RU2089272C1 - Apparatus for separating isotopes - Google Patents

Apparatus for separating isotopes Download PDF

Info

Publication number
RU2089272C1
RU2089272C1 RU92015801A RU92015801A RU2089272C1 RU 2089272 C1 RU2089272 C1 RU 2089272C1 RU 92015801 A RU92015801 A RU 92015801A RU 92015801 A RU92015801 A RU 92015801A RU 2089272 C1 RU2089272 C1 RU 2089272C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
magnetic field
separation
isotopes
isotope
Prior art date
Application number
RU92015801A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92015801A (en
Inventor
В.А. Жильцов
В.Л. Зубков
Ю.А. Карцев
А.А. Сковорода
Original Assignee
Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российский научный центр "Курчатовский институт" filed Critical Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority to RU92015801A priority Critical patent/RU2089272C1/en
Publication of RU92015801A publication Critical patent/RU92015801A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2089272C1 publication Critical patent/RU2089272C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: isotope separation. SUBSTANCE: invention focuses on separation of isotopes in plasma. In order to decrease magnet system dimensions and increase efficiency of plasma heating, isotope separation apparatus contains ring-shaped plasma source, magnet system in the form uniform magnetic field coil with non-uniform field region, and high-frequency antenna consisting of coaxially arranged annular electron emitters installed near the end of uniform magnetic field coil on the side of plasma source. EFFECT: achieved compactness of apparatus with more efficient plasma heating system. 2 dwg

Description

Изобретение относится к физике плазмы, а именно к методам и устройствам разделения изотопов в плазме, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например электронной, химической, биотехнологической, а также в энергетике, медицине, сельском хозяйстве и других областях. The invention relates to plasma physics, and in particular to methods and devices for the separation of isotopes in plasma, and can be used in various industries, for example, electronic, chemical, biotechnological, as well as in energy, medicine, agriculture and other fields.

В настоящее время для разделения изотопов широко используются электромагнитный и центробежный методы [1, 2] Существующие промышленные установки обладают рядом недостатков, важнейшими из которых являются низкая производительность (для электромагнитного метода), низкая степень разделения и отсутствие подходящих летучих соединений (для центробежного метода). Currently, electromagnetic and centrifugal methods are widely used for isotope separation [1, 2]. Existing industrial plants have several disadvantages, the most important of which are low productivity (for the electromagnetic method), low degree of separation, and the absence of suitable volatile compounds (for the centrifugal method).

В стадии разработки находятся лазерный и плазменный метод разделения изотопов [3, 4] По-видимому наиболее перспективным с точки зрения промышленного использования является разделение изотопов с помощью изотопически селективного нагрева ионов в плазме методом ионного циклотронного резонанса (ИЦР). The laser and plasma isotope separation methods are under development [3, 4]. Apparently the most promising from the point of view of industrial use is the separation of isotopes using isotopically selective heating of ions in plasma by ion cyclotron resonance (ICR).

Известно предложение [5] использовать ИЦР для разделения по массам ионов плазмы в магнитном поле, основанное на предшествующих работах по нагреву плазмы высокочастотными (в. ч.) полями и на работах по изучению волн в замагниченной плазме. В дальнейшем было экспериментально показано, что в плазме можно создать условия, при которых такой тонкий эффект, как разделение изотопических ионных компонент, может быть доведен до практического использования. The proposal [5] is known to use ICR for mass separation of plasma ions in a magnetic field, based on previous work on plasma heating by high-frequency (including) fields and on studies on waves in a magnetized plasma. Later it was experimentally shown that in a plasma it is possible to create conditions under which such a subtle effect as the separation of isotopic ionic components can be brought to practical use.

