Ovo se postiže rotacijom zatvorenih posuda sa mješavinom vrlo brzo oko fiksne središnje točke.
Centrifugalna sila stvorena ovim kretanjem gura gušći materijal u suspenziji na zidove posude, efikasno ga odvajajući od rastvora. Ovi uređaji se koriste za odvajanje čvrstih tvari od tekućih suspenzijskih medija; na primjer, oni su važan medicinski alat za odvajanje plazme od uzoraka krvi.
Oznake članaka:
- centrifuga;
- mašina za centrifugiranje;
- medicinska centrifuga;
- rotor centrifuge;
- filter centrifuge;
- centrifuga za podizanje plazme;
- laboratorijska medicinska centrifuga;
- brzina centrifuge;
Kako rade centrifuge?
Osnovni princip rada centrifuge je centrifugalna sila. Ako se kanta napola napunjena vodom brzo okreće u krug, iznad glave i natrag na tlo, centrifugalna sila stvorena rotacijom kante uzrokuje da se voda pomakne na dno. To je ono što zadržava vodu u kanti čak i kada je okrenuta naopačke.Većina centrifuga koristi ovu silu na sličan način i sastoji se od kućišta s poklopcem i pogonjenog centralnog rotora. Rotor ima niz rupa oko svog obima u koje se postavljaju posude, obično epruvete koje sadrže otopinu. Kada je poklopac mašine zatvoren i centrifuga uključena, rotor se okreće velikom brzinom. Kao i kod eksperimenta s lopaticom, centrifugalna sila uzrokuje da se svaka tvar u otopini koja je gušća od tekućine pritisne na vanjske zidove cijevi, odvajajući je od tekućine u procesu.
Nakon što centrifuga završi svoj ciklus, postepeno se usporava i zaustavlja kako bi se spriječile turbulencije koje bi mogle uzrokovati ponovno miješanje otopine. Ovaj period usporavanja takođe omogućava da sav izdvojeni materijal padne na dno cevi. Kada se rotor zaustavi, epruveta se može ukloniti i uzorci se obraditi.
U nekim slučajevima, centrifuga može imati sito na jednom kraju, omogućavajući prolazak tekućinama, dok čvrste tvari ostaju zarobljene unutar cijevi. Drugi mogu držati cijevi pod fiksnim kutom ili im dozvoliti da se sklone dok se rotiraju. Položaj cijevi i brzina rotacije centrifuge mogu varirati ovisno o vrsti otopine koja se odvaja.
Odvajanje gustine
Na ovaj način, bilo koja količina suspendovanog materijala može se odvojiti od suspenzije. Svaka različita supstanca će se odvojiti po svojoj gustini, formirajući različite slojeve na dnu cevi kada se mašina zaustavi. Ovo je poznato kao princip sedimentacije. Na primjer, uzorak krvi stavljen u centrifugu za odgovarajuću dužinu ciklusa bit će potpuno uništen, pri čemu će se teže krvne stanice skupljati na dnu, a lakša krvna plazma na vrhu. Ovo je posebno korisno za identifikaciju svih komponenti nepoznatih rješenja.Druge upotrebe
Uređaji za centrifugiranje se ne koriste samo u laboratorijama; vide široku primenu u menadžmentu otpadne vode, u industriji ulja, pa čak iu preradi šećera i mlijeka. Medicinske i naučne laboratorijske centrifuge su obično mali, stoni uređaji. S druge strane, industrijske mašine koje se koriste za odvajanje magnetitne suspenzije od procesne vode u postrojenju za ugalj mogu biti vrlo velike.Plinske centrifuge koje se koriste u procesu obogaćivanja uranijuma opremljene su posebno dizajniranim kontejnerima koji uključuju strateški smještenu unutrašnju kantu. Kada se okreće, ova lopatica sakuplja željeni izotop uranijuma-235, dok se teži izotop 238 skuplja na zidovima posude. Ovo je, međutim, mnogo duži proces od odvajanja tečne suspenzije, koji često zahteva nekoliko hiljada ciklusa.
Velike centrifuge se također koriste za izlaganje ljudi ekstremnim silama u kontroliranom okruženju. Vanjska sila koju stvara tako velika mašina može se koristiti za simulaciju ogromnih gravitacijskih sila (G-sila) koje astronaut ili pilot borbenog aviona može iskusiti kada putuje na vrlo velike brzine. Geotehničko modeliranje je još jedna oblast u kojoj se centrifuge koriste za simulaciju naprezanja gravitacije u prototipovima.
Kako kupiti laboratorijsku centrifugu?
Centrifuge se koriste u širokom spektru industrija, a sa velikim izborom tipova, kupovina može biti neodoljiva. Kako bi odabrali pravi uređaj, kupci se ohrabruju da identifikuju specifične namjene u kojima im je potrebna centrifuga za obavljanje onoga što obično diktira industrija u kojoj pojedinac radi. Kada se to utvrdi, korisnik mora istražiti različite modele i karakteristike kako bi odredio odgovarajuću centrifugu za određenu primjenu. Najčešće su centrifuge potrebne za medicinsku i laboratorijsku upotrebu. Ovi uređaji se mogu kupiti u mnogim medicinskim i laboratorijskim radnjama. Medicinske i laboratorijske prodavnice sve je teže pronaći u fizičkom obliku (ne na mreži), mnoge od njih već postoje SAMO online. Nažalost, online trgovina ima svoje prednosti i nedostatke. Prednost je što postoji širok raspon uređaja i funkcija dostupnih za pregled i upoređivanje, ali nedostatak je što korisnik ne može vidjeti i znati točno što kupuje dok artikal ne stigne.Pregled različitih tipova centrifuga pomoći će vam da shvatite ovo pitanje.
