RU2313149C1 - Способ получения радионуклида никель-63 - Google Patents
Способ получения радионуклида никель-63 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2313149C1 RU2313149C1 RU2006121735/06A RU2006121735A RU2313149C1 RU 2313149 C1 RU2313149 C1 RU 2313149C1 RU 2006121735/06 A RU2006121735/06 A RU 2006121735/06A RU 2006121735 A RU2006121735 A RU 2006121735A RU 2313149 C1 RU2313149 C1 RU 2313149C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- target
- enrichment
- isotopes
- reactor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов, а более конкретно - к технологии получения радиоактивного изотопа никель-63 в реакторе из мишени. Способ получения радионуклида никель-63 включает получение обогащенной по никелю-62 никелевой мишени, облучение мишени в реакторе, обогащение облученного продукта по никелю-63, при этом в обогащенной по никелю-62 никелевой мишени содержание никеля-64 не превосходит 2%, и при обогащении продукта по никелю-63 изотоп никель-64 извлекают из облученного продукта. Изобретение позволяет обеспечить возможность крупномасштабного производства никеля-63. 2 табл.
Description
Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов, а более конкретно - к технологии получения радиоактивных изотопов в реакторе из мишени, предварительно обогащенной по необходимому стабильному изотопу. Радиоактивные изотопы используют в различных областях. В частности, изотоп никель-63 используют в качестве источника излучения в камерах по детектированию взрывчатых веществ.
Изотопия элемента характеризуется массой имеющихся у него стабильных изотопов и их содержанием в природной смеси. Масса изотопов измеряется в атомных единицах массы [а.е.м.]. У никеля существует пять стабильных (не радиоактивных) изотопа и нижеприведенная таблица показывает их природную распространенность (И.П.Селинов. "Изотопы". Справочник. М.: Наука, 1970).
Таблица 1 | |||||
Изотоп | 58 | 60 | 61 | 62 | 64 |
% | 68,07 | 26,22 | 1,14 | 3,63 | 0,93 |
При помещении никеля в ядерный реактор нейтроны взаимодействуют с изотопами никеля, и из никеля-62 образуется радиоактивный никель-63. Однако малое природное содержание никеля-62 не позволяет достичь высокой удельной активности по никелю-63.
Для увеличения выхода используют мишени, обогащенные по нужному стартовому стабильному изотопу. Известен процесс получения изотопов никеля, в котором в качестве мишени используется никель, обогащенный по никелю-62 (А.С.Герасимов, Т.С.Зарицкая, А.П.Рудик. Справочник по образованию нуклидов в ядерных реакторах. М., Энергоатомиздат, 1989 г.) Разработка центробежной технологии получения изотопов никеля позволяет получать изотопы никеля в достаточных количествах. (L.J.Sosnin, I.A.Suvorov, A.N.Tcheltsov, A.I.Rudnev. Investigation of centrifuge enrichment of stable nickel isotopes. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1993, v.A334, p.41-42.)
Известный и используемый процесс газового центрифугирования в промышленных масштабах был разработан для разделения изотопов урана (см., например, "Обогащение урана", ред. С.Виллани. М.: Энергоатомиздат, 1983). Для осуществления разделения летучее соединение элемента подают в быстро вращающийся ротор и более тяжелые молекулы, включающие более тяжелые изотопы, концентрируются на периферии, благодаря чему достигается разделительный эффект (см., например, М.Шемля, Ж.Перье "Разделение изотопов", М., Атомиздат, 1980). Для достижения эффекта разделения в газовой фазе применяются специальные высокоскоростные центрифуги, чьи скорости вращения многократно превосходят другие аналоги.
Помимо разделения изотопов урана, центробежную технологию развили в приложении к разделению стабильных изотопов других химических элементов - железа, вольфрама, ксенона, серы, молибдена и др. («Атомная энергия», том 67, №4, окт.1989, стр.255). Главным условием применимости метода является наличие у элемента летучего химического соединения с достаточной упругостью паров. Для разделения изотопов никеля используют тетрафторфосфин никеля - Ni(PF3)4.
Однако применение даже обогащенной мишени не всегда позволяет получить достаточную удельную активность радиоизотопа в исходном материале. В случае никеля-63 это вызвано как не очень высокой скоростью его накопления, так и выгоранием никеля-63, поскольку он при воздействии нейтронов переходит в стабильный никель-64.
