RU2160153C1 - Способ разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов - Google Patents
Способ разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2160153C1 RU2160153C1 RU99123760/12A RU99123760A RU2160153C1 RU 2160153 C1 RU2160153 C1 RU 2160153C1 RU 99123760/12 A RU99123760/12 A RU 99123760/12A RU 99123760 A RU99123760 A RU 99123760A RU 2160153 C1 RU2160153 C1 RU 2160153C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- isotopes
- ion
- receiver
- zirconium
- boxes
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для получения высокообогащенных изотопов циркония в промышленных масштабах. Рабочее вещество - тетрафторид циркония - помещают в тигель источника ионов. Нагревают до парообразного состояния. Пары ионизируют в газоразрядной камере под действием электронной эмиссии с термокатода. Формируют ионные пучки электродами ионно-оптической системы, разделяют и фокусируют их в магнитном поле. Отношение тока на приемник к току на настроечный электрод, расположенный между коробками Zr-91 и Zr-92, поддерживают от 150 до 200. Угол для фокальной плоскости ионного пучка к оси приемника 39°, глубина коробок приемника увеличена в 1,5 раза. По окончании процесса приемники снимают. Съем изотопов производят методом анодного травления. Коэффициент улавливания по изотопам,%: Zr-90 55; Zr-91 62; Zr-92 70; Zr-94 69; Zr-96 59. Обогащение по этим изотопам 87-99,4%. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов химических элементов, а точнее к электромагнитному разделению изотопов циркония.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов циркония: циркония-90, циркония-91, циркония-92, циркония-94, циркония-96.
Известен способ разделения изотопов циркония, 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, ионизация молекул пара в газоразрядной камере источника под действием электронной эмиссии с термокатода, формирование ионного пучка электродами ионно-оптической системы, разделение и фокусирование магнитным полем пучков изотопов в соответствии с массой изотопов и улавливание ионов коробками приемника (Н.А. Кащеев, В. А. Дергачев. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ.- М.: Энергоатомиздат, 1989).
Недостатком указанного способа является то, что он не подходит или малоэффективен для разделения химических элементов, когда в качестве рабочего вещества используют их слаболетучие или высоколетучие химические соединения, или которые сами испаряются при очень низких или высоких температурах.
Другим недостатком известного способа разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов является то, что технический результат не удовлетворителен ввиду получения низкого обогащения улавливаемых изотопов и низкого коэффициента улавливания по причине недостаточной степени фокусировки изотопных пучков, а также обратного вылета изотопов из коробок приемника ввиду их незначительной глубины. Одновременно высокое давление паров тетрахлорида циркония в разделительной камере (особенно из-за высокой температуры ее стенок вследствие их нагрева одно- и многозарядными ионными пушками не полностью ионизированных молекул рабочего вещества) приводит к попаданию ZrCl4 в коробки приемника и, как следствие, - к изотопному загрязнению коробок.
Технический результат изобретения - улучшение фокусировки, увеличение обогащения разделяемых изотопов циркония и улавливания ионных пучков.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего вещества используют тетрафторид циркония (ZrF4), а степень фокусировки, определяемую отношением тока на приемник к току на настроечный электрод, расположенный между коробками Zr-91 и Zr-92, поддерживают в пределах 150-200. При этом угол наклона фокальной плоскости пучка ионов к оси приемника устанавливают равным 39o, а глубину коробок увеличивают в 1,5 раза.
Рабочее вещество-ZrF4-имеет более низкое давление насыщенных паров, обладает невысокой гигроскопичностью, не разлагается в процессе нагрева, не реагирует с конструкционными материалами и образует давление паров, достаточное для поддержания устойчивого горения дуги разряда в диапазоне температур 550-650oC. Использование в качестве рабочего вещества тетрафторида циркония и изменение глубины и угла установки коробок приемника позволили улучшить фокусировку, увеличить обогащение разделяемых изотопов циркония и улавливание ионных пучков.
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".
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".
Для пояснения изобретения ниже представлен пример осуществления способа разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов. Для эксперимента использовался малый двухкамерный электромагнитный сепаратор "Е-7" комбината "Электрохимприбор", г.Лесной, Свердловской области. Навеску тетрафторида циркония размещали в тигле из стали марки 12Х18Н10Т источника ионов. После установки источника и пятикоробчного приемника в разделительную камеру сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (1-2,5)•10-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 31-32 кВ.
С целью получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжения на катодный блок, обеспечивающие: ток через нить накала - 70-75 А, напряжение между нитью и термокатодом - 0,8-1,0 кВ, ток эмиссии - 0,5-0,6 А. При токе дугового разряда 2,0-3,5 А и напряжении разряда 120-250 В осуществлялась ионизация паров рабочего вещества, образование которых происходило при мощности нагревателя газоразрядной камеры 450-500 Вт и мощности нагревателя тигля 250-350 Вт.
Образующиеся ионы циркония с помощью ионно-оптической системы вытягивались через щель газоразрядной камеры и формировались в ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля 2400 Э в камере разделялся на пять ионных пучков изотопов в соответствии с массами ионов. Данные пучки изотопов фокусировались магнитным полем в фокальной плоскости, в которой помещались входы в коробки приемника.
После накопления приемники вынимали из разделительной камеры, методом анодного травления производили съем изотопов из коробок, полученный изотопнообогащенный раствор анализировали на обогащение и перерабатывали до конечного продукта.