Princip rada laboratorijske centrifuge
Centrifuge rotiraju objekte oko centralne, fiksne ose, obično velikom brzinom. Ova rotacija velike brzine nameće silu na objekte u obliku povećane gravitacije kroz centripetalno ubrzanje. To uzrokuje da se gušći materijali unutar kontejnera na vanjskoj ivici udaljavaju dalje od ose rotacije, a lakši materijali da se približavaju osi rotacije. Zahvaljujući ovoj akciji, centrifuge ubrzavaju vrijeme taloženja.Područja primjene centrifuga u laboratoriju
Centrifuge imaju mnoge namjene i dokazale su se u širokom spektru primjena koje uključuju odvajanje tekućina.Centrifuga za laboratoriju
Laboratorijska centrifuga je uređaj koji se koristi u nauci za odvajanje suspenzija na osnovu gustine. Gušće čestice se oslobađaju i migriraju na dno cijevi, dok se lakše čestice kreću na vrh. Mašina je okruglog oblika i ima rupe u koje se mogu ubaciti epruvete. Prije uključivanja, poklopac prekriva gornji dio stroja, nakon čega se motor može rotirati vrlo velikom brzinom.
Ako neko želi da ga razdvoji na njegove komponente - crvena krvna zrnca, bela krvna zrnca, trombocite i plazmu, koristi se centrifugom. Plazma će plutati na vrhu jer ima najmanju gustinu. U budućnosti, plazma se može koristiti za odvajanje organela od ćelija i za izolaciju nukleinskih kiselina. Evo nekoliko primjera kako se centrifuga može koristiti.
Većina centrifuga koje se danas koriste namijenjene su za medicinsku i laboratorijsku upotrebu. Kao što je već spomenuto, ovi uređaji razdvajaju materijale suspendirane u tekućim mješavinama. U medicini se najčešće koristi odvajanje plazme od crvenih krvnih zrnaca. Plazma je mnogo lakša od crvenih krvnih zrnaca, a kao rezultat centripetalnog ubrzanja, crvena krvna zrnca se talože na dno epruvete, a plazma se diže na vrh. Najčešće centrifuge u medicinskom polju su ultracentrifuge i hematokritne centrifuge.
Ultracentrifuge se koriste u oblastima molekularne biologije, biohemije i polimera i dizajnirane su za okretanje rotora pri ekstremno velikim brzinama. Hematokrit centrifuge su specijalizovane centrifuge koje omogućavaju istraživaču da izmeri broj crvenih krvnih zrnaca u punoj krvi.
Centrifuge za kozmetičke salone
Druge laboratorije, kao što su kozmetičke laboratorije, koriste centrifuge za odvajanje elemenata u složenim kemikalijama za stvaranje različitih losiona, krema i drugih kozmetičkih proizvoda.Centrifuge za rudarsku industriju
Rudarstvo koristi velike, teške mašine zvane horizontalne centrifuge za odvajanje zlata i drugih teških minerala suspendovanih u vodi. Horizontalne centrifuge se koriste u drugim industrijama za izvlačenje materijala iz vode koja se koristi za čišćenje ili hlađenje mašina.Centrifuge u vazduhoplovnoj industriji
Neke od najvećih centrifuga koriste se u zrakoplovnoj industriji. Većina ljudi ih poznaje kao "pojačala G-Force", koja testiraju izdržljivost astronauta i pilota na velike g sile, za supersonični let i šetnju svemirom, a zatim i za oporavak u Zemljinoj atmosferi. Međutim, zrakoplovna industrija koristi ove velike centrifuge u druge svrhe, uključujući ispitivanje izdržljivosti materijala i opreme pod istim uvjetima.
Centrifuge u nuklearnoj industriji
Industrija nuklearnog obogaćivanja koristi plinske centrifuge. Ove centrifuge rade na istom principu, ali odvajaju izotope od gasa domaćina. Najčešća upotreba plinskih centrifuga je obogaćivanje uranijuma za proizvodnju energije i, u mnogo manjoj mjeri, obogaćivanje za oružje.
Centrifuge za industrijsku upotrebu
Sito centrifuge su jedne od najčešćih industrijskih centrifuga. Ove centrifuge sadrže mrežasti zaslon od metala ili plastike s rupama na krajnjoj ivici. Kako se rotor rotira, rupe propuštaju samo čestice određene veličine, zadržavajući veće čestice na ekranu. Neke sita centrifuge sadrže više sita, čime se odvajaju čestice na različite nivoe debljine.
Centrifuge za kućne aparate
Poznata upotreba centrifuga u kućanskih aparata, mašine za pranje veša - industrijske centrifuge. Kada je opterećenje u ciklusu centrifuge, centripetalna sila gura vodu i odjeću prema rubu vanjskog zaslona. Odjeća će se uhvatiti u sito (zidovi bubnja), ali voda može proći (kroz rupe). Ovo omogućava odjeći da dostigne određeni nivo suhoće prije nego što se stavi u sušilicu na konačno sušenje.Poređenje centrifuga
Nisu sve centrifuge istog tipa ili jednake. Dva su glavna faktora koja treba uzeti u obzir: brzina rotacije i dizajn rotora.
Brzina rotacije
Poređenje centrifuga može biti lako ili teško. Nakon određivanja vrste potrebne centrifuge, kupac može početi upoređivati različite karakteristike modela. Jedno od najvažnijih razmatranja je određivanje brzina koje su potrebne za primjenu u kojoj će se centrifuga koristiti, budući da različite brzine mogu proizvesti različite rezultate s istim materijalima.Međutim, rotacije u minuti, ili RPM, nisu jedini faktor koji treba uzeti u obzir prilikom upoređivanja sličnih centrifuga. To je zato što se u zavisnosti od ugla rotacije kontejnera, različite vrednosti centripetalne sile mogu primeniti na sadržaj sa različite brzine rotacija.
Dizajn rotora
Važan je i ugao rotora koji se koristi u centrifugi. Mnoge centrifuge za laboratorijsku upotrebu imaju izmjenjive rotore, što omogućava da se jedna centrifuga koristi za više aplikacija. Neke centrifuge dolaze s rezervnim rotorom, koji se najčešće koriste, a neke uopće nemaju rotor, tako da kupci moraju pažljivo pročitati opise proizvoda prilikom kupovine centrifuga.Nema ništa frustrirajuće za kupca od gubljenja vremena na kupovinu centrifuge koja se ne može koristiti jer joj nedostaje rotor. Ako kupljena centrifuga ne dolazi s rotorom, rotor dizajniran za određenu namjenu mora se kupiti zasebno.
