RU2193914C1 - Method of producing highly enriched isotopes from naturally occurring in low content isotopes in their separation in electromagnetic separator - Google Patents
Method of producing highly enriched isotopes from naturally occurring in low content isotopes in their separation in electromagnetic separator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193914C1 RU2193914C1 RU2001124311/12A RU2001124311A RU2193914C1 RU 2193914 C1 RU2193914 C1 RU 2193914C1 RU 2001124311/12 A RU2001124311/12 A RU 2001124311/12A RU 2001124311 A RU2001124311 A RU 2001124311A RU 2193914 C1 RU2193914 C1 RU 2193914C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- isotopes
- ion
- isotope
- additional electrode
- focusing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов химических элементов. The invention relates to the technology of electromagnetic separation of isotopes of chemical elements.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов в случае, когда соседние изотопы значительно отличаются по своему природному содержанию. The invention can most effectively be used for industrial electromagnetic separation of stable isotopes in the case when neighboring isotopes differ significantly in their natural content.
Известен способ разделения изотопов химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов (Н.А. Кащеев, В.А. Дергачев. "Электромагнитное разделение иэотопов 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 (N. A. Kashcheev, V. A. Dergachev. "Electromagnetic separation of ionotopes and isotope analysis." M., "Energoatomizdat", 1989).
Одним из недостатков указанного способа является то, что он недостаточно эффективен для разделения химических элементов, имеющих одновременно изотопы с высоким и низким природным содержанием, что определяется в том числе неудовлетворительной настройкой изотопных пучков по коробкам приемника. One of the disadvantages of this method is that it is not effective enough for separating chemical elements having isotopes with a high and low natural content at the same time, which is also determined by the unsatisfactory tuning of the isotope beams in the receiver boxes.
Способ разделения изотопов с использованием приемника ионов (стр.29-36), описанный в указанном источнике информации, заключается в следующем. Рабочее вещество загружается в тигель источника и нагревается до получения необходимого давления пара, который поступает в газоразрядную камеру источника, где ионизируется 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 разделяются в постоянном магнитном поле в зависимости от массы изотопов, фокусируются этим полем и улавливаются соответствующими коробками приемника. Настройка изотопных пучков 1 по коробкам приемника 6 осуществляется с помощью системы настроечных электродов (см. фиг.1), где общее положение пучка определяется электродами - "легкий" репер 2 и "тяжелый" репер 5, а степень фокусировки - основным настроечным электродом 3. The isotope separation method using an ion detector (pp. 29-36) described in the indicated information source is as follows. The working substance is loaded into the crucible of the source and heated to obtain the required vapor pressure, which enters the gas discharge chamber of the source, where it is ionized by electron emission from the thermal cathode. From the gas discharge chamber, ions are extracted and formed into the ion beam by electrodes of the ion-optical system. During the passage through the pumped separation chamber, the ion beams of isotopes are separated in a constant magnetic field depending on the mass of the isotopes, are focused by this field and captured by the corresponding receiver boxes. The adjustment of the
Основной настроечный электрод может быть выполнен в виде диафрагмы, что в основном применяется для изотопов легких элементов, когда дисперсия (расстояние между соседними пучками изотопов) достаточно велика, или в виде стержня - для изотопов более тяжелых элементов при небольшой дисперсии изотопных пучков. Для малораспространенных изотопов, как правило, вводится еще контроль по дополнительному электроду 4 с целью определения степени фокусировки в данной области общего ионного пучка. Основной и дополнительный электроды устанавливаются над стенками коробок приемника, а степень фокусировки определяется как величины отношений ионного тока, приходящего на коробки приемника, к минимальным токам на основном и дополнительном настроечных электродах; чем выше эти отношения, тем лучше фокусировка. The main tuning electrode can be made in the form of a diaphragm, which is mainly used for isotopes of light elements, when the dispersion (the distance between adjacent beams of isotopes) is large enough, or in the form of a rod for isotopes of heavier elements with a small dispersion of isotopic beams. For less common isotopes, as a rule, a control over an
На фиг.1,а представлена принципиальная схема установки настроечных электродов и коробок приемника, применяемая для большинства разделямых на изотопы химических элементов. Figure 1, a presents a schematic diagram of the installation of the tuning electrodes and receiver boxes, which is used for most of the chemical elements shared by isotopes.
