Можно ли анализировать изотопы

Можно ли анализировать изотопы

Обратили ли вы внимание на то, что почти все методы, о которых было рассказано, позво­ляют определять лишь химическую природу вещества или определенного элемента? Можно легко установить, что данное вещество является сернокислым никелем или азотнокислой медью или что в состав изучаемого сплава входит молибден или вольфрам, цирконий или вана­дий. Но на практике часто необходимо устано­вить, не только какой химический элемент при­сутствует в образце и сколько его, но также и каков изотопный состав данного элемента. Из­вестно, что изотопы различных элементов имеют практически одинаковые химические свойства и лишь незначительно отличаются друг от дру­га физическими свойствами. Этим обстоятель­ством и воспользовались ученые.

Метод, который используют при анализе изотопов, получил название масс-спектрометрического. В анализаторе, или источнике ионов, исследуемое вещество нагре­вают, превращая его в газообразное состояние. При этом в большинстве случаев молекулы его распадаются на отдельные ионы. Образовав­шиеся ионы под действием электромагнитного поля выводятся в специальную изогнутую труб­ку. В ней создается очень высокое разряже­ние (чтобы летящие в трубке ионы не сталкива­лись с молекулами кислорода, азота и других газов, входящих в состав воздуха). Сама трубка расположена между двумя полюсами сильного постоянного магнита. Но магнитное поле, хотя оно и постоянно, будет по-разному действовать на ионы летящих изотопов. Ион того изотопа, в ядре которого меньше нейтронов (более лег­кий), будет сильнее отклоняться от своего пути, а ион, который тяжелее,— меньше. Проле­тев через всю трубу (обычно около двух мет­ров), ионы различных изотопов попадут в раз­личные места приемника, где их и регистрируют.

Macс-спектрометрический метод, хотя и очень сложен, обладает весьма большой чув­ствительностью. С его помощью можно анали­зировать отдельные изотопы, количество кото­рых подчас составляет всего 10^-13 — 10^-14 г.

Этот метод был разработан в применении лишь к анализу веществ. Ведь он очень трудое­мок, и получить с его помощью весомые коли­чества какого-либо изотопа крайне затрудни­тельно. Чтобы получить лишь 1 грамм-атом изо­топа, необходимо собрать 6•10²³ его атомов.

Однако в самом начале 40-х годов нашего ве­ка, для того чтобы запустить первый урановый котел (осуществить контролируемую цепную ядерную реакцию), ученым необходимо было получить в чистом виде изотоп урана-235. Здесь-то и был использован принцип масс-спектрометрии.