RU2158170C1 - Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source - Google Patents

Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source Download PDF

Info

Publication number
RU2158170C1
RU2158170C1 RU99123007/12A RU99123007A RU2158170C1 RU 2158170 C1 RU2158170 C1 RU 2158170C1 RU 99123007/12 A RU99123007/12 A RU 99123007/12A RU 99123007 A RU99123007 A RU 99123007A RU 2158170 C1 RU2158170 C1 RU 2158170C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion
ytterbium
isotopes
separation
working substance
Prior art date
Application number
RU99123007/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Л.А. Поляков
А.Н. Татаринов
Ю.А. Монастырев
С.Г. Огородников
Original Assignee
Комбинат "Электрохимприбор"
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 Комбинат "Электрохимприбор" filed Critical Комбинат "Электрохимприбор"
Priority to RU99123007/12A priority Critical patent/RU2158170C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2158170C1 publication Critical patent/RU2158170C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: production of highly enriched ytterbium on industrial scale. SUBSTANCE: working medium-metal ytterbium is placed into melting pot of ion source and is heated to vaporous state. Vapors are ionized in gaseous-discharge chamber under action of electron emission from hot cathode. Ion beams are formed by electrodes of ion-optical system, are divided and focused in magnetic field. Ions are trapped by boxes of collector. On termination of process boxes are taken away. Ions are removed by method of ion pickling. Enrichment by isotopes in per cent is: Yb-168=40.0; Yb- 170=86.0; Yb-171=95.5; Yb-172=97.1; Yb-173=92.4; Yb-174=99.2; Yb-176=97.3. EFFECT: enhanced productivity of process. 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов химических элементов, а точнее к электромагнитному разделению изотопов иттербия. The invention relates to the technology of electromagnetic separation of isotopes of chemical elements, and more specifically to electromagnetic separation of ytterbium isotopes.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов иттербия: иттербия - 168, иттербия - 170, иттербия - 171, иттербия - 172, иттербия - 173, иттербия - 174, иттербия - 176. The invention can be most effectively used for industrial electromagnetic separation of stable ytterbium isotopes: ytterbium - 168, ytterbium - 170, ytterbium - 171, ytterbium - 172, ytterbium - 173, ytterbium - 174, ytterbium - 176.

Известен способ разделения изотопов химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов, предусматривающий нагрев тигля с рабочим веществом и газоразрядной камеры тепловым излучением от нагревателей активного сопротивления до образования пара рабочего вещества, ионизацию молекул пара в газоразрядной камере, из которой ионы извлекаются и формируются в ионный пучок, разделяемый и фокусируемый магнитным полем в соответствии с массой изотопов и улавливаемый коробками приемника (Н.А. Кащеев, В.А. Дергачев "Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ", М., "Энергоатомиздат", 1989 г.). A known method for the separation of isotopes of chemical elements used for industrial electromagnetic separation of isotopes, which involves heating the crucible with the working substance and the gas discharge chamber by heat radiation from heaters of the active resistance to form steam of the working substance, ionization of the vapor molecules in the gas discharge chamber from which ions are extracted and formed into ion beam separated and focused by a magnetic field in accordance with the mass of isotopes and captured by the receiver boxes (N.A. Kashcheev, V.A. De Gachev "Electromagnetic separation of isotopes and isotope analysis", M., "Energoatomisdat", 1989).

Одним из недостатков указанного способа является то, что он недостаточно эффективен для разделения редкоземельных элементов, когда в качестве рабочего вещества используются их соединения с галогенами. One of the disadvantages of this method is that it is not effective enough for the separation of rare earth elements when their compounds with halogens are used as the working substance.

Недостаток известного способа разделения изотопов иттербия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов заключается также и в том, что технический результат неудовлетворительный ввиду низкой производительности способа и получения невысокого обогащения улавливаемых изотопов. Это обусловлено малыми ионными токами на приемник, небольшим временем работы источника и длительным обезгаживанием рабочего вещества вследствие его гигроскопичности, а также неудовлетворительной фокусировкой и нестабильностью работы источника, вызванных следующими факторами:
1) сложностью подбора теплового режима нагрева тигля из-за неравномерности испарения рабочего вещества;
2) частыми пробоями и паразитными переменными токовыми утечками между электродами ионно-оптической системы или между электродами и корпусом оборудования;
3) необходимостью частой настройки на рабочие режимы из-за малого времени работы источников.A disadvantage of the known method of separating ytterbium isotopes in an electromagnetic separator using an ion source is also that the technical result is unsatisfactory due to the low productivity of the method and obtaining a low enrichment of the captured isotopes. This is due to the small ion currents to the receiver, the short time of the source and the long degassing of the working substance due to its hygroscopicity, as well as poor focus and instability of the source, caused by the following factors:
1) the complexity of the selection of the thermal regime of heating the crucible due to the uneven evaporation of the working substance;
2) frequent breakdowns and stray alternating current leaks between the electrodes of the ion-optical system or between the electrodes and the equipment case;
3) the need for frequent tuning to operating modes due to the short operating time of sources.

