RU2214301C1

RU2214301C1 - Method of separation of potassium isotopes in electromagnetic separator

Info

Publication number: RU2214301C1
Application number: RU2002132605A
Authority: RU
Inventors: Л.А. Поляков; А.Н. Татаринов; Ю.А. Монастырев; И.А. Кабанов; С.Г. Огородников
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор"
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2003-10-20

Abstract

FIELD: production of highly concentrated potassium isotopes. SUBSTANCE: weighed portion of working medium potassium chloride is placed ion source crucible. Ion source and three-box receiver are placed in separating chamber of electromagnetic separator. Crucible with working medium is heated to obtain KCl vapor which is ionized in gas-discharge chamber under action of electronic emission from thermal cathode. Ion beams formed by electrodes of ion optical system are separated and focused in magnetic field. Ions are entrapped by boxes of receiver. Upon completion of process, receivers are removed. Concentration by isotopes, %: K39, 99.96; K40,6.5; K4198.3. Power of crucible heater is reduced to 300-400 W. EFFECT: reduced power requirements; increased service life at high degree of concentration. 1 tbl

Description

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

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного разделения стабильных изотопов калия: калий 39, калий 40, калий 41. The invention can be most effectively used for the industrial separation of stable potassium isotopes: potassium 39, potassium 40, potassium 41.

Известен способ разделения изотопов различных химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов и предусматривающий нагрев тигля с рабочим веществом и газоразрядной камеры тепловым излучением от нагревателей активного сопротивления до образования пара рабочего вещества, ионизацию молекул 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). A known method for the separation of isotopes of various chemical elements, used for industrial electromagnetic separation of isotopes and providing for the heating of the crucible with the working substance and the gas discharge chamber by thermal radiation from heaters of the active resistance to generate steam of the working substance, ionization of the 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, VA Dergachev, Electromagnetic Isotope Separation and Isotope Analysis, Moscow: Energoatomizdat, 1989).

Одним из недостатков указанного способа является то, что он очень энергоемок. В частности, недостаток известного способа разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе заключается в том, что технический результат неудовлетворительный ввиду значительного расхода электроэнергии на испарение рабочего вещества. One of the disadvantages of this method is that it is very energy intensive. In particular, the disadvantage of the known method for the separation of potassium isotopes in an electromagnetic separator is that the technical result is unsatisfactory due to the significant energy consumption for the evaporation of the working substance.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ, описанный в патенте РФ 2158172 "Разделение изотопов калия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов". В качестве рабочего вещества в тигель загружается смесь ортофосфата калия (К₃РО₄) и мелкодисперсного железа. При нагреве происходит химическая реакция этих компонентов, в результате чего образуются пары калия, которые попадают в газоразрядную камеру источника, ионизируются, в виде ионного пучка разделяются в магнитном поле на три изотопа и улавливаются коробками приемника.Closest to the claimed technical solution is the method described in RF patent 2158172 "Separation of potassium isotopes in an electromagnetic separator using an ion source". As a working substance, a mixture of potassium orthophosphate (K ₃ PO ₄ ) and finely divided iron is loaded into the crucible. When heated, a chemical reaction of these components occurs, as a result of which potassium vapors are formed, which fall into the gas discharge chamber of the source, are ionized, are divided into three isotopes in the form of an ion beam, and are captured by receiver boxes.

Основным недостатком при использовании этого способа является высокая температура нагрева тигля с рабочим веществом, достигаемая при мощности нагревателя 1200-1500 Вт, что обуславливает значительный расход электроэнергии. The main disadvantage when using this method is the high temperature of the heating of the crucible with the working substance, achieved with a heater power of 1200-1500 W, which leads to significant energy consumption.

Другим недостатком является химическая реакция ортофосфата калия с материалом тигля, изготавливаемого из стали 12Х18Н10Т, в результате чего его срок службы ограничен двумя - тремя загрузками рабочего вещества. Another disadvantage is the chemical reaction of potassium orthophosphate with crucible material made of 12Kh18N10T steel, as a result of which its service life is limited to two to three loadings of the working substance.