Действующие в нашей стране центробежные технологии позволяют произвести обогащение и радиоактивного изотопа. Центробежным методом повышали удельную активность железа-55, олова-119m и др. радиоизотопов. При этом содержание радиоизотопа может быть доведено близким к 100%, и это соответствует наивысшей удельной активности радиоактивного материала.
Известная последовательность операций, включающая в себя получение обогащенного по целевому изотопу исходного материала, облучение его в реакторе, конверсию в летучее соединение и последующее обогащение по радиоизотопу применительно к никелю-63 приведена в работе «Получение 63Ni высокой удельной активности» (L.J.Sosnin, I.A.Suvorov, A.N.Tcheltsov, B.I.Rogozev, V.I.Gudov. Production of 63Ni of high specific activity. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1993, v.A334, p.43-44.), которая выбрана в качестве прототипа. Стартовый изотоп никель-62 обогащают до концентрации более 99%, помещают в высокопоточный реактор СМ-2 (поток нейтронов 1,75×1015 н/см2·сек). После накопления никеля-63 осуществляется его обогащение.
Недостатком способа получения радионуклида никель-63 по прототипу являются предельные характеристики двух составляющих - степени обогащения мишени и нейтронного потока. Эти параметры позволяют получить уникальный продукт, который по экономическим показателям не может найти широкого применения.
Одной из сфер применения никеля-63 может стать его использование в автономных источниках электрической энергии на основе бета-вольтаического эффекта. Бета-вольтаический эффект является аналогом фотоэлектрического эффекта, с той разницей, что образование электрон-дырочных пар в полупроводнике с p-n - переходом происходит под действием β-частиц, а не светового излучения. Радиоактивный изотоп никель-63 является чистым β-излучателем (нет сопутствующего вредного гамма-излучения) и имеет период полураспада 100 лет. Поэтому это один из самых перспективных радионуклидов для источников электрической энергии со сроком службы более 30 лет (атомных батареек).
Для этой области применения никель-63 должен производиться в достаточном количестве и по приемлемой стоимости. Высокопоточный реактор СМ-2 использован быть не может, поскольку объем для размещения мишеней невелик (несколько литров), а стоимость нейтронного потока слишком высока. Другим недостатком прототипа является высокая стоимость обогащения мишени с 99% никеля-62.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является обеспечение возможностей по крупномасштабному производству никеля-63.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения радионуклида никель-63, включающий получение обогащенной по никелю-62 никелевой мишени, облучение мишени в реакторе и последующее обогащение облученного продукта по никелю-63, при этом в обогащенной по никелю-62 никелевой мишени содержание никеля-64 не превосходит 2% и при обогащении продукта по никелю-63 изотоп никель-64 извлекают из облученного продукта.
Крупномасштабное производство никеля-63 требует более доступных и дешевых составляющих технологии. Для облучения лучше использовать не высокообогащенный (97-99%) никель-62, а никель среднего обогащения 50-80%. Стоимость такого мишенного никеля при значительном его производстве заметно ниже. Облучение большого количества более дешевого никелевого сырья следует производить нейтронными потоками среднего уровня, порядка (2÷5)×1013...2×1014. Такие мишени можно ставить на многомесячное облучение в уран-графитовые реакторы типа РБМК, в промышленные реакторы, где облучение не такое дорогое, как в ядерном реакторе типа СМ-2. Данный подход позволит облучать практически постоянно большое количество (сотни кг) никелевых мишеней, не нарушая плановых режимов работы ядерных реакторов.
Снижение требований к величине обогащения никеля-62 в мишенном продукте, тем не менее, должно обеспечить возможность реализации процесса послереакторного обогащения по никелю-63 так, чтобы содержание никеля-63 в продукте стало превалирующим, т.е. не менее 50%. Наличие в способе ограничения на содержание никеля-64 в мишенном никеле, а также извлечение никеля-64 из облученного продукта в ходе послереакторного обогащения как раз и являются такими условиями.
Пример реализации способа
Нижерасположенная таблица характеризует изменения в изотопии, происходящие на всех стадиях процесса.