Для разделения изотопов в плазме ИЦР-методом необходимо решить следующие основные задачи: ионизировать пары элемента, изотопы которого разделяются, и создать поток плазмы с замагниченными ионами вдоль постоянного магнитного поля, осуществить эффективный селективный нагрев нужной фракции ионов, отделить нагретую фракцию от холодной и осадить частицы на коллекторах. Возможность решения этих задач основана на известной из опыта устойчивости замагниченной и сравнительно холодной плазмы. To separate isotopes in a plasma by the ICR method, it is necessary to solve the following main problems: ionize the pairs of the element whose isotopes are separated, create a plasma stream with magnetized ions along a constant magnetic field, carry out effective selective heating of the desired ion fraction, separate the heated fraction from the cold and precipitate particles on the collectors. The possibility of solving these problems is based on the stability of magnetized and relatively cold plasma known from experience.

Необходимые условия реализации ИЦР-метода разделения изотопов сводятся к следующим [4, 5, 7] Требование однородности магнитного поля в области нагрева, являющееся одним из условий его селективности, имеет вид:

Figure 00000002

где
Figure 00000003
относительное изменение магнитного поля в области ИЦР-нагрева,
Figure 00000004
относительное разрешение по массе ( ΔMi разность масс выделяемого и соседнего изотопа).The necessary conditions for the implementation of the ICR method of isotope separation are as follows [4, 5, 7] The requirement of uniformity of the magnetic field in the heating region, which is one of the conditions for its selectivity, has the form:
Figure 00000002

Where
Figure 00000003
relative change in the magnetic field in the field of ICR heating,
Figure 00000004
relative mass resolution (ΔM i is the mass difference of the extracted and neighboring isotope).

Другим условием селективности нагрева является требование малости уширения линии циклотронного поглощения за счет столкновений нагретых ионов:

Figure 00000005

где ω резонансная частота.Another condition for the selectivity of heating is the requirement that the broadening of the cyclotron absorption line due to collisions of heated ions be small:
Figure 00000005

where ω is the resonant frequency.

При этом связь частоты ион-ионных столкновений nii с параметрами плазмы дается известным соотношением:

Figure 00000006

где ni плотность нагретых ионов,
θi их температура в электрон-вольтах,
Mi масса изотопа в атомных единицах.In this case, the relation between the frequency of ion-ion collisions n ii and the plasma parameters is given by the well-known relation:
Figure 00000006

where n i is the density of heated ions,
θ i their temperature in electron volts,
M i isotope mass in atomic units.

Отметим, что такое же отрицательное влияние на селективность ИЦР-нагрева, как столкновение ионов, оказывает перезарядка, и условие, накладываемое на ее частоту, аналогично (2). Note that the same negative effect on the selectivity of ICR heating as ion collision is exerted by recharging, and the condition imposed on its frequency is similar to (2).

Благодаря эффекту " убегания" ионов при нагреве нет необходимости усиливать неравенство (2). Due to the “runaway" effect of ions during heating, there is no need to strengthen inequality (2).

Условия, накладываемые на среднюю продольную скорость ионов vz, длину нагрева L и среднее время пролета ионов через зону нагрева τ = L/vz имеют вид:

Figure 00000007

причем верхняя граница означает, что в среднем за время нагрева происходит менее одного столкновения, а нижняя граница определяется условием селективности нагрева, связанным с ограничением амплитуды биений осцилляторов (ионов соседних по массе изотопов в магнитном поле), собственная частота которых близка к резонансной частоте приложенного в.ч. поля [4]
Наконец, условие малости допплеровского уширения линии циклотронного поглощения приводит к ограничению разброса продольных скоростей ионов:
Figure 00000008

где k волновое число циклотронной волны в плазме.The conditions imposed on the average longitudinal ion velocity v z , the heating length L and the average time of flight of ions through the heating zone τ = L / v z are:
Figure 00000007

moreover, the upper boundary means that, on average, less than one collision occurs during the heating time, and the lower boundary is determined by the condition of selectivity of heating associated with limiting the beat amplitude of oscillators (ions of isotopes neighboring in mass in a magnetic field), whose natural frequency is close to the resonant frequency applied in .h. fields [4]
Finally, the condition for the smallness of the Doppler broadening of the cyclotron absorption line leads to a limitation of the spread in the longitudinal ion velocities:
Figure 00000008

where k is the wave number of the cyclotron wave in the plasma.