Uglovi rotora i perforacije
Rotori sadrže rupe ravnomjerno raspoređene oko središnjeg vretena za pravilnu raspodjelu opterećenja. U ove rupe se ubacuju specijalne plastične, staklene ili metalne cijevi dizajnirane za upotrebu u centrifugama. Rotori dolaze u različitim mogućnostima i dizajnu. Korisnik mora koristiti potrošni materijal koji odgovara određenom rotoru za pravilnu primjenu.
Uobičajene kategorije rotora su rotori sa fiksnim uglom i rotori. Rotori sa fiksnim uglom imaju posebne rupe na uglovima za odvajanje ciljeva. Okretni rotori omogućavaju da se kontejneri postavljaju okomito i rotiraju u horizontalne položaje zbog centripetalne sile.
Razmatranje potrošnog materijala
Još jedna stvar koju treba uzeti u obzir prilikom korištenja i kupovine centrifuga su potrebne zalihe. Nakon što je centrifuga odabrana i odgovarajući rotor identificiran i instaliran, sljedeće razmatranje je spremnik koji se koristi u centrifugi. Sve do prošlog stoljeća staklo je bilo najčešći tip posude koja se koristila u centrifugama.
Međutim, staklene bočice mogu popucati ili se slomiti pod pritiskom ako je integritet površine ugrožen. Zbog toga koristite plastične posude raste, iako se staklo i dalje koristi. Nedostatak plastike je što sva plastika ima blago poroznu strukturu, zbog čega se staklo još uvijek koristi u mnogim medicinskim primjenama.
Kako kupiti centrifugu?
Specijalizirane online trgovine mogu biti odličan izvor pri kupovini centrifuga. Međutim, mnogi proizvodi su tipovi centrifuga, ali se ne odnose na tipičnu laboratorijsku upotrebu. Zbog toga može doći do situacije u kojoj kupac mora tražiti centrifugu posebno pod poslovnom i industrijskom kategorijom za centrifuge.
Unutar ove kategorije su specifičnije potkategorije, pri čemu je zdravstveni sektor najbolje mjesto za traženje laboratorijskih centrifuga. Ovaj odjeljak je obično podijeljen još više radi preciznije pretrage. Prva potkategorija, laboratorijska oprema, ima odjeljak o centrifugama i dijelovima sa određenim područjem centrifuge. Ova posljednja kategorija je vjerovatno najbolje mjesto za traženje centrifuga pogodnih za laboratorijsku upotrebu.
Potrošni materijali imaju slično stablo kategorija za pretraživanje. U kategoriji Posao i industrija idite na kategoriju Zdravstvo, Laboratorije i Nauke o životu, a zatim na Laboratorijski pribor. Ovo područje ima dodatne potkategorije posvećene određenim vrstama zaliha, uključujući jednokratnu upotrebu, plastične proizvode, laboratorijsko stakleno posuđe, pipete, cijevi, ventili i fitinzi i drugi materijali.
Sažetak laboratorijske centrifuge
Centrifuge su relativno jednostavne mašine, ali ih je veoma teško kupiti na internetu. Nažalost, zbog sve manjeg broja fizičkih laboratorija, online prodavnice centrifuga postaju sve potrebnije. Stoga je istraživanje i prikupljanje komparativnih informacija prilikom kupovine centrifuga postalo važnije nego ikad.
Prvi korak za kupca je da odredi vrstu potrebne centrifuge, koju često određuje industrija u kojoj će se centrifuga koristiti. Kupac se tada ohrabruje da nauči i uporedi različite primjene i karakteristike koje ove centrifuge nude i odredi šta je pravo za vas. Konačno, kupovina centrifuga putem interneta postaje laka u bilo kojoj vrsti online trgovina i aukcijskih stranica.
Sva istraživanja medicinskih centara a dobre bolnice su opremljene laboratorijama. Ovdje osoblje ispituje testove pacijenata, dolazi do nečeg novog u oblasti farmakologije i proučava određene bolesti. Bez laboratorijskih istraživanja bilo bi nemoguće proučavati i boriti se protiv novih bolesti.
Svaka laboratorija ima različitu opremu. A laboratorijska centrifuga je uređaj bez kojeg ne možete.
Šta je laboratorijska medicinska centrifuga?
Svaka laboratorija može u potpunosti funkcionirati samo kada ima optimalan set alata i instrumenata koji su spremni za redovnu upotrebu. Laboratorijska centrifuga je uređaj koji se svakodnevno koristi u medicinskoj i naučnoj praksi. Glavni zadatak ovog uređaja je odvajanje tvari po gustoći i konzistenciji pomoću centrifugalne sile. Tako se tvari s maksimalnom specifičnom težinom postavljaju na periferiju, a frakcije s minimalnom specifičnom težinom postaju bliže osi rotacije.
U znanstvenoj i medicinskoj praksi prilično je uobičajeno razdvajanje različitih tekućina u frakcije pomoću laboratorijskih medicinskih centrifuga. Tekućina se stavlja u posebnu posudu, a nakon uključivanja uređaja, centrifuga počinje vrlo brzo da se okreće oko svoje ose. Kao rezultat, formiraju se homogeni elementi - komponente izvorne tekućine.
Šta je centrifugiranje?
Centrifugiranje je proces rada centrifuge. Zasnovan je na zakonu fizike o centrifugalnoj sili i omogućava vam da brzo razgradite tekućine na njihove komponente, što je nemoguće, na primjer, pri taloženju, filtriranju ili cijeđenju. Što je veća brzina rotacije rotora i što je veći intenzitet njegovih okretaja, uređaj radi efikasnije.
Laboratorijske centrifuge sa ili bez hlađenja klasificiraju se:
- Za uređaje male brzine u kojima je frekvencija rotora 25.000 o/min.
- Jedinice velike brzine sa brzinom rotacije od 40.000 o/min.
