RU2265476C2 - Способ получения высокообогащенного изотопа кремний-28 - Google Patents
Способ получения высокообогащенного изотопа кремний-28 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265476C2 RU2265476C2 RU2002111821/15A RU2002111821A RU2265476C2 RU 2265476 C2 RU2265476 C2 RU 2265476C2 RU 2002111821/15 A RU2002111821/15 A RU 2002111821/15A RU 2002111821 A RU2002111821 A RU 2002111821A RU 2265476 C2 RU2265476 C2 RU 2265476C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- isotope
- cascade
- trichlorosilane
- devices
- Prior art date
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для ядерной техники и химической промышленности. Исходный трихлорсилан пропускают через разделительный каскад газовых центрифуг. В трассы тяжелой фракции ступеней каскада устанавливают устройства для проведения реакции изотопного обмена, содержащие твердый катализатор с развитой поверхностью, например волокнистым сорбционно-активным материалом, наполненным активированным углем. Устройства можно нагревать для повышения эффективности работы. Использование этих устройств позволяет привести трихлорсилан в ступенях каскада в равновесное состояние. Целевой изотоп кремний-28 отбирают из трасс легкой фракции. Изобретение позволяет получить высокообогащенный более 99,9% изотоп кремний-28 с высокой производительностью и степенью извлечения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области разделения изотопов центробежным способом и может быть использовано при производстве высокообогащенного изотопа кремний-28 на разделительных каскадах при использовании трихлорсилана (SiHCl3) в качестве рабочего вещества.
Известен способ получения высокообогащенных (более 99%) изотопов кремния центробежным способом с использованием в качестве рабочего соединения тетрафторида кремния (SiF4) [1]. Возможно также использование для этой цели трихлорсилана (см. патент RU №2172642 кл. В 01 J 59/20, 2001, 5 с.). Так как одной из общепринятых технологий получения монокристаллического кремния полупроводникового качества является хлорсилановая схема, в настоящее время представляет интерес получение высокообогащенного изотопа кремний-28 в виде трихлорсилана.
Одной из проблем при производстве высокообогащенного изотопа кремний-28 центробежным способом при использовании трихлорсилана в качестве рабочего вещества является наличие так называемых изотопных перекрытий, обусловленных полиизотопией элементов, входящих в состав молекул рабочего вещества SiHCl3. Изотопное перекрытие в данном случае обусловлено наличием в молекуле трихлорсилана, кроме изотопов кремния-28; 29; 30, изотопов хлора-35; 37 (полиизотопией водорода можно пренебречь ввиду незначительного распространения двух его изотопов - дейтерия, трития).
Вследствие данного явления целевой изотоп кремний-28 может одновременно находиться в составе молекул с различными массами. В табл.1 представлено распределение молекул трихлорсилана природного изотопного состава по массам и равновероятное распределение изотопа кремний-28 по массовым компонентам.
Таблица 1 Распределение молекул трихлорсилана природного изотопного состава по массам и равновероятное распределение изотопа кремний-28 по массовым компонентам |
||
Молекулярная масса | Распределение молекул трихлорсилана природного изотопного состава по массовым компонентам | Равновероятное распределение изотопа кремний-28 в соответствующей компоненте |
а.е.м. | % | |
134 | 39.72 | 100 |
135 | 2.03 | 0 |
136 | 39.94 | 96.67 |
137 | 1.97 | 0 |
138 | 13.81 | 90.63 |
139 | 0.64 | 0 |
140 | 1.77 | 76.32 |
141 | 0.07 | 0 |
142 | 0.05 | 0 |
Получение высокообогащенного более 99,9% изотопа кремний-28 возможно накоплением молекул с массой 134 а.е.м. со 100% содержанием целевого изотопа в «легкой» товарной фракции каскада. При этом теоретически степень извлечения его будет составлять не более 43.1%, а практически еще более низкую величину. Таким образом, использование трихлорсилана для центробежного способа, вследствие изотопного перекрытия, предполагает довольно невысокую степень извлечения целевого изотопа из исходного сырья, что удорожает себестоимость данного изотопа. Это является недостатком данного способа.
Известно, что при разделении сложных многокомпонентных смесей первоначально химически равновесных, в нашем случае трихлорсилана, молекулярный состав легкой и тяжелой фракций ступеней по длине каскада постепенно отклоняется от состава, соответствующего равновероятному распределению изотопов кремния и хлора по массовым компонентам трихлорсилана, т.е. становится неравновесным. При этом, в «легкой» товарной фракции каскада при неравновесном состоянии трихлорсилана количество легкого изотопа кремний-28, содержащегося в массовой компоненте 134 а.е.м., было бы меньше, чем в равновесном состоянии, а количество изотопа кремний-28, содержащегося, например, в массовой компоненте 136 а.е.м. - больше, чем в равновесном состоянии.
