RU2278725C2

RU2278725C2 - Device for separating isotopes in plasma by means of ion cyclotron resonance (versions)

Info

Publication number: RU2278725C2
Application number: RU2004119388/15A
Authority: RU
Inventors: Николай Михайлович Горшунов (RU); Николай Михайлович Горшунов; Дмитрий Анатольевич Долголенко (RU); Дмитрий Анатольевич Долголенко; Георгий Евгеньевич Зотин (RU); Георгий Евгеньевич Зотин; Валерий Св тославович Лазько (RU); Валерий Святославович Лазько; Юрий Александрович Муромкин (RU); Юрий Александрович Муромкин; Василий Григорьевич Пашковский (RU); Василий Григорьевич Пашковский; Александр Тимофеевич Пешков (RU); Александр Тимофеевич Пешков
Original assignee: Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-06-27
Also published as: RU2004119388A

Abstract

FIELD: separation of isotopes of elements free of gaseous compositions.

SUBSTANCE: device has vacuum chamber 1 placed in magnetic field generated by solenoid 2. There is unit for transporting microwave radiation into microwave discharge area, high-frequency aerial 8 and collector system in vacuum chamber 1. Unit for transporting microwave radiation has waveguide 5 connected with microwave generator 4 and mirror 6. Matter to be separated is disposed into containers 13 made of high-melting material. Containers have output hole disposed in necks of containers. Containers 13 are mounted in holes of metal plate 3 and are surrounded by heaters and thermal screens. Collector system has enriched material collector, screens 11 and oval-shaped plate 12. Enriched material collector can be made of non-continuous or continuous plates 10 or in form of hollow step-shaped cylinder. Plates have width L₁. They are disposed at distance L₂ from each other in rows at distance L₃. L₁, L₂ and L₃ are equal to average Larmor diameter of resonant ions. Height S of steps of hollow step-shaped cylinder is chosen to be equal or smaller than Larmor radius of heated ion. Plates 10 or steps can be shifted relatively each other along axis of vacuum chamber 1 for distance L₄ which is approximately equal to pitch of spiral of ion's trajectory.

EFFECT: reduced losses of target isotope; improved coefficient of separation; reduced energy losses; continuity of process.

36 cl, 17 dwg

Description

Изобретение предназначено для получения в промышленных масштабах изотопов элементов, которые не имеют газообразных соединений при нормальных условиях, и относится к устройствам для разделения изотопов плазменным методом, в частности методом ионного циклотронного резонанса. Широкое применение стабильных изотопов в радиомедицине, атомной промышленности, а также решение проблем фундаментальной физики требует поддержания ассортимента получаемых изотопов и увеличения их производства.The invention is intended for the production on an industrial scale of isotopes of elements that do not have gaseous compounds under normal conditions, and relates to devices for separating isotopes by the plasma method, in particular by ion cyclotron resonance. The widespread use of stable isotopes in radio medicine, the nuclear industry, as well as solving the problems of fundamental physics, requires maintaining the assortment of obtained isotopes and increasing their production.

Для разделения стабильных изотопов средних и больших масс в промышленных масштабах используются в основном электромагнитные сепараторы и газовые центрифуги.For the separation of stable isotopes of medium and large masses on an industrial scale, mainly electromagnetic separators and gas centrifuges are used.

Электромагнитный метод позволяет разделять изотопы большинства элементов, находящихся в конденсированном состоянии при комнатной температуре. Ионный ток в таких разделительных устройствах мал, что приводит к низкой производительности и высокой цене изотопически обогащенного продукта.The electromagnetic method allows the separation of the isotopes of most elements in a condensed state at room temperature. The ion current in such separation devices is small, which leads to low productivity and high price of the isotopically enriched product.

Метод газовых центрифуг позволяет получать сравнительно дешевые стабильные изотопы в значительных количествах, но только тех элементов, которые имеют газообразные соединения при комнатной температуре.The gas centrifuge method allows you to get relatively cheap stable isotopes in significant quantities, but only those elements that have gaseous compounds at room temperature.

Для получения в больших количествах изотопов элементов, которые не имеют газообразных соединений при нормальных условиях, может использоваться метод ионного циклотронного резонанса в плазме (ИЦР-метод). Впервые использовать ионный циклотронный резонанс для разделения изотопов было предложено Аскарьяном и др. в работе (Аскарьян Г.А., Намиот В.А., Рухадзе А.А. Письма в ЖТФ, 1975, 1, С.820). Высказанная идея относилась к зеркальной магнитной ловушке, где производить разделение изотопов можно было только в импульсном режиме. Стационарный ИЦР-процесс был реализован экспериментально Доусоном и др. ( Dawson J.M., Kirn Н.С., Amush D. et al. Phys. Rev. Lett., 1976, 37, P.1547). Однако в своих патентах (Dawson J.M., Patent USA 4059761, 1977; Dawson J.M. Patent USA 4.0.S 1.677. 1978) Доусон по существу описал реализацию разделения изотопов импульсным методом. Также известно устройство для разделения изотопов в плазме с помощью ионного циклотронного резонанса (Romesser T.E., Lazar N.H., McVey B.D., Musseto M.S., Arnush D., Heflinger L.O. WO 84/02803 19.07.1984).To obtain large amounts of isotopes of elements that do not have gaseous compounds under normal conditions, the ion cyclotron resonance method in plasma (ICR method) can be used. The first use of ion cyclotron resonance for isotope separation was proposed by Askaryan et al. In the work (Askaryan G.A., Namiot V.A., Rukhadze A.A. Letters in ZhTF, 1975, 1, p. The idea expressed was related to a mirror magnetic trap, where isotope separation was possible only in the pulsed mode. The stationary ICR process was experimentally implemented by Dawson et al. (Dawson J.M., Kirn N.S., Amush D. et al. Phys. Rev. Lett., 1976, 37, P.1547). However, in his patents (Dawson J.M., Patent USA 4059761, 1977; Dawson J.M. Patent USA 4.0.S 1.677. 1978), Dawson essentially described the implementation of pulsed isotope separation. A device for plasma isotope separation using ion cyclotron resonance is also known (Romesser T.E., Lazar N.H., McVey B.D., Musseto M.S., Arnush D., Heflinger L.O. WO 84/02803 07/19/1984).

