RU2227061C1 - Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator - Google Patents

Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator

Info

Publication number
RU2227061C1
RU2227061C1 RU2003108091/15A RU2003108091A RU2227061C1 RU 2227061 C1 RU2227061 C1 RU 2227061C1 RU 2003108091/15 A RU2003108091/15 A RU 2003108091/15A RU 2003108091 A RU2003108091 A RU 2003108091A RU 2227061 C1 RU2227061 C1 RU 2227061C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
isotopes
receiver
boxes
thallium
ion
Prior art date
Application number
RU2003108091/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003108091A (en
Inventor
ков Л.А. Пол
Л.А. Поляков
А.Н. Татаринов
Ю.А. Монастырев
Д.В. Любимов
С.Г. Огородников
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор"
Priority to RU2003108091/15A priority Critical patent/RU2227061C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2227061C1 publication Critical patent/RU2227061C1/en
Publication of RU2003108091A publication Critical patent/RU2003108091A/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: industrial separation of thallium isotopes. SUBSTANCE: the invention presents a method of separation of thallium isotopes, that may be used for industrial separation of thallium isotopes. In the crucible of a source of ions a working substance - a charge of thallium chloride of 300 g mass is placed. Then it is heated up to a vaporous state. The vapors are being ionized in the gas-discharge chamber of the source under action of an electron emission from a thermocathode. Electrodes of an ionic-optical system form an ion beam, then the ionic beams of isotopes are separated and focused in a magnetic field and the receiver boxes trap them. Magnitude of the ionic current coming to the receiver boxes is maintained within the limits of 35-50 mA, accumulation by the receiver boxes is increased up to 6500-7500 mA/h. A ratio of an ionic current of the isotopes coming to the receiver boxes to the ionic current accumulated on the basic adjusting electrode and on the additional electrode is maintained within the limits of 170-200 mA/h. The invention allows to increase productivity by 30 % without decrease of enrichment of the separated isotopes, to increase durability and service life of boxes of the receiver. EFFECT: increased productivity by 30 % without decrease of enrichment of the separated isotopes, increase durability and service life of the receiver boxes. 3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

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

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного разделения стабильных изотопов: таллий-203, таллий-205.The invention can most effectively be used for industrial separation of stable isotopes: thallium-203, thallium-205.

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 the formation of steam of the working substance, ionization of molecules in the gas discharge chamber from which ions are extracted and formed into ion a beam separated and focused by a magnetic field in accordance with the mass of isotopes and captured by the receiver boxes (N.A. Kashcheev, .A.Dergachev electromagnetic separation of isotopes and isotope analysis -.. M .: Energoatomisdat, 1989).

Одним из недостатков указанного способа является то, что он недостаточно эффективен ввиду своей низкой производительности, в частности для разделения изотопов таллия.One of the disadvantages of this method is that it is not effective enough due to its low productivity, in particular for the separation of thallium isotopes.

В качестве рабочего вещества в тигель загружается хлорид таллия (ТlСl). При нагреве пары его вещества попадают из тигля через парораспределительную пластину в газоразрядную камеру источника, где происходит их ионизация и последующее разделение изотопов, как описано выше.As a working substance, thallium chloride (TlCl) is loaded into the crucible. When heated, vapors of its substances get from the crucible through the steam distribution plate into the gas discharge chamber of the source, where they are ionized and the subsequent separation of isotopes, as described above.

Основными параметрами, определяющими эффективность способа электромагнитного разделения, являются его производительность и обогащение получаемых изотопов. Первый параметр определяется ионным током изотопов, приходящим на коробки приемника (Iбк), коэффициентом использования времени установки (Кивр) и коэффициентами улавливания изотопов (Ку).The main parameters that determine the effectiveness of the electromagnetic separation method are its performance and enrichment of the resulting isotopes. The first parameter is determined by the isotope ion current arriving at the receiver boxes (Iq), the installation time utilization factor (Qivr), and isotope capture coefficients (Ku).

Второй параметр определяется соотношением ионного тока изотопов, приходящего на коробки приемника (Iбк), к ионному току на основной настроечный электрод (Iонэ) и выражается формулой (Сонэ=Iбк/Iонэ). В частности, чем выше Сонэ, тем лучше фокусировка или выше степень фокусировки по основному настроечному электроду.The second parameter is determined by the ratio of the ion current of the isotopes coming to the receiver boxes (Iq) to the ion current to the main tuning electrode (Ione) and is expressed by the formula (Sone = Ibq / Ione). In particular, the higher the Sone, the better the focus or the higher the degree of focus on the main tuning electrode.

Эти два параметра не являются независимыми и в значительной мере влияют друг на друга. Указанная зависимость является неднозначной и для каждого химического элемента при разных диапазонах ионного тока изотопов может убывать или возрастать.These two parameters are not independent and significantly affect each other. The indicated dependence is ambiguous and for each chemical element at different ranges of ion current of isotopes can decrease or increase.

