דיפוזיה גזית
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
| ערך זה מועמד לאיחוד ערך זה דן בנושא של הערך דיפוזיה וככל הנראה מוסיף עליו מידע. על כן יש לאחד את שני הערכים. (דיון) |
דיפוזיה גזית היא אחת משיטות העיקריות המשמשות להעשרת אורניום.
העיקרון שעומד מאחורי השימוש בדיפוזיה הוא בכך שהמהירות הממוצעת של מולקולה בגז תלויה במסה שלה, וחלקיקים קלים יותר נעים בממוצע במהירות גבוהה יותר, ולכן יש להם יותר סיכוי לצאת דרך חיץ חדיר למחצה.
על פי חוק החלוקה השווה של האנרגיה, האנרגיה הקינטית בגז מתחלקת בממוצע באופן שווה בין המולקולות, בלי קשר לסוג שלהן או למסה שלהן. אבל מכיוון ש:
השיוויון באנרגיה הממוצעת
גורם לכך שהמהירות הממוצעת של חלקיקים מסוג מסוים תלויה רק במסה שלהם, לפי:
כלומר ככל שחלקיק קל יותר, המהירות הממוצעת שלו מהירה יותר.
כאשר יש מיכל שדופן שלו יש חור שקטן יחסית למרחק הממוצע בין התנגשויות של מולקולות בגז (המהלך החופשי הממוצע) הסיכוי של חלקיק לצאת דרך חור כזה שווה לסיכוי שלו להתנגש בדופן, סיכוי שפרופורציוני למהירותו הממוצעת. לכן אם הקיר עשוי ממחיצה חדירה למחצה, שרצופה בחורים כאלה, בזרם החלקיקים שיעבור אותו יהיה יצוג יתר למולקולות קלות יותר. לכן היחס בין הריכוזים של שתי מולקולות (כאשר הקלה מסומנת ב L והכבדה ב H) בזרם היוצא לעומת התערובת שבפנים, הוא:
בפועל, בגלל שהתהליך הוא דו כיווני, והגז שבמכל לא אחיד, רמת ההעשרה יותר קטנה מגורם זה.
עבור האורניום השש פלואורי היחס בין המהירויות הממוצעות בגז, שנותן את סדר הגודל של שינוי היחס בין האיזוטופים בכל שלב הוא:
.
על מנת לקבל חומר מועשר במידה משמעותית, יש צורך במערך שלם (קסקדה) של מיכלים כאלה, שכל אחד מהם מכונה דיפוזר. הדיפוזרים בדרך כלל מסודרים ברמות. כל דיפוזר מקבל זרם נכנס של אורניום בדרגת העשרה מסוימת, מעביר אורניום קצת יותר מועשר (יחסית לזרם הנכנס) לאלמנטים שנמצאים ברמה הבאה, והזרם שקצת מדולל (יחסית לזרם הנכנס) מוחזר אחורה לזרם הנכנס של דיפוזרים ברמות העשרה נמוכות יותר.
מכיוון שהזרם של החלקיקים שעובר את המחיצה דליל בצורה ניכרת לעומת הזרם הנכנס, תהליך זה הוא איטי ביותר. בנוסף בגלל דלילות הגז המעושר, יש לדחוס אותו ביציאה, ולפני זה לקרר אותו, שכן דחיסה של גז גורמת להעלאת הטמפרטורה שלו. תהליך זה דורש אנרגיה רבה מאוד.
שיטה זו הייתה השיטה השנייה בחשיבותה מבין משלוש השיטות בהן השתמשו במסגרת פרויקט מנהטן להעשרת אורניום. בתחילת המלחמה הקרה היא הפכה לשיטת ההעשרה העיקרית בארצות הברית, ובעקבותיה בעולם. למרות חוסר יעילות השיטה, הן מבחינת הזמן הארוך של התהליך, והן מבחינת האנרגיה הנצרכת, קיומה של שיטה עובדת מנע במשך זמן רב פיתוח שיטות מתחרות. בארצות הברית וצרפת זוהי שיטת ההעשרה העיקרית עד היום. מדינות אחרות המעשירות אורניום עברו לשיטת הצנטריפוגה הגזית.