- Centrifuge ultra velike brzine kod kojih brzina rotora prelazi 40.000 o/min.
Koje se tvari mogu razdvojiti u čestice pomoću centrifuge?
Ovaj uređaj je dizajniran za odvajanje bioloških tekućina kao što su krv, urin, limfa i majčino mlijeko. Ove tvari su heterogene, a pri proučavanju analiza bolesne osobe ne može se izbjeći njihovo lako odvajanje pomoću laboratorijske centrifuge.
Najčešće testirana je, naravno, ljudska krv. Pomoću posebnih centrifuga možete pripremiti krvne proizvode, dobiti krvni serum pogodan za transfuziju i još mnogo toga.
Osim toga, ova jedinica je namijenjena ne samo za odvajanje tekućih tvari na komponente, već i za odvajanje čvrstih frakcija od tekućina. Tečnosti, koje sadrže čestice različitog stepena ozbiljnosti, lako se dele na komponente pomoću laboratorijske centrifuge. To može biti ne samo krv ili limfa, već i razne suspenzije.
Dizajnerske karakteristike opreme
Gore opisana oprema je bubanj opremljen rupama različitih promjera. U njima su epruvete s ispitnim materijalima postavljene pod različitim uglovima. Prilično snažan motor centrifuge i zatvoreni poklopac osiguravaju kvalitetan i potpun rad uređaja.
Glavna razlika između centrifuga je njihov dizajn. Može biti različito i zavisi od toga u koje svrhe će se ova oprema koristiti u budućnosti.
Osnovni elementi uređaja
Moderne centrifuge koje se koriste u laboratorijskoj i medicinskoj praksi opremljene su mnogim korisnim funkcijama, na primjer, tajmerom, zamjenjivim mlaznicama, regulatorom brzine rotacije uređaja i drugim. Ali osnovni elementi ostaju isti, a to su:
- Tijelo uređaja i zapečaćeni poklopac.
- Posebna radna komora u koju se postavljaju epruvete.
- Rotor.
- Motor.
- Daljinski upravljač.
- Power unit.
Skuplji modeli mogu biti opremljeni displejom, senzorima, uređajem za detekciju, rashladnim sistemom, automatskim zaključavanjem poklopca itd.
Tradicionalno, prilikom izrade tijela i zatvorenog poklopca, proizvođači koriste nehrđajući čelik, polipropilen, aluminij, razne metalne legure. To osigurava dugovječnost opreme. Mnogi materijali koji se koriste u proizvodnji ove opreme, nisu podložni agresivnom okruženju.
Klasifikacija jedinica
Laboratorijske i medicinske centrifuge imaju svoju klasifikaciju. Stoga se morate upoznati s njim prije kupovine ovog uređaja.
Na osnovu tipa jedinice dijele se na opšte laboratorijske, hematokridne i uređaje opremljene rashladnim sistemom. Prva vrsta centrifuge je najpopularnija i najraširenija. Drugi je dizajniran za provođenje krvnih pretraga. Drugi dozvoljavaju da se ispitivana supstanca ohladi tokom procesa analize.
Uređaji se takođe klasifikuju prema vrsti i zapremini radnog pribora. To mogu biti: mikrocentrifuge (desktop), jedinice male zapremine, centrifuge velike zapremine, podne opcije, univerzalne centrifuge.
Ne zaboravite na funkcije laboratorijske centrifuge. Postoje uređaji sa malom brzinom rotacije, jedinice velike brzine, centrifuge koje pružaju nekoliko funkcija, kao i ultracentrifuge.
Kako odabrati centrifugu?
Prilikom odabira centrifuge za laboratorijska i medicinska istraživanja, potrebno je uzeti u obzir nekoliko faktora.
Prije svega, potrebno je odlučiti koje vrste analiza će se provoditi pomoću ove opreme. U oblasti biohemije, hematologije, imunohemije i citologije koriste se različiti uređaji sa različitim tehničkim karakteristikama i načinima rada.
Zatim morate odrediti obim budućih istraživanja i koje vrste izvornih materijala se planiraju koristiti. Također bi bilo korisno uzeti u obzir sigurnosne zahtjeve. Ako planirate proučavati male količine tvari, tada će za ove svrhe biti dovoljna mikrocentrifuga.
Za male ili mobilna laboratorija nema potrebe za kupovinom glomazne opreme, jer će u ovom slučaju obim istraživanja biti mali. Velike centrifuge u pravilu su opremljene s puno dodatnih funkcija koje se najvjerovatnije neće koristiti. Nema potrebe za doplatom. Kompaktna stolna laboratorijska centrifuga će biti idealno rješenje u ovoj situaciji.
Budući da je mala, neće ometati druge istraživačke aktivnosti. Vrlo je jednostavno i lako za napajanje (priključuje se na običnu utičnicu).
Na koje tehničke parametre treba obratiti pažnju pri odabiru uređaja?
Ako se odlučite za kupovinu centrifuge za visokokvalitetne laboratorije i naučno istraživanje, onda prije svega obratite pažnju ne na brzinu rotacije rotora. Tipično, brzina rotacije rotora u većini uređaja laboratorijskog tipa, na primjer u laboratorijskoj centrifugi TsLMN R-10-02 i drugima, ne prelazi 3000 o / min (ako govorimo o desktop modelima). Praksa je pokazala da su danas najtraženije centrifuge sa brzinom od 4000 okretaja, jer je ta vrijednost dovoljna za laboratorijske uvjete.
Tip rotora može biti horizontalni ili ugaoni.
Saznajte koliko epruveta se može staviti u jednu gomilu u jedinici. Provjerite dozvoljeni volumen epruveta.
Obratiti pažnju na gore navedeno specifikacije, možete odabrati optimalan uređaj po povoljnoj cijeni. Cijena jedinica obično varira od 18 do 270 hiljada rubalja.
Gdje se još koriste slične jedinice?