Устройство представляет собой вакуумную камеру, окруженную сверхпроводящим соленоидом, создающим в вакуумной камере однородное магнитное поле. В вакуумной камере размещены источник плазмы, состоящий из узла для получения нейтральных атомов элемента, изотопы которого разделяют, пластины, изготовленной из металла, изотопы которого разделяют, и СВЧ-генератора, и узла транспортировки излучения, состоящего из волноводного тракта и зеркала, направляющего СВЧ-излучение в сторону пластины. Частота СВЧ-излучения такова, что вблизи пластины в поле, создаваемом соленоидом, имеется зона электронного циклотронного резонанса (ЭЦР-зона). Нейтральные атомы образуются за счет катодного распыления пластины, находящейся под высоким отрицательным потенциалом, а ионизация нейтральных атомов и образование плазмы производятся микроволновым излучением, создаваемым СВЧ-генератором.The device is a vacuum chamber surrounded by a superconducting solenoid, which creates a uniform magnetic field in the vacuum chamber. A plasma source is placed in the vacuum chamber, consisting of a node for producing neutral atoms of the element whose isotopes are separated, a plate made of metal, the isotopes of which are separated, and a microwave generator, and a radiation transport unit, consisting of a waveguide path and a mirror guiding the microwave radiation towards the plate. The frequency of microwave radiation is such that near the plate in the field created by the solenoid, there is a zone of electron cyclotron resonance (ECR zone). Neutral atoms are formed by cathodic sputtering of a plate at a high negative potential, and ionization of neutral atoms and plasma formation are carried out by microwave radiation generated by a microwave generator.

Селективный нагрев ионов осуществляется ВЧ-антенной, создающей в объеме плазмы переменное электромагнитное поле с частотой, находящейся в резонансе с циклотронной частотой ионов целевого (резонансного) изотопа. В результате эти ионы приобретают существенно большую поперечную скорость и, следовательно, больший ларморовский радиус по сравнению с нерезонансными ионами. Колебания тока в антенне возбуждаются ВЧ-генератором, расположенным вне вакуумной камеры. Далее, вдоль оси вакуумной камеры установлена коллекторная система. Отбор целевых ионов осуществляется на коллекторе обогащенного вещества. Он представляет собой решетку из сплошных коллекторных пластин, расположенных параллельно магнитному полю. Расстояние между соседними пластинами выбирается преимущественно равным среднему диаметру ларморовской окружности резонансных ионов. От прямого потока плазмы пластины с торцов закрыты экранами. Экраны и коллекторные пластины имеют, как правило, воздушное или водяное охлаждение. Принцип действия такого коллектора заключается в том, что резонансные ионы не могут пройти сквозь решетку коллекторных пластин и осаждаются на них, в то время как большинство ионов других изотопов, имеющих существенно меньший ларморовский радиус, проходят сквозь нее и осаждаются на поперечной к потоку плазмы охлаждаемой отвальной пластине коллекторной системы. Для увеличения степени обогащения продукта целевым изотопом к коллекторным пластинам может прикладываться положительный задерживающий потенциал, отталкивающий ненагретые ионы.Selective heating of ions is carried out by an RF antenna that creates an alternating electromagnetic field in the plasma volume with a frequency in resonance with the cyclotron frequency of the ions of the target (resonant) isotope. As a result, these ions acquire a substantially greater transverse velocity and, therefore, a larger Larmor radius compared to nonresonant ions. The current oscillations in the antenna are excited by an RF generator located outside the vacuum chamber. Further, a collector system is installed along the axis of the vacuum chamber. The selection of target ions is carried out on the collector of the enriched substance. It is a lattice of continuous collector plates located parallel to the magnetic field. The distance between adjacent plates is chosen predominantly equal to the average diameter of the Larmor circle of resonant ions. From the direct plasma flow, the plates from the ends are closed by screens. Screens and collector plates are usually air or water cooled. The principle of operation of such a collector is that resonant ions cannot pass through the lattice of the collector plates and are deposited on them, while most ions of other isotopes with a significantly smaller Larmor radius pass through it and are deposited on the cooled dump collector system plate. To increase the degree of enrichment of the product with the target isotope, a positive trapping potential that repels unheated ions can be applied to the collector plates.

Для работы разделительной ИЦР-установки необходимо иметь плазменный источник, функционирующий в сильном магнитном поле с индукцией в несколько Тесл, с высокой степенью ионизации нейтральных атомов и с достаточно однородным профилем плотности плазмы по сечению.For the operation of the separation ICR setup, it is necessary to have a plasma source operating in a strong magnetic field with an induction of several Tesl, with a high degree of ionization of neutral atoms and with a fairly uniform plasma density profile over the cross section.

Для получения высокой изотопической селективности разделения необходимо, чтобы поперечная энергия, приобретенная ионами целевого (резонансного) изотопа, была существенно выше энергии ионов соседних изотопов. Это может быть обеспечено, если относительная ширина частотного диапазона эффективного поглощения энергии

меньше, чем относительная разность масс

На ширину этого диапазона влияют различные факторы: неоднородность магнитного поля, столкновения ионов между собой и с нейтральной компонентой (столкновительное уширение), эффект Доплера при движении иона в пространственно неоднородном ВЧ электрическом поле (доплеровское уширение), конечное время пребывания иона в зоне нагрева (времяпролетное уширение). Величина Δω в обычных режимах при плотностях плазмы порядка 10¹² см^-3 определяется в основном доплеровским и времяпролетным уширением. Эффективным способом достижения высокой степени селективности является увеличение напряженности постоянного магнитного поля. Однако в сильных магнитных полях даже для ионов, нагретых до значений энергии 300-500 эВ, при которых начинается процесс распыления осадка на пластинах, ларморовский радиус оказывается настолько малым, что приближается к характерным размерам элементов коллекторной системы. В результате растет поток потерь целевых ионов при попадании на передние экраны по сравнению с потоком этих ионов на коллекторные пластины.To obtain high isotopic separation selectivity, it is necessary that the transverse energy acquired by the ions of the target (resonant) isotope be significantly higher than the energy of the ions of neighboring isotopes. This can be achieved if the relative width of the frequency range of the effective energy absorption

less than relative mass difference

The width of this range is influenced by various factors: inhomogeneity of the magnetic field, collisions of ions with each other and with the neutral component (collisional broadening), the Doppler effect when the ion moves in a spatially inhomogeneous high-frequency electric field (Doppler broadening), and the finite residence time of the ion in the heating zone (time-of-flight broadening). The value Δω in ordinary conditions at plasma densities of the order of 10 ¹² cm ^-3 is determined mainly by Doppler and time-of-flight broadening. An effective way to achieve a high degree of selectivity is to increase the intensity of the constant magnetic field. However, in strong magnetic fields, even for ions heated to energy values of 300-500 eV, at which the process of depositing the precipitate on the plates begins, the Larmor radius is so small that it approaches the characteristic sizes of the elements of the collector system. As a result, the flux of losses of the target ions when it hits the front screens increases compared with the flux of these ions to the collector plates.

Другая трудность, возникающая при отборе продукта в условиях сильных магнитных полей, связана с уменьшением продольного размера зоны осаждения вещества из-за большой частоты вращения и, следовательно, малого шага спиральной траектории ионов. Если передние экраны должны охлаждаться, то они не могут быть очень тонкими. Это приводит к тому, что на боковой поверхности экранов осаждается значительная часть целевого изотопа.Another difficulty arising in the selection of the product under conditions of strong magnetic fields is associated with a decrease in the longitudinal size of the zone of deposition of the substance due to the high rotation frequency and, therefore, the small pitch of the spiral ion path. If the front screens must be cooled, then they cannot be very thin. This leads to the fact that a significant part of the target isotope is deposited on the side surface of the screens.