В процессе экспериментального и опытно-промышленного разделения на малом двухкамерном электромагнитном сепараторе "Е-7" и промышленном электромагнитном сепараторе "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г.Лесной, Свердловской области в общей сложности получено:
- изотопа Zr-90 с обогащением 99,2% - 325 г;
- изотопа Zr-91 с обогащением 95,3% - 80 г;
- изотопа Zr-92 с обогащением 97,2% - 138 г;
- изотопа Zr-94 с обогащением 98,2% - 138 г;
- изотопа Zr-96 с обогащением 86,2% - 21 г.
- изотопа Zr-90 с обогащением 99,2% - 325 г;
- изотопа Zr-91 с обогащением 95,3% - 80 г;
- изотопа Zr-92 с обогащением 97,2% - 138 г;
- изотопа Zr-94 с обогащением 98,2% - 138 г;
- изотопа Zr-96 с обогащением 86,2% - 21 г.
В таблице для сравнения приведены основные параметры существующего способа разделения изотопов циркония по прототипу и по заявляемому техническому решению, а также коэффициенты улавливания и обогащение по изотопам.
Сравнение данных, приведенных в таблице, показывает, что некоторое снижение производительности за счет ионного тока на приемник и коэффициента использования времени установки полностью компенсируется за счет увеличения коэффициентов улавливания ионных пучков изотопов.
Таким образом, предложенный способ разделения изотопов циркония 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 ионных пучков, увеличить обогащение и улавливание разделяемых изотопов циркония.
Это дает возможность эффективно использовать указанный способ для промышленного электромагнитного разделения изотопов циркония и получения изотопов: Zr-90, Zr-91, Zr-92, Zr-94, Zr-96 с более высоким обогащением без снижения производительности установки.
Реализация заявленного технического решения возможна на существующем оборудовании без дополнительного обучения персонала навыкам работы.
Claims (2)
1. Способ разделения изотопов циркония 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 тетрафторид циркония, а отношение тока на приемник к току на настроечный электрод, расположенный между коробками Zr-91 и Zr-92, поддерживают в пределах 150 - 200.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что угол для фокальной плоскости пучка ионов к оси приемника устанавливают равным 39oC, а глубину коробок приемника увеличивают до 160 мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99123760/12A RU2160153C1 (ru) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | Способ разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99123760/12A RU2160153C1 (ru) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | Способ разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2160153C1 true RU2160153C1 (ru) | 2000-12-10 |
Family
ID=20226844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99123760/12A RU2160153C1 (ru) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | Способ разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2160153C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2660850C2 (ru) * | 2016-10-19 | 2018-07-10 | Оксана Алексеевна Аржаткина | Способ получения высокообогащенных изотопов циркония |
RU2794182C1 (ru) * | 2022-03-02 | 2023-04-12 | Акционерное Общество "Производственное Объединение "Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Способ разделения изотопов циркония |
-
1999
- 1999-11-11 RU RU99123760/12A patent/RU2160153C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КАЩЕЕВ Н.А., ДЕРГАЧЕВ В.А. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.58 - 68, 102, 109. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2660850C2 (ru) * | 2016-10-19 | 2018-07-10 | Оксана Алексеевна Аржаткина | Способ получения высокообогащенных изотопов циркония |
RU2794182C1 (ru) * | 2022-03-02 | 2023-04-12 | Акционерное Общество "Производственное Объединение "Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Способ разделения изотопов циркония |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Thompson et al. | Single and double ionization of atomic oxygen by electron impact | |
US9187832B2 (en) | Extended lifetime ion source | |
EP0066288B1 (en) | Method for ion-implanting metal elements | |
RU2158173C1 (ru) | Способ разделения изотопов палладия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
US20150354056A1 (en) | Method Of Improving Ion Beam Quality In A Non-Mass-Analyzed Ion Implantation System | |
RU2158170C1 (ru) | Способ разделения изотопов иттербия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
TW201903815A (zh) | 將摻質植入工件中的方法 | |
RU2160153C1 (ru) | Способ разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
RU2158167C1 (ru) | Способ разделения изотопов рения в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
RU2158168C1 (ru) | Способ разделения изотопов самария в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
RU2158169C1 (ru) | Способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
RU2158171C1 (ru) | Способ разделения изотопов европия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
RU2167699C1 (ru) | Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
RU2158172C1 (ru) | Способ разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
RU2193914C1 (ru) | Способ получения высокообогащенных изотопов с малым природным содержанием при их разделении в электромагнитном сепараторе | |
US2700107A (en) | Ion source | |
RU2214301C1 (ru) | Способ разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе | |
RU2229925C1 (ru) | Способ разделения изотопов кальция в электромагнитном сепараторе | |
RU2183985C2 (ru) | Способ промышленного электромагнитного разделения изотопов химических элементов | |
RU2227061C1 (ru) | Способ разделения изотопов таллия в электромагнитном сепараторе | |
Keller et al. | Metal beam production using a high current ion source | |
Walther et al. | Production of atomic nitrogen ion beams | |
TWI642091B (zh) | 處理工件的方法 | |
SU1308091A1 (ru) | Источник ионов | |
RU95122396A (ru) | Способ получения ионного пучка и устройство для его осуществления |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171112 |