CN210845902U - 氖同位素分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氖同位素分离装置，属于稀有气体的分离与提纯设备技术领域。包括热管、冷管和壳体，热管、冷管和壳体的轴线相互重合，由内向外顺序排列，壳体的壳壁上分别开有入水口和出水口，热管的上下端分别与油管连接，油管与加热器连接。该装置结构简单，操作简便，可高效实现氖同位素的分离，分离效果显著，同位素产出率明显提升。

Description

氖同位素分离装置

技术领域

本实用新型涉及一种氖同位素的分离装置，属于稀有气体的分离与提纯设备技术领域。

背景技术

氖的同位素主要是²⁰Ne和²²Ne，其丰度分别为90.51%和9.22%。在核物理基础研究重元素的合成方面有较为广泛的应用；随着激光技术的发展, ²⁰Ne和²²Ne又有了新的用途。一方面，由于其有双凸峰的光强—频率特性,是制造氦-氖稳频激光器的充气材料,可大大提高激光的频率稳定度,这种激光器是精密测长仪理想光源之一,用于精密车床丝杆螺距和微孔孔径等精确测量；另一方面，它们也是环形激光器的理想材料,在制造激光陀螺仪方面效果显著，广泛应用于航空航天、导航、定位定向系统、导弹、机械加工、民用医疗器械等。由于涉及军用, 西方国家对中国实施禁运,目前国内没有该方面的生产企业信息。

氖的同位素的物理、化学性质极其相似，不能采用常规的精馏或吸附、化学反应的方法进行分离，只能应用其它方法。同位素气体的分离主要方法有气体扩散法、离子交换法、气体离心法，另外还有蒸馏法、电解法、电磁法、电流法、离心机法等，其中以气体扩散法最成熟，现有氖同位素分离技术多采用气体扩散法，分离装置多为长玻璃管夹层结构，此类玻璃管内部用电热丝加热，承压能力差，安全性不足；专利号为02151014.8的中国专利公开了一种中丰度²²Ne同位素的分离提纯方法，该专利中使用圆柱形扩散塔进行同位素分离，内部用电热丝加热，此类装置结构结构复杂，加工难度较高，温度分布不均匀，存在分离效果较差、分离效率低等不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种氖同位素分离装置，该装置结构简单，操作简便，可高效实现氖同位素的分离，分离效果显著，同位素产出率明显提升。

解决上述技术问题的技术方案为：

一种氖同位素分离装置，包括热管、冷管和壳体，热管、冷管和壳体的轴线相互重合，由内向外顺序排列，壳体的壳壁上分别开有入水口和出水口，热管的上下端分别与油管连接，油管与加热器连接。

上述的氖同位素分离装置，所述热管、冷管和壳体均为圆柱管，它们的内径按热管、冷管、壳体的顺序逐渐增大；所述开设于壳体上的入水口位于壳体的下段，出水口位于壳体的上段。

上述的氖同位素分离装置，所述热管、冷管和壳体的高度相同，它们的上端与水平状态的上端盖垂直固定，下端与水平状态的下端盖垂直固定，上端盖、下端盖上分别连接集气管，集气管通入热管和冷管之间；油管的上端口通过上端盖插入热管中，下端口通过下端盖插入热管中。

采用本实用新型进行氖同位素分离的方法为：高温导热油通过油管由热管底部通入热管内，经热管后由热管上端回流进入油管，油管与加热器连接，导热油经加热器加热后再由热管底部进入热管，往复循环保证热管中导热油的油温恒定，对热管实施稳定加热；同时向入水口中通入冷却水，冷却水经冷管和壳体之间的空间由出水口流出，持续向入水口中通入冷却水，实现壳体和冷管之间的均匀冷却，从而在热管和冷管之间形成温差；由下端盖向热管和冷管之间的空间内通入超高纯氖气，在热扩散效应的作用下，较重的²²Ne向下运动从下部的集气管流出，较轻的²⁰Ne向上运动从上部的集气管流出，实现²⁰Ne和²²Ne的分离。

为进一步提升²⁰Ne和²²Ne的分离效果，可将多个本实用新型装置多级串联，相邻之间通过连接管串联连接，可显著提升分离效果。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型结构简单、制作容易、使用方便，可高效实现氖同位素的分离，分离效果显著，同位素产出率明显提升。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2为将多个本实用新型串联后的示意图；

图中标记如下：热管1、冷管2、壳体3、入水口4、出水口5、油管6、加热器7、上端盖8、下端盖9、集气管10、油泵11、超高纯氖气瓶12、放空阀13、控制阀14、放空管15、连接管16。