При выполнении (5) большая часть ионов вовлечена в процесс ускорения, и коэффициент использования вещества максимален. When fulfilling (5), most of the ions are involved in the acceleration process, and the utilization of the substance is maximum.

В работе (5) показано, что условие на относительную ширину полосы циклотронного поглощения с учетом соответствующего дисперсионного соотношения накладывают ограничение на плотность плазмы, а вместе с условием (4) позволяет оценить требуемую напряженность электрического поля E волны в плазме. В наиболее интересных для практики случаях эти величины составляют n ≈ 1012 1013см-3, E ≈ 0,3 1 В/см, θi ≈ 5-15 эВ.It was shown in (5) that the condition on the relative width of the cyclotron absorption band, taking into account the corresponding dispersion relation, imposes a restriction on the plasma density, and together with condition (4), it allows one to estimate the required electric field strength E of the wave in the plasma. In the most interesting cases for practice, these values are n ≈ 10 12 10 13 cm -3 , E ≈ 0.3 1 V / cm, θ i ≈ 5-15 eV.

Поперечные размеры плазмы и связанные с ними размеры магнитной системы являются результатом компромисса между допустимыми затратами и производительностью установки, определяемой как
G = ξcMnvzS, (6)
где ξ коэффициент использования вещества, c начальная концентрация выделяемого изотопа, M масса иона, n плотность плазмы, vz - продольная скорость ионов, S площадь поперечного сечения плазменного потока. Ограничения на величины n, vz и S являются ограничениями на производительность установки.
The transverse dimensions of the plasma and the associated dimensions of the magnetic system are the result of a compromise between acceptable costs and plant performance, defined as
G = ξcMnv z S, (6)
where ξ is the coefficient of utilization of the substance, c is the initial concentration of the emitted isotope, M is the mass of the ion, n is the plasma density, v z is the longitudinal velocity of the ions, S is the cross-sectional area of the plasma stream. Limitations on n, v z, and S are limitations on plant performance.

ИЦР-метод разделения изотопов в плазме может иметь модификации, отличающиеся способами создания плазмы, включая сопряжение магнитных полей источника плазмы и зоны нагрева, способами селективного нагрева ионов, способами разделения нагретой и холодной фракций, а также способами сбора целевого изотопа ("продукта") и остального вещества ("отвала"). The ICR method for separating isotopes in a plasma can have modifications that differ in plasma generation methods, including coupling magnetic fields of a plasma source and a heating zone, methods for selective ion heating, methods for separating heated and cold fractions, and also methods for collecting the target isotope ("product") and the rest of the substance ("dump").

Известны установки для разделения изотопов ИЦР-методом [6, 7, 8] созданные и исследованные тремя группами экспериментаторов в США, Франции и России. Каждая из этих установок имеет вакуумную камеру, источник плазмы, магнитную систему, в.ч. антенну и коллектор ионов. Магнитная система выполнена в виде соленоида (обычного или сверхпроводящего), создающего однородное магнитное поле. В.ч. антенна расположена в вакуумной камере и работает на частотах 80-100 кГц. В [6] она выполнена в виде соленоида, заключенного в охлаждаемый жидким азотом алюминиевый кожух со щелью вдоль оси для создания азимутального электрического поля. В более поздних работах [7, 8] использовалась антенна в виде четырехзаходной винтовой обмотки, закороченной, с одной стороны, проводящим кольцом, а с другой стороны, подсоединенной к вводам в. ч. мощности в вакуумную камеру. Снаружи к этим вводам присоединяется четырехфазный генератор. Последовательность фаз токов, возбуждаемых генератором, выбирается такой, чтобы индуцировать в плазменном столбе электрическое поле, вращающееся в направлении ларморовского вращения ионов. Known installations for the separation of isotopes by the ICR method [6, 7, 8] created and studied by three groups of experimenters in the United States, France and Russia. Each of these installations has a vacuum chamber, a plasma source, a magnetic system, including antenna and ion collector. The magnetic system is made in the form of a solenoid (ordinary or superconducting), creating a uniform magnetic field. V.ch. The antenna is located in a vacuum chamber and operates at frequencies of 80-100 kHz. In [6], it was made in the form of a solenoid enclosed in an aluminum casing cooled by liquid nitrogen with a slit along the axis to create an azimuthal electric field. In later works [7, 8], an antenna was used in the form of a four-way helical winding, shorted, on the one hand, by a conductive ring, and, on the other hand, connected to the inputs to. including power in a vacuum chamber. Outside, a four-phase generator is connected to these inputs. The sequence of phases of the currents excited by the generator is chosen so as to induce an electric field in the plasma column, rotating in the direction of Larmor rotation of the ions.

