Untersuchungen zur Diffusion isotopischer Methanspezies

Die Diffusion spielt in der Natur, insbesondere im Zusanunenhang mit Dispersionsvorgängen, eine wesentliche Rolle. So ist beispiehweise der Vorgang der Erdgasmigratton, der nur beim Vorhandensein eines Strömungsregimes zur effektiven Akkumulation von Gas führ, üherlngert von Diffusionsprozessen, welche sowohl in lateraler als auch in vertikaler Richtung wirken. Die diffusiven Gasverluste in vertikaler Richtung können den größten Beitrag zur Isotopenfraktionierung bei der Sekundärmigration liefern.

Zur Berechnung der diffusiven Isotopenfraktionierung von Gaskomponenten im natülichen Bercich müssen die entsprechenden Diffusionskoeffizienten und Isotopieeffekte in ihrer Temperatur- und Druckabhängigkeit bekannt sein.

Im System Metham/Stickstoff wurden Diffusionsuntersuchungen in Kapillarsäulen mit verschicdenen isotopischen Methanspezies durchgeführt und die Ergebnisse mit theoretischen Ansätzen aus der kinetischen Gastheoric verglichen. Es werden weiterhin Aussagen zur Temperatur- und Druckabhängigkeit des Isotopieeffektes in den Diffusionskoeffizienten diskutiert.     

Установка для получения изотоиа В10 методом обменной дистилляции комплекса (CH3)2O.BF3 1)

Zur Gewinnung der Neonisotope in gröβeren Mengen ist die Gegenstromdestillation bei 28 K die geeingnetste Methode. Um das Verfahren ökonomisch durchzuführen, wurden Verdampfer und Kondensator mit dem Neonkältekreislauf gekoppelt. Die Schüttung der KOlonne besteht aus V2A-Wendeln (1,6 mm × 1,8 mm × 0.2 mm) und hat eine Höhe von 6000 mm. Bei zweimaliger Destillation wurden folgende Konzenbtrationen eereicht: für ²²Ne 99,3% (maximal 99,5%), für ²⁰Ne 99,97–99,99%. ²⁴Ne wurde auf 1.2% (d. h. etwa das Vierfache der natürlichen Konzentration) angereichert.     

Beispiele für die Anwendung der 15N-Tracertechnik in der Düngungsforschung mit emissionsspektrometrischen Analysenverfahren (NOI-5; Isonitromat-5200)

Es werden Varianten der Probenchemie für ¹⁵N-Bilanzexperimente in der Düngungsforschung vorgestellt, die den Erfordernissen des Isonitromat-5200 und des NOI-5 angepaßt sind. Die skizzierten Methoden umfassen die destillative Präparation markierter N-Mengen (0,1–1 mg) aus Bodenextrakten, verbunden mil einem Zvsatz unmatkierter N-Mengen bei der Titration sowie eine für den Routinebetrieb geeignete N-Bestimmung in nicht angereicherten Pflanzenaufschlüssen mit dem Isonitromat-5200 als ¹⁵N-Verdünnungsanalyse. Weiterhin werden einfache apparative Varianten zur Bestimmung von sog. Gasförmigen Düngersticksloffverlusten durch Denitrifizierung in gasdichten Kammern dargestellt.

Durch ¹⁵N-Analyse von Luftproben über ¹⁵N-angereicherten natürlichen Bodenmonolithen mit dem NOI-5 können unmittelbar die vom Dünger freigesetzten N₂ und N₂O-Mengen bestimmt werden. Bei Spezialversuchen in stickstofffreier Neon(He)-Atmosphäre können gebildete N₂-, NO- und N₂O-Spuren (um 1 Vol. %)nach gaschromatographischer Trennung (auf Perapak-Q) individuell am NOI-5 gemessen werden. Unter Verwendung von CO₂-Trägergas werden die N-Komponenten in einem Azotometer isoliert und mit Hilfe eines Dosierhahnes, dessen Volumen den geforderten Gasdruck garantiert, in Entladungsrohre überführt.     