具体实施方式

图1显示，本实用新型一种氖同位素分离装置，包括热管1、冷管2和壳体3，热管1、冷管2和壳体3均为圆柱形EP级高光洁度不锈钢管，它们的轴线相互重合，热管1的外径为1/4英寸，冷管2的外径为1/2英寸，壳体3的外径为1英寸，壳体3的壳壁上分别开有入水口4和出水口5，入水口4位于壳体3的下半段，出水口5位于壳体3的上半段；

图1显示，热管1、冷管2和壳体3的高度相同，它们的上端与水平状态的上端盖8垂直固定，下端与水平状态的下端盖9垂直固定，上端盖8、下端盖9直径与壳体3的直径相同，均为不锈钢材质；上端盖8、下端盖9上分别连接集气管10，集气管10通入热管1和冷管2之间，用于收集分离出的氖同位素；

图1显示，油管6的上端口通过上端盖8插入热管1中，下端口通过下端盖9插入热管1中，油管6与加热器7连接，加热器7为电加热；

图1显示，为了能够获得较好的导热效果，设置了与油管6、加热器7连接的高温油泵11，高温导热油在油泵11的作用下通过油管6向热管1提供热量以维持²⁰Ne和²²Ne的分离所需的热管壁较高温度，从而有利于在上端的集气管10中收集到热扩散效应导致的高丰度的²⁰Ne；

图1显示，为了形成能够有效保证²⁰Ne和²²Ne所需要的高低温度差，在壳体3和冷管2之间通入冷却水后获得较低温度，从而有利于在下端的集气管10中收集到热扩散效应导致的高丰度的²²Ne。

图2显示，为了获得较高的产量和较高丰度的氖同位素，使用了多级连接的方式，将多个本实用新型分离装置通过连接管16串联连接，连接管16的一端通入一个分离装置的热管1和冷管2之间，另一端通入相邻分离装置的热管1和冷管2之间；位于最左侧的分离装置的下端盖9上另外连接用于收集²²Ne的集气管10；位于最右侧的分离装置的上端盖8上另外连接用于收集²⁰Ne的集气管10，两侧的用于收集氖同位素的集气管10上安装有控制阀14；每套分离装置上连接放空管15，放空管15通入热管1和冷管2之间，每个放空管15上安装放空阀13，将装有超高纯氖气的氖气瓶12中的超高纯氖气由中间位置的分离装置通入热管1和冷管2之间的空间内，经6个分离装置多次的分离与提纯后，在最左侧的集气管10中收集²²Ne，在最右侧的集气管10中收集²⁰Ne，经多级分离后，保证了分离效果。

图2显示，本实用新型的工作过程为：

首先将6套本实用新型分离装置通过连接管16串联连接，并确保整个系统没有泄漏漏点，连接管16要尽可能的短；然后在各级分离装置中通入高温油和冷却水，高温导热油通过控制加热器7，保持温度在400±15℃，冷却水温度控制在30℃以下，这样形成分离必须的高低温温差。最后连接好超纯氖气管路，确认不漏后向中间位置分离装置的热管1和冷管2之间通入超高纯氖气，先使用超高纯氖气对其中空气进行吹扫置换，在两侧的集气管10的出口位置测得氧、氮含量和超高纯氖气瓶12中含量基本一致则结束吹扫置换，然后关闭集气管10上的控制阀门14和各个放空阀13，在系统中保持氖气压力为0.01Mpa，24小时后在最右侧的集气管10的位置可以得到²⁰Ne（流量约30mL/小时），在最左侧的集气管10位置可以得到²²Ne（流量约15mL/小时）。

Claims (3)

1.一种氖同位素分离装置，其特征在于：包括热管（1）、冷管（2）和壳体（3），热管（1）、冷管（2）和壳体（3）的轴线相互重合，由内向外顺序排列，壳体（3）的壳壁上分别开有入水口（4）和出水口（5），热管（1）的上下端分别与油管（6）连接，油管（6）与加热器（7）连接。

2.如权利要求1所述的氖同位素分离装置，其特征在于：所述热管（1）、冷管（2）和壳体（3）均为圆柱管，它们的内径按热管（1）、冷管（2）、壳体（3）的顺序逐渐增大；所述开设于壳体（3）上的入水口（4）位于壳体（3）的下段，出水口（5）位于壳体（3）的上段。

3.如权利要求1或2所述的氖同位素分离装置，其特征在于：所述热管（1）、冷管（2）和壳体（3）的高度相同，它们的上端与水平状态的上端盖（8）垂直固定，下端与水平状态的下端盖（9）垂直固定，上端盖（8）、下端盖（9）上分别连接集气管（10），集气管（10）通入热管（1）和冷管（2）之间；油管（6）的上端口通过上端盖（8）插入热管（1）中，下端口通过下端盖（9）插入热管（1）中。

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