RU2711124C1 - Device for separation of gadolinium isotopes (versions) - Google Patents

Device for separation of gadolinium isotopes (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2711124C1
RU2711124C1 RU2019114835A RU2019114835A RU2711124C1 RU 2711124 C1 RU2711124 C1 RU 2711124C1 RU 2019114835 A RU2019114835 A RU 2019114835A RU 2019114835 A RU2019114835 A RU 2019114835A RU 2711124 C1 RU2711124 C1 RU 2711124C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
column
solution
gadolinium
chromatographic column
source
Prior art date
Application number
RU2019114835A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Егор Юрьевич Давыдов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2019114835A priority Critical patent/RU2711124C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2711124C1 publication Critical patent/RU2711124C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/28—Separation by chemical exchange
    • B01D59/30—Separation by chemical exchange by ion exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/34—Separation by photochemical methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/50—Separation involving two or more processes covered by different groups selected from groups B01D59/02, B01D59/10, B01D59/20, B01D59/22, B01D59/28, B01D59/34, B01D59/36, B01D59/38, B01D59/44

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to a device for separating gadolinium isotopes and can be used to produce pure stable and radioactive isotopes of chemical elements for a nuclear fuel block as burnable additive for heat-generating elements. Device includes a chromatographic column for pouring a solution of gadolinium ions with channels feeding and outputting solutions, ion exchangers arranged in compartments installed with a gap relative to each other along the entire length of the column and formed by walls of the column and screens, and a constant power UV source, mounted outside the column, wherein the wall of the column on the side of the source is transparent to UV radiation. In one version, the chromatographic column is annular, wherein the ion exchangers are arranged in projections made on the inner walls of the peripheral annular space of the string throughout its length at different levels.EFFECT: invention increases isotope separation factor, simplifies fabrication of the structure and reduces cost of materials while maintaining operational characteristics, as well as shorter time for obtaining desired isotopes.5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к обращению с редкоземельными элементами, в частности к устройствам для разделения их изотопов, и может быть использовано для производства чистых стабильных и радиоактивных изотопов химических элементов для ядерного топливного блока в качестве выгорающей присадки для тепловыделяющих элементов.The invention relates to the treatment of rare earth elements, in particular to devices for the separation of their isotopes, and can be used to produce pure stable and radioactive isotopes of chemical elements for a nuclear fuel block as a burnable additive for fuel elements.

Задачей стоящей в данной области техники, и на решение которой направлено изобретение, является выделение целевых нечетных изотопов Gd155, Gd157 из смеси других изотопов и других редкоземельных элементов.The task of the technical field, and the invention is aimed at, is to isolate the target odd isotopes Gd 155 , Gd 157 from a mixture of other isotopes and other rare earth elements.

Рассмотрим, как решают представленную задачу аналоги. Из предшествующего уровня техники известны аналогичные устройства, направленные на решение данной задачи.Let's consider how analogues solve the presented problem. From the prior art, similar devices are known to solve this problem.

Известны разделения изотопов, отличных от гадолиния, с использованием ионного обмена в непрерывном кольцеобразном хроматографе, которые представлены в патентах США: US №5098678 (МПК: C22B 34/10, публик.24.03.1992 г, Westinghouse Electric corp., Lee и др.), US №5110566 (МПК: C22B 34/10, публик.05.05.1992 г, Westinghouse Electric corp., Snyder и др.), US №5174971 (МПК: B01D 15/08, публик.29.12.1992 г, Westinghouse Electric corp., Snyder и др.).Known separation of isotopes other than gadolinium using ion exchange in a continuous annular chromatograph, which are presented in US patents: US No. 5098678 (IPC: C22B 34/10, public 24.03.1992 g, Westinghouse Electric corp., Lee, etc. ), US No. 5110566 (IPC: C22B 34/10, public 05/05/1992, Westinghouse Electric corp., Snyder et al.), US No. 5174971 (IPC: B01D 15/08, public 29.12.1992, Westinghouse Electric corp., Snyder et al.).

Известен способ разделения изотопов гадолиния Gd155, Gd156 и/или Gd157 (Патент ЕР №0173484, МПК: B01D 59/30, публик. 05.03.1986, Westinghouse Electric corp., Peterson и др.) от содержащих их смесей путем дискретного хроматографического процесса с использованием жидкостных хроматографических колонн, неподвижной фазы ионообменной смолы и подвижной фазы раствора элюента и последовательного разделения изотопов в одно и то же время.A known method of separating the gadolinium isotopes Gd 155 , Gd 156 and / or Gd 157 (Patent EP No. 0173484, IPC: B01D 59/30, public. 05.03.1986, Westinghouse Electric corp., Peterson and others) from mixtures containing them by discrete chromatographic process using liquid chromatographic columns, the stationary phase of the ion exchange resin and the mobile phase of the eluent solution and the successive separation of isotopes at the same time.

