RU2167699C1 - Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов - Google Patents
Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2167699C1 RU2167699C1 RU2000114511/12A RU2000114511A RU2167699C1 RU 2167699 C1 RU2167699 C1 RU 2167699C1 RU 2000114511/12 A RU2000114511/12 A RU 2000114511/12A RU 2000114511 A RU2000114511 A RU 2000114511A RU 2167699 C1 RU2167699 C1 RU 2167699C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- isotopes
- zones
- boxes
- separation
- Prior art date
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 abstract description 8
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 3
- 238000000441 X-ray spectroscopy Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 abstract 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- MAYVZUQEFSJDHA-UHFFFAOYSA-N 1,5-bis(methylsulfanyl)naphthalene Chemical compound C1=CC=C2C(SC)=CC=CC2=C1SC MAYVZUQEFSJDHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002083 X-ray spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/44—Separation by mass spectrography
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при обогащении изотопов, содержание которых в природном химическом элементе мало. Рабочее вещество, например металлический кальций, помещают в горизонтально расположенный тигель источника ионов. Тигель, источник ионов и коробки приемника устанавливают в разделительную камеру. Рабочее вещество нагревают до образования паров. Пары ионизируют в газоразрядной камере под действием электронной эмиссии с термокатода. Формируют ионный пучок электродами ионно-оптической системы, разделяют под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля в соответствии с массами ионов. Пучки фокусируют магнитным полем в фокальной плоскости, где помещают коробки приемников. После накопления коробки вынимают из разделительной камеры, подвергают рентгеноспектральному анализу, определяют зоны повышенной плотности изотопно-обогащенного вещества, фиксируют эти зоны. Обработку зон проводят электрохимическим травлением. Сначала обрабатывают зоны с повышенной плотностью, а оставшуюся часть поверхности коробок обрабатывают отдельно. Обогащение по изотопам 42Са, 43Са, 46Са, 48Са повышается не менее чем на 2%. 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения химических элементов, а точнее, к электромагнитному разделению изотопов низкой природной концентрации. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов низкой природной концентрации.
Известен способ разделения изотопов химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов (Н.А.Кащеев, В.А.Дергачев. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. - М.: Энергоатомиздат, 1989). Способ разделения изотопов химических элементов, описанный в указанном источнике информации, заключается в следующем. Рабочее вещество элемента загружается в тигель источника и нагревается до образования пара рабочего вещества. Пары рабочего вещества поступают в газоразрядную камеру источника, где ионизируются под действием электронной эмиссии с термокатода. Из газоразрядной камеры ионы извлекаются и формируются в ионный пучок электродами ионно-оптической системы. В процессе пролета через откачиваемую разделительную камеру ионные пучки изотопов химических элементов разделяются в постоянном магнитном поле в зависимости от массы изотопов, фокусируются этим полем и улавливаются соответствующими коробками приемника. Из коробок приемника изотопы извлекаются путем электрохимического травления внутренней поверхности приемника.
Недостаток известного способа разделения изотопов химических элементов в электромагнитном сепараторе с общей обработкой внутренней поверхности приемных карманов заключается в том, что технический результат неудовлетворительный ввиду снижения обогащения изотопов низкой природной концентрации. Это обусловлено неравномерным распределением улавливаемых изотопов на приемной поверхности кармана. Так как облучение внутренней поверхности приемника неравномерно, неодинакова и плотность отложения изотопного вещества. При этом участки с повышенной плотностью изотопного вещества обладают повышенным обогащением изотопов. Общая обработка зон разной плотности изотопного вещества приводит к снижению обогащения изотопов, извлекаемых с приемных карманов.
Технический результат изобретения - получение более высокого обогащения изотопов низкой природной концентрации.
Поставленная цель достигается тем, что коробки приемника подвергают рентгеноспектральному анализу, определяют зоны повышенной плотности изотопно-обогащенного вещества, фиксируют эти зоны и съем изотопно-обогащенного вещества первоначально ведут в этих зонах, оставшуюся часть поверхности коробок приемников обрабатывают отдельно.
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 представлены примеры осуществления способа разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе. Для экспериментов использовались разделительные камеры электромагнитного сепаратора "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области. Навеску рабочего вещества кальция металлического помещают в горизонтально расположенном тигле источника ионов, имеющего два нагревателя: для нагрева газоразрядной камеры и для нагрева тигля. После установки источника и приемника в разделительную камеру сепаратора производят откачку камеры вакуумными насосами до давления (1...2) 10-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 32. ..33 кВ. С целью получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подают напряжение на катодный блок, при этом осуществляется ионизация паров рабочего вещества. Образующиеся пары с помощью ионно-оптической системы вытягивают через щель газоразрядной камеры и формируют в ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля разделяется на ионные пучки изотопов в соответствии с массами ионов. Данные пучки ионов фокусируют магнитным полем в фокальной плоскости, в которой помещают входы в коробки приемников. После накопления приемники вынимают из разделительной камеры и помещают в установку, представленную блок-схемой на чертеже:
1 - источник ионизирующего излучения
2 - коробка приемника
3 - полупроводниковый детектор БДРК-1
4 - спектрометрический тракт СЭС2-02
5 - многоамплитудный анализатор АИ-256-6.
1 - источник ионизирующего излучения
2 - коробка приемника
3 - полупроводниковый детектор БДРК-1
4 - спектрометрический тракт СЭС2-02
5 - многоамплитудный анализатор АИ-256-6.
В установке внутреннюю поверхность коробки приемника подвергают облучению, атомы вещества на поверхности приемника возбуждаются и излучают энергию. Это излучение через полупроводниковый детектор передается на спектрометрический тракт, который выходит на многоамплитудный анализатор. Многоамплитудный анализатор преобразует поступившие сигналы и отражает на своем экране величину энергии излучения элемента. Сигналом о наличии на приемнике изотопно-обогащенного вещества служит появление пика характеристического рентгеновского спектра определяемого элемента. Величина интенсивности излучения пропорцианальна количеству вещества в анализируемой точке. На коробке приемника фиксируют зону повышенной плотности изотопного вещества и проводят обработку этой зоны отдельно от зоны с пониженной плотностью изотопного вещества. Обработку зон приемника проводят путем электрохимического травления. В результате раздельной обработки коробки приемника получают два раствора, которые содержат разделенный продукт разной степени обогащения. Полученные растворы анализиуют на изотопный состав и перерабатывают до конечного продукта.
Аналогичным образом были проведены работы по экспериментальному разделению изотопов диспрозия. В качестве рабочего вещества был использован хлорид диспрозия.
В процессе экспериментального и опытно-промышленного разделения на промышленном электромагнитном сепараторе "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области в общей сложности было получено (переработано до готового продукта):
изотопа Ca42 с обогащением 92,6% - 0,909 г;
изотопа Ca43 с обогащением 74,7% - 1,166 г;
изотопа Ca48 с обогащением 91,8% - 1,583 г;
изотопа Dу156 с обогащением 19,8% - 0,754 г;
изотопа Dу158 с обогащением 23,7% - 0,650 г.
изотопа Ca42 с обогащением 92,6% - 0,909 г;
изотопа Ca43 с обогащением 74,7% - 1,166 г;
изотопа Ca48 с обогащением 91,8% - 1,583 г;
изотопа Dу156 с обогащением 19,8% - 0,754 г;
изотопа Dу158 с обогащением 23,7% - 0,650 г.
В таблице для сравнения приведены основные параметры существующего способа разделения по прототипу и по заявленному техническому решению, а также обогащение по изотопам.
Предложенный способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием зонного съема по сравнению с существующим методом показал свою высокую эффективность в получении технико-экономического результата. Использование на практике заявляемого технического решения позволяет получить конечный продукт наибольшего обогащения.
Это дает возможность эффективно использовать указанный способ для промышленного электромагнитного разделения изотопов и получения изотопов низкой природной концентрации более высокого обогащения без снижения производительности установки.
Реализация заявленного технического решения возможна на существующем оборудовании без дополнительного обучения персонала навыкам работы.