Никель природного изотопного состава в форме тетрафторфосфина никеля - Ni(PF3)4 (строка 1) направляют на изотопное обогащение. Процесс обогащения осуществляют так, чтобы содержание никеля-64 было не более 2% (строка 2). Это ограничение допускает обогащение никеля до 50% и более, но основной изотопной примесью должны быть более легкие, чем никель-62 изотопы. Обогащенный по никелю-62 тетрафторфосфин никеля переводят в металл и направляют на облучение в реакторе. После 2-летнего облучения в реакторе накапливается 6,4% никеля-63, а содержание никеля-64 возрастает до 1,5% за счет выгорания никеля-63 (строка 3). Облученный металлический никель переводят в тетрафторфосфин никеля и направляют на обогащение. Обогащение никеля-63 осуществляют в тяжелую фракцию, и при этом никель-64 извлекается из облученного материала (строка 4). Именно невысокое содержание никеля-64 и позволяет достигать обогащения никеля-63 до 50% и более. Тетрафторфосфин никеля переводят в металлическую форму и используют, например, в бета-вольтаических источниках тока. В остающейся легкой фракции (строка 5) содержится никель-62, остатки никеля-63 и нет никеля-64. Этот продукт может быть вновь направлен в реактор на облучение.
Таблица 2 | ||||||||
Продукт | Изотопы никеля | |||||||
58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | ||
1 | исходный никель до обогащения по никелю-62 | 68,07 | - | 26,22 | 1,14 | 3,63 | - | 0,93 |
2 | мишень, полученная после обогащения и направляемая на облучение | 0,1 | - | 10,0 | 9,9 | 79,0 | - | 1,0 |
3 | после 2-х лет облучения | 0,097 | 0,002 | 9,8 | 9,93 | 72,3 | 6,4 | 1,5 |
4 | обогащение никеля-63 в тяжелую фракцию | 0,4 | 74,9 | 24,7 | ||||
5 | остающаяся легкая фракция | 0,104 | 0,002 | 10,5 | 10,6 | 77,1 | 1,7 | 0,003 |
Получение мишенного никеля с ограничением на содержание никеля-64 позволяет производить значительные количества мишенного продукта для крупномасштабного производства никеля-63, который возможно использовать в автономных источниках электрической энергии на основе бета-вольтаического эффекта, в детекторах взрывчатых веществ и пр.
Осуществимость технического решения вытекает из разработанности и практического действия различных методов разделения изотопов как урана, так и всех стабильных изотопов (см., например, сборник "Изотопы в СССР", Москва, Атомиздат, 1980). Воспроизводимость результатов определяется высоким достигнутым уровнем анализа изотопного состава элементов известными методами масс-спектрометрии.
Claims (1)
- Способ получения радионуклида никель-63, включающий получение обогащенной по никелю-62 никелевой мишени, облучение мишени в реакторе и последующее обогащение облученного продукта по никелю-63, отличающийся тем, что в обогащенной по никелю-62 никелевой мишени содержание никеля-64 не превосходит 2% и при обогащении продукта по никелю-63 изотоп никель-64 извлекают из облученного продукта.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006121735/06A RU2313149C1 (ru) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Способ получения радионуклида никель-63 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006121735/06A RU2313149C1 (ru) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Способ получения радионуклида никель-63 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2313149C1 true RU2313149C1 (ru) | 2007-12-20 |
Family
ID=38917341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006121735/06A RU2313149C1 (ru) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Способ получения радионуклида никель-63 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2313149C1 (ru) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556891C1 (ru) * | 2014-01-23 | 2015-07-20 | Алексей Антонович Пустовалов | Способ получения искусственного изотопа никель-63 |
RU2561378C1 (ru) * | 2014-09-19 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения радионуклида никель-63 |
RU2569543C1 (ru) * | 2014-07-08 | 2015-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Способ получения радионуклида никель-63 для бета-вольтаических источников тока |
RU2614021C1 (ru) * | 2016-02-29 | 2017-03-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения радионуклида никель-63 |
WO2017116274A1 (ru) * | 2015-12-31 | 2017-07-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Способ получения радионуклида никель-63 для бета-вольтаических источников тока |
RU2629014C2 (ru) * | 2015-12-31 | 2017-08-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Способ получения радионуклида никель-63 |
RU2654535C1 (ru) * | 2017-08-14 | 2018-05-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Способ получения радионуклида никель-63 |
