RU2106032C1

RU2106032C1 - Carbon isotope production process

Info

Publication number: RU2106032C1
Application number: RU96116730A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Зубов
Original assignee: Горно-химический комбинат
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: nuclear engineering; production of most popular tracer - carbon-14 isotope. SUBSTANCE: process involves packing of target into shielding enclosure followed by its irradiation in neutron flux. Liquid-phase nitrogen-oxide compound, such as four-oxide nitrogen (N₂O₄), is used as source material. EFFECT: provision for producing carbon isotope directly in irradiation zone. 2 cl, 1 tbl, 3 expa

Description

Настоящее изобретение относится к области ядерной техники и может найти применение в промышленности, и научных исследованиях. The present invention relates to the field of nuclear engineering and may find application in industry and scientific research.

Преимущественно изобретение предназначено для получения изотопной продукции, в частности, изотопа углерода-14, как одного из наиболее широко применяемых индикаторов. Mostly the invention is intended to produce isotopic products, in particular, the carbon-14 isotope, as one of the most widely used indicators.

Известен способ получения углерода-14 путем облучения раствора нитрата аммония в канале графитового реактора (Материалы Международной конференции по мирному использованию атомной энергии. Женева, 1955 г.) Недостатками известного способа являются сложность управления процессом и низкая радиационная стойкость раствора нитрата аммония. A known method of producing carbon-14 by irradiating a solution of ammonium nitrate in a channel of a graphite reactor (Materials of the International Conference on the Peaceful Use of Atomic Energy. Geneva, 1955). The disadvantages of this method are the complexity of the process control and low radiation resistance of a solution of ammonium nitrate.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ получения изотопа углерода-14 путем упаковки мишени, представляющей собой таблетку Be₃N₂, в алюминиевый контейнер и последующего облучения материала мишени в потоке нейтронов (Радиохимия и химия ядерных процессов, под ред. А.Н.Мукина, Ленинград, Госхимизат, 1960, 675 с.)
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе для выделения изотопа углерода-14 необходимо извлекать материал мишени из зоны облучения, а это приводит к "загрязнению" соединений углерода-14 при их отделении от материала мишени побочными изотопами, образующимися в процессе облучения. Кроме того, для накопления изотопа углерода-14 в количестве, позволяющем его эффективное отделение без N₂, необходимо облучение в течение длительного периода времени (от 3-х до 5 лет), что делает углерод-14 одним из самых дорогих изотопов.The closest method of the same purpose to the claimed invention according to the totality of features is a method for producing a carbon-14 isotope by packing a target, which is a Be ₃ N ₂ tablet, in an aluminum container and then irradiating the target material in a neutron flux (Radiochemistry and Chemistry of Nuclear Processes, Edited by A.N. Mukin, Leningrad, Goskhimizat, 1960, 675 p.)
The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method adopted as a prototype include the fact that in the known method for extracting the carbon-14 isotope it is necessary to extract the target material from the irradiation zone, and this leads to "pollution" of carbon-14 compounds when they are separated from the target material by secondary isotopes formed during irradiation. In addition, for the accumulation of the carbon-14 isotope in an amount that allows its effective separation without N ₂ , it is necessary to irradiate for a long period of time (from 3 to 5 years), which makes carbon-14 one of the most expensive isotopes.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является генерирование изотопа углерода-14 высокого препаративного качества. The task to which the invention is directed is the generation of a carbon-14 isotope of high preparative quality.

Технический результат повышение экономичности способа получения изотопа углерода-14. EFFECT: increased efficiency of the method for producing carbon-14 isotope.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе получения изотопа углерода-14, включающего упаковку мишени в защитную оболочку и дальнейшее облучение в потоке нейтронов, особенностью является то, что в качестве исходного вещества мишени используют жидкофазные соединения оксидов азота, например, четырехоксид азота N₂O₄.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method for producing the carbon-14 isotope, which includes packing the target in a protective shell and further irradiating in a neutron flux, a feature is that liquid-phase compounds of nitrogen oxides are used as the starting material of the target, for example, nitrogen tetroxide N ₂ O ₄ .

По реакции взаимодействия в процессе облучения азотосодержащей мишени происходит образование диоксида углерода-14, который самопроизвольно отделяется, за счет несовместимости с материалом мишени, что позволяет генерировать его соединения непосредственно из зоны облучения. According to the interaction reaction during the irradiation of a nitrogen-containing target, carbon dioxide-14 is formed, which spontaneously separates due to incompatibility with the target material, which allows its compounds to be generated directly from the irradiation zone.

При проведении заявителем анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, не установлено средство того же назначения, характеризующееся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого устройства, изложенных в формуле изобретения. When the applicant conducted an analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, a means of the same purpose was not established, characterized by signs identical to all the essential features of the claimed device set forth in the claims .

Следовательно, заявленное изобретение, по мнению заявителя, соответствует критерию "новизна". Therefore, the claimed invention, according to the applicant, meets the criterion of "novelty."

Результаты дополнительного поиска известных решений показали, что данное техническое решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из него заявителем не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. The results of an additional search for known solutions have shown that this technical solution does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the applicant has not revealed the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result.

Это позволяет заявителю сделать вывод, что заявленное техническое решение соответствует условию "изобретательский уровень". This allows the applicant to conclude that the claimed technical solution meets the condition of "inventive step".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, представлены в таблице, отражающей результаты опытов получения изотопа углерода-14 по прототипу и предлагаемому способам. Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result is presented in the table reflecting the results of experiments on the production of carbon-14 isotope according to the prototype and the proposed methods.