Технический результат изобретения - улучшение фокусировки, увеличение обогащения разделяемых изотопов иттербия и повышение производительности электромагнитного метода разделения. The technical result of the invention is improving focus, increasing the enrichment of the shared ytterbium isotopes and increasing the performance of the electromagnetic separation method.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего вещества используется металлический иттербий. Данное рабочее вещество не гигроскопично, не реагирует с конструкционными материалами источника, образует давление паров, достаточное для поддержания устойчивого горения дуги разряда в диапазоне температур 550-650oC и обеспечивает стабильную работу источника.This goal is achieved by the fact that metal ytterbium is used as the working substance. This working substance is not hygroscopic, does not react with structural materials of the source, generates vapor pressure sufficient to maintain stable combustion of the discharge arc in the temperature range 550-650 o C and ensures stable operation of the source.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна". The analysis of publicly available sources of information on the prior art did not allow to identify a technical solution identical to the declared one, on the basis of which it is concluded that the latter is unknown, i.e. compliance presented in this application of the invention with the criterion of "novelty."

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень". A comparative analysis of the claimed solution with known technical solutions revealed that the presented set of distinctive features is unknown to a person skilled in the art and does not follow explicitly from the prior art, on the basis of which it is concluded that the invention presented in this application meets the criterion of "inventive step".

Для пояснения изобретения ниже представлен пример осуществления способа разделения изотопов иттербия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов. Для эксперимента использовалась одна из разделительных камер электромагнитного сепаратора "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области. Навеску металлического иттербия размещали в горизонтально расположенном тигле из стали марки 12Х18Н10Т источника ионов, имеющего два нагревателя: для нагрева газоразрядной камеры и для нагрева тигля. После установки источника и семикоробочного приемника в разделительную камеру сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (0,8-1,5)•10-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 33-34 кВ.To explain the invention, an example of a method for separating ytterbium isotopes in an electromagnetic separator using an ion source is presented below. For the experiment, one of the separation chambers of the SU-20 electromagnetic separator of the Elektrokhimpribor combine, the city of Lesnoy, Sverdlovsk Region, was used. A portion of metallic ytterbium was placed in a horizontally placed crucible made of steel grade 12X18H10T of an ion source having two heaters: for heating the gas discharge chamber and for heating the crucible. After installing the source and the seven-box receiver in the separation chamber of the separator, the chamber was pumped out with vacuum pumps to a pressure of (0.8-1.5) • 10 -3 Pa and a high-voltage source training to a voltage of 33-34 kV.

С целью получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжения на катодный блок, обеспечивающие: ток через нить накала 65-70 А, напряжение между нитью и термокатодом 0,8-1,0 кВ, ток эмиссии 0,4-0,5 А. При токе дугового разряда 0,6-1,2 А и напряжении разряда 80-120 В осуществлялась ионизация паров рабочего вещества, образование которых происходило при мощности нагревателя газоразрядной камеры 800-900 Вт и при мощности нагревателя тигля 150-200 Вт. In order to obtain an electron beam in the gas discharge chamber of the source, voltages were applied to the cathode block, providing: current through the filament 65-70 A, voltage between the filament and thermal cathode 0.8-1.0 kV, emission current 0.4-0.5 A At an arc discharge current of 0.6-1.2 A and a discharge voltage of 80-120 V, the vaporization of the working substance was carried out, the formation of which occurred when the power of the gas-discharge chamber heater was 800-900 W and the crucible heater had a power of 150-200 W.

Образующиеся ионы иттербия с помощью ионно-оптической системы вытягивались через щель газоразрядной камеры и формировались в ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля 3370 Э в камере разделялся на семь ионных пучков изотопов в соответствии с массами ионов. Данные пучки изотопов фокусировались магнитным полем в фокальной плоскости, в которой помещались входы в коробки приемника. The resulting ytterbium ions with the help of an ion-optical system were pulled through the slit of the gas discharge chamber and formed into an ion beam, which under the action of an accelerating voltage and a constant magnetic field of 3370 Oe in the chamber was divided into seven ion beams of isotopes in accordance with the ion masses. These isotope beams were focused by a magnetic field in the focal plane in which the entrances to the receiver boxes were placed.