В качестве прототипа выбрано устройство для разделения изотопов в плазме с помощью ионного циклотронного резонанса (Патент РФ №2217223, В 01 D 59/48, оп. 27.11.2003). Оно представляет собой помещенную в магнитное поле соленоида вакуумную камеру, внутри которой расположены источник плазмы, состоящий из узла транспортировки СВЧ-излучения, ВЧ-антенны и коллекторной системы, выполненной из коллектора обогащенного вещества, экранов и отвальной пластины, и узла для получения нейтральных атомов вещества, изотопы которого разделяют, состоящего из тигля с разделяемым веществом и средств для его нагрева - электронной пушки. Коллектор обогащенного вещества выполнен из сплошных пластин, размещенных радиально относительно друг друга. Это устройство не позволяет, однако, повысить коэффициент разделения и уменьшить потери целевого изотопа при установке коллекторной системы в зоне основного магнитного поля установки.A device for plasma isotope separation using ion cyclotron resonance was selected as a prototype (RF Patent No. 2217223, B 01 D 59/48, op. November 27, 2003). It is a vacuum chamber placed in a magnetic field of a solenoid, inside of which there is a plasma source, consisting of a microwave radiation transportation unit, an RF antenna and a collector system made of an enriched substance collector, screens and a dump plate, and a node for producing neutral substance atoms , the isotopes of which are separated, consisting of a crucible with a separated substance and means for its heating - an electron gun. The enriched substance collector is made of solid plates arranged radially relative to each other. This device does not allow, however, to increase the separation coefficient and reduce the loss of the target isotope when installing the collector system in the area of the main magnetic field of the installation.

Техническими результатами, на которые направлено данное изобретение, являются:The technical results to which this invention is directed are:

уменьшение потерь целевого изотопа,reduction of the loss of the target isotope,

повышение коэффициента разделения изотопов,increased isotope separation coefficient,

создание установки непрерывного действия,creating a continuous installation,

снижение энергозатрат.reduction in energy consumption.

Для достижения вышеуказанного технического результата предложено несколько вариантов выполнения устройства одного назначения, а именно устройство для разделения изотопов в плазме с помощью ионного циклотронного резонанса.To achieve the above technical result, several embodiments of a device for one purpose are proposed, namely, a device for separating isotopes in a plasma using ion cyclotron resonance.

В первом варианте предложено устройство для разделения изотопов в плазме с помощью ионного циклотронного резонанса, состоящее из помещенной в магнитное поле соленоида вакуумной камеры, внутри которой расположены источник плазмы, состоящий из узла транспортировки СВЧ излучения и узла для получения нейтральных атомов вещества, изотопы которого разделяют, ВЧ-антенна и коллекторная система, выполненная из коллектора обогащенного вещества, экранов и отвальной пластины, при этом узел для получения нейтральных атомов вещества, изотопы которого разделяют, включает контейнеры из тугоплавкого материала с малым выходным отверстием, расположенным в их горловине, и металлическую пластину, в отверстиях которой установлены указанные контейнеры с разделяемым веществом, окруженные нагревателями и тепловыми экранами, а коллектор обогащенного вещества выполнен из несплошных пластин шириной L₁, расположенных на расстоянии L₂ друг от друга рядами, расстояние между которыми L₃, причем L₁, L₂ и L₃ равны среднему ларморовскому диаметру резонансных ионов.In the first embodiment, a device is proposed for separating isotopes in a plasma using ion cyclotron resonance, consisting of a vacuum chamber placed in a magnetic field of a solenoid, inside of which there is a plasma source, consisting of a node for transporting microwave radiation and a node for producing neutral atoms of the substance whose isotopes are separated, An HF antenna and a collector system made of an enriched substance collector, screens and a dump plate, while a node for producing neutral atoms of a substance, isotopes of which th separated, it includes containers from a refractory material with a small outlet opening disposed in its neck, and a metal plate, in the openings which are installed said containers with shared substance surrounded by heaters and heat shields, and the collector-enriched material is formed from a noncontinuous wafer width L _1, located at a distance L ₂ from each other in rows, the distance between which L ₃ , with L ₁ , L ₂ and L ₃ equal to the average Larmor diameter of the resonant ions.

Кроме того, пластины коллектора обогащенного вещества могут быть смещены относительно друг друга вдоль оси вакуумной камеры на расстояние L₄, примерно равное шагу спирали траектории иона.In addition, the plates of the collector of the enriched substance can be displaced relative to each other along the axis of the vacuum chamber by a distance L ₄ approximately equal to the step of the spiral of the ion trajectory.

Также коллектор обогащенного вещества может быть выполнен из несплошных коллекторных пластин, расположенных по концентрическим окружностям, и центрального цилиндрического стержня, при этом диаметр стержня равен ларморовскому диаметру резонансных ионов.The collector of the enriched substance can also be made of non-continuous collector plates arranged in concentric circles and a central cylindrical rod, while the diameter of the rod is equal to the Larmor diameter of the resonant ions.

В этом случае коллектор обогащенного вещества может быть установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, а поверхности экранов контактируют с резцом.In this case, the enriched substance collector can be mounted rotatably around its axis, and the surfaces of the screens are in contact with the cutter.

Также за экранами пластин может быть установлена прокладка из диэлектрика с высокой теплопроводностью.Also, behind the plate screens, a dielectric gasket with high thermal conductivity can be installed.

Другим вариантом выполнения устройства может быть устройство для разделения изотопов в плазме с помощью ионного циклотронного резонанса, состоящее из помещенной в магнитное поле соленоида вакуумной камеры, внутри которой расположены источник плазмы, состоящий из узла транспортировки СВЧ-излучения и узла для получения нейтральных атомов вещества, изотопы которого разделяют, ВЧ-антенна и коллекторная система, выполненная из коллектора обогащенного вещества, экранов и отвальной пластины, при этом узел для получения нейтральных атомов вещества, изотопы которого разделяют, включает контейнеры из тугоплавкого материала с малым выходным отверстием, расположенным в их горловине, и металлическую пластину, в отверстиях которой установлены указанные контейнеры с разделяемым веществом, окруженные нагревателями и тепловыми экранами, а коллектор обогащенного вещества выполнен из сплошных пластин, расстояние между которыми L₃ равно среднему ларморовскому диаметру резонансных ионов и смещенных относительно друг друга вдоль оси вакуумной камеры на расстояние L₄, примерно равное шагу спирали траектории иона.Another embodiment of the device may be a device for separating isotopes in a plasma using ion cyclotron resonance, consisting of a vacuum chamber placed in a magnetic field of a solenoid, inside of which there is a plasma source, consisting of a microwave radiation transport unit and a node for producing neutral matter atoms, isotopes which are separated, an RF antenna and a collector system made of an enriched substance collector, screens and a dump plate, wherein the assembly for producing neutral atoms in The components whose isotopes are separated include containers of refractory material with a small outlet located in their neck, and a metal plate, in the openings of which are specified containers with the material to be separated, surrounded by heaters and heat shields, and the collector of the enriched substance is made of solid plates, distance L ₃ between which is an average diameter Larmor resonant ions and offset relative to one another along the axis of the vacuum chamber ₄ by a distance L, is approximately equal to ie step spiral ion path.