В приведенных аналогах плазма в зоне нагрева имеет форму кругового цилиндра, радиус которого на порядок превышает ларморовский радиус нагретых ионов. Вследствие этого нагретая и холодная фракции ионов занимают один и тот же объем, а их разделение происходит непосредственно в области коллектора "продукта" (металлические пластины, параллельные магнитному полю). Основная часть холодных ионов, ларморовский радиус которых много меньше расстояния между пластинами "продукта", не попадает на эти пластины и собирается коллектором "отвала". Однако холодные ионы, движущиеся на расстоянии от пластин, меньших своего ларморовского радиуса, осаждаются на них, что существенно уменьшает степень разделения масс-сепаратора. Ослабление эффекта путем введения экранов и задерживающих потенциалов приводит к уменьшению коэффициента использования рабочего вещества. Положительный задерживающий потенциал может приводить также к разогреву коллекторных пластин электронным током и к испарению собранного изотопа. Уменьшение степени разделения вызывается еще попаданием на пластины нейтральных атомов всех изотопов, образующихся при рекомбинации. In the above analogues, the plasma in the heating zone has the shape of a circular cylinder whose radius is an order of magnitude greater than the Larmor radius of heated ions. As a result, the heated and cold fractions of ions occupy the same volume, and their separation occurs directly in the area of the collector "product" (metal plates parallel to the magnetic field). The bulk of cold ions, the Larmor radius of which is much less than the distance between the plates of the “product”, does not fall on these plates and is collected by the collector of the “dump”. However, cold ions moving at a distance from the plates smaller than their Larmor radius are deposited on them, which significantly reduces the degree of separation of the mass separator. The weakening of the effect by the introduction of screens and delaying potentials leads to a decrease in the utilization of the working substance. A positive retarding potential can also lead to heating of the collector plates by electron current and to evaporation of the collected isotope. A decrease in the degree of separation is also caused by the hit on the plates of neutral atoms of all isotopes formed during recombination.

Основное отличие рассмотренных аналогов связано с использованием различных способов создания плазмы, содержащей разделяемые изотопы. Для этой цели использовались ионизация на горячей поверхности тугоплавкого металла (например, паров изотопов калия [6]), СВЧ-ионизация на частоте электронного циклотронного резонанса паров изотопов кальция [7] а также разряд постоянного тока в парах изотопов лития [8]
Отмеченные выше недостатки аналогов могут быть преодолены в известном способе с описанием установки для разделения изотопов [9] (прототип), позволяющем более чем на порядок повысить степень разделения изотопов. Способ основан на пространственном отделении предварительно нагретой ИЦР-методом компоненты ионов определенного изотопа от всех прочих путем пропускания потока плазмы через неоднородное магнитное поле, параметры которого удовлетворяют условию:
vдр:vz>a:l,(7)
где l длина области неоднородного магнитного поля,
a -диаметр потока плазмы,
vz скорость движения ионов вдоль магнитного поля,
vдр скорость дрейфа ионов, выделяемого изотопа поперек силовых линий неоднородного магнитного поля.
The main difference between the considered analogues is associated with the use of various methods for creating a plasma containing shared isotopes. For this purpose, we used ionization on a hot surface of a refractory metal (for example, potassium isotope vapor [6]), microwave ionization at the electron cyclotron resonance frequency of calcium isotope vapor [7], and a direct current discharge in lithium isotope vapor [8]
The above disadvantages of analogues can be overcome in a known method with a description of the installation for isotope separation [9] (prototype), which allows more than an order to increase the degree of separation of isotopes. The method is based on the spatial separation of the pre-heated by the ICR method component of the ions of a certain isotope from all the others by passing the plasma stream through an inhomogeneous magnetic field, the parameters of which satisfy the condition:
v dr : v z > a: l, (7)
where l is the length of the inhomogeneous magnetic field,
a is the plasma flow diameter,
v z the speed of ions along the magnetic field,
v dr the ion drift velocity of the isotope emitted across the lines of force of an inhomogeneous magnetic field.