После накопления приемники вынимали из разделительной камеры, методом анодного травления производили съем изотопов из коробок, полученный изотопно-обогащенный раствор анализировали на обогащение и перерабатывали до конечного продукта. After accumulation, the receivers were removed from the separation chamber, the isotopes from the boxes were removed by the method of anodic etching, the resulting isotope-enriched solution was analyzed for enrichment and processed to the final product.

В процессе экспериментального и опытно-промышленного разделения на промышленном электромагнитном сепараторе "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области в общей сложности получено:
- изотопа Yb-168 с обогащением 40,0% - 13 г;
- изотопа Yb-170 с обогащением 86,0% - 177 г;
- изотопа Yb-171 с обогащением 95,5% - 700 г;
- изотопа Yb-172 с обогащением 97,1% - 930 г;
- изотопа Yb-173 с обогащением 92,4% - 700 г;
- изотопа Yb-174 с обогащением 99,2% - 1160 г;
- изотопа Yb-176 с обогащением 97,3% - 795 г.In the process of experimental and pilot industrial separation at the industrial electromagnetic separator "SU-20" of the plant "Electrochempribor", the city of Lesnoy, Sverdlovsk region, a total of:
- Yb-168 isotope with an enrichment of 40.0% - 13 g;
- Yb-170 isotope with an enrichment of 86.0% - 177 g;
- Yb-171 isotope with an enrichment of 95.5% - 700 g;
- Yb-172 isotope with an enrichment of 97.1% - 930 g;
- isotope Yb-173 with an enrichment of 92.4% - 700 g;
- Yb-174 isotope with an enrichment of 99.2% - 1160 g;
- Yb-176 isotope with an enrichment of 97.3% - 795 g.

В таблице для сравнения приведены основные параметры существующего способа разделения изотопов иттербия по прототипу и по заявляемому техническому решению, а также обогащение по изотопам. The table for comparison shows the main parameters of the existing method for the separation of ytterbium isotopes according to the prototype and the claimed technical solution, as well as isotope enrichment.

Предложенный способ разделения изотопов иттербия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов по сравнению с существующими методами показал свою высокую эффективность в получении технико-экономического результата. Использование на практике заявляемого технического решения позволяет улучшить фокусировку и увеличить обогащение разделяемых изотопов иттербия. The proposed method for the separation of ytterbium isotopes in an electromagnetic separator using an ion source compared with existing methods has shown its high efficiency in obtaining a technical and economic result. The practical application of the proposed technical solution can improve focus and increase the enrichment of the shared ytterbium isotopes.

Способ позволяет также поднять производительность электромагнитной установки. Это дает возможность эффективно использовать указанный способ для промышленного электромагнитного разделения изотопов иттербия и получения изотопов: Yb-168, Yb-170, Yb-171, Yb-172, Yb-173, Yb-174 и Yb-176 в большем количестве и с более высоким обогащением. The method also allows you to increase the performance of the electromagnetic installation. This makes it possible to efficiently use this method for industrial electromagnetic separation of ytterbium isotopes and the production of isotopes: Yb-168, Yb-170, Yb-171, Yb-172, Yb-173, Yb-174 and Yb-176 in larger quantities and with more high enrichment.

Реализация заявленного технического решения возможна на существующем оборудовании без дополнительного обучения персонала навыкам работы. The implementation of the claimed technical solution is possible on existing equipment without additional staff training in work skills.

Claims (1)

Способ разделения изотопов иттербия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов, включающий размещение рабочего вещества в тигле источника ионов, нагрев рабочего вещества до парообразного состояния, ионизацию паров рабочего вещества в газоразрядной камере источника под действием электронной эмиссии с термокатода, формирование ионного пучка электродами ионно-оптической системы, разделение и фокусирование ионных пучков изотопов в магнитном поле, улавливание ионов коробками приемника, отличающийся тем, что в качестве рабочего вещества используют металлический иттербий. A method for separating ytterbium isotopes in an electromagnetic separator using an ion source, including placing the working substance in the crucible of the ion source, heating the working substance to a vapor state, ionizing the working substance vapors in the gas discharge chamber of the source under the influence of electron emission from the thermal cathode, forming the ion beam by ion-optical electrodes systems, separation and focusing of ion beams of isotopes in a magnetic field, ion capture by receiver boxes, characterized in that in quality ve working substance using metal ytterbium.
RU99123007/12A 1999-11-01 1999-11-01 Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source RU2158170C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99123007/12A RU2158170C1 (en) 1999-11-01 1999-11-01 Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99123007/12A RU2158170C1 (en) 1999-11-01 1999-11-01 Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2158170C1 true RU2158170C1 (en) 2000-10-27