При этом пластины коллектора обогащенного вещества могут быть выполнены в виде металлической ленты, установленной с возможностью перемотки.In this case, the plates of the collector of the enriched substance can be made in the form of a metal tape mounted with the possibility of rewinding.

Кроме того, экраны коллекторной системы могут быть выполнены из металлической ленты, установленной с возможностью перемотки.In addition, the screens of the collector system can be made of metal tape mounted with the possibility of rewinding.

Коллектор обогащенного вещества может быть выполнен из сплошных пластин, расположенных по концентрическим окружностям, и центрального цилиндрического стержня, при этом диаметр стержня равен ларморовскому диаметру резонансных ионов.The collector of the enriched substance can be made of solid plates arranged in concentric circles and a central cylindrical rod, while the diameter of the rod is equal to the Larmor diameter of the resonant ions.

В вышеуказанном случае коллектор обогащенного вещества может быть установлен в зоне расходящихся силовых линий магнитного поля, экраны могут перекрывать торцевые и внутренние поверхности пластин коллектора обогащенного вещества, а коллектор обогащенного вещества может быть установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, а поверхности экранов контактируют с резцом.In the above case, the enriched substance collector can be installed in the area of diverging magnetic field lines, the screens can overlap the end and inner surfaces of the plates of the enriched substance collector, and the enriched substance collector can be mounted to rotate around its axis, and the surfaces of the screens are in contact with the cutter.

Кроме того, за экранами может быть установлена прокладка из диэлектрика с высокой теплопроводностью.In addition, a dielectric gasket with high thermal conductivity can be installed behind the screens.

В следующем варианте выполнения предложено устройство для разделения изотопов в плазме с помощью ионного циклотронного резонанса, состоящее из помещенной в магнитное поле соленоида вакуумной камеры, внутри которой расположены источник плазмы, состоящий из узла транспортировки СВЧ-излучения и узла для получения нейтральных атомов вещества, изотопы которого разделяют, ВЧ-антенна и коллекторная система, выполненная из коллектора обогащенного вещества, экранов и отвальной пластины, при этом узел для получения нейтральных атомов вещества, изотопы которого разделяют, включает контейнеры из тугоплавкого материала с малым выходным отверстием, расположенным в их горловине, и металлическую пластину, в отверстиях которой установлены указанные контейнеры с разделяемым веществом, окруженные нагревателями и тепловыми экранами, а коллектор обогащенного вещества выполнен в виде полого ступенчатого цилиндра, при этом перед каждой ступенью расположен кольцеобразный экран, высота ступеней S выбрана равной или меньшей ларморовского радиуса нагретого иона, причем ступени смещены относительно друг друга вдоль оси вакуумной камеры на расстояние L₄, равное примерно шагу спирали траектории иона.In a further embodiment, a device is proposed for separating isotopes in a plasma using ion cyclotron resonance, consisting of a vacuum chamber placed in a magnetic field of a solenoid, inside which a plasma source is located, consisting of a microwave radiation transport unit and a node for producing neutral atoms of the substance, the isotopes of which shared, the RF antenna and the collector system made of the enriched substance collector, screens and dump plate, while the node for receiving neutral atoms of substances the isotopes of which are separated includes containers of refractory material with a small outlet located in their neck, and a metal plate, in the openings of which are specified containers with a shared substance, surrounded by heaters and heat shields, and the enriched substance collector is made in the form of a hollow stepped cylinder in this case, an annular screen is located in front of each step, the height of the steps S is chosen equal to or less than the Larmor radius of the heated ion, and the steps are shifted about relative to each other along the axis of the vacuum chamber by a distance L ₄ equal to approximately the step of the spiral of the ion trajectory.

При этом коллектор обогащенного вещества может быть установлен в зоне расходящихся силовых линий магнитного поля.In this case, the collector of the enriched substance can be installed in the area of diverging magnetic field lines of force.

Кроме того коллектор обогащенного вещества установлен с возможностью вращения вокруг своей оси, а поверхности экранов контактируют с резцом.In addition, the enriched substance collector is mounted to rotate around its axis, and the surfaces of the screens are in contact with the cutter.

Также за экранами могут быть установлены прокладки из диэлектрика с высокой теплопроводностью.Also behind the screens, gaskets made of dielectric with high thermal conductivity can be installed.

Для всех вариантов выполнения устройстваFor all device embodiments

- контейнеры могут быть окружены омическими нагревателями, а нагреватели - сплошными внешними тепловыми экранами;- containers can be surrounded by ohmic heaters, and heaters can be surrounded by continuous external heat shields;

- контейнеры могут быть окружены внутренними тепловыми экранами, разрезанными по образующей, причем разрезы смещены по азимуту, а затем индукционными нагревателями, в этом случае толщина скин-слоя для материала контейнера примерно равна толщине стенки контейнера;- the containers can be surrounded by internal heat shields cut along the generatrix, and the cuts are shifted in azimuth, and then by induction heaters, in this case, the thickness of the skin layer for the container material is approximately equal to the thickness of the container wall;

- контейнеры могут быть расположены равномерно по всему сечению металлической пластины;- containers can be located evenly over the entire cross section of the metal plate;

- каждый контейнер может быть закреплен на штоке, соединенном с его задним торцом, с возможностью перемещения;- each container can be mounted on a rod connected to its rear end, with the possibility of movement;

- контейнеры могут быть установлены друг за другом в направляющих с возможностью перемещения контейнеров вдоль горизонтальной оси устройства.- containers can be installed one after the other in rails with the possibility of moving containers along the horizontal axis of the device.

На фиг.1 дана общая схема устройства.Figure 1 is a General diagram of the device.

На фиг.2 показан узел для получения нейтральных атомов вещества, изотопы которого разделяют, включающий контейнеры из тугоплавкого материала, металлическую пластину, в отверстиях которой установлены указанные контейнеры с разделяемым веществом, окруженные нагревателями и тепловыми экранами.Figure 2 shows a node for producing neutral atoms of a substance whose isotopes are separated, including containers of refractory material, a metal plate, in the openings of which are specified containers with a shared substance, surrounded by heaters and heat shields.

На фиг.3 показано возможное расположение отверстий для подачи паров рабочего вещества в область ЭЦР-разряда в металлической пластине, разделяющей зону установки контейнеров и их нагрева от зоны СВЧ-разряда.Figure 3 shows the possible location of the holes for supplying the vapor of the working substance to the region of the ECR discharge in a metal plate that separates the installation area of the containers and their heating from the microwave discharge zone.