Die Vorteilhafte Verwendung organischer Lösungen zur elektrolytischen Uranabscheidung

Es wird eine Methode der Uran-Präparatherstellung für die Alphaspektrometrie vorgestellt, die auf der Grundlage der elektrolytischen Abscheidung aus Isopropanol, Äthanol und Methanol beruht. Als besonders geeignet erwiesen sich Äthanol und Methanol, mit denen nach 5 Minuten Elektrolysezeit bei Spannungen von 300 V und 150 V hundertprozentige Abscheidung erreicht wurde. Der Einfluß des Wassergehaltes auf den Abscheideprozeß und der Einfluß der Rührung auf dieHomogenität der abgeschiedenen Schicht werden diskutiert.     

Bericht über praktische Anwendungen autoradiographischer Verfahren im Institut für angewandte Radioaktivität Leipzig: Zusammenfassender Bericht

In der Arbeit wird untersucht, unter welchen analytischen Bedingungen eine quantitative Sticksoffbestimmung mit dem ¹⁵ N-Analysator NA-5A mittels Isotopenverdünnung durchzuführen ist. Es wird auf die Berechnung der N-Menge, die Abschätzung des maximalen Fehlers unter den speziellen Verhāltnissen der ¹⁵N-Analysator-Anwendung und die Auswertungsverfahren näher eingegangen. Testanalysen an unterschiedlich markierten Modell-Lösungen, bestehendaus Ammonium-, Harnstoff- und Aminosäurestickstoff, ergaben gute Übereinstimmung mit den vorgegebenen Werten. Das Verfahren wurde zur N-Bestimmung von biologish-medizinischem Material eingesetzt. Ein Arbeitsschema zur quantitativan Bestimmung von Ammonium-N, Harnstoff-N und Gesamt-N direkt in Harn wird mitgeteilt.     

Radiochemische Untersuchung der Korrosion von Kohlenstoffstahl OL-32 in verschiedenen Reaktionsmedien

Mit einer radiochemischen Methode, die auf dem Prinzip der Isotopenverdünnung beruht, wird die Kinetik des Korrosionsprozesses bei Kohlenstoffstahl OL-32 unter Einwirkung von Salzsäure (0,5 N) in Anwesenheit einiger Gemische von Wasser und organischem Lösungsmittel verfolgt. Es wird die Wirkung des Reaktionsmediums (Wasser/organisches Lösungsmittel) auf die Geschwindigkeitskonstante des Korrosionsprozesses untersucht und ein Ansteigen der Werte dieser Konstante bei Erhöhung der Wasserkonzentration im gegebenen System beobachtet. Das führt zu der Schlußfolgerung, daß das organische Lösungsmittel eine hemmende Rolle gegenüber der Korrosionswirkung von Salzsäure auf die entsprechenden Metallproben spielt. Als radioaktiver Tracer wurde⁵⁵⁺⁵⁹ Fe in Form von ⁵⁵⁺⁵⁹FeCl₃(10^?3 M) mit einer spezifischen Aktivität von 2 × 10^?6 Ci/ml eingesetzt.     

Über den Einfluß von Isotopieeffekten auf die Verbreitung der Isotope in der Natur

Die Isotopenzusammensetzung der chemischen Elemente in ihren natürlichen Vorkommen wird von kernphysikalischen Vorgängen, vom Einfall extraterrestrischer Materie und, namentlich bei den leichten Elementen (etwa bis zum Chlor), von kinetischen und thermodynamischen Isotopieeffekten beeinfluβt. Deshalb ist die Kenntnis der in der Natur wirkenden Isotopieeffekte eine entscheidende Voraussetzung für das Verständnis der Gesetzmäβigkeiten der Verbreitung der Isotope in der Natur und für die Anwendung dieser Gesetzmäβigkeiten als Mittel der geo- und kosmoswissenschaftlichen Forschung und der Umweltforschung [1].     