Скорость Vдр пропорциональна поперечной энергии ионов, причем коэффициент пропорциональности зависит от величины поля и его градиента. Пространственное разделение двухтемпературной по ионной компоненте плазмы в неоднородном магнитном поле сопровождается разделением зарядов, поэтому для их нейтрализации должен дополнительно создаваться компенсирующий поток электронов вдоль силовых линий магнитного поля.The speed V dr is proportional to the transverse energy of the ions, and the coefficient of proportionality depends on the magnitude of the field and its gradient. The spatial separation of the two-temperature plasma ion component in an inhomogeneous magnetic field is accompanied by the separation of charges, therefore, to neutralize them, an additional compensating electron flux along the magnetic field lines must be created.

Пространственное разделение ионов разных изотопов позволяет провести их рекомбинацию в достаточно удаленных и экранированных друг от друга частях установки, уменьшив возможность попадания одного изотопа на место сбора другого, и этим существенно повысить степень разделения. Spatial separation of ions of different isotopes allows them to be recombined in sufficiently remote and shielded parts of the setup, reducing the possibility of one isotope entering the collection site of another, and thereby significantly increasing the degree of separation.

Недостатками прототипа являются наличие протяженного участка неоднородного магнитного поля, увеличивающего затраты на магнитную систему при той же производительности установки, а также недостаточная эффективность ИЦР-нагрева, связанная с особенностями проникновения электрического поля в плазму. The disadvantages of the prototype are the presence of an extended section of an inhomogeneous magnetic field, which increases the cost of the magnetic system at the same installation performance, as well as the insufficient efficiency of ICR heating associated with the peculiarities of the penetration of the electric field into the plasma.

Способ [9] может быть реализован в устройствах с различной конфигурацией неоднородного магнитного поля. Предмет предлагаемого изобретения устройство, реализующее способ разделения изотопов в плазме [9]
Техническим результатом изобретения является уменьшение размеров магнитной системы за счет уменьшения требуемого относительного смещения разделяемых плазменных потоков на участке дрейфа в тороидальном поле и повышение эффективности ИЦР-нагрева за счет уменьшения глубины проникновения в.ч.-поля в плазму.
The method [9] can be implemented in devices with different configurations of an inhomogeneous magnetic field. The subject of the invention is a device that implements a method for the separation of isotopes in plasma [9]
The technical result of the invention is to reduce the size of the magnetic system by reducing the required relative displacement of the separated plasma flows in the drift area in the toroidal field and increasing the efficiency of ICR heating by reducing the depth of penetration of the rf field into the plasma.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для разделения изотопов, содержащем вакуумную камеру, источник плазмы, магнитную систему с участками однородного и неоднородного магнитного поля, в.ч. антенну и коллекторы плазмы, источник плазмы выполнен кольцевым, а в.ч.-антенна выполнена в виде системы кольцевых электронных эмиттеров, причем источник плазмы и система электронных эмиттеров расположены у торца соленоида однородного магнитного поля. The technical result is achieved in that in a device for separating isotopes containing a vacuum chamber, a plasma source, a magnetic system with sections of a uniform and inhomogeneous magnetic field, including the antenna and plasma collectors, the plasma source is made circular, and the RF antenna is made in the form of a system of ring electronic emitters, and the plasma source and the system of electronic emitters are located at the end of the solenoid of a uniform magnetic field.