Proizvođači laboratorijskih centrifuga su se potrudili da ih učine multifunkcionalnim i svake godine objavljuju sve naprednije modele. Ova jedinica je nezamjenjiv pomoćnik u medicinskim, kemijskim, eksperimentalnim, pa čak i industrijskim laboratorijama. Omogućava vam da što preciznije proučavate različite sastave supstanci.
U naftnoj industriji takvi uređaji se koriste za proučavanje ugljikovodika, kao i za praćenje kvaliteta putnih površina. Centrifuge se takođe koriste za obogaćivanje rude i u proizvodnji mašina za pranje veša.
U poljoprivrednom sektoru, centrifuge se koriste za efikasno čišćenje žitarica, vađenje meda iz saća i odvajanje masti od mlijeka.
Jednostavno je nemoguće bez centrifuge prilikom dijeljenja izotopa u fizici.
Ovaj neupadljivi sivi cilindar ključna je karika u ruskoj nuklearnoj industriji.
Naravno, ne izgleda baš reprezentativno, ali kada shvatite njegovu svrhu i pogledate tehničke karakteristike, počinjete shvaćati zašto tajnu njegovog stvaranja i strukture država štiti kao zenicu oka.
Da, zaboravio sam da uvedem: evo gasne centrifuge za odvajanje izotopa uranijuma VT-3F (n-ta generacija). Princip rada je elementaran, poput separatora mleka se odvaja teško od laganog uticajem centrifugalne sile. U čemu je onda značaj i posebnost? Prvo, odgovorimo na još jedno pitanje - uopšte, zašto odvajati uranijum? Prirodni uranijum, koji leži tačno u zemlji, je koktel dva izotopa: uranijuma-238 i uranijuma-235 (i 0,0054% U-234). Uranijum-238 je samo težak, sivi metal. Možete ga koristiti za izradu artiljerijske granate ili... privezak za ključeve.
Ali šta se može napraviti od uranijuma-235? Pa, prvo, atomska bomba, a drugo, gorivo za nuklearne elektrane. I tu dolazimo do ključnog pitanja – kako odvojiti ova dva, gotovo identična atoma, jedan od drugog? Ne, stvarno, KAKO?! Usput: Radijus jezgra atoma uranijuma je -1,5 10-8 cm Da bi se atomi uranijuma ugurali u tehnološki lanac, on (uran) mora biti pretvoren u gasovito stanje. Nema smisla ključati, dovoljno je kombinirati uran s fluorom i dobiti HFC uranijum heksafluorid.
Tehnologija za njegovu proizvodnju nije mnogo komplikovana i skupa, pa se HFC dobijaju direktno odakle se ovaj uranijum vadi. UF6 je jedino vrlo isparljivo jedinjenje uranijuma (kada se zagrije na 53°C, heksafluorid (na slici) direktno prelazi iz čvrstog u plinovito stanje). Zatim se pumpa u posebne kontejnere i šalje na obogaćivanje.
Malo istorije Na samom početku nuklearne trke, najveći naučni umovi i SSSR-a i SAD-a ovladali su idejom difuzionog odvajanja – propuštanjem uranijuma kroz sito. Mali 235. izotop će se provući, a "debeli" 238. izotop će se zaglaviti. Štaviše, izrada sita sa nano-rupama za sovjetsku industriju 1946. nije bio najteži zadatak.
Iz izvještaja Isaka Konstantinoviča Kikoina na naučno-tehničkom vijeću pri Vijeću narodnih komesara (datog u zbirci deklasificiranih materijala o atomskom projektu SSSR-a (Ed. Ryabev)): Trenutno smo naučili da pravimo mreže sa rupama od oko 5/1.000 mm, tj. 50 puta veći od slobodnog puta molekula pri atmosferskom pritisku. Shodno tome, pritisak gasa pri kojem će doći do razdvajanja izotopa na takvim mrežama mora biti manji od 1/50 atmosferskog pritiska. U praksi pretpostavljamo da radi pri pritisku od oko 0,01 atmosfere, tj. pod dobrim vakuumskim uslovima. Proračuni pokazuju da je za dobivanje proizvoda obogaćenog do koncentracije od 90% lakim izotopom (ova koncentracija je dovoljna za stvaranje eksploziva), potrebno je kombinirati oko 2.000 takvih stupnjeva u kaskadi.
U mašini koju projektujemo i delimično proizvodimo, očekuje se proizvodnja 75-100 g uranijuma-235 dnevno. Instalacija će se sastojati od otprilike 80-100 “kolona”, od kojih će svaka imati instalirano 20-25 stepeni.” Ispod je dokument - Berijin izvještaj Staljinu o pripremi prve eksplozije atomske bombe. Ispod su kratke informacije o nuklearnim materijalima proizvedenim početkom ljeta 1949. godine.
A sada zamislite sami - 2000 pozamašnih instalacija, za samo 100 grama! Pa šta da radimo s tim, trebaju nam bombe. I počeli su da grade fabrike, i to ne samo fabrike, već čitave gradove. I dobro, samo gradovi, ove difuzione elektrane su zahtijevale toliko struje da su morali graditi zasebne elektrane u blizini. Na fotografiji: prvo na svijetu plinsko-difuzijsko postrojenje za obogaćivanje uranijuma K-25 u Oak Ridgeu (SAD). Izgradnja je koštala 500 miliona dolara. Dužina zgrade u obliku slova U je oko pola milje.
U SSSR-u, prva faza D-1 postrojenja br. 813 bila je projektovana za ukupnu proizvodnju od 140 grama 92-93% uranijuma-235 dnevno u 2 kaskade od 3100 stepeni razdvajanja identične snage. Za proizvodnju je dodeljena nedovršena fabrika aviona u selu Verh-Nejvinsk, 60 km od Sverdlovska. Kasnije se pretvorio u Sverdlovsk-44, a fabrika 813 (na slici) u Uralsku elektrohemijsku tvornicu - najveću fabriku za separaciju na svetu.