На фиг.4 показан контейнер с индукционным нагревом.Figure 4 shows a container with induction heating.

На фиг.5 показан узел замены замены контейнеров с индукционным нагревом.Figure 5 shows the replacement unit replacement containers with induction heating.

На фиг.6 показан другой вариант замены контейнеров.Figure 6 shows another option for replacing containers.

На фиг.7 показано расположение несплошных пластин коллектора обогащенного вещества (вид со стороны отвальной пластины).Figure 7 shows the location of non-continuous plates of the collector of the enriched substance (view from the side of the dump plate).

На фиг.8 показано расположение несплошных пластин коллектора обогащенного вещества в «шахматном» порядке.On Fig shows the location of non-continuous plates of the collector of the enriched substance in a "checkerboard" order.

На фиг.9 коллектор обогащенного вещества выполнен из несплошных пластин, расположенных по концентрическим окружностям с центральным цилиндрическим стержнем.In Fig. 9, the enriched substance collector is made of non-continuous plates arranged in concentric circles with a central cylindrical rod.

На фиг.10 сплошные пластины коллектора обогащенного вещества вместе с экранами смещены относительно друг друга вдоль магнитного поля.In figure 10, the solid plates of the collector of the enriched substance together with the screens are offset relative to each other along the magnetic field.

На фиг.11 показано расположение сплошных пластин коллектора обогащенного вещества с выступающими крайними коллекторами.Figure 11 shows the location of the solid plates of the enriched substance collector with protruding extreme collectors.

На фиг.12 показан коллектор обогащенного вещества, выполненный из сплошных пластин, расположенных по концентрическим окружностям с центральным цилиндрическим стержнем.12 shows an enriched material collector made of solid plates arranged in concentric circles with a central cylindrical rod.

На фиг.13 показан коллектор обогащенного вещества, выполненный из сплошных пластин, расположенных по концентрическим окружностям с центральным цилиндрическим стержнем, расположенных со сдвигом на величину L₄, причем имеет место чередование их длины.On Fig shows the collector of the enriched substance, made of solid plates arranged in concentric circles with a Central cylindrical rod, located with a shift by the amount of L ₄ , and there is an alternation of their length.

На фиг.14 показана коллекторная система, в которой коллектор обогащенного вещества выполнен в виде полого ступенчатого цилиндра.On Fig shows a collector system in which the collector of the enriched substance is made in the form of a hollow stepped cylinder.

На фиг.15 показан вариант выполнения коллекторной системы, в котором между экранами и пластинами установлены диэлектрические прокладки.On Fig shows an embodiment of the collector system, in which between the screens and plates are installed dielectric gaskets.

На фиг.16 показана коллекторная система, в которой пластины закрыты с торца и изнутри экранами.On Fig shows a collector system in which the plate is closed from the end and from the inside of the screens.

На фиг.17 показана коллекторная система, установленная с возможностью вращения.On Fig shows a collector system mounted rotatably.

Позиции на фигурах:Positions in the figures:

1 - вакуумная камера,1 - vacuum chamber

2 - соленоид, создающий магнитное поле,2 - a solenoid that creates a magnetic field,

3 - металлическая пластина, разделяющая зону установки контейнеров» и их нагрева от зоны СВЧ-разряда,3 - metal plate dividing the installation zone of the containers "and their heating from the microwave discharge zone,

4 - СВЧ-генератор,4 - microwave generator

5 - волновод для транспортировки СВЧ-излучения в зону СВЧ-разряда,5 - waveguide for transporting microwave radiation to the microwave discharge zone,

6 - зеркало для транспортировки СВЧ-излучения в зону СВЧ-разряда,6 - mirror for transporting microwave radiation to the microwave discharge zone,

7 - ЭЦР-поверхность,7 - ECR surface,

8 - ВЧ-антенна,8 - RF antenna

9 - ВЧ-генератор,9 - RF generator

10 - пластины коллектора обогащенного вещества,10 - plate collector of enriched substance,

11 - экраны,11 - screens

12 - отвальная пластина,12 - dump plate

13 - контейнер из тугоплавкого материала с разделяемым веществом,13 - a container of refractory material with a shared substance,

14 - нагреватель,14 - heater

15 - тепловой экран,15 - heat shield,

16 - горловина контейнера,16 - neck of the container,

17 - индукционная катушка,17 - induction coil,

18 - шток,18 - stock

19 - транспортировочное устройство,19 is a transportation device,

20 - направляющие,20 - guides,

21 - зона расходящихся силовых линий магнитного поля,21 - a zone of diverging magnetic field lines of force,

22 - диэлектрические прокладки,22 - dielectric pads,

23 - резец.23 - cutter.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В вакуумной камере 1 (фиг.1) создается сверхпроводящим соленоидом 2 однородное магнитное поле. СВЧ-генератор 4 создает СВЧ-излучение, которое узлом транспортировки излучения - волноводом 5 и зеркалом 6, направляется в сторону контейнеров с разделяемым веществом 13. Селективный нагрев ионов осуществляется ВЧ-антенной 8, создающей в объеме плазмы переменное электромагнитное поле с частотой, находящейся в резонансе с циклотронной частотой ионов целевого (резонансного) изотопа. В результате эти ионы приобретают существенно большую поперечную скорость и, следовательно, больший ларморовский радиус по сравнению с нерезонансными ионами. Колебания тока в антенне возбуждаются ВЧ-генератором 9, расположенным вне вакуумной камеры 1.In the vacuum chamber 1 (Fig. 1), a uniform magnetic field is created by the superconducting solenoid 2. The microwave generator 4 generates microwave radiation, which is sent by the radiation transporting unit, the waveguide 5 and mirror 6, to the containers with the substance to be separated 13. The ions are selectively heated by the RF antenna 8, which creates an alternating electromagnetic field in the plasma volume with a frequency located in resonance with the cyclotron frequency of the ions of the target (resonant) isotope. As a result, these ions acquire a substantially greater transverse velocity and, therefore, a larger Larmor radius compared to nonresonant ions. The current oscillations in the antenna are excited by an RF generator 9 located outside the vacuum chamber 1.