Технический результат изобретения - уменьшение расхода электроэнергии и увеличение срока службы тигля источника ионов. The technical result of the invention is to reduce energy consumption and increase the life of the crucible of the ion source.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего вещества используется хлорид калия (КС1). Это рабочее вещество не реагирует с материалом тигля и обеспечивает необходимое давление паров для поддержания устойчивой работы источника при мощности нагревателя тигля 300-400 Вт. The goal is achieved in that potassium chloride (KC1) is used as the working substance. This working substance does not react with the material of the crucible and provides the necessary vapor pressure to maintain stable operation of the source at a crucible heater power of 300-400 watts.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявляемому, 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 about the prior art did not allow to identify a technical solution identical to the claimed 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 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 указанного способа. Он был испытан при разделении изотопов калия в электромагнитном сепараторе СУ-20 комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области. To illustrate the invention, an embodiment of said method is presented below. It was tested in the separation of potassium isotopes in the electromagnetic separator SU-20 of the plant "Electrochempribor", Lesnoy, Sverdlovsk region.

Навеску хлорида калия 40-50 г размещали в тигле источника ионов. После установки источника и трехкоробочного приемника в разделительную камеру сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (1-2)•10^-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 32-33 кВ.A portion of potassium chloride 40-50 g was placed in the crucible of the ion source. After installing the source and the three-box receiver in the separation chamber of the separator, the chamber was pumped out with vacuum pumps to a pressure of (1-2) • 10 ^-3 Pa and a high-voltage source training to a voltage of 32-33 kV.

После получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжения на нагреватели тигля (300-400 Вт) и газоразрядной камеры (500-600 Вт), обеспечивающие испарение рабочего вещества, его ионизацию в газоразрядной камере и формирование с помощью ионно-оптической системы ионного пучка, состоящего из трех ионных пучков изотопов, которые под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля в камере порядка 1600 Э разделялись, фокусировались в фокальной плоскости и улавливались коробками приемника. After receiving the electron beam in the gas discharge chamber of the source, voltage was applied to the crucible heaters (300-400 W) and gas discharge chamber (500-600 W), which ensure the evaporation of the working substance, its ionization in the gas discharge chamber and the formation of an ion beam using the ion-optical system, consisting of three ion beams of isotopes, which under the action of an accelerating voltage and a constant magnetic field in a chamber of the order of 1600 Oe were separated, focused in the focal plane and captured by receiver boxes.

После накопления приемники извлекали из разделительной камеры, производили съем изотопов из коробок, полученный изотопнообогащенный раствор анализировали на обогащение и на содержание в нем калия. After accumulation, the receivers were removed from the separation chamber, isotopes were removed from the boxes, and the resulting isotopically enriched solution was analyzed for enrichment and potassium content in it.

Результаты опытно-промышленного разделения изотопов калия приведены в таблице. The results of the experimental industrial separation of potassium isotopes are given in the table.

Таким образом, предложенный способ электромагнитного разделения изотопов калия по сравнению с существующим методом показал свою эффективность в получении технико-экономического результата. Использование на практике заявляемого технического решения позволяет уменьшить расход электроэнергии и увеличить срок службы тиглей источника ионов. Thus, the proposed method of electromagnetic separation of potassium isotopes in comparison with the existing method has shown its effectiveness in obtaining a technical and economic result. The practical application of the proposed technical solution can reduce energy consumption and increase the life of the crucibles of the ion source.

Это дает возможность эффективно использовать указанный способ без снижения производительности установки и обогащения улавливаемых изотопов калия. This makes it possible to effectively use this method without reducing the productivity of the installation and enrichment of the captured potassium isotopes.

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

A method for separating potassium isotopes in an electromagnetic separator, 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 electrodes of the ion-optical system, separating and focusing of ion beams of isotopes in a magnetic field, trapping these beams by receiver boxes, characterized in that they use potassium chloride.