I iako je tehnologija difuzijskog odvajanja, iako uz velike tehnološke poteškoće, otklonjena, ideja o razvoju ekonomičnijeg procesa centrifuge nije napustila dnevni red. Uostalom, ako uspijemo stvoriti centrifugu, tada će se potrošnja energije smanjiti sa 20 na 50 puta! Kako radi centrifuga? Njegova struktura je više nego elementarna i slična staroj veš mašina rade u režimu “centriranje/sušenje”. Rotirajući rotor nalazi se u zatvorenom kućištu. Na ovaj rotor se dovodi plin (UF6).
Zbog centrifugalne sile, stotine hiljada puta veće od gravitacionog polja Zemlje, gas se počinje razdvajati na "tešku" i "laku" frakciju. Laki i teški molekuli počinju se grupirati u različitim zonama rotora, ali ne u sredini i duž perimetra, već na vrhu i dnu. To se događa zbog konvekcijskih struja - poklopac rotora se zagrijava i dolazi do suprotnog toka plina. Na vrhu i dnu cilindra su postavljene dvije male usisne cijevi.
Posna smjesa ulazi u donju cijev, a smjesa s višom koncentracijom atoma 235U ulazi u gornju cijev. Ova mješavina ide u sljedeću centrifugu, i tako sve dok koncentracija uranijuma 235 ne dostigne željenu vrijednost. Lanac centrifuga naziva se kaskada.
Tehničke karakteristike. Pa, prvo, brzina rotacije - u modernoj generaciji centrifuga dostiže 2000 okretaja u sekundi (ne znam ni s čim da je uporedim... 10 puta brže od turbine u avionskom motoru)! I radi bez prestanka TRI DECENIJE! One. Sada se centrifuge, uključene pod Brežnjevom, rotiraju u kaskadama! SSSR više ne postoji, ali oni se vrte i vrte. Nije teško izračunati da tokom svog radnog ciklusa rotor napravi 2.000.000.000.000 (dva triliona) okretaja. I koji ležaj će ovo izdržati?
Da, nijedan! Tamo nema ležajeva. Sam rotor je običan vrh na dnu ima snažnu iglu koja se oslanja na korundni ležaj, a gornji kraj visi u vakuumu, držeći ga elektromagnetsko polje. Igla takođe nije jednostavna, napravljena od obične žice za klavirske žice, temperirana je na vrlo lukav način (kao GT). Nije teško zamisliti da s takvom mahnitom brzinom rotacije sama centrifuga mora biti ne samo izdržljiva, već izuzetno izdržljiva.
Akademik Joseph Fridlyander se prisjeća: „Mogli su nas upucati tri puta. Jednom, kada smo već dobili Lenjinovu nagradu, dogodila se velika nesreća, odleteo je poklopac centrifuge. Komadi su raspršili i uništili druge centrifuge. Radioaktivni oblak se podigao. Morali smo zaustaviti cijelu liniju - kilometar instalacija! U Sredmašu je general Zverev komandovao centrifugama prije atomskog projekta, radio je u Berijinom odjelu.
General je na sastanku rekao:“Situacija je kritična. Odbrana zemlje je u opasnosti. Ako brzo ne popravimo situaciju, '37 će se ponoviti za vas.” I odmah zatvorio sastanak. Tada smo došli do potpuno nove tehnologije sa potpuno izotropnom uniformnom strukturom poklopaca, ali su bile potrebne vrlo složene instalacije. Od tada se proizvode ove vrste poklopaca. Nije bilo više nevolja. U Rusiji postoje 3 postrojenja za obogaćivanje, stotine hiljada centrifuga.”
Na fotografiji: testovi prve generacije centrifuga
Kućišta rotora su također u početku bila izrađena od metala, dok ih nisu zamijenila... karbonska vlakna. Lagan i vrlo rastezljiv, idealan je materijal za rotirajući cilindar.
Generalni direktor UEIP-a (2009-2012) Aleksandar Kurkin prisjeća se:“Postajalo je smiješno. Kada su testirali i proveravali novu, „snalažljiviju“ generaciju centrifuga, jedan od zaposlenih nije čekao da se rotor potpuno zaustavi, odvojio ga je od kaskade i odlučio da ga ručno prenese do postolja. Ali umjesto da krene naprijed, bez obzira koliko se opirao, zagrlio je ovaj cilindar i počeo se kretati unazad. Tako smo svojim očima vidjeli da se zemlja rotira, a žiroskop je velika sila.”
Ko ga je izmislio?
Oh, to je misterija, umotana u misteriju i obavijena neizvjesnošću. Ovdje ćete naći zarobljene njemačke fizičare, CIA-e, oficire SMERSH-a, pa čak i oborenog špijunskog pilota Pauersa. Generalno, princip gasne centrifuge opisan je krajem 19. veka. Još u zoru atomskog projekta, Viktor Sergejev, inženjer u Posebnom projektantskom birou tvornice Kirov, predložio je metodu centrifugiranja, ali njegove kolege u početku nisu odobrile njegovu ideju. Paralelno, naučnici iz poražene Njemačke borili su se da stvore centrifugu za razdvajanje u specijalnom istraživačkom institutu-5 u Sukhumiju: dr Maks Steenbek, koji je radio kao vodeći Siemens inženjer pod Hitlerom, i bivši mehaničar Luftvafea, diplomac Univerziteta u Beču, Gernot Zippe. Ukupno, grupa je uključivala oko 300 “izvezenih” fizičara.
Seća se CEO CJSC Centrotech-SPb državna korporacija Rosatom Aleksej Kalitejevski:“Naši stručnjaci su došli do zaključka da je njemačka centrifuga apsolutno neprikladna industrijska proizvodnja. Steenbeckov aparat nije imao sistem za prenošenje djelomično obogaćenog proizvoda u sljedeću fazu. Predloženo je da se krajevi poklopca ohlade i gas zamrzne, a zatim se odmrzne, prikupi i stavi u sljedeću centrifugu. Odnosno, shema nije u funkciji. Međutim, projekt je imao nekoliko vrlo zanimljivih i neobičnih tehničkih rješenja. Ova "zanimljiva i neobična rješenja" kombinirana su s rezultatima do kojih su došli sovjetski naučnici, posebno s prijedlozima Viktora Sergejeva. Relativno govoreći, naša kompaktna centrifuga je jednu trećinu plod njemačke misli, a dvije trećine sovjetske.” Inače, kada je Sergeev došao u Abhaziju i izneo svoja razmišljanja o izboru uranijuma istim Steenbeckom i Zippeom, Steenbeck i Zippe su ih odbacili kao neostvarive. Pa šta je Sergejev smislio?