Autoradiographische Abbildung von 14N-Verteilungen mit Festkörperspurdetektoren

Laterale Verteilungen von Stickstoff in Festkörpern können mit Hilfe der nentroneninduzierten Autoradiographie auf Grund der Reaktion ¹⁴N (n, p)¹¹C aufgenommen werden. Als Festkörperspurdetektor werden kommerzielle Zellulosenitratfolien vom Typ LR 115 und CA 80—15 und auch selbsthergestellte CN-Folien eingesetzt.⁺

Die Ätz- und Bestrahlungsbedingungen werden dargestellt. Aus experimentellen Untersuchungen biologischer Objekte und stickstoffhaltiger Festkörperproben etgab sich für Stickstoff eine untere Nachweisgrenze von ungefähr 1 Gew.-%.     

Elektrophorese von Radionukliden

Es werden Möglichkeiten zur raschen Trennung von Gemischen chemisch sehr ähnlicher Elemente durch Zonenelektrophorese bei hohen Spannungen gezeigt. So wird als Beispiel die vollsträndige Trennung der 15 Elemente von Lanthan bis Lutetium durch Zonenhochspannungselektrophorese in α-Hydroxyisobuttersäure auf Celluloseacetatfolien beschrieben. Der Zeitbedar für eine Trennung beträgt 14...20 min. Die Anwendung aur Transuranelemente wird erwähnt. Auch bei den Nukliden natürlicher Zerfallsreihen liefert die Methode gute Ergebnisse. So wurde ein Verfahren zur Auftrennung der Glieder der Actiniumreihe ausgearbeiter, mit dem Verunreinigungen von ²¹⁰Pb in käuflichen ²²⁷Ac nachgewiesen werden konnten. In anderen Mutter-Tochter-Systemen konnten Trennnungen auch bei sehr ungünstigen Mengenverhältnissen von 10⁸: 1 durchgeführt werden. Die Anwendung in der Aktivierungsanalyse wird diskutiert.     

Die Bestimmung der spezifischen Aktivität trägerarmer Radiojodidlösungen durch papierchromatographische Ermittlung der prozentualen Radioaktivitätsverteilung auf die Jodsubstitutionsproduke von Bromsulfan

Es wird eine neue Methode zur Bestimmung der spezifischen Aktivität trägerarmer Radiojodidlösungen zwischen 5 und 17 Ci/mg (185 bis 630 G Bq/mg) beschrieben, die wesentlich einfacher ist als die bekannten, zum Teil sehr komplizierten Mikroanalysenmethoden und im Prinzip auf eine einfache Trennung eines Radiojodierungsgemisches hinausläuft. Hierzu werden 1 bzw. 2 nmol Bromsulfan (BSP) mit einer exakt zu messenden Menge Na¹²⁵ J bzw. Na¹³¹ J unter Verwendung von Chloramin T radiojodiert. Da die Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten der Mono- und Dijodierung des Bromsulfans nicht differierèn, ist es möglich, aus der papierchromatographisch ermittelten prozentualen Radioaktivitätsverteilung das molare Verhältnis der an ein BSP-Molekül gebundenen Jodalome zu berechnen. Bei bekannter BSP-Menge läßt sich daraus die an der Radiojodierung beteiligte Jodmasse ableiten.

Bei der Radiojodierung mit Chloramin T wird jedoch kein 100%iger Jodeinbau erreicht. Die gemessene Aktivitätsmenge muß deshalb durch einen Faktor korrigiert werden, der aus dem Ergebnis der papierchromalographischen Trennung des Reaktionsgemisches abgeleitet wird und der lediglich die auf Mono- und Dijod-BSP entfallenden Radioaktivitätsanteile, nicht dagegen das anorganische Radiojodid berücksichtigt. Die spezifische Aktivität der verwendeten Radiojodidlösung ergibt sich dann als Quotient der korrigierten Radioaktivitätsmenge und der berechneten Radiojodmasse.