Как следует из фиг.1,а, технический результат при контроле захождения в свою коробку малораспространенного изотопа неудовлетворительный ввиду того, что его значительная часть оседает на дополнительном электроде при настройке по минимуму между данным изотопом и соседним изотопом значительно большей интенсивности. Размеры "S" (S2, S3, S4, S5), равные ширине настроечных электродов, характеризуют степень "зарезания" изотопных пучков этими электродами. Как следствие низкое обогащение изотопа с малым природным содержанием.As follows from Fig. 1, a, the technical result when controlling the occurrence of a rare isotope in its box is unsatisfactory due to the fact that a significant part of it is deposited on the additional electrode when the minimum is set between this isotope and the neighboring isotope of much higher intensity. Dimensions "S" (S 2 , S 3 , S 4 , S 5 ), equal to the width of the tuning electrodes, characterize the degree of "killing" of isotopic beams with these electrodes. As a result, low enrichment of the isotope with a low natural content.
Технический результат изобретения - получение более высокого обогащения малораспространенных изотопов. The technical result of the invention is to obtain a higher enrichment of rare isotopes.
Поставленная цель достигается тем, что стенки коробок и расположенный над их торцами дополнительный электрод, определяющий степень фокусировки между малораспространенным и соседним более мощным изотопом, устанавливают таким образом, чтобы они были смещены относительно минимального сигнала между изотопами на половину ширины дополнительного электрода в сторону более мощного изотопа вдоль фокальной плоскости, а контроль степени фокусировки в данной области ионного пучка осуществляют по заданному отношению величины ионного тока на коробки приемника к минимальному ионному току на дополнительном электроде при периодическом смещении общего ионного пучка в сторону более мощного изотопа за счет изменения ускоряющего напряжения (см. фиг.1, б). Это обеспечивает более полное захождение малораспространенного изотопа в свою коробку и повышение его обогащения. This goal is achieved by the fact that the walls of the boxes and the additional electrode located above their ends, which determines the degree of focusing between the less common and neighboring more powerful isotope, are set so that they are offset relative to the minimum signal between the isotopes by half the width of the additional electrode towards the more powerful isotope along the focal plane, and the degree of focusing in a given region of the ion beam is controlled by a given ratio of the ion current per Receiver obki minimum ion current at the additional electrode during periodic bias total ion beam toward a more powerful isotope by changing the accelerating voltage (see FIG. 1 b). This provides a more complete entry of a rare isotope into its box and increase its enrichment.
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 level of technology did not allow to identify a technical solution identical to the declared one, on the basis of which a conclusion is made about the unknownness of the latter, 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 не известна 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 not known 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 лютеция в электромагнитном сепараторе. Для эксперимента использовали разделительные камеры электромагнитного сепаратора "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г.Лесной, Свердловской области. To explain the invention, an example implementation of a method for separating lutetium isotopes in an electromagnetic separator is presented below. For the experiment, we used the separation chambers of the SU-20 electromagnetic separator of the Elektrokhimpribor plant, Lesnoy, Sverdlovsk Region.
Навеску хлорида лютеция (LuCl3) размещают 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 двухкоробочного приемника в разделительную камеру сепаратора производят откачку камеры вакуумными насосами до давления (0,5-2,5)•10-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 31-32 кВ. С целью получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подают напряжения на катодный блок, обеспечивающие ток через нить накала - 60-70 А, напряжение между нитью и термокатодом - 0,8-1,0 кВ, ток эмиссии - 0,25-0,3 А. При токе дугового разряда 0,8-1,2 А и напряжении разряда 60-100 В осуществлялась ионизация паров хлорида лютеция, образование которых происходило при мощности нагревателя газоразрядной камеры 1500 Вт и при мощности нагревателя тигля 400-600 Вт.A portion of lutetium chloride (LuCl 3 ) is 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 two-box receiver in the separation chamber of the separator, the chamber is pumped out by vacuum pumps to a pressure of (0.5-2.5) • 10 -3 Pa and a high-voltage source training to a voltage of 31-32 kV. In order to obtain an electron beam in the gas discharge chamber of the source, voltage is applied to the cathode block, providing current through the filament - 60-70 A, voltage between the filament and the thermal cathode - 0.8-1.0 kV, emission current - 0.25-0, 3 A. At an arc discharge current of 0.8-1.2 A and a discharge voltage of 60-100 V, ionization of lutetium chloride vapors was carried out, the formation of which occurred when the power of the gas-discharge chamber heater was 1500 W and when the crucible heater had a power of 400-600 W.