Таким образом, использование кольцевых плазменных потоков позволяет в несколько раз (отношение диаметра плазмы к толщине эквивалентного по площади кольца) уменьшить протяженность неоднородного магнитного поля, существенно упростив этим магнитную систему, и одновременно во столько же раз уменьшить необходимую глубину проникновения в.ч. поля в плазму, повысив этим эффективность ИЦР-нагрева. Усовершенствование технологий разделения изотопов весьма актуально связано с необходимостью расширения масштаба и ассортимента выпускаемого набора изотопически чистых материалов, стоимость которых не мировом рынке достаточно высока, так и с возросшими требованиями уменьшения энергозатрат, экологии среды и замены устаревших технологий на более эффективные и производительные. Thus, the use of annular plasma flows allows several times (the ratio of the plasma diameter to the thickness of the equivalent area of the ring) to reduce the length of the inhomogeneous magnetic field, thereby greatly simplifying the magnetic system, and at the same time reduce the required depth of penetration of h.p. field into the plasma, thereby increasing the efficiency of ICR heating. Improvement of isotope separation technologies is very urgently connected with the need to expand the scale and range of the produced set of isotopically pure materials, the cost of which is not high enough on the world market, and with increased requirements to reduce energy consumption, environmental ecology and replace obsolete technologies with more efficient and productive ones.

Пример конкретной реализации заявляемого устройства приведен на фиг.1 и 2. An example of a specific implementation of the inventive device is shown in figures 1 and 2.

В устройство входят вакуумная камера 1 с фланцем для вакуумного насоса 2, источник плазмы 3, соленоид однородного магнитного поля 4, в.ч. антенна с электронными эмиттерами 5, дополнительная в.ч.-антенна 6, соленоид тороидального магнитного поля 7, коллекторный блок 8. The device includes a vacuum chamber 1 with a flange for a vacuum pump 2, a plasma source 3, a solenoid of a uniform magnetic field 4, including antenna with electronic emitters 5, additional RF antenna 6, solenoid of a toroidal magnetic field 7, collector block 8.

В качестве источника плазмы может использоваться кольцевой источник любого из отмеченных выше типов (с термической ионизацией, с.в.ч. ионизацией или использующий разряд постоянного тока), предназначенный для работы в сильном магнитном поле установки. As a plasma source, you can use a ring source of any of the types noted above (with thermal ionization, microwave ionization or using a direct current discharge), designed to operate in a strong magnetic field of the installation.

Устройство работает следующим образом. В вакуумной камере 1 создается рабочий вакуум с помощью насоса, подсоединенного к фланцу 2 ( 10-4 торр). Затем включаются источник плазмы 3 и эмиттеры электронов 5. При этом начинается ионизация рабочего вещества, состоящего из смеси различных изотопов. При включении соленоидов 4 и 7 формируются замагниченные потоки плазмы 9 и электронов 10, распространяющиеся вдоль магнитного поля. После формирования этих потоков включают в.ч.-генератор, соединенный с антеннами 5 и 6. Частота генератора устанавливается равной циклотронной частоте ионов выделяемого изотопа. В результате резонансного взаимодействия с электромагнитным полем ионы выделяемого изотопа увеличивают энергию ларморовкого вращения. В поле соленоида 7 происходит пространственное разделение плазмы на две фракции 11 и 12, отличающиеся температурами своих ионных компонент, связанное с разными скоростями дрейфа этих фракций в тороидальном поле соленоида 7 (скорость дрейфа перпендикулярна плоскости симметрии соленоида и пропорциональна поперечной энергии ионов). Чтобы разделение было полным, необходимо выполнение условия (7), где в качестве характерного размера в случае плазмы кольцевого сечения следует брать толщину кольца, а не диаметр плазмы, как в прототипе. Коллекторы 8, размещенные на выходе соленоида 7, служат для конденсации вещества обоих плазменных потоков.The device operates as follows. In the vacuum chamber 1, a working vacuum is created using a pump connected to the flange 2 (10 -4 torr). Then the plasma source 3 and electron emitters 5 are turned on. In this case, the ionization of the working substance, consisting of a mixture of various isotopes, begins. When the solenoids 4 and 7 are turned on, magnetized flows of plasma 9 and electrons 10 are formed, propagating along the magnetic field. After the formation of these streams, an RF generator connected to antennas 5 and 6 is turned on. The frequency of the generator is set equal to the cyclotron frequency of the ions of the emitted isotope. As a result of resonant interaction with an electromagnetic field, the ions of the emitted isotope increase the energy of Larmor rotation. In the field of solenoid 7, the plasma is spatially divided into two fractions 11 and 12, differing in the temperatures of their ionic components, associated with different drift velocities of these fractions in the toroidal field of solenoid 7 (the drift velocity is perpendicular to the plane of symmetry of the solenoid and is proportional to the transverse ion energy). In order for the separation to be complete, it is necessary to fulfill condition (7), where the thickness of the ring, and not the diameter of the plasma, as in the prototype, should be taken as the characteristic size in the case of an annular plasma. The collectors 8 located at the outlet of the solenoid 7 serve to condense the matter of both plasma flows.

