تحقیق ایزوتوپ ها

فرآیندهای جدا سازی به دو صورت هستند :

۱) غربال ملکولی :

غربال ملکولی فرآیندی است که طی آن به خاطر تفاوت اندازه ( حجم ) و خواص شیمیایی ملکولها ، میتوان آنها را از یکدیگر جدا کرد . برای این کار از موادی استفاده می شود که دارای روزنه های بسیار ریز یا به اصطلاح میکرو روزنه ( Micro porose ) می باشند. از لحاظ کلاسیک نمیتوان با استفاده از غربال های ملکولی ایزوتوپهای یک ملکول را جدا کرد زیرا دارای اندازه و خواص یکسانی هستند . 

تکنیکهای خاص و پر هزینه ای برای جدا سازی ایزوتوپها وجود دارد: 

▪ تبادل شیمیایی ( Chemical exchange )

▪ جداسازی نفوذی ( Diffusion separation )

▪ جداسازی بیولوژیکی ( Biological separaton )

▪ جداسازی ایزوتوپی لیزری ( Laser isotope separation )

۲) غربال کوانتومی :

پژوهشگران دانشگاه pittsburg راه جدیدی برای جداسازی ایزوتوپهای سنگین و سبک یک عنصر پیشنهاد دادند. شبیه سازی کامپیوتری آنها نشان داد که نانو لوله ها Nanotube با قطر کم میتوانند به عنوان غربال کوانتومی برای جدا سازی مخلوط هیدروژن و ایزوتوپهای آن (تریتیوم یا دوتریوم) استفاده شوند . این غربال کوانتومی میتواند برای مخازن خنک کننده سوخت اتمی به کار برود .

● ایزوتوپ های هیدروژن

نانولوله های کربنی میتوانند هیدروژن بسیار زیادی را جذب کنند ، تا حدی که میتوان از آنها به عنوان مخزن سوخت هیدروژن استفاده کرد . ساختمان نانوتیوب های کربنی به گونه ایست که هر اتم کربن با سه اتم دیگر پیوند دارد که در این صورت میتواند با یک هیدروژن واکنش دهد . هیدروژن های جذب شده قابلیت تراکم دارند . 

همانطور که میدانید ، درابعاد کوچک ،اصل عدم قطعیت هایزنبرگ جلوه گر میشود: 

X P > h

E t > h

t مقادیر مجاز زمان ، E مقادیر مجاز انرژی و P محدوده تکانه مجاز ذره است . 

بر طبق این اصل اگر جسمی در مسافت X محدود شود ، تکانه اش دارای عدم قطعیتی به اندازه حداقل x/h خواهد شد . یعنی تکانه دیگر مقداری معین و معلوم نخواهد بود. ● اصل عدم قطعیت هایزنبرگ Heisenberg uncertainly principle 

طبق مدل اتمی بور، الکترون، به عنوان ذره ای باردار در اطراف هسته در حرکت است. برای تعیین مسیر هر جسم دانستن مکان و سرعت جسم در هر لحظه ضروری است. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نشان می دهد که تعیین دقیق مکان و اندازه حرکت جسمی به کوچکی الکترون نا ممکن است. هر چه تلاش کنیم که یکی از این دو کمیت را دقیق تر تعیین کنیم، از دقت کمیت دیگر، نامطمئن تر هستیم. 

هر قدر که جرم ذره بیشتر باشد ، جنبش آن نیز بیشتر است . پس زمانی که ایزوتوپها در نانولوله محدود می شوند ، به حرکت درمی آیند و چون جرم هیدروژن از ایزوتوپ ها کمتر است ، کمتر تکان می خورد و به راحتی از نانولوله رد می شود ، ولی ایزوتوپهای دیگر به دلیل جرم بیشتر درون نانولوله گیر می کنند و جذب کربنها می شوند. ا ین عمل جدا سازی با نانو لوله هایی با قطر حدود ۶ آنگستروم و در دمای ۲۰ کلوین ا نجام می شود و تریتیوم ۱۰۰۰۰ بار بیشتر از هیدروژن جذب می شود .