Образующиеся ионы лютеция с помощью ионно-оптической системы вытягивались через щель газоразрядной камеры и формировались в ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля 3300 Э в камере разделялся на два ионных пучка изотопов в соответствии с массами ионов. Данные пучки изотопов фокусировались магнитным полем в фокальной плоскости, в которой помещались входы в коробки приемника. Using the ion-optical system, the resulting lutetium ions 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 3300 Oe in the chamber was divided into two 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.
Контроль степени фокусировки и захождения пучков изотопов 1 в коробки приемника 7 первоначально осуществляли по схеме, представленной на фиг.2,а, где роль основного настроечного электрода выполняла диафрагма, состоящая из двух электродов: графитовой пластины 2 и молибденового стержня 3. Данная диафрагма контролировала захождение изотопа Lu-175 в свою коробку и его фокусировку по минимуму на измерительном приборе 5. Однако она не гарантировала наличия минимума между изотопными пучками. The degree of focusing and the entry of
Затем был введен дополнительный электрод 4 (см. фиг.2,б); также представляющий собой молибденовый стержень, устанавливаемый по краю стенки коробки для Lu-176, имеющего природное содержание 2,59%. Контроль степени фокусировки и захождения изотопов в коробки приемника осуществляли путем поддержания заданного соотношения по приборам 5 и 6, однако настройка происходила постоянно по минимальному сигналу на дополнительном электроде по измерительному прибору 6. Как видно из фиг.2,б, захождение в свою коробку изотопа Lu-176 неудовлетворительное вследствие оседания его значительной части на дополнительном электроде 4 и на торце стенки коробки, расположенном рядом с электродом 3. Таким образом, эта схема также не обеспечивала получение необходимого технического результата. Then an
В предлагаемом варианте схема расположения электродов и захождения изотопных пучков представлена на фиг.2,в. При этом дополнительный электрод 4 и расположенная под ним "легкая" стенка коробки 176-го изотопа установлены таким образом, чтобы они были смещены относительно минимального сигнала между изотопами в сторону 175-го изотопа на половину диаметра дополнительного электрода. Постоянный общий контроль степени фокусировки осуществляют путем поддержания заданного соотношения на основном настроечном электроде (в виде диафрагмы) по минимальному сигналу на измерительном приборе 5, а заданное соотношение по минимальному сигналу между изотопами контролируют периодически с помощью дополнительного электрода на приборе 6 за счет уменьшения ускоряющего напряжения. In the proposed embodiment, the arrangement of the electrodes and the entry of isotopic beams is presented in figure 2, c. In this case, the
Периодический контроль проводили через 15 мин, а также при изменении режимов работы источника. В случае нарушения заданного отношения осуществляли корректировку технологических режимов. Periodic monitoring was carried out after 15 minutes, as well as when changing the operating modes of the source. In case of violation of a given relationship, technological modes were adjusted.
После накопления приемники извлекают из разделительной камеры, методом анодного травления производят съем изотопов из коробок, полученный изотопно-обогащенный раствор анализируют на обогащение и перерабатывают до конечного продукта. After accumulation, the receivers are removed from the separation chamber, the method of anodic etching is used to remove isotopes from the boxes, the resulting isotope-enriched solution is 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 получены следующие результаты по среднему обогащению изотопа лютеция-176 согласно способам и схемам, представленных на фиг.2а,б,в:
- вариант "а"-56,3%;
- вариант "б"-62,8%;
- вариант "в"-75,7% (предлагаемый вариант).In the process of experimental and experimental industrial separation at the industrial electromagnetic separator "SU-20" of the plant "Electrochempribor", Lesnoy, Sverdlovsk region, the following results were obtained on the average enrichment of the lutetium-176 isotope according to the methods and schemes presented in figa, b ,in:
- option "a"-56.3%;
- option "b"-62.8%;
- option "B" -75.7% (proposed option).
В общей сложности по предлагаемому варианту получено изотопа лютеция-176 - 9,1 г. In total, according to the proposed option, the lutetium-176 isotope was obtained - 9.1 g.