В то же время нелинейной является зависимость, связывающая данное соотношение и обогащение получаемых изотопов вследствие влияния дополнительных факторов: перезарядки ионов в процессе пролета через разделительную камеру сепаратора, их нейтрализацию в ионном пучке, рассеяние ионов на молекулах остаточных газов и др.At the same time, the dependence connecting this ratio and the enrichment of the resulting isotopes is nonlinear due to the influence of additional factors: charge exchange of ions during passage through the separation chamber of the separator, their neutralization in the ion beam, ion scattering on residual gas molecules, etc.

Например, объединенная зависимость - обогащение изотопа Т1-203 (С, %) от величины ионного тока изотопов на коробки приемника показывает (см. фиг.1 и таблицу), что для получения изотопов высокого обогащения не всегда требуется работа с малыми токами и высоким соотношением Сонэ.For example, the combined dependence - enrichment of the isotope T1-203 (C,%) on the magnitude of the ion current of isotopes on the receiver boxes shows (see Fig. 1 and table) that to obtain isotopes of high enrichment it is not always necessary to work with low currents and a high ratio Sone.

В этом случае на первый план выходит производительность способа, определяемая в основном величиной ионного тока изотопов на коробки приемника. Однако увеличение ионного тока изотопов уменьшает время работы приемника за счет более быстрого накопления в его коробки изотопов и “прогорания” их стенок вследствие ионного распыления. Из-за этого приходится более часто менять приемники, даже в том случае, когда источники еще не выработали свой ресурс, что приводит к снижению коэффициента использования времени работы установки, а значит - и к ее производительности.In this case, the productivity of the method comes to the fore, determined mainly by the magnitude of the ion current of isotopes on the receiver boxes. However, an increase in the ion current of isotopes reduces the operating time of the receiver due to faster accumulation of isotopes in its boxes and “burning” of their walls due to ion sputtering. Because of this, it is necessary to change the receivers more often, even in the case when the sources have not yet exhausted their resource, which leads to a decrease in the utilization factor of the installation’s operating time, and therefore to its productivity.

Указанная проблема обусловлена, в частности, тем, что при разделении изотопов таллия (см. фиг.2 - вид со стороны входа в коробки приемника) основной настроечный электрод (поз. 1) выполнен в виде молибденового прутка диаметром 3 мм, эффективной длиной 90 мм и установлен в нижней части между торцами сопряженных стенок коробок Т1-203 и Т1-205 (поз. 2, 3) приемника, имеющими вход по высоте 180 мм, а также между другими электродами - “легкий репер” (поз. 4) и “тяжелый репер” (поз. 5), установленными по краям этих коробок с целью предотвращения смещения пучков изотопов.This problem is caused, in particular, by the fact that when separating thallium isotopes (see figure 2 is a view from the entrance to the receiver boxes), the main tuning electrode (item 1) is made in the form of a molybdenum rod with a diameter of 3 mm, an effective length of 90 mm and is installed in the lower part between the ends of the conjugate walls of the T1-203 and T1-205 boxes (pos. 2, 3) of the receiver, which have an entrance with a height of 180 mm, and also between the other electrodes - “light frame” (pos. 4) and “ heavy benchmark ”(pos. 5) installed along the edges of these boxes in order to prevent the displacement of beams from opov.

Такая конструкция приемника, в свою очередь, не гарантирует равномерное распределение плотности ионных пучков изотопов по высоте коробок, что вызывает повышенный износ стенок коробок приемника в местах их повышенной плотности. В то же время это заставляет ограничивать величину ионного тока пучков изотопов на коробки приемника, с одной стороны, поскольку неизвестна степень фокусировки и плотность этих пучков в неконтролируемой части коробок приемника - на тот случай, если плотность пучков там выше, а степень фокусировки меньше. С другой стороны, при максимальном ионном токе на основной настроечный электрод величина ионного тока изотопов на коробки приемника ограничена заданным соотношением Сонэ.This design of the receiver, in turn, does not guarantee a uniform distribution of the density of ion beams of isotopes along the height of the boxes, which causes increased wear of the walls of the boxes of the receiver in places of increased density. At the same time, this makes it necessary to limit the ion current of the isotope beams to the receiver boxes, on the one hand, since the degree of focusing and the density of these beams in the uncontrolled part of the receiver boxes are unknown - in case the beam density is higher there and the degree of focusing is less. On the other hand, at the maximum ion current to the main tuning electrode, the magnitude of the ion current of isotopes to the receiver boxes is limited by the specified Sone ratio.

