RU2777963C2 - METHOD FOR ARTIFICIAL PRODUCTION OF ISOTOPE Os-187 - Google Patents

METHOD FOR ARTIFICIAL PRODUCTION OF ISOTOPE Os-187 Download PDF

Info

Publication number
RU2777963C2
RU2777963C2 RU2020142294A RU2020142294A RU2777963C2 RU 2777963 C2 RU2777963 C2 RU 2777963C2 RU 2020142294 A RU2020142294 A RU 2020142294A RU 2020142294 A RU2020142294 A RU 2020142294A RU 2777963 C2 RU2777963 C2 RU 2777963C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
isotope
isotopes
rhenium
nucleus
nuclei
Prior art date
Application number
RU2020142294A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020142294A (en
Inventor
Игорь Александрович Гладков
Эдуард Васильевич Серга
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации
Publication of RU2020142294A publication Critical patent/RU2020142294A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2777963C2 publication Critical patent/RU2777963C2/en

Links

Abstract

FIELD: nuclear technologies.
SUBSTANCE: invention relates to the field of nuclear technologies; it can be used for the production of rear and valuable osmium isotope Os-187. A method for the artificial production of isotope Os-187 includes the irradiation of rhenium isotopes with a stream of charged particles. Natural rhenium is divided into isotopes Re-185 and Re-187. Isotope Re-185 is irradiated with a deuteron stream, and isotope Re-187 is irradiated with a proton stream.
EFFECT: invention allows for the artificial production of osmium isotope Os-187 from natural rhenium isotopes.
1 cl

Description

Изобретение относится к области ядерных технологий и может быть использовано для получения ценных изотопов химических элементов искусственным путем.The invention relates to the field of nuclear technology and can be used to obtain valuable isotopes of chemical elements artificially.

В заявке на изобретение рассматривается получение изотопа осмия Os-187 искусственным путем. Осмий - драгоценный металл, получаемый вследствие сложного процесса извлечения при переработке руды. Состоит из семи изотопов. Самый ценный изотоп Os-187, доля которого в природном осмии составляет 1.96%. Ввиду того, что все изотопы осмия обладают почти одинаковой температурой плавления и кипения, твердостью и прочностью, отделение Os-187 от основного металла является достаточно сложной задачей.The application for the invention considers the production of the osmium isotope Os-187 by artificial means. Osmium is a precious metal obtained as a result of a complex extraction process during the processing of ore. Consists of seven isotopes. The most valuable isotope is Os-187, whose share in natural osmium is 1.96%. Due to the fact that all osmium isotopes have almost the same melting and boiling point, hardness and strength, separating Os-187 from the base metal is a rather difficult task.

В связи с изложенным большой практический интерес представляет возможность получения изотопа Os-187 искусственным путем.In connection with the above, the possibility of obtaining the Os-187 isotope artificially is of great practical interest.

В настоящее время установлено, что получение искусственным путем химических элементов и их изотопов возможно только в результате ядерных реакций, сопровождающихся превращением ядер. Так, например, первые трансурановые элементы с номерами 93-100 были получены путем облучения урановой мишени потоком нейтронов. При этом процесс поглощения нейтронов сопровождался основными видами радиоактивных излучений, включая вылет электронов (бета-распад), вылет гелионов (альфа-распад), излучение квантов электромагнитной энергии (гамма-излучение).It has now been established that the production of chemical elements and their isotopes by artificial means is possible only as a result of nuclear reactions accompanied by the transformation of nuclei. So, for example, the first transuranium elements with numbers 93-100 were obtained by irradiating a uranium target with a neutron flux. At the same time, the process of neutron absorption was accompanied by the main types of radioactive radiation, including the emission of electrons (beta decay), the emission of helions (alpha decay), and the emission of electromagnetic energy quanta (gamma radiation).