Недостатком является то, что для более эффективного разделения изотопов требуется большое количество хроматографических колонн, тем самым повышается время прохождения раствора, а также высокие требования к материалам и к самой конструкции резервуара за счет использования азотной кислоты.The disadvantage is that for more efficient isotope separation, a large number of chromatographic columns are required, thereby increasing the passage time of the solution, as well as high requirements for the materials and the tank design itself through the use of nitric acid.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и назначению является устройство для разделения изотопов гадолиния, описанный в способе (Патент RU №2167698, «Непрерывное стационарное хроматографическое разделение изотопов гадолиния (варианты)», МПК: B01D 59/30, G01N 30/96, публик.20.02.1999, Westinghouse Electric corp., Snyder, Peterson и др.). Устройство включает в себя хроматографическую колонну для заливки раствора ионов гадолиния и вымывающего раствора с подающими и выводящими раствор каналами, и размещенными в ней, ионообменниками Ионообменники выполнены из ионообменной смолы в виде монодисперсных шариков. Хроматографическая колонна выполнена кольцеобразной формы, а ее центральная полость ограничена внутренним цилиндром для приложения давления к слою смоляных шариков.The closest analogue in technical essence and purpose is the device for the separation of gadolinium isotopes described in the method (Patent RU No. 2167698, "Continuous stationary chromatographic separation of gadolinium isotopes (options)", IPC: B01D 59/30, G01N 30/96, the public. 02.20.1999, Westinghouse Electric corp., Snyder, Peterson, etc.). The device includes a chromatographic column for pouring a solution of gadolinium ions and a washout solution with channels supplying and outputting the solution, and ion exchangers placed therein. Ion exchangers are made of ion exchange resin in the form of monodisperse balls. The chromatographic column is made in an annular shape, and its central cavity is bounded by an inner cylinder for applying pressure to the layer of resin balls.

Проблемой известного решения является недостаточный для экономически оправданного промышленного получения гадолиния обогащенного по изотопу GdlS5, Gd157, коэффициент разделения, а также высокие требования к материалам и к самой конструкции хроматографической колонны. Также для более эффективного разделения требуется раствор гадолиния пропускать через колонну n-количество раз, что увеличивает время получения целевых изотопов.The problem of the known solution is insufficient for economically viable industrial production of gadolinium enriched in the isotope Gd lS5 , Gd 157 , the separation coefficient, as well as high requirements for materials and for the design of the chromatographic column. Also, for more efficient separation, a gadolinium solution is required to be passed n-times through the column, which increases the time to obtain the target isotopes.

Техническим результатом изобретения является существенное повышение коэффициента разделения изотопов за счет уменьшения потерь целевых изотопов, а также упрощение изготовления и снижение стоимости материалов при сохранении эксплуатационных характеристик (надежности, ресурса работы) за счет снижения требований к материалам и к самой конструкции из-за использования неагрессивного химически нейтрального раствора.The technical result of the invention is a significant increase in the isotope separation coefficient by reducing the loss of target isotopes, as well as simplifying the manufacture and reducing the cost of materials while maintaining operational characteristics (reliability, service life) by reducing the requirements for materials and the structure itself due to the use of non-aggressive chemically neutral solution.

Дополнительным техническим результатом является сокращение времени получения целевых изотопов.An additional technical result is the reduction of the time to obtain the target isotopes.