Таким образом, предложенный способ получения высокообогащеных изотопов с малым природным содержанием при их разделении в электромагнитном сепараторе по сравнению с существующими методами показал свою высокую эффективность в получении технико-экономического результата. Использование на практике заявляемого технического решения позволяет улучшить захождение изотопов в коробки приемника и увеличить обогащение разделяемых изотопов. Thus, the proposed method for producing highly enriched isotopes with a low natural content when they are separated in an electromagnetic separator compared with existing methods has shown its high efficiency in obtaining a technical and economic result. The practical application of the proposed technical solution allows to improve the penetration of isotopes into the receiver boxes and increase the enrichment of the shared isotopes.
Это дает возможность эффективно использовать указанный способ для промышленного электромагнитного разделения изотопов, в частности изотопов лютеция, и получения малораспространенных изотопов с более высоким обогащением без снижения производительности установки. This makes it possible to effectively use this method for industrial electromagnetic separation of isotopes, in particular lutetium isotopes, and to obtain rare isotopes with higher enrichment without reducing the performance of the installation.
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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001124311/12A RU2193914C1 (en) | 2001-08-30 | 2001-08-30 | Method of producing highly enriched isotopes from naturally occurring in low content isotopes in their separation in electromagnetic separator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001124311/12A RU2193914C1 (en) | 2001-08-30 | 2001-08-30 | Method of producing highly enriched isotopes from naturally occurring in low content isotopes in their separation in electromagnetic separator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2193914C1 true RU2193914C1 (en) | 2002-12-10 |
Family
ID=20252957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001124311/12A RU2193914C1 (en) | 2001-08-30 | 2001-08-30 | Method of producing highly enriched isotopes from naturally occurring in low content isotopes in their separation in electromagnetic separator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2193914C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106406215A (en) * | 2016-10-18 | 2017-02-15 | 中国原子能科学研究院 | Control system used for receiver of isotope electromagnetic separator |
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 |
CN112808004A (en) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 中国原子能科学研究院 | Isotope electromagnetic separation method |
-
2001
- 2001-08-30 RU RU2001124311/12A patent/RU2193914C1/en 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. 29-36. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106406215A (en) * | 2016-10-18 | 2017-02-15 | 中国原子能科学研究院 | Control system used for receiver of isotope electromagnetic separator |
CN106406215B (en) * | 2016-10-18 | 2017-09-12 | 中国原子能科学研究院 | A kind of control system for Electromagnetic isotope separator receiver |
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 |
CN112808004A (en) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 中国原子能科学研究院 | 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 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Thompson et al. | Single and double ionization of atomic oxygen by electron impact | |
Stoffels et al. | Electron attachment mass spectrometry as a diagnostics for electronegative gases and plasmas | |
JP5458173B2 (en) | Ion source cleaning end point detection | |
JP2002117780A (en) | Ion source for ion implantation device and repeller for it | |
RU2193914C1 (en) | Method of producing highly enriched isotopes from naturally occurring in low content isotopes in their separation in electromagnetic separator | |
JP4692627B2 (en) | Mass spectrometer | |
RU2158170C1 (en) | Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source | |
US4792687A (en) | Freeman ion source | |
RU2158173C1 (en) | Process of separation of isotopes of palladium in electromagnetic separator with use of ion source | |
Calabrese et al. | Evidence of small odd‐numbered dianionic carbon cluster beams from a cesium‐sputter negative ion source | |
RU2167699C1 (en) | Method of separation of isotopes of low natural concentration in electromagnetic separator with the use of ion source | |
Clausnitzer et al. | An electron beam ion source for the production of multiply charged heavy ions | |
RU2183985C2 (en) | Process of industrial electromagnetic separation of isotopes of chemical elements | |
JPH07183001A (en) | Method and apparatus for preparation of ion aluminum | |
RU2158171C1 (en) | Process of separation of isotopes of europium in electromagnetic separator with use of ion source | |
US3908123A (en) | Extraction electrode geometry for a calutron | |
EP0000843A1 (en) | Plasma discharge ion source | |
Keller et al. | Metal beam production using a high current ion source | |
RU2158168C1 (en) | Process of separation of isotopes of samarium in electromagnetic separator with use of ion source | |
RU2160153C1 (en) | Method of separation of isotopes of zirconium in electromagnetic separator with use of ion source | |
US7038199B2 (en) | Apparatus and method for elemental mass spectrometry | |
Walther et al. | Production of atomic nitrogen ion beams | |
RU2227061C1 (en) | Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator | |
RU2158172C1 (en) | Process of separation of isotopes of potassium 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 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200831 |