Приведем характерные параметры предлагаемого устройства для разделения изотопов: магнитное поле до 1 Тл с неоднородностью в области нагрева около 1% частота в.ч. генератора до 1000 кГц при полосе около 1% величина электрического поля в плазме до 1 В/см, плотность плазмы 1012 - 1013 см-3 при температуре ионов в интервале (5 15) эВ, площадь поперечного сечения до 0,05 м2, длина установки около 2 м, средняя продольная скорость плазмы 10 м/с, производительность установки до 10 г/с при коэффициенте обогащения до 104.We present the characteristic parameters of the proposed device for the separation of isotopes: a magnetic field of up to 1 T with a non-uniformity in the heating region of about 1%, including generator up to 1000 kHz with a bandwidth of about 1%, the electric field in the plasma is up to 1 V / cm, the plasma density is 10 12 - 10 13 cm -3 at an ion temperature in the range (5 15) eV, the cross-sectional area is up to 0.05 m 2 , the installation length is about 2 m, the average longitudinal plasma velocity is 10 m / s, the productivity of the installation is up to 10 g / s with an enrichment coefficient of up to 10 4 .

Список литературы:
1. Tracy J.G. // Nucl.Instr. and Meth. in Phys. Res. 1989. A282 P. 261
2. Розен А.М. Техника разделения изотопов в колоннах. М. Атомиздат,
3. Peterson I. // Science News. 1982. 121. P. 327.
Bibliography:
1. Tracy JG // Nucl.Instr. and Meth. in Phys. Res. 1989. A282 P. 261
2. Rosen A.M. The technique of separation of isotopes in columns. M. Atomizdat,
3. Peterson I. // Science News. 1982. 121. P. 327.

4. Итоги науки и техники. Сер. Физика плазмы. Т. 12 М. ВИНИТИ, 1991. - 83
5. Аскарьян Г.А. Намиот В.А. Рухадзе А.А. // Письма в ЖЭТФ. 1975. - 1. с. 820
6. Dawson J.M. Kim H.c. Arnush D. at all // Phys. Rev. Lett. 1976. - 37. P. 1547
7. La Fontaine A. C. Gill C. Louvet P. // Comp. Rend. 1989. 308. - P. 821.
4. The results of science and technology. Ser. Physics of plasma. T. 12 M. VINITI, 1991 .-- 83
5. Askaryan G.A. Namiot V.A. Rukhadze A.A. // Letters to JETP. 1975. - 1. p. 820
6. Dawson JM Kim Hc Arnush D. at all // Phys. Rev. Lett. 1976.- 37. P. 1547
7. La Fontaine AC Gill C. Louvet P. // Comp. Rend. 1989. 308. - P. 821.

