Thesis Open Access

Gaschromatische Tritiumanreicherung, Trennung der Wasserstoffisotope bei Adsorption

Jähne, Bernd

Thesis supervisor(s)

Roether, Wolfgang

Die vorliegende Arbeit untersucht die Möglichkeiten gaschromatographischer Anreicherung von Tritium zur Messung von Low-Level-Proben. Es konnte ein trägergasfreies Verfahren entwickelt werden, das aus einer Kombination von Frontalanalyse und Verdrängungsentwicklung besteht. Es ist einfach zu handhaben, aber genauso effektiv wie kompliziertere bisherige Verfahren mit Trägergas (Kapitel 2). Verbesserungen im Kolonnenbau machen größere Anreicherungsfaktoren möglich. Durch eine optimalere Wahl der Adsorber und den Übergang zu tieferen Temperaturen (63,2°K, Sieden von flüssigem Stickstoff unter vermindertem Druck) läßt sich die vierfache Menge an Wasserstoff im gleichen Volumen anreichern wie mit den bisherigen gaschromatographischenVerfahren. Das gaschromatographische Verfahren ist gegenüber dem Trennrohr schneller und platzsparender: eine 20 Nl Wasserstoffprobe läßt sich in weniger als 2 Stunden in einer 0,3 1 Kolonne bei 63,2°K auf 1,3 Nl mit mehr als 99,0% Tritiumausbeute einengen. Auch größere Mengen H2 lassen sich verarbeiten, sodaß der bisherige Anreicherungsweg für Low-Level-Tritiumproben weiter vereinfacht werden kann (Kapitel 7). Breiten Raum nehmen grundlegende Untersuchungen ein, die erst eine optimale Parameterwahl ermöglicht haben. Im Kapitel 4 werden Grundlagen der Adsorption beschrieben und die Adsorber auf ihre Adsorptionskapazitäten verglichen, die Theorie der Adsorption selbst findet sich in Anhang A2, die Meßverfahren in Anhang A1. Die Untersuchung der Trennfaktoren der Adsorption ist Gegenstand von Kapitel 5. Da für HT geeignete Trennfaktoren in der Literatur fehlen, wurden sowohl eigene Messungen unternommen, als auch versucht mit 3 Adsorptionsmodellen die Beziehung der Trennfaktoren untereinander (logarithmische Verhältnisse, Bigeleisenfaktoren) theoretisch zu berechnen (Kapitel 5, Anhang A3). Dabei ergab sich, daß Isotopentrennfaktoren einschließlich der Ortho-Para-Trennung (Kapitel 3) ein geeignetes Mittel sind, zwischen verschiedenen Vorstellungen über die Adsorption zu unterscheiden, was mit Isothermenmessungen nur schwer möglich ist (Anhang A2). Das Modell einer mobilen Adsorption der H -Moleküle mit einer weitgehenden Störung der Rotation in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche entspricht den Messergebnissen am besten.

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