Решив проблему приведения трихлорсилана в равновесное состояние в ступенях каскада, можно добиться увеличения разделительного эффекта за счет перераспределения изотопа кремний-28 из более тяжелых массовых компонент в более легкую 134 а.е.м.
Восстановить равновесное состояние можно при помощи реакций изотопного обмена между молекулами трихлорсилана.
Целью данного изобретения является: разработка способа получения высокообогащенного более 99,9% изотопа кремний-28 на каскаде газовых центрифуг с использованием устройств изотопного обмена с целью достижения более высокой производительности и степени извлечения изотопа кремний-28 из исходного сырья.
Поставленная цель достигается тем, что в разделительном каскаде газовых центрифуг осуществляется реакция изотопного обмена, в результате которой происходит изотопное выравнивание в молекулах трихлорсилана. Проведение реакций изотопного обмена осуществляется при помощи специальных устройств, заполненных твердым катализатором с развитой поверхностью. Устройства устанавливаются в трассы тяжелой фракции ступеней каскада.
Пример.
Опытные работы проведены на восемнадцатиступенном каскаде газовых центрифуг. В табл.2 приведен молекулярный состав трихлорсилана и содержание изотопа кремний-28 в трассе легкой фракции каскада при следующих условиях разделения:
1. Без использования в каскаде изотопного обмена.
2. С использованием изотопного обмена (с установкой в трассы тяжелой фракции ступеней каскада устройств для проведения реакций изотопного обмена).
3. Расчетный равновесный состав, соответствующий равновероятному распределению изотопов кремния и хлора по массовым компонентам трихлорсилана.
Таблица 2 Составы трихлорсилана и содержание изотопа кремний-28 в трассе легкой фракции каскада газовых центрифуг при различных условиях разделения |
||||||||||||
№ п/п | Распределение молекул трихлорсилана по массовым компонентам, % | Содержание изотопа кремний-28, % | ||||||||||
134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 | 143 | |||
1 | Изотопный обмен в каскаде не используется | 50,00 | 2,74 | 39,34 | 1,35 | 5,90 | 0,22 | 0,44 | 0,005 | 0,005 | - | 93,74 |
2 | Используются устройства для проведения изотопного обмена в каскаде | 60,20 | 2,51 | 30,08 | 1,22 | 5,32 | 0,24 | 0,40 | 0,02 | 0,01 | - | 94,05 |
3 | Расчетный равновесный состав | 60,99 | 2,34 | 29,99 | 1,11 | 5,06 | 0,17 | 0,32 | 0,01 | 0,01 | - |
Расчет равновесного состава (п.3 табл.2) производился по методике [2].
В качестве твердого катализатора, загружаемого в устройства, использовался «Волокнистый сорбционно-активный материал марки А, наполненный активированным углем марки АГ-3» ТУ 6-05-32-500-84, может использоваться и другой эффективный для данной реакции изотопного обмена катализатор. Устройства могут нагреваться для повышения эффективности их работы.
Как видно из табл.2, молекулярный состав трихлорсилана (п.1 табл.2), получаемый в трассе легкой фракции каскада газовых центрифуг без использования устройств для проведения реакций изотопного обмена, отличается от состава, полученного с использованием устройств для изотопного обмена (п.2 табл.2.) при одинаковом исходном составе трихлорсилана в питании каскада. Существенное отличие состоит в том, что при использовании изотопного обмена более высокое содержание массовой компоненты 134 а.е.м., а значит и изотопа кремний-28. Незначительное отличие состава трихлорсилана в п.2 и в п.3 табл.2 свидетельствует о высокой эффективности устройств изотопного обмена.
На оптимизированных каскадах газовых центрифуг, рассчитанных по методике [2], при использовании устройств для проведения изотопного обмена можно добиться увеличения производительности каскада на величину более 20% при условии сохранения высокой более 99,9% концентрации по изотопу кремний-28.
Предлагаемый способ отличается тем, что каскад газовых центрифуг работает на многокомпонентной изотопной смеси, находящейся в состоянии, близком к равновесному. За счет этого разделительный процесс отличается большей производительностью и степенью извлечения целевого изотопа из исходного сырья.