Wir haben die erhaltenen Ergebnisse mit den nach einer Referenzmethode gefundenen Werten verglichen. Hierbei wurden die spezifischen Aktivitäten von Na¹²⁵ J aus T3-RIA-Standurdkurven mit ¹²⁵J-T3-Tracern bestimmt, die unter Verwen-dung dieses Na¹²⁵ J präpariert wurden. Es wurde eine Präzision mit einem mittleren Variationskoeffizienlen von ±4% festgestellt.     

Materialuntersuchungen mit Hilfe der elastischen Streuung harter γ-Strahlung

Es wird über Untersuchungen berichtet, die die Ausnutzung der elastischen Streung harter γ-Strahlung für Gehaltsbestimmungen in Zweikomponentensystemen zum Ziel haben. Der bei Quantenenergien von etwa 1 MeV vorherrschende elastische Streueffekt, die Rayleigh-Streuung, zeichnet sich durch eine starke Z-Abhängigkeit aus. Allerdings nimmt der Wirkungsquerschnitt n für kleine Streuwinkel (?10°) Werte an, die für praktische Anwendungen genügend groβ sind. Bei Verwendung eines Szintillationsdetektors ist in diesen Bereich eine Abtrennung der Compton-Streuung nicht mehr möglich.

Es wird gezeigt, daβ auch bei Messung des summarischen Wirkungsquerschnitts (elastisch + unelastisch) eine Abhängigkeit von der Kernladungszahl stärker als Z² erreicht werden kann. Die Messungen wurden mit ²⁰³Hg (E_γ = 279 keV) und ¹³⁷Cs (E_γ = 661 keV) durchgeführt. Die Verwendung der härteren Strahlung des ¹³⁷Cs bringt gegenüber der weicheren des ²⁰³Hg trotz gröβerer experimenteller Schwierigkeiten einige wesentliche Vorteile.     

разделение изотопных молекул водорода на водородных формах синтетичеескх цеолитов

Anhand der Äquivalenz zwischen der Kaliummenge und der entsprechenden Zählrate (⁴⁰K) werden Beziehungen angegeben, die es ermöglichen, die Kaliummenge zu bestimmen, deren radiometrischer Einfluβ bei verschiedenen Gesamieffektivitäten vernachlässigbar ist. Für die häufigsten Fälle von Gesamtaktivitätsmessungen von Spaltproduktgemischen mit Hilfe der β-Strahlung sind die radiometrisch vernachlässigbaren Kaliummengen für einige Nahrungsmittel angeührt.     

Gastrennung mit Hilfe des Zirkulations-Diffusions-Verfahrens Teil 2: Trennung von stabilen Isotopen und technischen Gasmischungen durch Massen- bzw. “Sweep”-Diffusion

Es wurde ein Massendiffusionsrohr konstruiert und mit Wasserdampf als Treibmittel zur Abtrennung von ¹³CH₄ aus Methan-gas mit natürlicher Isotopenzusammensetzung (¹³CH₄-Anteil: 1,06%) eingesetzt. Der maximale Trennfaktor betrug 1,13. Mit den experimentellen Ergebnissen und Ansätzen aus der Literatur wurde eine Kaskade für die Gewinnung von 1 g ¹³CH₄ pro Tag (90%ige Reinheit) berechnet.

Mit einem zweiten Trennrohr, das nach dem Prinzip der “Sweep”-Diffusion gebaut wurde, erfolgten Trennversuche an H₂-N₂- und H₂-CH₄-Gasmischungen. Es wird die Berechnung einer Trennanlage zur Geiwinnung von 500 m³/h Wasserstoff (90%ig) aus einer H₂-CH₄-Mischung diskutiert. Ein technischer Einsatz der “Sweep”-Diffusion scheint günstig, wenn nur kleinere Gasmengen anfallen und Abdampf zur Verfügung steht.     