Установка цельного основного настроечного электрода по всей высоте между коробками приемника не устраняет указанную неравномерность и дополнительно приводит к его деформации, что способствует изотопному загрязнению соседних коробок.The installation of a one-piece main tuning electrode across the entire height between the receiver boxes does not eliminate the indicated unevenness and additionally leads to its deformation, which contributes to the isotopic contamination of neighboring boxes.

Задачей изобретения является увеличение производительности электромагнитного способа разделения изотопов таллия и увеличение стойкости коробок приемника ионов.The objective of the invention is to increase the performance of the electromagnetic method for the separation of thallium isotopes and increase the resistance of the boxes of the ion receiver.

Технический результат достигается за счет того, что ионный ток изотопов на коробки приемника поддерживают в пределах 35-50 мА, а соотношениие ионного тока изотопов, приходящего на коробки приемника, к ионному току на основной настроечный электрод поддерживают в пределах 170-200. В верхней части между коробками приемника устанавливают дополнительный электрод дф 1 (фиг.2, поз. 6) такого же диаметра и чуть меньшей длины, чем основной настроечный электрод, обеспечиваещей гарантированный тепловой зазор между ними (см. таблицу), причем соотношение ионного тока изотопов на коробки приемника к ионному току на дополнительный электрод (Сдф1=Iбк/Iдф1) поддерживают в тех же пределах, что и на основной настроечный электрод за счет регулировки параметров работы ионного источника.The technical result is achieved due to the fact that the ion current of isotopes to the receiver boxes is maintained within 35-50 mA, and the ratio of the ion current of isotopes coming to the receiver boxes to the ion current to the main tuning electrode is maintained within 170-200. In the upper part between the boxes of the receiver, an additional DF 1 electrode is installed (Fig. 2, item 6) of the same diameter and slightly shorter than the main tuning electrode, which ensures a guaranteed thermal gap between them (see table), and the ratio of the ion current of isotopes on the receiver boxes to the ion current to the additional electrode (Сдф1 = Iбк / Iдф1) support within the same limits as on the main tuning electrode by adjusting the operation parameters of the ion source.

В результате такого перераспределения обогащение изотопов практически не уменьшается, а стойкость стенок коробок приемного блока увеличивается, соответственно увеличивается накопление на них изотопов.As a result of this redistribution, isotope enrichment practically does not decrease, and the resistance of the walls of the boxes of the receiving unit increases, and the accumulation of isotopes on them increases accordingly.

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 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 указанного способа. Он был испытан при разделении изотопов таллия в электромагнитном сепараторе СУ-20 комбината “Электрохимприбор”, г. Лесной, Свердловской области.To illustrate the invention, an embodiment of the method is provided below. It was tested during the separation of thallium isotopes in the electromagnetic separator SU-20 of the Elektrokhimpribor plant, Lesnoy, Sverdlovsk Region.

Навеску хлорида таллия массой 300 г размещали в тигле источника ионов. После установки источника и приемника с двумя коробками с основным и дополнительным электродами (см. фиг.2) в разделительную камеру сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (1-2)·10-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 31-33 кВ.A 300 g sample of thallium chloride was placed in the crucible of the ion source. After installing the source and the receiver with two boxes with the main and additional electrodes (see figure 2) 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 training of the source to a voltage of 31-33 kV

После получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжения на нагреватели тигля и газоразрядной камеры, обеспечивающие испарение рабочего вещества, его ионизацию в газоразрядной камере и формирование с помощью ионно-оптической системы ионного пучка, состоящего из двух ионных пучков изотопов, которые под действием ускоряющего напряжения 31-33 кВ и постоянного магнитного поля в камере порядка 3533 Э разделялись, фокусировались в фокальной плоскости и улавливались коробками приемника. Накопление на коробки приемника составляло 6500-7500 мА·ч против 5000-6000 мА·ч по прототипу.After receiving the electron beam in the gas discharge chamber of the source, voltages were applied to the crucible and gas discharge heaters, which ensured the evaporation of the working substance, its ionization in the gas discharge chamber, and the formation of an ion beam using two ion-optical systems consisting of two ion beams of isotopes, which under the action of accelerating voltage 31-33 kV and a constant magnetic field in a chamber of the order of 3533 Oe were separated, focused in the focal plane and captured by receiver boxes. The accumulation on the receiver boxes was 6500-7500 mAh against 5000-6000 mAh according to the prototype.

После накопления приемники извлекали из разделительной камеры, производили съем изотопов из коробок, изотопно-обогащенный раствор анализировали на обогащение и на содержание в нем таллия.After accumulation, the receivers were removed from the separation chamber, isotopes were removed from the boxes, the isotope-enriched solution was analyzed for enrichment and for the content of thallium in it.

Результаты опытно-промышленного разделения изотопов таллия приведены в таблице на примере стабильного изотопа таллий-203.The results of the experimental industrial separation of thallium isotopes are shown in the table on the example of a stable thallium-203 isotope.