Пары разделяемого вещества выходят через отверстие в горловине 16 контейнера из тугоплавкого материала 13 в зону разряда около ЭЦР-поверхности 7 (фиг.2). При этом металлическая пластина 3 имеет в среднем меньшую температуру, чем контейнер 13. Для обеспечения требуемой плотности пара в зоне ионизации необходимо соответственно повысить его плотность на выходе из отверстия контейнера, повысив температуру контейнера. Поскольку потери тепла определяются в основном излучением и пропорциональны четвертой степени температуры, а плотность паров зависит от нее экспоненциально, то повышение температуры контейнеров будет невелико. Для уменьшения потерь электронов из СВЧ разряда на пластину 3 может подаваться невысокий отрицательный потенциал, не приводящий к распылению пластины. В этом случае электроны отражаются от пластины и снова попадают в зону ионизации, обеспечивая более эффективное использование паров рабочего вещества. Для уменьшения потерь тепла нагреватель 14 окружен тепловыми экранами 15.Vapors of the substance to be separated exit through the hole in the neck 16 of the container from the refractory material 13 into the discharge zone near the ECR surface 7 (FIG. 2). In this case, the metal plate 3 has an average lower temperature than the container 13. To ensure the required vapor density in the ionization zone, it is necessary to increase its density at the outlet of the container opening, increasing the temperature of the container. Since heat losses are determined mainly by radiation and are proportional to the fourth power of the temperature, and the vapor density depends on it exponentially, the temperature increase of the containers will be small. To reduce the loss of electrons from the microwave discharge, a low negative potential can be supplied to the plate 3, which does not lead to the atomization of the plate. In this case, the electrons are reflected from the plate and again fall into the ionization zone, providing a more efficient use of the vapor of the working substance. To reduce heat loss, the heater 14 is surrounded by heat shields 15.

Чтобы обеспечить необходимую однородность плотности пара в зоне разряда, достаточное количество контейнеров 13 должно равномерно располагаться по всему сечению, например в вершинах равносторонних треугольников. Такой источник может использоваться при разделении изотопов элементов, имеющих давление паров выше 0.1 Top при температурах ниже 2000°С.To ensure the necessary uniformity of vapor density in the discharge zone, a sufficient number of containers 13 should be evenly distributed over the entire cross section, for example, at the vertices of equilateral triangles. Such a source can be used in the separation of isotopes of elements having a vapor pressure above 0.1 Top at temperatures below 2000 ° C.

Контейнеры 13 могут быть окружены индукционными катушками 17, при этом отсутствуют нагреватели с ограниченным сроком работы (фиг.4), требующие вскрытия вакуумной камеры 1 для своей замены. Контейнер 13 с разделяемым веществом нагревается полем, создаваемым охлаждаемой индукционной катушкой 17, причем тепловые экраны 15 располагаются внутри индукционной катушки 17 и разрезаны вдоль образующей, чтобы не образовывать замкнутых контуров для индукционных токов. Для уменьшения тепловых потерь разрезы располагаются на различных азимутах. Частота ВЧ-поля для индукционного нагрева выбирается таким образом, чтобы толщина скип-слоя в материале оболочки контейнера была сравнима с толщиной этой оболочки.The containers 13 can be surrounded by induction coils 17, while there are no heaters with a limited life (Fig. 4) that require opening the vacuum chamber 1 to replace it. The container 13 with the separated substance is heated by the field created by the cooled induction coil 17, and the heat shields 15 are located inside the induction coil 17 and cut along the generatrix so as not to form closed loops for induction currents. To reduce heat loss, sections are located at different azimuths. The frequency of the RF field for induction heating is selected so that the thickness of the skip layer in the material of the container shell is comparable to the thickness of this shell.

Для увеличения срока непрерывной работы источника плазмы предлагается по мере испарения рабочего вещества заменять контейнеры. Контейнер 13 с рабочим веществом имеет на заднем торце шток 18 (фиг.5), посредством которого он может быть выдвинут из нагревателя 17 и помещен на транспортировочное устройство 19. После этого транспортировочное устройство 19 с контейнерами продвигается так, чтобы очередной контейнер оказался в положении, в котором он посредством штока 18 может быть вставлен в нагреватель. При таком механизме замены контейнеров тепловые экраны 15, защищающие тыльную сторону контейнеров, целесообразно крепить на штоке.To increase the period of continuous operation of the plasma source, it is proposed to replace containers as the working substance evaporates. The container 13 with the working substance has a rod 18 at the rear end (Fig. 5), through which it can be pulled out of the heater 17 and placed on the transport device 19. After that, the transport device 19 with containers is advanced so that the next container is in position in which it can be inserted into the heater through the rod 18. With such a mechanism for replacing containers, the heat shields 15 protecting the back of the containers are expediently mounted on a rod.

На фиг.6 показан другой вариант замены контейнеров 13. В этом варианте замены контейнеров предполагается, что пустой контейнер сбрасывается вперед, а на его место по направляющим 20 продвигается очередной контейнер. Для уменьшения потерь целевого изотопа на экранах в настоящей заявке предлагается использование в одном из вариантов несплошных пластин 10 с шириной L₁, преимущественно равной среднему ларморовскому диаметру резонансных ионов. Расстояние между пластинами L₂ и между рядами пластин L₃ выбирается близким к L₁ (фиг.10).Figure 6 shows another option for replacing containers 13. In this option for replacing containers, it is assumed that the empty container is pushed forward and another container is being moved along its guides 20. To reduce the loss of the target isotope on the screens, this application proposes the use in one embodiment of non-continuous plates 10 with a width L ₁ , which is predominantly equal to the average Larmor diameter of resonant ions. The distance between the plates L ₂ and between the rows of plates L ₃ is chosen close to L ₁ (figure 10).

На фиг.8 показано расположение пластин в «шахматном» порядке.On Fig shows the location of the plates in a "checkerboard" order.

Коллектор обогащенного вещества может быть выполнен из несплошных пластин, расположенных по концентрическим окружностям с центральным цилиндрическим стержнем, при этом диаметр стержня равен ларморовскому диаметру резонансных ионов, a L₁, L₂ и L₃ также равны среднему ларморовскому диаметру как и в случае плоских пластин, показанных на фиг.7 и 8.The enriched substance collector can be made of non-continuous plates arranged in concentric circles with a central cylindrical rod, while the diameter of the rod is equal to the Larmor diameter of resonant ions, and L ₁ , L ₂ and L _{3 are} also equal to the average Larmor diameter as in the case of flat plates, shown in Fig.7 and 8.

Для уменьшения потерь целевого изотопа на экранах сплошные пластины вместе с экранами смещены относительно друг друга вдоль магнитного поля (фиг.10, 11, 12). Расстояние сдвига L₄ выбирается преимущественно равным или немного большим, чем шаг спиральной траектории иона. В этом случае на последующие экраны попадает поток вещества, уже обедненного целевым изотопом. На фиг.10 показан вариант расположения коллекторной системы с выступающей центральной пластиной.To reduce the loss of the target isotope on the screens, the solid plates together with the screens are displaced relative to each other along the magnetic field (Fig. 10, 11, 12). The shear distance L ₄ is chosen predominantly equal to or slightly larger than the pitch of the spiral path of the ion. In this case, a stream of a substance already depleted in the target isotope enters subsequent screens. Figure 10 shows a variant of the location of the collector system with a protruding Central plate.

На фиг.11 показан вариант расположения коллекторной системы с выступающей крайней пластиной. Возможен также вариант с чередованием сдвига пластин.Figure 11 shows a variant of the location of the collector system with a protruding extreme plate. Alternating shear plates is also possible.