Источники информации
1. А.К.Калитеевский, Р.Д.Смирнов, О.Н.Годисов. Расчетно-экспериментальное исследование характеристик каскада для разделения стабильных изотопов. // Доклад на 3-ей всероссийской конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул». Звенигород, 5-9 октября, 1998 г.
2. А.А.Сазыкин. Некоторые проблемы разделения полиизотопных смесей кинетическими методами. // Доклад на 3-ей всероссийской конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул». Звенигород, 5-9 октября, 1998 г.
Claims (2)
1. Способ получения высокообогащенного изотопа кремний-28 с использованием трихлорсилана в качестве рабочего вещества центробежным способом, состоящий в пропускании исходного трихлорсилана через разделительный каскад газовых центрифуг, отличающийся тем, что в трассы тяжелой фракции ступеней каскада устанавливают устройства для проведения реакции изотопного обмена, содержащие твердый катализатор с развитой поверхностью.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройства для проведения реакций изотопного обмена нагревают.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002111821/15A RU2265476C2 (ru) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | Способ получения высокообогащенного изотопа кремний-28 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002111821/15A RU2265476C2 (ru) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | Способ получения высокообогащенного изотопа кремний-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002111821A RU2002111821A (ru) | 2004-03-27 |
RU2265476C2 true RU2265476C2 (ru) | 2005-12-10 |
Family
ID=35868819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002111821/15A RU2265476C2 (ru) | 2002-04-30 | 2002-04-30 | Способ получения высокообогащенного изотопа кремний-28 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2265476C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693786C1 (ru) * | 2018-09-13 | 2019-07-04 | Акционерное Общество "Производственное Объединение "Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Способ получения особочистого высокообогащенного изотопа кремний-28 |
-
2002
- 2002-04-30 RU RU2002111821/15A patent/RU2265476C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БОРЕСКОВ Г.К. и др. Гомомолекулярный изотопный обмен СО 2 на окислах металлов IV периода. Кинетика и катализ. 1969, т.Х, вып.1, с.102-112. TARBEYEV Y.V. et al. Scientific, Engineering and Metrological Problems in Producing Pure 28Si and Growing Single Crystals. Metrologia. 1994, №31, p.269-271. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693786C1 (ru) * | 2018-09-13 | 2019-07-04 | Акционерное Общество "Производственное Объединение "Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Способ получения особочистого высокообогащенного изотопа кремний-28 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002111821A (ru) | 2004-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8475568B2 (en) | Process for the enrichment of isotopes | |
Brutschy | Ion-molecule reactions within molecular clusters | |
US4025790A (en) | Method for separating isotopes by means of lasers | |
MacPhail et al. | Carbon-hydrogen stretching modes and the structure of n-alkyl chains. 2. Long, all-trans chains | |
Milligan et al. | Matrix‐isolation study of the infrared and ultraviolet spectra of the free radical HCO. The hydrocarbon flame bands | |
Mahan et al. | Vacuum ultraviolet photolysis of methane | |
US6551387B2 (en) | Gas separation apparatus | |
CN101151088B (zh) | 氧同位素的浓缩方法及浓缩装置 | |
Jacox et al. | The infrared spectroscopy and photochemistry of NO3 trapped in solid neon | |
CN101242888B (zh) | 氧同位素的浓缩方法 | |
RU2265476C2 (ru) | Способ получения высокообогащенного изотопа кремний-28 | |
EP1175932A1 (en) | Gas separation apparatus | |
US20030034243A1 (en) | Method for efficient laser isotope separation and enrichment of silicon | |
TWI537214B (zh) | 藉由連續或半連續製程製造高純度鍺烷的方法 | |
US6702874B2 (en) | Gas separation apparatus and gas separation method | |
Jacox et al. | The production and spectroscopy of molecular ions isolated in solid neon | |
RU2007120408A (ru) | Способ превращения кислородсодержащих соединений в олефины и устройство для его осуществления | |
Milligan et al. | Infrared and Ultraviolet Spectroscopic Studies of a Number of Small Free Radicals and Molecular Ions in a Matrix Environment | |
JPH11188240A (ja) | 安定同位体化合物の分離方法及び装置 | |
RU2307701C1 (ru) | Способ обогащения изотопов селена | |
Jacox et al. | The infrared spectra of BF3+ and BF2OH+ trapped in solid neon | |
RU2351388C2 (ru) | Способ получения высокообогащенных изотопов иридия | |
RU2092234C1 (ru) | Способ разделения изотопов кислорода | |
RU2226424C2 (ru) | Способ получения высокообогащенных изотопов ванадия | |
US4359368A (en) | Deuterium exchange between hydrofluorocarbons and amines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190501 |