Zur Durchführung von Strahlenschutzbauartprüfungen im Deutschen Amt für Meßwesen und Warenprüfung

Es wurde eine Methode zur Bestimmung von Stoffen durch eine Fällungstitration unte Anwendung von radioaktiven Kryptonaten als Redox-Indikatoren entwickelt. Als ein praktisches Beispiel wird die Bestimmung von Ba²⁺ durch eine Titration mit K₂Cr₂O₇ als Maβlösung und Ag[⁸⁵Kr] als Äquivalenzpunktindikator angeführt. Bis zum Erreichen des Äquivalenzpunktes verläuft die Fällungsreaktion unter Bildung des Niederschlages von BaCrO₄ und nach Überschreiten des Åquivalenzpunktes eine Redox-Reaktion zwischen der Maβlösung und dem radioaktiven Kryptonat, wobei ⁸⁵ Kr freigesetzt wird.     

Verschiebung des radioaktiven Gleichgewichtes 90Sr- 90Y im Organismus von Ratten nach oraler Verabfolgung

Bei unseren Stoffwechseluntersuchungen mit ⁹⁰Sr an Ratten und Kaninchen stellten wir wiederholt fest, daß sich die Aktivität einer Kot- oder Harnprobe verändert. Diese Veränderung der meßbaren Zählraten kann nur auf eine Verschiebung des radioaktiven Gleichgewichtes zwischen ⁹⁰Sr und ⁹⁰Y infolge der Stoffwechselvorgänge im Organismus zurückgefuhrt werden. Auf Grund der unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften von Strontium und Yttrium tritt bei jedem chemischen Eingriff eine Verschiebung des radioaktiven Gleichgewichtes zwischen ⁹⁰Sr und ⁹⁰Y ein. So bleibt beispielsweise bei der Fällung von Sr als Sulfat das ⁹⁰Y in Lösung und kann unter Einsatz von Trägermaterial fast quantitativ abgetrennt werden.     

Bestimmung der Rührstufenzahl aus mit radioaktiven Nukliden gemessenen Verweilzeitspektren

Die mit Hilfe einer radioaktiven Stoβmarkierung in Mischreaktoren gemessenen Verweilzeitktiruen können zur Ermittlung der äquivalenten Rührstufenzahl n_äq verwendet werden. Die beschriebene Methode beruht auf einem Vergleichsverfahren, wonach das gemessene Verweilzeitspektrum einer Kurvenschar gegenübergestellt wird, die für cine Rührkaskade, bestehend aus n hintereinandergeschalteten idealen Durchlaufrührkesseln, abgeleitet wurde. Zur praktischen Durchführung des Verfahrens werden zwei Hilfsfunktionen φ_A und φ_B definiert und für vorgegebene Werte im Bereich von 1 < n < 100 mit Hilfe eines ZRA 1 berechnet. Ein Teil der Werte ist tabellarisiert, die Funktion φ_B ist graphisch dargestellt. Aus der gemessenen Verweilzeitkurve müssen φ_A ^exp und φ_B ^exp ermittelt und mit den theoretischen Werten φ_A ^theor und φ_B ^theor, die als Funktion von n dargestellt sind, verglichen werden. Das Verfahren wird an einem Beispiel erläutert.     

Originalarbeiten: Optimierungsbetrachtungen zur Anreicherung von Mittelkomponenten durch Thermodiffusion am Beispiel von Krypton-85: Teil II: Optimale Kaskadierung bei der Anreicherung von Krypton-85

Tei 11 behandelt die Formulierung, weitere Aufbereitung und näherunysweise Lösuug von Kaskadenoptimierungs-problemen am Beispiel einer konkreten Trennaufgabe, die sich auf die Anreicherung der Mittelkomponente ⁸⁵Kr aus Spaltkrypton mittels Thermodiffusion bezieht. Dubei ist der Vergleich von verschiedenen Verknüpfungs- und Profilierungsvarianten eingeschlossen. Das vorgestellte Lösungsverfahren beruht auf einer Kombination von analytischen und numerischen Methoden, wobei das in Teil I bereitgestellte Computerprogramm zur Berechnung des Konzentrationsprofils herangezogen wird. Als praktisch wichtigstes Resultat erhält man eine Abschätzung des Mindestaufwands zur Realisierung der genannten Trennaufgabe.     