Опытные данные по синтезу трансурановых элементов дают основание считать, что радиоактивные излучения связаны с происходящими внутри ядра процессами «переработки» нейтронов в другие частицы, в конечном счете в гелионы. Гелионы не превращаются в какие-либо другие частицы. Поэтому они по достижении определенного предела могут покинуть ядро. Согласно современным представлениям, ядра состоят из протонов и нейтронов. Однако вылет гелионов из ядер говорит о том, что существующие представления о составе недостаточно точно отражают физическую реальность.Experimental data on the synthesis of transuranium elements give reason to believe that radioactive emissions are associated with the processes of "processing" of neutrons into other particles, ultimately into helions, occurring inside the nucleus. Helions do not turn into any other particles. Therefore, upon reaching a certain limit, they can leave the core. According to modern concepts, nuclei are made up of protons and neutrons. However, the flight of helions from the nuclei suggests that the existing ideas about the composition do not accurately reflect the physical reality.

Результаты работ по синтезу трансурановых элементов дают основание считать, что искусственным путем можно получать также драгоценные металлы. В США проводились эксперименты по получению золота из ртути. С этой целью облучали быстрыми нейтронами соседние с золотом элементы: ртуть и платину. Но платина тоже драгоценный металл, поэтому практическое значение могло бы иметь получение золота из ртути. В 1941 г. группа американских физиков заявила о результатах получения золота из ртути. Были получены изотопы золота с номерами 198, 199, 200. Однако эти изотопы не были устойчивы как природный изотоп золота Аu-197. Через несколько часов или дней они снова превращались в изотопы ртути с теми же массовыми числами [1].The results of work on the synthesis of transuranium elements give reason to believe that precious metals can also be obtained artificially. In the United States, experiments were carried out to obtain gold from mercury. For this purpose, elements adjacent to gold were irradiated with fast neutrons: mercury and platinum. But platinum is also a precious metal, so obtaining gold from mercury could be of practical importance. In 1941, a group of American physicists announced the results of obtaining gold from mercury. Gold isotopes with numbers 198, 199, 200 were obtained. However, these isotopes were not stable as the natural gold isotope Au-197. After a few hours or days, they again turned into mercury isotopes with the same mass numbers [1].

Таким образом, для получения драгоценных металлов искусственным путем необходимы новые подходы, основанные на более глубоком понимании процесса превращения ядер химических элементов, включая превращение нейтронов в другие частицы, в конечном счете, в гелионы.Thus, to obtain precious metals artificially, new approaches are needed based on a deeper understanding of the process of transformation of the nuclei of chemical elements, including the transformation of neutrons into other particles, ultimately into helions.

При обосновании предлагаемого способа получения изотопа Os-187 была использована гелион-тритонная (альфа-частичная) модель ядра, предложенная Полингом [2]. Согласно этой модели, нуклоны в ядрах сгруппированы в кластеры. В основном это гелионы и тритоны.When substantiating the proposed method for obtaining the Os-187 isotope, the helion-triton (alpha-particle) model of the nucleus proposed by Pauling [2] was used. According to this model, nucleons in nuclei are grouped into clusters. Mostly helions and tritons.

Как показал анализ изотопов различных химических элементов, ядра стабильных изотопов действительно состоят из гелионов и тритонов (как в модели Полинга). Изотопы, ядра которых содержат другие частицы (нейтрон, протон, дейтрон), радиоактивны. Тогда состав ядер стабильных изотопов можно определить по формулам, определяющим состав ядра по заданным значения массового числам и заряда Z [3]:As the analysis of the isotopes of various chemical elements has shown, the nuclei of stable isotopes do indeed consist of helions and tritons (as in the Pauling model). Isotopes whose nuclei contain other particles (neutron, proton, deuteron) are radioactive. Then the composition of the nuclei of stable isotopes can be determined by the formulas that determine the composition of the nucleus from the given mass numbers and charge Z [3]:

- число тритонов: Nt=А-2Z;- number of newts: N t =A-2Z;

- число гелионов:

Figure 00000001
- number of helions:
Figure 00000001

Зная состав ядра стабильного изотопа, можно определить составы ядер ближайших к нему изотопов, отличающихся величиной А. Если А меньше на 1, то это означает, что один тритон замещен дейтроном, если А меньше на 2, то это означает, что один тритон замещен протоном. Если А больше на 1, то это означает, что в составе ядра есть 1 нейтрон, если А больше на 2, то в составе ядра 2 нейтрона. Таким образом, с использованием полученных формул можно определить составы ядер мишени и изотопа элемента, который хотим получить. На основании этих данных выбираем способ воздействия на мишень с целью получения нужного изотопа.Knowing the composition of the nucleus of a stable isotope, it is possible to determine the compositions of the nuclei of the isotopes closest to it, which differ in the value of A. If A is less than 1, then this means that one triton is replaced by a deuteron, if A is less than 2, then this means that one triton is replaced by a proton . If A is greater by 1, then this means that there is 1 neutron in the nucleus, if A is greater by 2, then there are 2 neutrons in the nucleus. Thus, using the obtained formulas, it is possible to determine the compositions of the target nuclei and the isotope of the element that we want to obtain. Based on these data, we choose a method of influencing the target in order to obtain the desired isotope.

Природный рений, используемый как мишень для получения изотопа осмия Os-187 искусственным путем, состоит из двух изотопов: Re-185 (доля 37.4%) и Re-187 (доля 62.6%). Для получения изотопа Os-187 можно использовать оба изотопа рения в качестве мишени.Natural rhenium, used as a target for artificial production of the osmium isotope Os-187, consists of two isotopes: Re-185 (37.4% share) and Re-187 (62.6% share). To obtain the Os-187 isotope, both rhenium isotopes can be used as targets.

Ядра изотопов мишени имеют такие составы:Target isotope nuclei have the following compositions:

Re-185: 20α+35t и Re-187: 20α+35t+2n.Re-185: 20α+35t and Re-187: 20α+35t+2n.

Ядро получаемого изотопа Os-187 может иметь такой состав:The core of the resulting isotope Os-187 can have the following composition:

20α+35t+d.20α+35t+d.

Здесь α - ядро изотопа гелия Не(4,2), t - тритон, ядро изотопа водорода трития H(3,1), d - дейтрон, ядро изотопа водорода дейтерия Н(2,1).Here α is the nucleus of the helium isotope He (4.2), t is the triton, the nucleus of the hydrogen isotope of tritium H (3.1), d is the deuteron, the nucleus of the hydrogen isotope of deuterium H (2.1).

Изотоп рения Re-187 имеет два важных отличия от изотопа Re-185, которые могут быть использованы. Первое - его относительно большая доля в составе природного рения (62.6%). Второе - наличие в составе двух свободных нейтронов, которые можно превратить в дейтрон в результате реакции 2n→d+e. Этот процесс происходит при радиоактивном распаде Re-187. Период полураспада Re-187, завершающийся его превращением в Os-187, составляет 4.5*1010 лет. Таким образом, задача состоит в том, чтобы этот медленный естественный процесс ускорить и довести сроки получения Os-187 из Re-187, приемлемые для промышленного производства.The rhenium isotope Re-187 has two important differences from the isotope Re-185 that can be used. The first is its relatively large share in the composition of natural rhenium (62.6%). The second is the presence of two free neutrons in the composition, which can be converted into a deuteron as a result of the reaction 2n→d+e. This process occurs during the radioactive decay of Re-187. The half-life of Re-187, culminating in its transformation into Os-187, is 4.5*10 10 years. Thus, the task is to speed up this slow natural process and bring the terms for obtaining Os-187 from Re-187 acceptable for industrial production.

Для этого необходимо ядра мишени привести в возбужденное состояние, при котором возможно слияние находящихся в ядре Re-187 двух свободных нейтронов и превращения их в дейтрон: 2n→d+е↑. (Символ «↑» означает вылет частицы из ядра). Эту задачу можно решить с использованием потока протонов (или других тяжелых заряженных частиц: дейтронов, гелионов), направленных на мишень. При прохождении пучка заряженных частиц через мишень происходит переход ядер из основного (невозбужденного) состояния в возбужденное состояние в результате кулоновского взаимодействия с налетающей частицей. