RU2351388C2 - Method of producing highly enriched iridium isotopes - Google Patents

Method of producing highly enriched iridium isotopes Download PDF

Info

Publication number
RU2351388C2
RU2351388C2 RU2007113531/15A RU2007113531A RU2351388C2 RU 2351388 C2 RU2351388 C2 RU 2351388C2 RU 2007113531/15 A RU2007113531/15 A RU 2007113531/15A RU 2007113531 A RU2007113531 A RU 2007113531A RU 2351388 C2 RU2351388 C2 RU 2351388C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
iridium
isotopes
separation
isotope
highly enriched
Prior art date
Application number
RU2007113531/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007113531A (en
Inventor
Евгений Викторович Елисеев (RU)
Евгений Викторович Елисеев
Иван Илларионович Пульников (RU)
Иван Илларионович Пульников
Андрей Викторович Савицкий (RU)
Андрей Викторович Савицкий
Геннадий Александрович Шарин (RU)
Геннадий Александрович Шарин
Алексей Кириллович Калитеевский (RU)
Алексей Кириллович Калитеевский
Олег Никленович Годисов (RU)
Олег Никленович Годисов
Леонид Петрович Мязин (RU)
Леонид Петрович Мязин
Владимир Викторович Федоров (RU)
Владимир Викторович Федоров
Александр Иванович Костылев (RU)
Александр Иванович Костылев
Юрий Германович Покровский (RU)
Юрий Германович Покровский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод" filed Critical Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод"
Priority to RU2007113531/15A priority Critical patent/RU2351388C2/en
Publication of RU2007113531A publication Critical patent/RU2007113531A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2351388C2 publication Critical patent/RU2351388C2/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention aims at nuclear engineering. Highly enriched iridium isotopes are produced by centrifugation process with using separating stages of gas centrifuges on dividing cascades of gas centrifuges with iridium tetra(trifluorophosphine)hydride as a working medium.
EFFECT: 191Ir isotopes of concentration exceeding 99,9% are produced.
1 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к разделению изотопов элементов и может быть использовано для получения высокообогащенных изотопов иридия.The invention relates to the separation of isotopes of elements and can be used to obtain highly enriched iridium isotopes.

Иридий, элемент восьмой группы таблицы Д.И.Менделеева, имеет два стабильных изотопа с молекулярными массами 191 а.е.м. и 193 а.е.м., концентрации в природном иридии этих изотопов составляют 37,3% и 62,7% соответственно. Изотоп иридий-191 представляет интерес для проведения физических исследований.Iridium, an element of the eighth group of D. I. Mendeleev’s table, has two stable isotopes with molecular weights of 191 amu and 193 amu, the concentrations in natural iridium of these isotopes are 37.3% and 62.7%, respectively. The iridium-191 isotope is of interest for physical research.

Известно использование для обогащения изотопов двухфазных физико-химических методов разделения в аппаратах колонного типа - изотопный обмен, криогенная дистилляция.It is known to use for the enrichment of isotopes of two-phase physicochemical separation methods in column type apparatuses - isotope exchange, cryogenic distillation.

Этот класс методов разделения изотопов основан на различии для разных изотопов разделяемого элемента характеристик физико-химических процессов для соединений, содержащих разделяемые элементы [1]. Эти методы требуют поиска не только соответствующих химических соединений, но прежде всего - подходящих химических реакций или физических процессов. Как правило, это удается только для случая разделения легких элементов - водород, азот, кислород, углерод, бор и т.п., а разделительный эффект процесса достаточно слабо связан с молекулярными массами изотопов элемента. Кроме того, применение аппаратов колонного типа связано с требованием участия в процессе большого количества вещества и эффективно только при большой производительности установки.This class of isotope separation methods is based on the difference for different isotopes of a shared element of the characteristics of physicochemical processes for compounds containing shared elements [1]. These methods require the search not only for appropriate chemical compounds, but primarily for suitable chemical reactions or physical processes. As a rule, this is possible only for the case of separation of light elements — hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon, boron, etc., and the separation effect of the process is rather weakly associated with the molecular masses of the element isotopes. In addition, the use of column-type devices is associated with the requirement to participate in the process of a large amount of substance and is effective only with a large installation capacity.

Известен также [2] и широко используется для получения стабильных изотопов различных элементов метод электромагнитной сепарации. В этом методе атомы разделяемого на изотопы элемента ионизируются электронным пучком и в электростатическом поле, затем ионизированный пучок поступает в разделительную установку. В установке, в плоскости, перпендикулярной плоскости движения пучка ионов, создается поперечное электромагнитное поле. При движении заряженной частицы в таком поле, перпендикулярно направлению ее полета на нее действует сила, пропорциональная отношению µ/е, где µ - молекулярная масса иона с зарядом е. Поэтому появляется физический эффект пространственного разделения ионов элемента с разной молекулярной массой и, соответственно, расщепление в электромагнитном поле первоначального пучка на ряд пучков в зависимости от молекулярной массы иона, то есть в зависимости от молекулярной массы соответствующего изотопа элемента. На выходе установки эти пучки селективно осаждаются или улавливаются. Этот метод является наиболее универсальным и принципиально не пригоден только для разделения изотопов инертных газов в связи с проблемой селективного улавливания разделенных фракций. Однако из-за сравнительно малых количеств элемента, с которыми могут работать установки электромагнитной сепарации, допустимая плотность пучка ионов в вакууме ограничена, получаемые количества изотопов миллиграммы, сотни миллиграмм.Also known [2] and the method of electromagnetic separation is widely used to obtain stable isotopes of various elements. In this method, the atoms of an element separated into isotopes are ionized by an electron beam and in an electrostatic field, then the ionized beam enters the separation unit. In the installation, in a plane perpendicular to the plane of motion of the ion beam, a transverse electromagnetic field is created. When a charged particle moves in such a field, perpendicular to the direction of its flight, a force proportional to μ / e is applied to it, where μ is the molecular mass of the ion with charge e. Therefore, the physical effect of the spatial separation of ions of an element with different molecular masses and, accordingly, splitting in the electromagnetic field of the initial beam to a number of beams depending on the molecular weight of the ion, that is, depending on the molecular weight of the corresponding isotope of the element. At the output of the installation, these beams are selectively deposited or captured. This method is the most universal and fundamentally unsuitable only for the separation of inert gas isotopes in connection with the problem of the selective capture of the separated fractions. However, due to the relatively small amounts of the element with which the electromagnetic separation units can work, the permissible density of the ion beam in vacuum is limited, the resulting quantities of milligram isotopes, hundreds of milligrams.

Технической задачей изобретения является получение высокообогащенных, более 99%, изотопов иридия-191, 193.An object of the invention is to obtain highly enriched, more than 99%, isotopes of iridium-191, 193.

Техническое решение задачи заключается в использовании метода центрифугирования для разделения изотопов иридия, причем в качестве рабочего вещества используется фторсодержащее соединение иридия - тетра(трифторфосфин)гидрид иридия, (PF3)4IrH.The technical solution to the problem is to use the centrifugation method to separate iridium isotopes, and the fluorine-containing compound of iridium - tetra (trifluorophosphine) iridium hydride, (PF 3 ) 4 IrH is used as a working substance.

Центробежный метод разделения изотопов по сравнению с рассмотренным выше методом разделения изотопов в аппаратах колонного типа имеет существенные преимущества по коэффициенту обогащения, который зависит только от разности молекулярных масс изотопов, по количеству исходного вещества, которое должно участвовать в процессе разделения и является более универсальным, поскольку требует только наличия подходящего газообразного соединения разделяемого элемента. По сравнению с методом электромагнитной сепарации преимущества центробежного метода в энергоемкости существенно больше производительности установок и в возможности умножения эффекта разделения на одиночной газовой центрифуге. Главной проблемой для возможности применения центробежного метода является наличие газообразного соединения элемента, удовлетворяющего ряду условий по молекулярной массе соединения, по упругости насыщенного пара при комнатной температуре, уровню термической стабильности, уровню допустимой химической активности по отношению к материалам центробежной установки разделения, возможности разработки технологии проведения разделительного процесса и т.д.The centrifugal isotope separation method compared with the isotope separation method considered above in column type apparatus has significant advantages in enrichment coefficient, which depends only on the difference in molecular weights of isotopes, in the amount of the starting substance, which should participate in the separation process and is more universal, since it requires only the presence of a suitable gaseous compound to be shared element. Compared to the electromagnetic separation method, the advantages of the centrifugal method in energy intensity are significantly greater than the capacity of the plants and in the possibility of multiplying the separation effect in a single gas centrifuge. The main problem for the possibility of using the centrifugal method is the presence of a gaseous compound of the element that satisfies a number of conditions for the molecular weight of the compound, for the elasticity of saturated steam at room temperature, the level of thermal stability, the level of permissible chemical activity with respect to the materials of the centrifugal separation unit, the possibility of developing a separation technology process, etc.

Получение высоких концентраций изотопа иридия в поставленной задаче решается при обогащении газообразного соединения иридия в газовой центрифуге. В качестве соединения иридия, удовлетворяющего условиям термической и химической стабильности, имеющего давление газа более 5-10 мм рт.ст. при комнатной температуре, может быть использован (PF3)4IrH - тетра(трифторфосфин)гидрид иридия, синтезированный из элементов Ir, P, F, Н с природным изотопным составом. Элементы Р и F, входящие в соединение, имеют по одному изотопу, водород - два изотопа, иридий - два изотопа, поэтому тетра(трифторфосфин)гидрид иридия имеет 4 компоненты с молекулярными массами от 544 до 547. При этом каждый из изотопов иридия распределен в нескольких компонентах соединения с разными массами, но в компоненту с молекулярной массой 544 входит только изотоп иридий-191, поэтому при выделении данной компоненты возможно получение его концентрации до 100%.Obtaining high concentrations of the iridium isotope in the problem is solved by enriching the gaseous compound of iridium in a gas centrifuge. As a compound of iridium, satisfying the conditions of thermal and chemical stability, having a gas pressure of more than 5-10 mm Hg at room temperature, (PF 3 ) 4 IrH - tetra (trifluorophosphine) iridium hydride synthesized from elements Ir, P, F, H with a natural isotopic composition can be used. The elements P and F included in the compound have one isotope, hydrogen has two isotopes, iridium has two isotopes, therefore tetra (trifluorophosphine) iridium hydride has 4 components with molecular weights from 544 to 547. In addition, each of the iridium isotopes is distributed in several components of the compound with different masses, but only the iridium-191 isotope is included in the component with a molecular mass of 544, so when this component is isolated, it is possible to obtain its concentration up to 100%.

Принцип работы газовой центрифуги заключается в разделении газовой смеси в центробежном поле быстровращающегося ротора и в умножении этого эффекта по высоте ротора. При этом разделительный эффект, как и для случая электромагнитной сепарации, определяется разностью молекулярных масс µ компонент разделяемой смеси. Для разделения стабильных изотопов используются специально разработанные газовые центрифуги.The principle of operation of a gas centrifuge is to separate the gas mixture in a centrifugal field of a rapidly rotating rotor and to multiply this effect by the height of the rotor. In this case, the separation effect, as in the case of electromagnetic separation, is determined by the difference in molecular masses µ of the components of the mixture being separated. Specially designed gas centrifuges are used to separate stable isotopes.

Умножение эффекта разделения достигается каскадированием - последовательным соединением газовых центрифуг (чертеж). Длина каскада - количество ступеней определяется необходимой степенью концентрирования изотопов. Ширина каскада - количество центрифуг в ступенях определяет количество производимого изотопа.Multiplication of the separation effect is achieved by cascading - the serial connection of gas centrifuges (drawing). The length of the cascade - the number of steps is determined by the required degree of concentration of isotopes. The width of the cascade - the number of centrifuges in the steps determines the amount of isotope produced.

Способ получения обогащенных изотопов иридия осуществляется следующим образом.A method of obtaining enriched isotopes of iridium is as follows.

Синтезированный из иридия природного состава изотопов рабочий газ - тетра(трифторфосфин)гидрид иридия, (PF3)4IrH, подается в каскад газовых центрифуг в ступень S. Отбор фракции, обогащенной легкими компонентами (PF3)4IrH, производится из ступени К, величина потока отбора - Wл. Отбор фракции, обогащенной тяжелыми компонентами (PF3)4IrH, производится из ступени 1, величина потока отбора - Wт.The working gas synthesized from iridium of the natural isotope composition — tetra (trifluorophosphine) iridium hydride, (PF 3 ) 4 IrH, is fed into the gas centrifuge cascade to step S. The fraction enriched in light components (PF 3 ) 4 IrH is taken from step K, the magnitude of the flow of selection - Wl. The selection of the fraction enriched in heavy components (PF 3 ) 4 IrH is carried out from step 1, the magnitude of the selection flow is Wt.

Подбирая длину каскада, отношение потоков отбора фракций Wn/Wr и величину потока питания каскада F=Wл+Wт, можно обеспечить получение наиболее легкой компоненты (PF3)4IrH с молекулярной массой 544 с концентрацией вплоть до 100%. В этой компоненте газовой смеси содержатся только изотопы: иридий-191, фтор-19, фосфор-31 и водород-1. Поэтому концентрация изотопа иридий-191 после химической переработки полученного отбора легкой фракции каскада (PF3)4IrH в товарную форму хранения и поставки изотопа иридий-191 будет равна концентрации компоненты с молекулярной массой 544 в отборе Wл каскада.By choosing the cascade length, the ratio of the selection flow fractions Wn / Wr and the cascade supply flux F = Wl + Wt, it is possible to obtain the lightest component (PF 3 ) 4 IrH with a molecular weight of 544 with a concentration of up to 100%. This component of the gas mixture contains only isotopes: iridium-191, fluorine-19, phosphorus-31 and hydrogen-1. Therefore, the concentration of the iridium-191 isotope after chemical processing of the obtained selection of the light fraction of the (PF 3 ) 4 IrH cascade into the commodity form for storage and delivery of the iridium-191 isotope will be equal to the concentration of the component with a molecular weight of 544 in the selection of the W cascade.

В таблице представлено распределение по массам молекул тетра(трифторфосфин)гидрида иридия природного состава и распределение изотопов иридия 191Ir, 193Ir по массовым компонентам.The table shows the mass distribution of molecules of tetra (trifluorophosphine) iridium hydride molecules of natural composition and the distribution of iridium isotopes 191 Ir, 193 Ir by mass components.

ТаблицаTable Распределение молекул тетра(трифторфосфин)гидрида иридия природного состава изотопов по массовым компонентам и распределение изотопов 191Ir, 193Ir по массовым компонентам.The distribution of tetra (trifluorophosphine) iridium hydride molecules of the natural composition of isotopes by mass components and the distribution of 191 Ir, 193 Ir isotopes by mass components. Молекулярная массаMolecular mass Распределение молекул тетра(трифторфосфин)гидрида иридия природного состава по массовым компонентамThe distribution of molecules of tetra (trifluorophosphine) iridium hydride of natural composition by mass components Распределение изотопа 191Ir в соответствующей компонентеThe distribution of the 191 Ir isotope in the corresponding component Распределение изотопа 193Ir в соответствующей компонентеThe distribution of the 193 Ir isotope in the corresponding component а. е. м.but. eat. %% 544544 37,2937.29 100,00100.00 0,000.00 545545 5,59·10-3 5.59 · 10 -3 100,00100.00 0,000.00 546546 62,6962.69 0,000.00 100,00100.00 547547 9,41·10-3 9.4110 -3 0,000.00 100,00100.00

Способ получения высокообогащенного изотопа иридий-191 осуществляется следующим образом.A method of obtaining a highly enriched isotope of iridium-191 is as follows.

Из соединений иридия, водорода, фтора и фосфора с природной концентрацией изотопов синтезируется рабочее вещество - тетра(трифторфосфин)гидрид иридия.Of the compounds of iridium, hydrogen, fluorine and phosphorus with a natural concentration of isotopes, a working substance is synthesized - tetra (trifluorophosphine) iridium hydride.

Тетра(трифторфосфин)гидрид иридия, (PF3)4IrH, синтезируется нагреванием галоидной соли иридия (трихлорида или трибромида иридия) с трифторфосфином в присутствии восстанавливающего агента (меди или серебра) и водорода [3]. Вещество термически устойчиво, не разлагается на воздухе, взрывобезопасно и не оказывает корродирующего действия на конструкционные материалы.Iridium tetra (trifluorophosphine) hydride, (PF 3 ) 4 IrH, is synthesized by heating an iridium halide salt (iridium trichloride or tribromide) with trifluorophosphine in the presence of a reducing agent (copper or silver) and hydrogen [3]. The substance is thermally stable, does not decompose in air, is explosion-proof and does not have a corrosive effect on structural materials.

Газ подается в каскад газовых центрифуг, настраивается режим работы каскада и происходит разделение исходного газа (PF3)4IrH на две фракции - «легкую» фракцию, содержащую преимущественно компоненту с молекулярной массой 544 и следы компоненты с молекулярной массой 545, и «тяжелую» фракцию, в которой компонента с молекулярной массой 544 практически отсутствует.The gas is fed into the cascade of gas centrifuges, the cascade operation mode is adjusted, and the source gas (PF 3 ) 4 IrH is divided into two fractions - the “light” fraction, which contains mainly the component with molecular weight 544 and traces of the component with molecular weight 545, and “heavy” fraction in which the component with a molecular weight of 544 is practically absent.

Техническим результатом применения предложенной технологии явилось получение изотопов 191Ir с концентрацией более 99,9%.The technical result of the application of the proposed technology was the production of 191 Ir isotopes with a concentration of more than 99.9%.

ЛитератураLiterature

1. Изотопы: свойства, получение, применение. Под/ред. В.Ю.Баранова М.: ИздАТ, 2000, стр.167.1. Isotopes: properties, production, application. Ed. V.Yu. Baranova M .: Publisher, 2000, p. 167.

2. Изотопы: свойства, получение, применение. Под/ред. В.Ю.Баранова М.: ИздАТ, 2000, стр.220.2. Isotopes: properties, production, application. Ed. V.Yu. Baranova M .: Publishing house, 2000, p. 220.

3. T.Kruck, Angewandte Chemie Int.Ed.Engl., 6, 53, 1967.3. T. Kruck, Angewandte Chemie Int.Ed.Engl., 6, 53, 1967.

Claims (1)

Способ получения высокообогащенных изотопов иридия, в котором разделительный эффект определяется разностью молекулярных масс изотопов иридия, отличающийся тем, что для разделения изотопов иридия применен метод центрифугирования, а в качестве иридийсодержащего газообразного соединения используется тетра(трифторфосфин)гидрид иридия. A method of producing highly enriched iridium isotopes, in which the separation effect is determined by the molecular weight difference of the iridium isotopes, characterized in that the centrifugation method is used to separate the iridium isotopes, and iridium tetra (trifluorophosphine) iridium is used as the iridium-containing gaseous compound.
RU2007113531/15A 2007-04-11 2007-04-11 Method of producing highly enriched iridium isotopes RU2351388C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007113531/15A RU2351388C2 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of producing highly enriched iridium isotopes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007113531/15A RU2351388C2 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of producing highly enriched iridium isotopes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007113531A RU2007113531A (en) 2008-10-27
RU2351388C2 true RU2351388C2 (en) 2009-04-10

Family

ID=41015138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007113531/15A RU2351388C2 (en) 2007-04-11 2007-04-11 Method of producing highly enriched iridium isotopes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2351388C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108536038A (en) * 2017-03-03 2018-09-14 中核兰州铀浓缩有限公司 Centrifugation cascade Auto-control of the process analogue system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАЩЕЕВ Н.А., ДЕРГАЧЁВ В.А. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.88, 99, 109. *
КРЫНЕЦКИЙ Б.Б. и др. Селективная лазерная экстракция металлов платиновой группы. 1-я Всероссийская научная конференция Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул. - Звенигород: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 1996, с.13. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108536038A (en) * 2017-03-03 2018-09-14 中核兰州铀浓缩有限公司 Centrifugation cascade Auto-control of the process analogue system
CN108536038B (en) * 2017-03-03 2021-05-18 中核兰州铀浓缩有限公司 Automatic control simulation system for centrifugal cascade process

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007113531A (en) 2008-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ishikawa et al. Suppression of boron volatilization from a hydrofluoric acid solution using a boron-mannitol complex
RU2351388C2 (en) Method of producing highly enriched iridium isotopes
CN101019194B (en) Extraction of radionuclides by crown ether-containing extractants
CN106621811A (en) Method for carrying out centrifugal separation on boron isotope
Nishizawa et al. Enrichment of zinc isotopes by a liquid membrane system using a crown ether
Ding et al. High enrichment of 15N isotope by ion exchange for nitride fuel development
CN105498541A (en) Method for concentrating stable isotopes 12C and 35Cl
Cataldo Monocyanopolyynes from a carbon arc in ammonia: about the relative abundance of polyynes series formed in a carbon arc and those detected in the circumstellar shells of AGB stars
RU2638858C2 (en) Method of producing isotopes of neodymium
RU2311949C1 (en) Boron isotopes separation method
Ban et al. Isotope effects of zinc in crown ether chromatography
RU2331463C2 (en) Isotope separation method
US7976708B2 (en) Innovative cut-and-feed operation for enhancing the performance of ion-exchange chromatographic separation
WO2014113119A2 (en) Systems and methods for efficiently preparing plutonium-238 with high isotopic purity
Cheltsov et al. Centrifugal enrichment of nickel isotopes and their application to the development of new technologies
RU2794182C1 (en) Method for separating zirconium isotopes
BIGELEISEN Isotope separation practice
Khoroshilov et al. Thermal dissociation of the complex BF 3· D and boron isotope separation in the system BF 3-BF 3· CH 3 NO 2
US20100111800A1 (en) PRODUCTION OF NUCLEAR GRADE ENRICHED GADOLINIUM AND ERBIUM USING VOLATILE Gd OR Er SPECIES USING AN AERODYNAMIC PROCESS
Ueda et al. Ab Initio Investigations of Stable Geometries of the Atmospheric Negative Ion NO 3−(HNO 3) 2 and Its Monohydrate
CN116870700B (en) Separation method of double-isotope multi-component system and application thereof
Semiokhin Chemical methods of stable isotope separation
Ding et al. Nitrogen isotope enrichment for nitride fuel by using hybrid chemical exchange process
Eliel et al. The use of mass spectrometry in organic analysis
Bulanov et al. Formation of impurity Si 2 OH 6 in silane synthesized from silicon tetrafluoride