Указанный технический результат достигается в двух вариантах устройства для разделения изотопов гадолиния.The specified technical result is achieved in two versions of the device for the separation of isotopes of gadolinium.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в устройстве для разделения изотопов гадолиния, включающем хроматографическую колонну для заливки раствора ионов гадолиния с подающими и выводящими раствор каналами, и размещенными в ней ионообменниками, новым является то, что снаружи хроматографической колонны установлен, по крайней мере, один источник ультрафиолетового излучения (далее УФ излучения) постоянной мощности, при этом стенка колонны со стороны размещения источника выполнена прозрачной для УФ излучения, а в самой хроматографической колонне по всей ее длине выполнены отсеки для размещения ионообменников, которые установлены с зазором относительно друг друга и образованы стенками самой колонны и сетками, причем одна из стенок колонны выполнена разъемной.The specified technical result in the first embodiment is achieved by the fact that in a device for separating gadolinium isotopes, including a chromatographic column for pouring a solution of gadolinium ions with channels supplying and outputting the solution, and ion exchangers placed therein, it is new that at least the chromatographic column is installed at least one source of ultraviolet radiation (hereinafter UV radiation) of constant power, while the wall of the column from the side of the source is made transparent to UV radiation I, and in the chromatographic column itself, compartments for accommodating ion exchangers are made along its entire length, which are installed with a gap relative to each other and are formed by the walls of the column itself and grids, one of the walls of the column being made detachable.

В отсеках ионообменники могут быть размещены с чередованием катионо- и анионо-обменников.In the compartments, ion exchangers can be placed with alternating cation and anion exchangers.

Указанный технический результат во втором варианте достигается тем, что в устройстве для разделения изотопов гадолиния, включающем кольцеобразную хроматографическую колонну для заливки раствора ионов гадолиния с подающими и выводящими раствор каналами, и ионообменниками, размещенными в периферийном кольцеобразном пространстве колонны, новым является то, что снаружи кольцеобразной хроматографической колонны и внутри образованной ею полости установлен, по крайней мере, один источник УФ излучения постоянной мощности, при этом стенки колонны со сторон размещения источников выполнены прозрачными для УФ излучения, также на двух противоположных внутренних стенках периферийного кольцеобразного пространства хроматографической колонны по всей ее длине на разных уровнях выполнены под углом кольцевые выступы, направленные к дну колонны, при этом в кольцеобразной хроматографической колонне дополнительно установлены подающие и выводящие каналы для ионообменников.The specified technical result in the second embodiment is achieved by the fact that in the device for separating gadolinium isotopes, which includes an annular chromatographic column for pouring a solution of gadolinium ions with channels supplying and outputting the solution, and ion exchangers located in the peripheral annular space of the column, it is new that the ring is outside the chromatographic column and inside the cavity formed by it have at least one source of UV radiation of constant power, with the walls the columns on the sides of the sources are made transparent for UV radiation; also, on two opposite inner walls of the peripheral annular space of the chromatographic column along its entire length at different levels, annular protrusions directed to the bottom of the column are made at different angles, while in the ring-shaped chromatographic column, feed and output channels for ion exchangers.

В обеих вариантах устройства в качестве раствора ионов гадолиния может быть использован водный раствор хлорида гадолиния GdCl3, а в качестве источника УФ излучения постоянной мощности может быть использована эксимерная лампа.In both versions of the device, an aqueous solution of gadolinium chloride GdCl 3 can be used as a solution of gadolinium ions, and an excimer lamp can be used as a source of UV radiation of constant power.

Влияние отличительных признаков патентных формул на вышеуказанный технический результат.The influence of the distinguishing features of patent formulas on the above technical result.

Размещение снаружи и/или внутри хроматографической колонны, по крайней мере, одного источника ультрафиолетового излучения постоянной мощности и выполнение стенок колонны со сторон размещения источника прозрачной для УФ излучения, позволяет за счет спиновой эволюции ускорить процесс активации реакции изотопного обмена, что влияет на повышение коэффициента разделения изотопов, а также сокращает время их получения.Placing at least one constant-power ultraviolet radiation source outside and / or inside the chromatographic column and performing the walls of the column from the sides of the UV-transparent source allows the activation of the isotopic exchange reaction to be accelerated due to spin evolution, which affects the increase in the separation coefficient isotopes, and also reduces the time of their receipt.

Выполнение в хроматографической колонне по всей ее длине отсеков для размещения ионообменников, которые установлены с зазором относительно друг друга и образованы стенками самой колонны и сетками, причем одна из стенок колонны выполнена разъемной, позволяет поместить в замкнутый объем отдельно катионо- и анионо-обменники для упрощения дальнейшего отделения получившихся в результате фотолиза ионов.The implementation in the chromatographic column along its entire length of the compartments for the placement of ion exchangers, which are installed with a gap relative to each other and are formed by the walls of the column and grids, and one of the walls of the column is detachable, allows you to place separately in the closed volume cation and anion exchangers to simplify further separation of the ions resulting from photolysis.

Размещение в отсеках ионообменников с чередованием катионо- и анионо-обменников, обеспечивает равномерное извлечение из раствора катионов и анионов, влияющий также на коэффициент разделения.Placing ion-exchangers in the compartments with alternating cation and anion exchangers ensures uniform extraction of cations and anions from the solution, which also affects the separation coefficient.

Выполнение под углом кольцевых выступов на двух противоположных внутренних стенках периферийного кольцеобразного пространства хроматографической колонны по всей ее длине на разных уровнях и направленных к ее дну, позволяет придать необходимое направление движения ионообменникам, равномерно распределив их по всей длине колонны.Running at an angle of annular protrusions on two opposite inner walls of the peripheral annular space of the chromatographic column along its entire length at different levels and directed to its bottom, allows you to give the necessary direction of movement of the ion exchangers, evenly distributing them along the entire length of the column.

Установка дополнительных подающих и выводящих каналов для ионообменников, позволяет регулировать поток поступления ионообменников в хроматографическую колонну для более эффективного извлечения ионов из раствора.The installation of additional supply and output channels for ion exchangers allows you to adjust the flow of ion exchangers into the chromatographic column for more efficient extraction of ions from the solution.

В качестве раствора ионов гадолиния использование водного раствора хлорида гадолиния GdCl3, позволяет за счет неагрессивно-нейтральной ph-среды снизить требования к материалам и к самой конструкции. Также выбранный раствор обеспечивает низкое влияние других молекул на магнитный момент Gd, что также влияет на уменьшение потерь целевых изотопов.As a solution of gadolinium ions, the use of an aqueous solution of gadolinium chloride GdCl 3 makes it possible to reduce the requirements for materials and the structure itself due to a non-aggressive neutral ph-environment. Also, the selected solution provides a low effect of other molecules on the magnetic moment Gd, which also affects the reduction of the loss of the target isotopes.

Использование в качестве источника УФ излучения постоянной мощности эксимерной лампы, позволяет за счет достаточно широкой полосы в спектре излучения, перекрыть возможные отклонения в спектре поглощения Gd, обусловленные экранированием молекулами растворителя.The use of a constant excimer lamp power as a source of UV radiation allows, due to a sufficiently wide band in the radiation spectrum, to block possible deviations in the absorption spectrum of Gd due to screening by solvent molecules.

Предлагаемые конструкции вариантов реализации представлены на фиг. 1 и 2.The proposed construction of embodiments is shown in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства кюветы хроматографа с поочередным размещением ионообменников.In FIG. 1 shows the design of a chromatography cell device with alternate placement of ion exchangers.

На фиг. 2 представлена конструкция устройства кюветы хроматографа с кольцевыми выступами.In FIG. 2 shows the design of a chromatograph cuvette device with annular protrusions.

На фигурах позициями обозначены: 1 - хроматографическая колонна, 2 - катионообменник, 3 - анионообменник, 4 - источник УФ-излучения постоянной мощности, 5, 5а - подающие каналы, 6, 6а - выводящие каналы, 7 - сетка, 8 - кольцевые выступы.In the figures, the positions indicated: 1 — chromatographic column, 2 — cation exchanger, 3 — anion exchanger, 4 — constant power UV radiation source, 5, 5a — supply channels, 6, 6a — output channels, 7 — grid, 8 — annular protrusions.

В первом варианте реализации устройство представляет собой хроматографическую колонну 1 для заливки раствора ионов гадолиния с подающими 5 и выводящими 6 раствор каналами, и размещенными в ней ионообменниками. В колонне по всей ее длине размещают отсеки для размещения ионообменников 2,3, установленные с зазором относительно друг друга и образованные стенками самой колонны 1 и сетками 7, причем одна из стенок колонны выполнена разъемной для помещения и извлечения ионообменников. В отсеках ионообменники размещены с чередованием катионо- и анионо-обменников. При этом снаружи хроматографической колонны напротив зазора между отсеками установлены источники УФ излучения постоянной мощности 4 в виде эксимерных ламп. Стенка колонны со стороны размещения источников выполнены из прозрачного стекла.In the first embodiment, the device is a chromatographic column 1 for pouring a solution of gadolinium ions with feed channels 5 and 6 outputting the solution, and ion exchangers placed therein. In the column along its entire length, compartments for accommodating ion exchangers 2,3 are installed, installed with a gap relative to each other and formed by the walls of the column 1 and grids 7, and one of the walls of the column is detachable for placing and removing ion exchangers. In the compartments, ion exchangers are placed with alternating cation and anion exchangers. At the same time, outside the chromatographic column, opposite the gap between the compartments, UV radiation sources of constant power 4 are installed in the form of excimer lamps. The wall of the column from the source placement side is made of transparent glass.

