Научный руководитель: Дорофеева Людмила Ивановна, ТПУ, ФТФ, каф. 23, аспирант

Многообразие обменных систем и необходимость их оценки с точки зрения ожидаемых изотопных эффектов требует проведения теоретических расчётов по данному направлению. На предварительном этапе для выбора систем и условий проведения экспериментов такая оценка играет важную роль для дальнейшего исследования.

В основе эффекта разделения лежит изменение физических и химических свойств элементов. Данное обстоятельство позволяет осуществлять практическое обогащение изотопов. При этом разделительный эффект системы в равновесных условиях определяется коэффициентом разделения, представляющим собой отношение относительных концентраций по выделяемому изотопу в обогащённой и обеднённой фракциях. При разделении изотопов лёгких элементов учитывают изменение тех свойств, которые зависят от нулевых энергий колебаний как атомов в молекулах, так и самих молекул в кристаллической решётке. Степень термодинамической неравноценности изотопов в молекуле соединения показывает значение b -фактора.

Отношение b -факторов в обменных процессах между двумя произвольными соединениями определяет величину коэффициента разделения. Поэтому оценить эффективность обменной системы с точки зрения её разделительной способности позволяет определение b -факторов соединений, образующих эту систему. Особенность нахождения b -фактора состоит в том, что эта величина зависит только от температуры, природы молекулы и характера замещения и не зависит от природы других веществ, участвующих в реакции обмена.

Расчёт b -факторов можно вести методами статистической термодинамики, в основе которых лежит связь между свободной энергией вещества и статистической суммой (суммой по состояниям). При этом находится логарифм приведённого отношения сумм по состояниям и, полученный в таком виде b -фактор, будет зависеть от функций, определяемых силовыми постоянными, геометрией и массами атомов изотопных молекул.

При расчётах такого рода используются упрощающие модели и требуется наличие большого объёма информации по частотам колебаний атомов в молекуле. Трудность теоретических расчётов также связана с отсутствием полных данных по структурным и энергетическим характеристикам состояний изотопов в ионообменниках.

Полученное выражение показывает взаимосвязь основных параметров процесса изотопного разделения. Величина коэффициента обогащения существенно зависит от структуры ионообменника, степени сшивки ионита – y. Полученные зависимости изменения величины b - фактора с увеличением содержания дивинилбензола в смоле показывает, что больший эффект разделения можно наблюдать у лития, так как литий в гидратированном состоянии имеет больший радиус иона и при повышении степени сшитости ионообменника, вследствие проявления ионно-ситового эффекта, увеличивается его сродство к смоле.