A Sergejev prijedlog je bio da se naprave selektori plina u obliku pitot cijevi. Ali dr. Steenbeck, koji je, kako je vjerovao, pojeo svoje zube na ovu temu, bio je kategoričan: "Usporiće tok, izazvati turbulencije i neće biti razdvajanja!"
Godinama kasnije, dok je radio na svojim memoarima, požaliće zbog toga:“Ideja vredna da dođemo od nas! Ali nije mi palo na pamet...” Kasnije, jednom izvan SSSR-a, Steenbeck više nije radio sa centrifugama. Ali prije odlaska u Njemačku, Geront Zippe imao je priliku da se upozna sa prototipom Sergejevljeve centrifuge i genijalno jednostavnim principom njenog rada. Jednom na Zapadu, “lukavi Zipe”, kako su ga često nazivali, patentirao je dizajn centrifuge pod svojim imenom (patent br. 1071597 iz 1957. godine, proglašen u 13 zemalja). Godine 1957., nakon što se preselio u SAD, Zippe je tamo izgradio radnu instalaciju, reproducirajući Sergejev prototip iz sjećanja. I nazvao ju je, hajde da odamo počast, "ruska centrifuga" (na slici).
Inače, ruski inženjering pokazao se u mnogim drugim slučajevima. Primjer je jednostavan ventil za zatvaranje u nuždi. Nema senzora, detektora ili elektronskih kola. Postoji samo slavina za samovar, koja svojom laticama dodiruje kaskadni okvir. Ako nešto krene po zlu i centrifuga promijeni svoj položaj u prostoru, jednostavno se okrene i zatvori ulazni vod. To je kao u šali o američkoj olovci i ruskoj olovci u svemiru.
Naši dani Ove sedmice autor ovih redova bio je prisutan na značajnom događaju - zatvaranju ruskog ureda posmatrača američkog Ministarstva energetike po HEU-LEU ugovoru. Ovaj dogovor (visoko obogaćeni uranijum – nisko obogaćeni uranijum) bio je i ostao najveći sporazum u oblasti nuklearne energije između Rusije i Amerike. Prema uslovima ugovora, ruski nuklearni naučnici preradili su 500 tona našeg oružnog (90%) uranijuma u gorivo (4%) HFC za američke nuklearne elektrane. Prihodi za 1993-2009. iznosili su 8,8 milijardi američkih dolara. To je bio logičan ishod tehnološkog iskora naših nuklearnih naučnika u oblasti separacije izotopa ostvarenog u poslijeratnim godinama. Na fotografiji: kaskade plinskih centrifuga u jednoj od UEIP radionica. Ovde ih ima oko 100.000.
Zahvaljujući centrifugama, dobili smo hiljade tona relativno jeftinog, vojnog i komercijalnog proizvoda. Nuklearna industrija je jedna od rijetkih preostalih (vojna avijacija, svemir) u kojoj Rusija ima neprikosnoveni primat. Samo narudžbe iz inostranstva za deset godina unaprijed (od 2013. do 2022.), Rosatomov portfelj, bez HEU-LEU ugovora, iznosi 69,3 milijarde dolara. U 2011. prešao je 50 milijardi... Na fotografiji je skladište kontejnera sa HFC-ima na UEIP-u.
Za plodonosan rad moderne laboratorije neophodna je laboratorijska centrifuga. Takav medicinski instrument odvaja tvari različite konzistencije i gustoće, zahvaljujući njemu, tvari s maksimalnom specifičnom težinom se postavljaju na periferiju, a one s minimalnom specifičnom težinom pomiču se bliže osi rotacije.
Vrlo često je tokom laboratorijskih istraživanja potrebno smjesu ili tekućinu odvojiti na homogene čestice, koje po pravilu imaju različite gustine. Posuda s tečnošću u laboratorijskoj centrifugi počinje da se okreće oko centralne ose ogromnom brzinom. Njegove sastavne čestice, koje se razlikuju po gustoći, odvojene su jedna od druge, jer su podložne djelovanju različitih centrifugalnih sila.
U naučnim laboratorijama koriste se i specijalizirane centrifuge koje obavljaju uske zadatke i univerzalne.
Ovi laboratorijski aparati se mogu podijeliti u nekoliko tipova:
- desktop;
- klinički;
- mali kutak;
- prijenosni;
- stacionarno;
- rashlađeno;
- usisivač sa frižiderom;
- supercentrifuga;
- hematokrit;
- preparativno.
Najkritičniji koraci u kliničkim istraživanjima su centrifugiranje krvi za dobivanje plazme, seruma i krvnih stanica. Rad sa ovim uređajima izgleda jednostavan, ali u praksi se prave mnoge greške kada su rezultati testa netačni i uzorak krvi se izgubi.
Ako su parametri ovog procesa pogrešno odabrani, rezultati će biti sljedeći:
- povećana hemoliza;
- neefikasno odvajanje komponenti krvi;
- razbijanje staklenih kontejnera;
- otvaranje kapica za epruvete;
- deformacije plastičnih cijevi.
Ako se ne poštuje temperaturni režim, koncentracija ili aktivnost temperaturno osjetljivih analita je smanjena, a ako se koriste epruvete sa gelom, odvajanje komponenti krvi neće uspjeti.
Sljedeći faktori bi trebali utjecati na izbor laboratorijske centrifuge:
- vrste obavljenih testova (biohemija, imunohemija, hematologija, genska dijagnostika, citologija itd.);
- obim istraživanja u KDL;
- vrsta sistema za prikupljanje krvi;
- vrste uzoraka (plazma, serum, krvna zrnca);
- sigurnosnih zahtjeva.