Claims (1)
- Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов, включающий размещение рабочего вещества в тигле источника ионов, нагрев рабочего вещества до образования паров, ионизацию паров 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 коробки приемника подвергают рентгеноспектральному анализу, определяют зоны повышенной плотности изотопнообогащенного вещества, фиксируют эти зоны и съем изотопнообогащенного вещества первоначально ведут в этих зонах, оставшуюся часть поверхности коробок приемников обрабатывают отдельно.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114511/12A RU2167699C1 (ru) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
| CNB011193786A CN1165053C (zh) | 2000-06-02 | 2001-06-01 | 在带有离子源的电磁分离器中分离低天然浓度同位素的方法 |
| US09/870,503 US6559402B2 (en) | 2000-06-02 | 2001-06-01 | Process for separation of low natural concentration isotopes in an electromagnetic separator with ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000114511/12A RU2167699C1 (ru) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2167699C1 true RU2167699C1 (ru) | 2001-05-27 |
Family
ID=20235864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000114511/12A RU2167699C1 (ru) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6559402B2 (ru) |
| CN (1) | CN1165053C (ru) |
| RU (1) | RU2167699C1 (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106406215B (zh) * | 2016-10-18 | 2017-09-12 | 中国原子能科学研究院 | 一种用于同位素电磁分离器接收器的控制系统 |
| CN106512726B (zh) * | 2016-10-18 | 2017-11-21 | 中国原子能科学研究院 | 一种同位素电磁分离器 |
| CN108479394B (zh) * | 2018-03-14 | 2021-01-08 | 中国科学院近代物理研究所 | 痕量气体同位素富集系统和方法 |
| CN115814598A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-03-21 | 北京核力同创科技有限公司 | 一种基于同位素电磁分离器分离钙同位素的方法及系统 |
| CN115845609A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-03-28 | 北京核力同创科技有限公司 | 一种分离锂同位素的方法、装置、电子设备及存储介质 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4124801A (en) * | 1976-09-24 | 1978-11-07 | Phrasor Technology Incorporated | Apparatus and process for separating materials |
| US4394579A (en) * | 1979-10-22 | 1983-07-19 | Schwirzke Fred R | Laser induced plasma production for isotope separation |
| US5162699A (en) * | 1991-10-11 | 1992-11-10 | Genus, Inc. | Ion source |
| US5443702A (en) * | 1993-06-22 | 1995-08-22 | Haynam; Christopher A. | Laser isotope separation of erbium and other isotopes |
| US5865984A (en) * | 1997-06-30 | 1999-02-02 | International Business Machines Corporation | Electrochemical etching apparatus and method for spirally etching a workpiece |
| US6259763B1 (en) * | 1999-05-21 | 2001-07-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | X-ray imaging crystal spectrometer for extended X-ray sources |
-
2000
- 2000-06-02 RU RU2000114511/12A patent/RU2167699C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-06-01 US US09/870,503 patent/US6559402B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-01 CN CNB011193786A patent/CN1165053C/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАЩЕЕВ Н.П., ДЕРГАЧЕВ В.А. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.с.68, 87-109. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6559402B2 (en) | 2003-05-06 |
| CN1327239A (zh) | 2001-12-19 |
| CN1165053C (zh) | 2004-09-01 |
| US20020003094A1 (en) | 2002-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6130436A (en) | Acceleration and analysis architecture for ion implanter | |
| JP2004514263A (ja) | 大気圧イオン化質量分析法のための信号対雑音比改善方法 | |
| US20080203286A1 (en) | Apparatus and method for cooling ions | |
| RU2167699C1 (ru) | Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158173C1 (ru) | Способ разделения изотопов палладия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158170C1 (ru) | Способ разделения изотопов иттербия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2183985C2 (ru) | Способ промышленного электромагнитного разделения изотопов химических элементов | |
| US3392280A (en) | Mass spectrometer utilizing an ion beam for ionizing the gas to be analyzed | |
| RU2158167C1 (ru) | Способ разделения изотопов рения в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158171C1 (ru) | Способ разделения изотопов европия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2229925C1 (ru) | Способ разделения изотопов кальция в электромагнитном сепараторе | |
| RU2214301C1 (ru) | Способ разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе | |
| RU2158168C1 (ru) | Способ разделения изотопов самария в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2160153C1 (ru) | Способ разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158172C1 (ru) | Способ разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2227061C1 (ru) | Способ разделения изотопов таллия в электромагнитном сепараторе | |
| JP3079585B2 (ja) | 中性粒子質量分析装置 | |
| GB2396961A (en) | Apparatus and method for elemental mass spectrometry | |
| JP3652922B2 (ja) | 化学物質の検出装置 | |
| RU2158169C1 (ru) | Способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2000102560A (ru) | Способ промышленного электромагнитного разделения изотопов химических элементов | |
| Cobic et al. | Competitive processes in the formation of negative ions in heavy-particle collisions | |
| Inami et al. | Development of a high current and high energy metal ion beam system | |
| JPH0824627A (ja) | イオン回収方法及び装置 | |
| JP2659560B2 (ja) | 同位体濃縮方法，同位体濃縮装置，同位体分離方法及び同位体分離装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060603 |