8. Карчевский А. И. Лазько В.С. Муромкин Ю.А. и др. // Препринт ИАЭ. - 5239/7. М. ИАЭ, 1990. 16 с. 8. Karchevsky A. I. Lazko V.S. Muromkin Yu.A. et al. // Preprint IAE. - 5239/7. M. IAE, 1990.16 s.

9. Белавин М. И. и др. Способ разделения изотопов в плазме. Заявка 4770389/21 (152208). Дата подачи 28.12.89. 9. Belavin M.I. et al. Plasma Isotope Separation Method. Application 4770389/21 (152208). Submission date 12/28/89.

Claims (1)

Устройство для разделения изотопов, включающее вакуумную камеру, магнитную систему, выполненную в виде соленоида, однородного магнитного поля и расположенного за ним участка неоднородного манитного поля, ВЧ-антенну, подключенную к ВЧ-генератору, источник плазмы, эмиттер электронов и коллекторы плазмы, отличающееся тем, что источник плазмы выполнен кольцеобразным, а ВЧ-антенна включает систему соосных кольцевых электронных эмиттеров, установленных у торца соленоида однородного магнитного поля со стороны источника плазмы. A device for separating isotopes, including a vacuum chamber, a magnetic system made in the form of a solenoid, a uniform magnetic field and a portion of an inhomogeneous mannitic field located behind it, an RF antenna connected to an RF generator, a plasma source, an electron emitter and plasma collectors, characterized in that the plasma source is ring-shaped, and the RF antenna includes a system of coaxial ring electronic emitters installed at the end of the solenoid of a uniform magnetic field from the side of the plasma source.
RU92015801A 1992-12-30 1992-12-30 Apparatus for separating isotopes RU2089272C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92015801A RU2089272C1 (en) 1992-12-30 1992-12-30 Apparatus for separating isotopes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92015801A RU2089272C1 (en) 1992-12-30 1992-12-30 Apparatus for separating isotopes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU92015801A RU92015801A (en) 1995-02-27
RU2089272C1 true RU2089272C1 (en) 1997-09-10

Family

ID=20134970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92015801A RU2089272C1 (en) 1992-12-30 1992-12-30 Apparatus for separating isotopes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2089272C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Danson J.M. et all. Phys. Rev. Lett. 1976, v. 37, p. 1347. 2. Авторское свидетельство СССР N 1742900, кл. H 01 J 49/26, 1992. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3992625A (en) Method and apparatus for extracting ions from a partially ionized plasma using a magnetic field gradient
US2818507A (en) Velocity selector method for the separation of isotopes
RU2001122156A (en) PLASMA FILTER OF MASS AND METHOD FOR SEPARATION OF PARTICLES OF LOW MASS FROM PARTICLES OF LARGE MASS
US6730231B2 (en) Plasma mass filter with axially opposed plasma injectors
US6787044B1 (en) High frequency wave heated plasma mass filter
Deutsch Interaction of ion cluster beams with cold matter and dense plasmas
US3944825A (en) Method and apparatus for the separation of isotopes
WO1994001883A1 (en) A method for discriminative particle separation
RU2089272C1 (en) Apparatus for separating isotopes
JUNGULAS et al. A New Approach to On-Line Mass Analysis
RU2080161C1 (en) Plasma mass separator
US4757203A (en) Apparatus for isotope separation or mass analysis by a magnetic field
US6521888B1 (en) Inverted orbit filter
RU2411067C1 (en) Method of isotope separation and device to this end
JP2002058965A (en) Probabilistic cyclotron ion filter
US3940615A (en) Wide angle isotope separator
RU2069084C1 (en) Plasma mass separator
JPS60500200A (en) Isotope concentrator
RU2190459C2 (en) Device for separation of charged particles by masses
Hatakeyama et al. An efficient mass separation by using traveling waves with ion cyclotron frequencies
Schuessler Confinement of ions created externally in a radio‐frequency ion trap
SU1742900A1 (en) Method of separating isotopes
Compant La Fontaine et al. Isotope separation by ionic cyclotron resonance
RU2195360C2 (en) Method of isotopes separation
RU2411066C1 (en) Method of isotope separation and device to this end