RU2720703C1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-05-12 | Акционерное общество «Государственный научный центр-Научно-исследовательский институт атомных реакторов» | Способ выделения Ni-63 из облученной мишени и очистки его от примесей |
RU2748573C1 (ru) * | 2020-10-26 | 2021-05-27 | Акционерное Общество "Производственное Объединение "Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Способ получения радионуклида никель-63 |
-
2006
- 2006-06-20 RU RU2006121735/06A patent/RU2313149C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
L.J.SOSNIN et al. Production of 63 Ni of high specific activity. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, Vol.334, Iss.1, p.43-44, 15.09.1993. * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556891C1 (ru) * | 2014-01-23 | 2015-07-20 | Алексей Антонович Пустовалов | Способ получения искусственного изотопа никель-63 |
RU2569543C1 (ru) * | 2014-07-08 | 2015-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Способ получения радионуклида никель-63 для бета-вольтаических источников тока |
RU2561378C1 (ru) * | 2014-09-19 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения радионуклида никель-63 |
WO2017116274A1 (ru) * | 2015-12-31 | 2017-07-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" | Способ получения радионуклида никель-63 для бета-вольтаических источников тока |
RU2629014C2 (ru) * | 2015-12-31 | 2017-08-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Маяк" | Способ получения радионуклида никель-63 |
RU2614021C1 (ru) * | 2016-02-29 | 2017-03-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Способ получения радионуклида никель-63 |
RU2654535C1 (ru) * | 2017-08-14 | 2018-05-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Способ получения радионуклида никель-63 |
WO2019035736A1 (ru) | 2017-08-14 | 2019-02-21 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Горно- Химический Комбинат" (Фгуп "Гхк") | Способ получения радионуклида никель-63 |
RU2720703C1 (ru) * | 2019-12-30 | 2020-05-12 | Акционерное общество «Государственный научный центр-Научно-исследовательский институт атомных реакторов» | Способ выделения Ni-63 из облученной мишени и очистки его от примесей |
RU2748573C1 (ru) * | 2020-10-26 | 2021-05-27 | Акционерное Общество "Производственное Объединение "Электрохимический завод" (АО "ПО ЭХЗ") | Способ получения радионуклида никель-63 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2313149C1 (ru) | Способ получения радионуклида никель-63 | |
Lutz | Photon activation analysis-review | |
Clark et al. | Iodine, uranium and tellurium contents in meteorites | |
Meinke et al. | Artificial chains collateral to the heavy radioactive families | |
Rosenberg | Non-conventional measurement techniques for the determination of some long-lived radionuclides produced in nuclear fuel a literature survey | |
Wierczinski et al. | Liquid-scintillation spectroscopy of α-particle emitters and detection of spontaneous fission events for on-line studies of actinide and transactinide elements | |
Denschlag | Independent fission yield measurements | |
Inghram et al. | Mass spectrometric study of fission element 43 | |
Hashimoto et al. | Simultaneous determination of uranium and plutonium isotopes in soils by means of single alpha-spectrometry | |
Hemmick et al. | Search for low-Z nuclei containing massive stable particles | |
McIsaac et al. | Levels in 183Ta from the decay of 183Hf | |
Artyukhov et al. | Measurement of 99 Mo Yield in 100 Mo (p, x) with 30 MeV Proton Irradiation of Multicomponent Submicron Particles | |
Girgis et al. | The decay of 76Br | |
Bemis Jr et al. | Thermal-neutron capture and fission cross sections and resonance integrals for curium-243 | |
Fry et al. | Discovery of isotopes of the transuranium elements with 93≤ Z≤ 98 | |
Karras et al. | Radioactive nucleides 79Ge and 82As | |
RU2561378C1 (ru) | Способ получения радионуклида никель-63 | |
Laeter et al. | Relative yields of stable tin isotopes in neutron-induced fission | |
Diamond et al. | Nuclear properties of 251Bk | |
Viola Jr et al. | Alpha decay of natural 186Os | |
Picciotto | Measurement of the radioactivity of the air in the Antarctic | |
RU2688196C9 (ru) | Способ получения радиоизотопа молибден-99 | |
Crane et al. | New Isotope Protactinium-237 | |
Mastromarco et al. | The 154Gd neutron capture cross section measured at the n_TOF facility and its astrophysical implications | |
Banham et al. | The use of lithium-drifted germanium diodes for the γ-spectrometric determination of radioactive fission-product nuclides |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20151224 |