Family

ID=20226471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99123007/12A RU2158170C1 (en) 1999-11-01 1999-11-01 Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2158170C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005023367A2 (en) * 2003-06-10 2005-03-17 Implant Sciences Corporation X-ray and gamma ray emitting temporary high dose rate brachyterapy source
RU2446003C2 (en) * 2010-03-19 2012-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Медицинские стерилизационные системы" Method of obtaining ytterbium isotopes and apparatus for realising said method
RU2736944C1 (en) * 2019-09-30 2020-11-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" (ФГУП "Комбинат "Электрохимприбор") Method of suppressing isotopic contamination when separating isotopes of chemical elements in an electromagnetic separator
CN112808002A (en) * 2020-12-31 2021-05-18 中国原子能科学研究院 Ytterbium isotope electromagnetic separation method
CN112808004A (en) * 2020-12-31 2021-05-18 中国原子能科学研究院 Isotope electromagnetic separation method
WO2023056025A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-06 Shine Technologies, Llc Ion production system with fibrous lattice for ion collection

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАЩЕЕВ Н.А., ДЕРГАЧЕВ В.А. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.87, 101-107. *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005023367A2 (en) * 2003-06-10 2005-03-17 Implant Sciences Corporation X-ray and gamma ray emitting temporary high dose rate brachyterapy source
WO2005023367A3 (en) * 2003-06-10 2005-06-16 Implant Sciences Corp X-ray and gamma ray emitting temporary high dose rate brachyterapy source
US7530941B2 (en) 2003-06-10 2009-05-12 Best Medical International, Inc. X-ray and gamma ray emitting temporary high dose rate brachytherapy source
RU2446003C2 (en) * 2010-03-19 2012-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Медицинские стерилизационные системы" Method of obtaining ytterbium isotopes and apparatus for realising said method
RU2736944C1 (en) * 2019-09-30 2020-11-23 Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" (ФГУП "Комбинат "Электрохимприбор") Method of suppressing isotopic contamination when separating isotopes of chemical elements in an electromagnetic separator
CN112808002A (en) * 2020-12-31 2021-05-18 中国原子能科学研究院 Ytterbium isotope electromagnetic separation method
CN112808004A (en) * 2020-12-31 2021-05-18 中国原子能科学研究院 Isotope electromagnetic separation method
CN112808002B (en) * 2020-12-31 2024-02-20 中国原子能科学研究院 Ytterbium isotope electromagnetic separation method
CN112808004B (en) * 2020-12-31 2024-02-20 中国原子能科学研究院 Isotope electromagnetic separation method
WO2023056025A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-06 Shine Technologies, Llc Ion production system with fibrous lattice for ion collection

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5198677A (en) Production of N+ ions from a multicusp ion beam apparatus
CA2656956A1 (en) Multipole ion guide for mass spectrometry
KR20150016580A (en) Gallium ion source and materials therefore
RU2158170C1 (en) Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2158173C1 (en) Process of separation of isotopes of palladium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2158171C1 (en) Process of separation of isotopes of europium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2158167C1 (en) Process of separation of isotopes of rhenium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2158168C1 (en) Process of separation of isotopes of samarium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2167699C1 (en) Method of separation of isotopes of low natural concentration in electromagnetic separator with the use of ion source
RU2160153C1 (en) Method of separation of isotopes of zirconium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2158172C1 (en) Process of separation of isotopes of potassium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2158169C1 (en) Process of separation of isotopes of titanium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2193914C1 (en) Method of producing highly enriched isotopes from naturally occurring in low content isotopes in their separation in electromagnetic separator
RU2214301C1 (en) Method of separation of potassium isotopes in electromagnetic separator
RU2183985C2 (en) Process of industrial electromagnetic separation of isotopes of chemical elements
RU2229925C1 (en) Process of separation of calcium isotopes in electromagnetic separator
Masic et al. A new way of producing ion beams from metals and gases using the plasma jet from a duoplasmatron
JPH07183001A (en) Method and apparatus for preparation of ion aluminum
Walther et al. Production of atomic nitrogen ion beams
US3663852A (en) Double cell high intensity ion source
RU2227061C1 (en) Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator
RU2002130483A (en) METHOD FOR SEPARATING CALCIUM ISOTOPES IN AN ELECTROMAGNETIC SEPARATOR
RU2000102560A (en) METHOD OF INDUSTRIAL ELECTROMAGNETIC SEPARATION OF ISOTOPES OF CHEMICAL ELEMENTS
Delmore et al. An autoneutralizing neutral molecular beam gun
JPH0488165A (en) Sputtering type ion source