Во втором варианте реализации устройство представляет собой кольцеобразную хроматографическую колонну 1 для заливки раствора ионов гадолиния с подающими 5 и выводящими 6 раствор каналами, и ионообменниками, размещенными в периферийном кольцеобразном пространстве колонны. Снаружи кольцеобразной хроматографической колонны и внутри образованной ею полости установлен источник УФ излучения постоянной мощности 4, при этом стенки колонны со сторон размещения источников выполнены прозрачными для УФ излучения. Также на двух противоположных внутренних стенках периферийного кольцеобразного пространства хроматографической колонны по всей ее длине на разных уровнях выполнены под углом кольцевые выступы 8, направленные к дну колонны. В кольцеобразной хроматографической колонне 1 дополнительно установлены подающие 5а и выводящие 6а каналы, для ионообменников.In the second embodiment, the device is an annular chromatographic column 1 for pouring a solution of gadolinium ions with supply channels 5 and 6 outputting the solution, and ion exchangers located in the peripheral annular space of the column. Outside of the annular chromatographic column and inside the cavity formed by it, a UV radiation source of constant power 4 is installed, while the walls of the column from the sides of the sources are made transparent to UV radiation. Also, on two opposite inner walls of the peripheral annular space of the chromatographic column along its entire length at different levels, annular protrusions 8 are directed at an angle to the bottom of the column. In the annular chromatographic column 1, feed channels 5a and output 6a are additionally installed for ion exchangers.

В обоих вариантах исполнения ионообменники представляют собой катионообменную и анионообменную смолы в виде монодисперсного распределения сферических шариков, имеющих средний размер приблизительно 10-50 мкм. и имеют обменную способность между 0,1 и 0,5 м-экв для катионов и анионов. В качестве вымывающего раствора для катионообменника используют лимонную или гликолевую кислоту с концентрацией 0,25М, а для анионообменника - гидроксид калия (КОН) с концентрацией 0.32М.In both embodiments, the ion exchangers are cation exchange and anion exchange resins in the form of a monodisperse distribution of spherical balls having an average size of about 10-50 microns. and have an exchange capacity between 0.1 and 0.5 mEq for cations and anions. Citric or glycolic acid with a concentration of 0.25 M is used as a washing solution for the cation exchanger, and potassium hydroxide (KOH) with a concentration of 0.32 M is used for the anion exchanger.

Подающий канал 5 выполнен в виде входного сопла для загрузки раствора ионов гадолиния, а подающий канал 5а - в виде входного сопла для загрузки ионообменников. Выводящий канал 6 выполнен в виде выходного сопла для вывода обедненного раствора ионов гадолиния, а выводящий канал 6а в виде выходного сопла для вывода ионообменников. В качестве раствора ионов гадолиния используют хлорид гадолиния (GdCl3), который растворяют в бидистиллированной воде до концентрации 2М.The feed channel 5 is made in the form of an inlet nozzle for loading a solution of gadolinium ions, and the feed channel 5a is in the form of an inlet nozzle for loading ion exchangers. The output channel 6 is made in the form of an output nozzle for outputting a depleted solution of gadolinium ions, and the output channel 6a in the form of an output nozzle for outputting ion exchangers. As a solution of gadolinium ions, gadolinium chloride (GdCl 3 ) is used, which is dissolved in bidistilled water to a concentration of 2M.

Для извлечения ионов из раствора необходимо выбрать конкретный тип ионообменника. Для разделения катионов (Gd3+) и анионов (Cl-) могут быть использованы как катионообменники (ионы Cd поглощаются, ионы Cl остаются в растворе), так и анионообменники (ионы Cl поглощаются, ионы Cd остаются в растворе). Для выделения Cd подходят марки сильнокислотных ионообменников: Dowex 50-Х8, Dowex AG 50W-X8, Dowex 50W-X12, Dowex 50-X16, КУ-2. Для выделения ионов Cl подходят следующие марки сильноосновных ионообменников: Dowex 1-Х4, Dowex 1-Х 10, Amberlite CG-400 в ОН-форме, Amberlite IRA-401, Amberlite SB-2 (ионообменная бумага), AB-17.To extract ions from a solution, you must select a specific type of ion exchanger. Both cation exchangers (Cd ions are absorbed, Cl ions remain in solution) and anion exchangers (Cl ions are absorbed, Cd ions remain in solution) can be used to separate cations (Gd 3+ ) and anions (Cl - ). For the extraction of Cd, brands of strongly acidic ion exchangers are suitable: Dowex 50-X8, Dowex AG 50W-X8, Dowex 50W-X12, Dowex 50-X16, KU-2. The following grades of strongly basic ion exchangers are suitable for the extraction of Cl ions: Dowex 1-X4, Dowex 1-X 10, Amberlite CG-400 in OH-form, Amberlite IRA-401, Amberlite SB-2 (ion-exchange paper), AB-17.