Таким образом, предложенный способ электромагнитного разделения изотопов таллия по сравнению с существующим методом показал свою эффективность в получении технико-экономического результата. ИспользоThus, the proposed method of electromagnetic separation of thallium isotopes in comparison with the existing method has shown its effectiveness in obtaining a technical and economic result. Use

вание на практике заявляемого технического решения позволяет значительно (на 30%) увеличить его производительность практически без снижения обогащения разделяемых изотопов, а также увеличить стойкость коробок приемника ионов. Реализация заявленного технического решения возможна на существующем оборудовании без дополнительного обучения персонала навыкам работы.the practical application of the proposed technical solution can significantly (by 30%) increase its productivity practically without reducing the enrichment of the shared isotopes, as well as increase the resistance of the ion receiver boxes. The implementation of the claimed technical solution is possible on existing equipment without additional staff training for work skills.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (3)

1. Способ разделения изотопов таллия в электромагнитном сепараторе, 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 фокусировку ионных пучков изотопов в магнитном поле, улавливание этих пучков коробками приемника, отличающийся тем, что ионный ток изотопов на коробки приемника поддерживают в пределах 35-50 мА, а отношение ионного тока изотопов, приходящего на коробки приемника, к ионному току на основной настроечный электрод поддерживают в пределах 170-200.1. The method of separation of thallium 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 vapor of the working substance 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, separation and focusing of ion beams of isotopes in a magnetic field, trapping of these beams by receiver boxes, characterized in that the ion current of isotopes to the receiver boxes Single maintained between 35-50 mA, and the ratio of isotopes of the ion current arriving at the receiver box to the ion current in the main adjusting electrode is maintained in the range 170-200. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение ионного тока изотопов, приходящего на коробки приемника, к ионному току на дополнительный электрод устанавливают в тех же пределах, что и на основной настроечный электрод.2. The method according to claim 1, characterized in that the ratio of the ion current of the isotopes coming to the receiver boxes to the ion current on the additional electrode is set within the same limits as on the main tuning electrode. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что накопление на коробки приемника увеличивают до 6500-7500 мА·ч.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the accumulation on the receiver boxes is increased to 6500-7500 mA · h.
RU2003108091/15A 2003-03-24 2003-03-24 Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator RU2227061C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003108091/15A RU2227061C1 (en) 2003-03-24 2003-03-24 Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003108091/15A RU2227061C1 (en) 2003-03-24 2003-03-24 Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2227061C1 true RU2227061C1 (en) 2004-04-20
RU2003108091A RU2003108091A (en) 2004-09-20

Family

ID=32466093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003108091/15A RU2227061C1 (en) 2003-03-24 2003-03-24 Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2227061C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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.68-87, 101-109. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111834194B (en) Mass spectrometer with improved quadrupole robustness
US10068758B2 (en) Ion mass separation using RF extraction
US6555814B1 (en) Method and device for controlling the number of ions in ion cyclotron resonance mass spectrometers
US7064323B2 (en) Chemical substance detection apparatus and chemical substance detection method
US20090230301A1 (en) Mass spectrometry apparatus and method
JP7238249B2 (en) electron source
US7629575B2 (en) Charge control for ionic charge accumulation devices
JP4408507B2 (en) Mass spectrometer for halogenated compounds
CN110770876B (en) Ion source, mass spectrometer system and method of generating ions
JP3300602B2 (en) Atmospheric pressure ionization ion trap mass spectrometry method and apparatus
RU2227061C1 (en) Method of thallium isotopes separation in an electromagnetic separator
US8927943B2 (en) Device for obtaining the ion source of a mass spectrometer using an ultraviolet diode and a CEM
RU2158173C1 (en) Process of separation of isotopes of palladium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2158170C1 (en) Process of separation of isotopes of ytterbium in electromagnetic separator with use of ion source
RU2229925C1 (en) Process of separation of calcium isotopes in electromagnetic separator
RU2167699C1 (en) Method of separation of isotopes of low natural concentration in electromagnetic separator with the use of ion source
US9805923B2 (en) Mass separators, mass selective detectors, and methods for optimizing mass separation within mass selective detectors
RU2193914C1 (en) Method of producing highly enriched isotopes from naturally occurring in low content isotopes in their separation in electromagnetic separator
US20190279857A1 (en) Ion analyzer
JP2005259482A (en) Ionizing device
RU2183985C2 (en) Process of industrial electromagnetic separation of isotopes of chemical elements
Gersch et al. Postionization of sputtered neutrals by a focused electron beam
RU2160153C1 (en) Method of separation of isotopes of zirconium 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
RU2214301C1 (en) Method of separation of potassium isotopes in electromagnetic separator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200325