen läßt. Die beiden stabilen Isotope 79Br bzw. 81Br liegen in einer natürlichen Häufigkeit von 50,5% bzw. 49,5% vor, so daß ein totaler Trennfaktor von 100 genügt, um jedes von ihnen in einer Reinheit von 99% zu liefern. Die geeignetste Verbindung ist Bromwasserstoff. Allerdings bedeutet die Einstellung des Dissoziationsgleichgewichts am heißen Trennrohrdraht eine Erschwernis, weil die Gasfüllung durch die Trennrohrwirkung in Wasserstoff und Brom zerlegt wird. Die Rechnung zeigt, daß die Situation durch Zugabe kleiner Wasserstoffmengen erheblich verbessert werden kann. Der Dissoziationsgrad α wird auf den kleineren Wert α′ hinabgedrückt, wenn zu n0 Molen HBr n′ Mole H2 zugefügt werden. Solange n′ < n0 ist, wird in Temperaturgebieten mit a bzw. α′ ≪ 1 der verminderte Dissoziationsgrad α′ ≈ α2 n0/2 n′ erhalten. In Wirklichkeit ist der Einfluß des Wasserstoffs noch viel günstiger als es die thermodynamische Rechnung erwarten läßt. Mit einer stationären H2-Konzentration von 3% konnten selbst bei Drahttemperaturen von 1300°K die Störungen durch Dissoziation wochenlang unterdrückt werden. Der Grund für dieses überraschende Verhalten ist in den reaktionskinetischen Eigenschaften des Systems zu suchen. Das durch heterogene Katalyse an der glühenden Drahtoberfläche gebildete Brom diffundiert zur kalten Wand und rekombiniert auf seinem Wege mit dem überschüssigen Wasserstoff in einer homogenen Kettenreaktion. Diese läuft bis 800°K hinab so rasch ab, daß der Dissoziationsgrad auf 3 · 10-4 % beschränkt bleibt, wie hoch man auch die Drahttemperatur wählen mag. In Versuchsanlagen von 10 und 13 m Länge wurden Trennungen unter verschiedenen Arbeitsbedingungen vorgenommen. Die größte erzielte Anreicherung des leichten Isotops belief sich auf 84,5% 79Br, die des schweren auf 63,8% 81Br. Ein dynamischer Einfluß des Zusatzwasserstoffs auf die Konzentrationsverteilung der Bromisotope besteht nicht, wie Modellversuche mit den Neonisotopen und Wasserstoffzusatz zeigten. Weiter wurde die Eignung des Bromwasserstoffs als Hilfsgas für die Trennung der Kryptonisotope erprobt. Es gelang in einem Schritt die Anreicherung der beiden leichtesten und seltensten Kryptonisotope auf 60,5% 78Kr und 29,1% 80Kr, obwohl sich im Ausgangsgas nur 0,37% 78Kr und 2,6% 80Kr befanden.