Устройство работает следующим образом. В первом варианте реализации (фиг. 1) в хроматографическую колонну через подающий канал 5 заливают раствор ионов гадолиния, содержащего смесь изотопов, который подвергают сначала непрерывному облучению источником УФ-излучения постоянной мощности 4. После чего раствор пропускают через катионообменник 2, затем снова раствор подвергают облучению УФ излучением и пропускают через анионообменник 3 и т.д. Во втором варианте реализации (фиг. 2) раствор ионов гадолиния, содержащего смесь изотопов, заливают в периферийное кольцеобразное пространство колонны через подающий канал 5 под давлением 1 атм. Туда же, через подающий канал 5а, регулируя поток, помещают катионо- и анионо-обменники 2,3, где они с помощью размещенных там кольцевых выступов равномерно распределяются по всей длине колонны. При этом внутри и снаружи колонны осуществляют непрерывное облучение источником УФ-излучения постоянной мощности 4.The device operates as follows. In the first embodiment (Fig. 1), a solution of gadolinium ions containing a mixture of isotopes is poured into the chromatographic column through a supply channel 5, which is first subjected to continuous irradiation with a constant-power UV radiation source 4. After that, the solution is passed through a cation exchanger 2, then the solution is again subjected irradiation with UV radiation and passed through anion exchanger 3, etc. In the second embodiment (Fig. 2), a solution of gadolinium ions containing a mixture of isotopes is poured into the peripheral annular space of the column through the supply channel 5 under a pressure of 1 atm. There, through the supply channel 5a, by regulating the flow, cationic and anionic exchangers 2,3 are placed, where they are uniformly distributed along the entire length of the column using the annular protrusions placed there. While inside and outside the column carry out continuous irradiation with a source of UV radiation of constant power 4.

Организацию регулируемого потока предусматривают изменением угла наклона хроматографической колонны, либо дозирующим устройством (на фиг не показано) на выходе из колонны, либо с возможностью организации избыточного давления в пределах 1 атм. Причем последовательность процесса непрерывного облучения и хроматографии повторяют до получения раствора с требуемым высоким коэффициентом разделения, либо с требуемым высоким сечением захвата тепловых нейтронов. Ход процесса разделения можно контролировать в выходном сопле путем измерения ph-среды. После прохождения через ионообменники всего объема раствора ионов гадолиния, залитого в кювету хроматографической колонны, осуществляют извлечение ионообменников из кюветы в отдельную емкость, где и осуществляют ее промывку. При необходимости процессы повторяют до получения требуемого коэффициента разделения, при котором учитывают суммарный вклад.The organization of the controlled flow is provided by changing the angle of inclination of the chromatographic column, either by a metering device (not shown in FIG.) At the outlet of the column, or with the possibility of organizing an overpressure within 1 atm. Moreover, the sequence of the process of continuous irradiation and chromatography is repeated until a solution is obtained with the required high separation coefficient, or with the required high capture cross section of thermal neutrons. The progress of the separation process can be monitored in the outlet nozzle by measuring the ph medium. After passing through the ion exchangers the entire volume of the gadolinium ion solution, poured into the cuvette of the chromatographic column, the ion exchangers are removed from the cuvette into a separate container, where it is washed. If necessary, the processes are repeated until the desired separation coefficient is obtained, in which the total contribution is taken into account.

Исходные реакции при фотолизе водного раствора хлорида гадолиния:Initial reactions during the photolysis of an aqueous solution of gadolinium chloride:

Gd157Cl3+hν→*Gdl57+3Cl- Gd 157 Cl 3 + hν → * Gd l57 + 3Cl -

H2O+hν→*Н+*ОН.H 2 O + hν → * H + * OH.

Для извлечения целевого изотопа из фазы раствора используется повторение процесса хроматографии.Repeating the chromatography process is used to extract the desired isotope from the solution phase.

Целевой изотоп в результате ионного обмена на сильнокислом катионообменнике будет концентрироваться в фазе смолыThe target isotope due to ion exchange on a strongly acidic cation exchanger will be concentrated in the resin phase

*Gd157++RH3→RGd157+3H* Gd 157 ++ RH 3 → RGd 157 + 3H

RH - катионообменник в Н-форме.RH is an H-cation exchanger.

что повышает эффективность разделения изотопов гадолиния.which increases the efficiency of the separation of isotopes of gadolinium.

Повторение процесса хроматографии и непрерывного облучения до получения раствора ионов гадолиния с кислотным или щелочным ph-фактором, способствует усилению эффекта разделения.Repeating the process of chromatography and continuous irradiation to obtain a solution of gadolinium ions with an acid or alkaline ph-factor, enhances the separation effect.

На предприятии проведено расчетно-теоретическое обоснование, смоделировано устройство и проведены эксперименты, которые показали, что за счет уменьшения потерь целевых изотопов, существенное повышение коэффициента разделения изотопов, а также упрощение изготовления и снижение себестоимости материалов при сохранении эксплуатационных характеристик (надежности, ресурса работы) за счет снижения требований к материалам и к самой конструкции из-за использования неагрессивного химически нейтрального раствора.A theoretical and theoretical justification was carried out at the enterprise, a device was modeled and experiments were carried out, which showed that by reducing the loss of the target isotopes, a significant increase in the isotope separation coefficient, as well as simplifying the manufacture and reducing the cost of materials while maintaining operational characteristics (reliability, service life) for by reducing the requirements for materials and the design itself due to the use of a non-aggressive chemically neutral solution.

Claims (5)

1. Устройство для разделения изотопов гадолиния, включающее хроматографическую колонну для заливки раствора ионов гадолиния с подающими и выводящими раствор каналами, и размещенными в ней ионообменниками, отличающееся тем, что снаружи хроматографической колонны установлен, по крайней мере, один источник ультрафиолетового излучения (далее УФ излучения) постоянной мощности, при этом стенка колонны со стороны размещения источника выполнена прозрачной для УФ излучения, а в самой хроматографической колонне по всей ее длине выполнены отсеки для размещения ионообменников, которые установлены с зазором относительно друг друга и образованы стенками самой колонны и сетками, причем одна из стенок колонны выполнена разъемной.1. A device for separating gadolinium isotopes, including a chromatographic column for pouring a solution of gadolinium ions with channels supplying and outputting the solution, and ion exchangers placed therein, characterized in that at least one source of ultraviolet radiation (hereinafter UV radiation) is installed outside the chromatographic column ) constant power, while the wall of the column from the side of the source is transparent to UV radiation, and in the chromatographic column along its entire length, a compartment is made for placement of ion exchangers which are installed with a gap relative to each other and formed by walls of the grids and the column itself, and one of the column wall is made detachable. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в отсеках ионообменники размещены с чередованием катионо- и анионообменников.2. The device according to p. 1, characterized in that the compartments of the ion exchangers are placed with alternating cation and anion exchangers. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве раствора ионов гадолиния используют водный раствор хлорида гадолиния GdCl3, а в качестве источника УФ излучения постоянной мощности используют эксимерную лампу.3. The device according to claim 1, characterized in that an aqueous solution of gadolinium chloride GdCl 3 is used as a solution of gadolinium ions, and an excimer lamp is used as a source of UV radiation of constant power. 4. Устройство для разделения изотопов гадолиния, включающее кольцеобразную хроматографическую колонну для заливки раствора ионов гадолиния с подающими и выводящими раствор каналами, и ионообменниками, размещенными в периферийном кольцеобразном пространстве колонны, отличающееся тем, что снаружи кольцеобразной хроматографической колонны и внутри образованной ею полости установлен, по крайней мере, один источник УФ излучения постоянной мощности, при этом стенки колонны со сторон размещения источников выполнены прозрачными для УФ излучения, также на двух противоположных внутренних стенках периферийного кольцеобразного пространства хроматографической колонны по всей ее длине на разных уровнях выполнены под углом кольцевые выступы, направленные к дну колонны, при этом в кольцеобразной хроматографической колонне дополнительно установлены подающие и выводящие каналы для ионообменников.4. A device for separating gadolinium isotopes, including an annular chromatographic column for pouring a solution of gadolinium ions with supply and outlet channels, and ion exchangers located in the peripheral annular space of the column, characterized in that it is installed on the outside of the annular chromatographic column and inside the cavity formed by it at least one source of constant-power UV radiation, while the walls of the column from the sides of the source are transparent to UV cheniya also on two opposite inner walls of the peripheral annular space of the chromatographic column along its entire length at different levels angled annular projections directed towards the bottom of the column, while in addition annular chromatographic column installed and the feed channels for deducing ion exchangers. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в качестве раствора ионов гадолиния используют водный раствор хлорида гадолиния GdCl3, а в качестве источника УФ излучения постоянной мощности используют эксимерную лампу.5. The device according to claim 4, characterized in that an aqueous solution of gadolinium chloride GdCl 3 is used as a solution of gadolinium ions, and an excimer lamp is used as a source of UV radiation of constant power.
RU2019114835A 2019-05-14 2019-05-14 Device for separation of gadolinium isotopes (versions) RU2711124C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114835A RU2711124C1 (en) 2019-05-14 2019-05-14 Device for separation of gadolinium isotopes (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114835A RU2711124C1 (en) 2019-05-14 2019-05-14 Device for separation of gadolinium isotopes (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2711124C1 true RU2711124C1 (en) 2020-01-15

Family

ID=69171589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019114835A RU2711124C1 (en) 2019-05-14 2019-05-14 Device for separation of gadolinium isotopes (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2711124C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0173484A2 (en) * 1984-08-06 1986-03-05 Westinghouse Electric Corporation Process for the separation of gadelinium isotopes
RU2167698C2 (en) * 1994-06-23 2001-05-27 Вестингхауз Электрик Компани Ллс Continuous stationary chromatographic separation of cadolinium isotopes (versions)
RU2273511C2 (en) * 2001-01-05 2006-04-10 Фраматом Анп Method for separating isotopes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0173484A2 (en) * 1984-08-06 1986-03-05 Westinghouse Electric Corporation Process for the separation of gadelinium isotopes
RU2167698C2 (en) * 1994-06-23 2001-05-27 Вестингхауз Электрик Компани Ллс Continuous stationary chromatographic separation of cadolinium isotopes (versions)
RU2273511C2 (en) * 2001-01-05 2006-04-10 Фраматом Анп Method for separating isotopes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5364527A (en) Apparatus and process for treating water
US5407580A (en) Process for separating acid-sugar mixtures using ion exclusion chromatography
EP2338840B1 (en) Condensate treatment system
US20090218289A1 (en) Radionuclide resins
JPS5927204B2 (en) Ion exchange and electrodialysis combined liquid purification method and device
CN101898090A (en) Electrodeionization method and device with hydrodynamic flow splitting
RU2711124C1 (en) Device for separation of gadolinium isotopes (versions)
CN107004450A (en) Method and apparatus for reclaiming radionuclide from the resin material after
US5024749A (en) System and method for continuous separation of isotopes
JP2735232B2 (en) Liquid treatment method
Ban et al. Chromatographic separation of lithium isotopes with silica based monobenzo-15-crown-5 resin
CN113707354A (en) Comprises239Pu、90Sr and137electrochemical separation and fixation method for large-volume radioactive waste liquid of Cs
JPH07299304A (en) Method and device for continuous separation of boron isotope
RU2167698C2 (en) Continuous stationary chromatographic separation of cadolinium isotopes (versions)
CN105617982B (en) In a kind of removal radioactive water110mInorganic adsorbent of Ag and preparation method thereof
CN101051534A (en) Method for treating water containing low radioactivity
US20090294367A1 (en) Method and apparatus for condensate demineralization
JP6879966B2 (en) Electrolytic reagent concentrator for ion chromatography
KR101938787B1 (en) Column device for ion exchange resin for reducing regeneration chemicals and operating method thereof
CN105427912A (en) Method for separating boron and radionuclides in radioactive wastewater
US5183548A (en) System and method for continuous separation of isotopes
Nott Electrodialytic decontamination of spent ion exchange resins
KR102453558B1 (en) Apparatus for Treating Radioactive Chemical Waste And Method for Treating Radioactive Chemical Waste
US20100111800A1 (en) PRODUCTION OF NUCLEAR GRADE ENRICHED GADOLINIUM AND ERBIUM USING VOLATILE Gd OR Er SPECIES USING AN AERODYNAMIC PROCESS
CN221500729U (en) Electrochemical water treatment device with porous adsorption plate