На фиг.12 показано выполнение коллектора обогащенного вещества из сплошных пластин, расположенных по концентрическим окружностям со сдвигом на величину L₄, причем их длина может уменьшаться как от центра к периферии, так и наоборот, или имеет место чередование длины (фиг.13). Коллекторная система, в которой коллектор обогащенного вещества выполнен в виде полого ступенчатого цилиндра, а кольцеобразные экраны 11 расположены перед ступенями, показан на фиг.14. Высота ступени S выбирается преимущественно равной или меньшей ларморовского радиуса нагретого иона, a L₄ - сдвиг ступени равен примерно шагу спирали траектории иона.On Fig shows the execution of the collector of the enriched substance from solid plates located on concentric circles with a shift by the amount of L ₄ , and their length can decrease both from the center to the periphery, and vice versa, or there is an alternation of length (Fig.13). A collector system in which the collector of the enriched substance is made in the form of a hollow stepped cylinder, and the annular screens 11 are located in front of the steps, shown in Fig.14. The step height S is chosen predominantly equal to or less than the Larmor radius of the heated ion, and L ₄ — the step shift is approximately equal to the step of the spiral of the ion trajectory.

Для охлаждения экранов 11 применен тепловой контакт через диэлектрические прокладки 22 (фиг.15) из материала с высокой теплопроводностью (например, из карбида кремния).To cool the screens 11, thermal contact was applied through dielectric gaskets 22 (Fig. 15) from a material with high thermal conductivity (for example, silicon carbide).

Возможно также использование экранов, целиком состоящих из диэлектриков.It is also possible to use screens entirely consisting of dielectrics.

Пластины коллектора обогащенного вещества могут быть закрыты не только с торца, но и изнутри экранами 11. Наиболее эффективным в данном случае является вариант коллекторной системы со сдвигом пластин (фиг.16).The plates of the collector of the enriched substance can be closed not only from the end, but also from the inside by the screens 11. The most effective in this case is the variant of the collector system with a shift of the plates (Fig. 16).

Известно, что для уменьшения потерь целевого изотопа на боковых поверхностях экранов коллекторных систем, а также для обеспечения длительной наработки продукта предлагалось располагать коллекторную систему в области ослабленного магнитного поля ИЦР - установки (Заявка на изобретение РФ № 96111414, 1998.09.27). Коллекторные системы, показанные на фиг.7-9, можно располагать в области ослабленного магнитного поля, но при этом для коррекции поля до однородного необходимо за основным соленоидом 2 устанавливать дополнительные катушки (на фигурах не показаны).It is known that in order to reduce the loss of the target isotope on the side surfaces of the screens of the collector systems, as well as to ensure long-term product life, it was proposed to place the collector system in the area of the weakened magnetic field of the ICR installation (Application for the invention of the Russian Federation No. 96111414, 1998.09.27). The collector systems shown in Figs. 7-9 can be located in the region of a weakened magnetic field, but in order to correct the field to a uniform field, additional coils must be installed behind the main solenoid 2 (not shown in the figures).

Предложено также в зоне нескорректированных расходящихся силовых линий 21 магнитного поля устанавливать коллекторные системы, показанные на фиг.14, 15, 16.It is also proposed in the area of uncorrected diverging magnetic field lines 21 to install the collector systems shown in FIGS. 14, 15, 16.

В процессе наработки целевого изотопа вещество осаждается на всех поверхностях коллекторной системы, в частности на экранах, увеличивая их толщину. При этом увеличиваются потери целевого изотопа, особенно на их боковых поверхностях. В то же время для труднолетучих элементов оказывается возможным применять тонкие неохлаждаемые экраны. Для увеличения срока непрерывной работы коллектора обогащенного вещества при работе с такими элементами предлагается в случаях, показанных на фиг.10 и 11 с плоскими сплошными пластинами, выполнить экраны в виде тонкой сплошной металлической ленты и по мере напыления вещества перематывать ее с одного рулона на другой.In the process of producing the target isotope, the substance is deposited on all surfaces of the collector system, in particular, on screens, increasing their thickness. This increases the loss of the target isotope, especially on their side surfaces. At the same time, for non-volatile elements it is possible to use thin uncooled screens. In order to increase the period of continuous operation of the enriched substance collector when working with such elements, it is proposed in the cases shown in Figs. 10 and 11 with flat continuous plates to make screens in the form of a thin continuous metal tape and to rewind it from one roll to another as the substance is sprayed.

Для удаления осадка вещества с охлаждаемых экранов предлагается использовать тонкий резец 23, а коллектор поворачивать вокруг своей оси, как показано на фиг.17.To remove the sediment from the cooled screens, it is proposed to use a thin cutter 23, and to rotate the collector around its axis, as shown in Fig. 17.

Для получения элемента, обедненного одним из изотопов, функции элементов коллектора меняются. Производится селективный ИЦР-нагрев ионов этого изотопа, затем они собираются на прежних коллекторах обогащенного вещества, а обедненное вещество (продукт) осаждается на отвальной пластине. В этом случае на пластины коллектора обогащенного вещества нет необходимости подавать задерживающий потенциал и защищать их экранами. Для увеличения срока непрерывной работы такой коллекторной системы (фиг.10 и 11) предлагается использовать набор тонких металлических лент и по мере осаждения вещества перематывать ленты с одной катушки на другую.To obtain an element depleted in one of the isotopes, the functions of the collector elements are changed. Selective ICR heating of the ions of this isotope is carried out, then they are collected on the previous collectors of the enriched substance, and the depleted substance (product) is deposited on the dump plate. In this case, there is no need to apply a delay potential to the plates of the collector of the enriched substance and protect them with screens. To increase the duration of continuous operation of such a collector system (FIGS. 10 and 11), it is proposed to use a set of thin metal tapes and, as the material settles, rewind the tapes from one coil to another.

Таким образом, предложенное устройство разделения изотопов позволит за счет термического испарения и создания нового устройства контейнерного типа для получения нейтральных атомов элемента, изотопы которого разделяют, и выполнения коллекторной системы в различном конструктивном исполнении достичь требуемого результата:Thus, the proposed isotope separation device will allow, due to thermal evaporation and the creation of a new container-type device to obtain neutral atoms of the element whose isotopes are separated, and to perform the collector system in various designs, to achieve the desired result:

уменьшить потери целевого изотопа,reduce the loss of the target isotope,

повысить коэффициент разделения изотопов,increase the isotope separation coefficient,

создать установку непрерывного действия,create a continuous installation,

снизить энергозатраты, reduce energy costs,

что сделает возможным использование данной установки для получения в промышленных масштабах изотопов элементов, широко применяемых в радиомедицине, атомной промышленности и пр.which will make it possible to use this facility for the production on an industrial scale of isotopes of elements that are widely used in radio medicine, the nuclear industry, etc.