Пример N 1. По способу, взятому за прототип, мишень, представляющую собой порошок нитрида бериллия Be₃N₂, спрессованный в таблетки, упаковывали в алюминиевый контейнер, который помещали в активную зону реактора. После облучения в потоке нейтронов контейнер извлекали, выдерживали и затем расплавляли. Мишени из нитрида бериллия растворяли в 65% серной кислоте с добавлением 30% пероксида водорода и выделившуюся смесь газов потоком азота пропускали через медноокисную печь при температуре 750^oC, а затем раствором гидроксида натрия газовую смесь поглощали. Из раствора гидроксида натрия осаждали углерод-14 в виде карбоната бария.Example N 1. According to the method taken as a prototype, the target, which is a powder of beryllium nitride Be ₃ N ₂ , compressed into tablets, was Packed in an aluminum container, which was placed in the reactor core. After irradiation in a neutron flux, the container was removed, aged and then melted. Beryllium nitride targets were dissolved in 65% sulfuric acid with the addition of 30% hydrogen peroxide, and the evolved gas mixture was passed through a copper oxide furnace at 750 ^° C with a nitrogen stream, and then the gas mixture was absorbed into the sodium hydroxide solution. From the sodium hydroxide solution, carbon-14 was precipitated as barium carbonate.

Пример N 2. В алюминиевый контейнер объемом 100 см³ заливали 100г мишени, представляющей собой, согласно изобретению, жидкофазное соединение - четырехокись азота. Контейнер помещали в охлаждаемый водой канал активной зоны реактора. Газоотводная трубка контейнера сообщалась с тремя последовательносоединенными поглотителями, содержащими раствор гидроксида натрия, очищенного от карбонатов. Облучение контейнера с мишенью проводили в течение 26 ч. После этого контейнер удаляли из активной зоны, извлекали мишень и измеряли ее объем. Затем раствор гидроксида натрия сливали из барботеров, объединяли и осаждали углеров-14 в виде карбоната бария. Осадок промывали, сушили, взвешивали и определяли количество углерода-14 путем измерения интенсивности бета-излучения.Example N 2. In an aluminum container with a volume of 100 cm ^{3 was} poured 100 g of the target, which, according to the invention, is a liquid-phase compound - nitrogen tetroxide. The container was placed in a water-cooled channel of the reactor core. The container vent pipe communicated with three sequentially connected absorbers containing a solution of sodium hydroxide purified from carbonates. The container with the target was irradiated for 26 hours. After that, the container was removed from the core, the target was removed and its volume was measured. Then the sodium hydroxide solution was drained from the bubblers, combined and precipitated carbon 14-in the form of barium carbonate. The precipitate was washed, dried, weighed and the amount of carbon-14 was determined by measuring the intensity of beta radiation.

Пример N 3. В алюминиевый контейнер объемом 14 л, снабженный двумя трубками для заливки мишени и отбора газовой фазы, помещали 1500 г четырехокиси азота и опускали контейнер с мишенью в канал промышленного реактора на 220 ч, отбирая газовую фазу в емкость из нержавеющей стали через каждые 24 ч облучения. Из нержавеющей емкости газовую фазу пропускали через раствор гидроксида натрия. После облучения контейнер с мишенью извлекали из канала, измеряли количество оставшегося материала мишени, а растворы гидроксида натрия объединяли и осаждали углеров-14 в виде карбоната бария, осадок которого сушили и взвешивали, определяя затем количество углерода-14 радиометрическим методом. Example No. 3. In an aluminum container with a volume of 14 l, equipped with two tubes for pouring the target and taking the gas phase, 1500 g of nitrogen tetroxide were placed and the container with the target was lowered into the channel of the industrial reactor for 220 h, taking the gas phase into the stainless steel vessel every 24 hours of exposure. From a stainless tank, the gas phase was passed through a solution of sodium hydroxide. After irradiation, the container with the target was removed from the channel, the amount of the remaining target material was measured, and the sodium hydroxide solutions were combined and precipitated carbon-14 in the form of barium carbonate, the precipitate of which was dried and weighed, then determining the amount of carbon-14 by the radiometric method.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, преимущественно в атомной;
для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован независимым пунктом изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
способ получения изотопа углерода-14, воплощенный в заявленном изобретении, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно: значительное снижение себестоимости получения изотопа углерода-14 высокого препаративного качества за счет генерирования его соединений непосредственно из зоны облучения.Thus, the above information indicates the following conditions are met when using the claimed device:
means embodying the claimed invention in its implementation, is intended for use in industry, mainly in the nuclear;
for the claimed method in the form as described by the independent claim of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application is confirmed;
the method of producing the carbon-14 isotope, embodied in the claimed invention, when implemented, is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant, namely, a significant reduction in the cost of producing a high preparative quality carbon-14 isotope by generating its compounds directly from the irradiation zone.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. A method of producing a carbon-14 isotope, comprising packing the target in a protective shell, irradiating the target substance in a neutron flux, characterized in that liquid-phase compounds of nitrogen oxides are used as the starting material of the target.

2. The method according to claim 1, characterized in that nitrogen tetroxide (N ₂ O ₄ ) is used as the target starting material.