Die universelle Bestrahlungsanlage K-200000

Im Jahre 1969 wurde im Karpow-Institut für Physikalische Chemie eine universelle Groβbestrahlungsanlage vom Typ K-200000 in Betrieb genommen. Sie wird für strahlenchemische Forschungen und zur Modellierung strahlenchemischer Apparaturen verwendet. Die Gesamtaktivität in Form von 60 standardisierten ⁶⁰Co-Strahlungsquellen, mit denen die Anlage beladen wurde, betrug zur Zeit dor Inbetriebnahme ungefähr 210000 g Äq.Ra. In konstruktiver Hinsicht stellt die Anlage eine modernisierte Variante der universellen Bestrahlungsanlage K-60000 dar. Die neue Anlage besitzt eine Reihe wesentlicher Vorzüge. In erster Linie betrifft das die modernisierten Verfahren zur Anzeigo der Quellenpositionen und der Blockierung beim Einfahren der Quellen nach der gemessenen Dosis. Die neue Anlage enthält ein Blockierungssystem für das Einfahren der Quellen im Falle eines ungenügenden Luftwechsels in der Bestrahlungskammer und ein Blindschaltbild zur Kontrolle der Bewegung der ⁶⁰Co-Kassetten.     

Das „Isotopenthermometer”︁ im ewigen Eis: Mechanismen globaler Klimaschwankungen

Die Analysen von zwei Bohrkernen im grönländischen Eis haben unser Wissen über Klimaschwankungen und deren mögliche Ursachen stark erweitert. Die δ¹⁸ O‐Messreihe zeigt, dass der Übergang von der letzten Eiszeit zur Nacheiszeit in drastischen Sprüngen erfolgte und dass es auch während der Eiszeit schnelle, drastische Klimaänderungen, so genannte Dansgaard‐Oeschger ‐Ereignisse gab. Basierend auf der heute gültigen Beziehung zwischen mittlerer Jahrestemperatur und δ¹⁸ O‐Wert nahm man an, dass der Temperaturanstieg zwischen Eiszeitmaximum und Nacheiszeit rund 12°C und zu Beginn eines Dansgaard‐Oeschge‐Ereignisses rund 8°C betrugen. Neue Kalibrationsmethoden haben gezeigt, dass die Temperatursprünge praktisch doppelt so groß waren, wie die mit der Dansgaard‐Beziehung ermittelten. Erstaunlich sind vor allem die schnellen Temperaturanstiege. Ein Temperaturanstieg von mehr als 10°C e folgte oft in wenigen Jahrzehnten. Die Methanmessreihe ergab, dass die Dansgaard‐Oeschger ‐Ereignisse kein auf Grönland beschränktes Phänomen sind. Es sind Klimaschwankungen von globaler Bedeutung. Die zeitliche Synchronisation von Messreihen auf Grönland und der Antarktis mithilfe von Methanvariationen ergab, dass einer abrupten Erwärmung in Grönland oft eine Erwärmung in der Antarktis vorausging. Von zwei Kernbohrungen im Rahmen des „European Project for Ice Coring in Antarctica”︁ erwartet man vor allem neue Erkenntnisse über Klimawechselwirkungen zwischen den beiden Hemisphären und über die Ursachen der Variationen von Treibhausgaskonzentrationen parallel zu globalen Klimaschwankungen.     

Verfahren zur Umarbeitung geologischer Proben für die massenspektrometrische Isotopenanalyse am Kohlenstoff

Die Forderungen der Geologen und anderer Naturwissenschaftler, die natürlichen Häufigkeiten der Kohlenstoffisotope für detaillierte Untersuchungen heranziehen zukönnen, ließ die massenspektrometrische Meßgenauigkeit einen Entwicklungsstand erreichen, der es heute erlaubt, Relativmessungen mit einem Fehler von ±0,05 bis ±0,1‰ des δ_{13 C} ^-Wertes durchzuführen. Damit sind noch Differenzen gegenüber einem Standard von ±0,0001 Atom-% ¹³C exakt erfaßbar.