Claims

1. A device for separating isotopes in a plasma using ion cyclotron resonance, consisting of a vacuum chamber placed in the magnetic field of a solenoid, inside of which there is a plasma source, consisting of a microwave radiation transportation unit and a node for producing neutral atoms of the substance whose isotopes are separated, RF -antenna and collector system made of a collector of an enriched substance, screens and a dump plate, characterized in that the node for receiving neutral atoms of a substance whose isotopes are separated, includes containers of refractory material with a small outlet located in their neck, and a metal plate, in the openings of which are specified containers with a shared substance, surrounded by heaters and heat shields, and the enriched substance collector is made of non-continuous plates of width L ₁ located at a distance L ₂ from each other in rows, the distance between which L ₃ , and L ₁ , L ₂ and L ₃ equal to the average Larmor diameter of the resonant ions.

2. The device according to claim 1, characterized in that the containers are surrounded by ohmic heaters, and the heaters are continuous external heat shields.

3. The device according to claim 1, characterized in that the containers are surrounded by internal thermal screens cut along the generatrix, and the cuts are offset in azimuth, and then by induction heaters.

4. The device according to claim 3, characterized in that the thickness of the skin layer during induction heating for the container material is approximately equal to the wall thickness of the container.

5. The device according to claim 1, characterized in that the containers are arranged uniformly over the entire cross section of the metal plate.

6. The device according to claim 1, characterized in that each container is mounted on a rod connected to its rear end, with the possibility of movement.

7. The device according to claim 1, characterized in that the containers are installed one after another in the rails with the possibility of moving containers along the horizontal axis of the device.

8. The device according to claim 1, characterized in that the plates of the collector of the enriched substance are displaced relative to each other along the axis of the vacuum chamber by a distance L ₄ approximately equal to the spiral pitch of the ion path.

9. The device according to claim 1, characterized in that the collector of the enriched substance is made of non-continuous collector plates arranged in concentric circles and a central cylindrical rod, the diameter of the rod being equal to the Larmor diameter of the resonant ions.

10. The device according to claim 9, characterized in that the enriched substance collector is mounted to rotate around its axis, and the surfaces of the screens are in contact with the cutter.

11. A device according to any one of claims 1, 8, 9 and 10, characterized in that a dielectric gasket with high thermal conductivity is installed behind the plate screens.

12. A device for separating isotopes in a plasma using ion cyclotron resonance, consisting of a vacuum chamber placed in the magnetic field of a solenoid, inside of which there is a plasma source consisting of a microwave radiation transporting unit and a node for producing neutral atoms of the substance whose isotopes are separated, RF -antenna and collector system made of a collector of an enriched substance, screens and a dump plate, characterized in that the node for receiving neutral atoms of a substance whose isotopes are separated includes containers of refractory material with a small outlet located in their neck, and a metal plate, in the openings of which are specified containers with a separable substance, surrounded by heaters and heat shields, and the enriched substance collector is made of solid plates, the distance between which is L ₃ equal to the average Larmor diameter of the resonant ions displaced relative to each other along the axis of the vacuum chamber by a distance L ₄ , approximately equal to the step of the spiral of the ion trajectory.

13. The device according to p. 12, characterized in that the containers are surrounded by ohmic heaters, and the heaters are continuous external heat shields.

14. The device according to p. 12, characterized in that the containers are surrounded by internal thermal screens cut along the generatrix, and the cuts are offset in azimuth, and then by induction heaters.

15. The device according to 14, characterized in that the thickness of the skin layer for the container material is approximately equal to the wall thickness of the container.

16. The device according to p. 12, characterized in that the containers are evenly distributed over the entire cross section of the metal plate.

17. The device according to p. 12, characterized in that each container is mounted on a rod connected to its rear end, with the possibility of movement.

18. The device according to p. 12, characterized in that the containers are installed one after another in the rails with the possibility of moving containers along the horizontal axis of the device.

19. The device according to p. 12, characterized in that the plate collector of the enriched substance is made in the form of a metal tape installed with the possibility of rewinding.

20. The device according to any one of paragraphs.12 and 19, characterized in that the screens of the collector system are made of metal tape mounted with the ability to rewind.

21. The device according to p. 12, characterized in that the collector of the enriched substance is made of solid plates arranged in concentric circles and a central cylindrical rod, the diameter of the rod being equal to the Larmor diameter of the resonant ions.

22. The device according to item 21, characterized in that the collector of the enriched substance is installed in the zone of diverging magnetic field lines of force.

23. The device according to item 21, wherein the screens overlap the end and inner surfaces of the plates of the collector of the enriched substance.

24. The device according to item 21, wherein the enriched substance collector is mounted to rotate around its axis, and the surfaces of the screens are in contact with the cutter.

25. The device according to any one of paragraphs.12 and 21, characterized in that behind the screens there is a gasket of a dielectric with high thermal conductivity.

26. A device for separating isotopes in a plasma using ion cyclotron resonance, consisting of a vacuum chamber placed in the magnetic field of a solenoid, inside of which there is a plasma source, consisting of a microwave radiation transporting unit and a node for producing neutral atoms of the substance whose isotopes are separated, RF -antenna and collector system made of a collector of an enriched substance, screens and a dump plate, characterized in that the node for receiving neutral atoms of a substance whose isotopes are separated includes containers of refractory material with a small outlet located in their neck, and a metal plate, in the openings of which are specified containers with a separable substance, surrounded by heaters and heat shields, and the enriched substance collector is made in the form of a hollow stepped cylinder, while before each step has an annular screen, the height of the steps S is chosen equal to or less than the Larmor radius of the heated ion, and the steps are displaced relative to each other along axis of the vacuum chamber at a distance L ₄ , approximately equal to the step of the spiral of the ion trajectory.

27. The device according to p. 26, characterized in that the containers are surrounded by ohmic heaters, and the heaters are continuous external heat shields.

28. The device according to p. 26, characterized in that the containers are surrounded by internal thermal screens cut along the generatrix, and the cuts are offset in azimuth, and then by induction heaters.

29. The device according to p. 28, characterized in that the thickness of the skin layer for the container material is approximately equal to the wall thickness of the container.

30. The device according to p, characterized in that the containers are arranged uniformly over the entire cross section of the metal plate.

31. The device according to p. 26, characterized in that each container is mounted on a rod connected to its rear end, with the possibility of movement.

32. The device according to p. 26, characterized in that the containers are installed one after another in the rails with the possibility of moving containers along the horizontal axis of the device.

33. The device according to p, characterized in that the collector of the enriched substance is installed in the zone of diverging magnetic field lines of force.

34. The device according to p. 26, characterized in that the collector of the enriched substance is mounted to rotate around its axis, and the surface of the screens are in contact with the cutter.

35. The device according to any one of paragraphs.26 and 34, characterized in that behind the screens there are gaskets made of dielectric with high thermal conductivity.