Kada je riječ o malom mobilnom istraživačkom centru ili laboratoriju gdje je nemoguće instalirati stacionarni model, ušteda je kupovina desktop laboratorijske centrifuge. Ovaj model je vrlo kompaktan, te ima mnogo mogućnosti za kompletno istraživanje. Napajaju se uglavnom iz mreže.
Mnogi vozači i vlasnici kamiona vjeruju da uljne centrifuge lišavaju motorna ulja korisne aditive. Međutim, u to je zaista lako povjerovati, jer... Princip centrifugalnog odvajanja, po definiciji, je sposoban za odvajanje tvari različitih masa. Međutim, da li se to odnosi na aditive za ulje?
Kao što je već spomenuto, centrifugiranje je filtracija pod utjecajem centrifugalnih sila. Centrifuge se široko koriste u hemijska industrija, gdje se koriste za čišćenje tekućina od čvrstih inkluzija veće gustine. Nije teško pretpostaviti da se teške nečistoće mogu same taložiti, ali centrifuga značajno ubrzava ovaj proces.
U praksi, mogućnosti centrifuge su ograničene na prosijavanje samo dovoljno velikih čestica. Stoga možemo s potpunim povjerenjem reći da centrifuga ne može odvojiti motorno ulje, odvajajući aditive od baze. Poenta je i da se tokom proizvodnje motornih ulja paket aditiva pažljivo dizajnira na molekularnom nivou i rastvara u posebnoj mešavini baznih ulja, nakon čega se formira okruženje sa visokim stepenom homogenosti.
Ako se proces miješanja uljnih komponenti odvija uz kršenje tehnologije, onda se može odvojiti samo pod utjecajem gravitacije. Ali ovo će biti izuzetno nekvalitetan proizvod, pa proizvođači pokušavaju miješati komponente tako da ulje bude u stabilnom stanju tijekom period garancije i period rada.
Gotovo je nemoguće odvojiti visokokvalitetno ulje pomoću centrifuge, koliko god se trudili. Ni centrifuga ni sedimentacija ovdje ne rade za tečnosti čije su komponente povezane na molekularnom nivou. Ali nekvalitetna ulja proizvedena kršenjem tehnologije mogu se raslojiti već u kanisteru, mnogo prije nego što dođu u centrifugu sistema za pročišćavanje motornog ulja.
Neizbježni procesi trenja koji se javljaju tijekom rada bilo kojeg motora ili drugog mehanizma stvaraju proizvode habanja - metalne čestice. Osim toga, prašina, mulj i drugi tehnološki i mehanički zagađivači dospiju u ulje. Ulje u dizel motorima komercijalnih vozila je najosjetljivije takvoj kontaminaciji. Apsolutno svi navedeni zagađivači pogoršavaju kvalitetu maziva i doprinose brzom trošenju motora.
Mulj se obično formira u niskotemperaturnim područjima motora, gdje dolazi do intenzivne kondenzacije pare koja se oslobađa tokom sagorijevanja goriva. Upravo na tim mjestima se mulj najviše akumulira. To je uglavnom kućište radilice i područja ispod poklopca razvodnog ventila. Kada ulje izgubi kritični nivo disperzivnih svojstava, čestice mulja se spajaju u mase, formirajući viskoznu smeđu supstancu. Ove naslage postupno zgušnjavaju naftu, što zauzvrat dovodi do pogoršanja njene fluidnosti i poteškoća u pumpanju kroz kanale. Kao rezultat toga, ulje ne dopire do svih dijelova kojima je potrebno podmazivanje i dolazi do takozvanog izgladnjivanja motornog ulja. Njegovi simptomi su pad pritiska ulja u sistemu, ogrebotine trljajućih površina i u najgorem slučaju zaglavljivanje motora.
Mehanički zagađivači predstavljaju opasnost kao abraziv koji povećava habanje dijelova. Centrifuge ugrađene na motor pomažu u uklanjanju čvrstih čestica i mulja iz ulja. Ali postepeno se ovaj problem počeo rješavati ne uklanjanjem posljedica mehaničkog trošenja, već uklanjanjem njegovih uzroka.
Međutim, vratimo se aditivima. Pretpostavimo da strane čestice nastale tokom rada ulja i sklone povećanju zahvataju aditive deterdženta i disperzanta koji se adsorbuju na površini kontaminanata. Pod utjecajem centrifugalnih sila, takve čestice koje dosegnu određenu veličinu mogu se zapravo odvojiti centrifugom. Ali ne zaboravite da se ovi aditivi dodaju ulju kako se onečišćenja ne bi taložila na dijelovima motora. Djelovanje deterdžent-disperzijskih aditiva je složeno. Manifestira se kao stabilizacija netopivih produkata oksidacije ugljovodonika, održavajući ih u fino dispergovanom stanju i sprečavajući njihovo lepljenje i povećanje veličine. Zahvaljujući ovim aditivima, ulje ostaje homogeno i stabilno tokom celog rada. Ali to pod uslovom da je ulje visokog kvaliteta. Ako je tehnologija proizvodnje prekršena, opisana shema djelomično ili potpuno ne funkcionira, zbog čega se smanjuje razdoblje od zamjene do zamjene ili dolazi do preranog trošenja dijelova motora.
Ako se u visokokvalitetnom ulju stvaraju ugrušci, to može ukazivati na probleme sa samim motorom, na primjer, probleme u sistemu goriva. Inače, gorivo je ozbiljan faktor koji utiče na „maržu sigurnosti“ ulja. Dizel koji prodaju domaće benzinske pumpe, nažalost, nije uvijek pogodan za motore klase Euro-3 i više.
Većina modernih dizel kamiona i specijalne opreme više ne ugrađuje opremu kao što je centrifuga. Međutim, ne zato što na neki način utiče na svojstva ulja. Ako su svi sistemi motora u dobrom stanju, redovno se provjeravaju tokom održavanja i ako se koriste kvalitetna ulja i gorivo, jednostavno nema krupnih čestica koje bi centrifuga mogla uhvatiti. A budući da u ulju nema takvih zagađivača, tada centrifuga postaje nepotrebna.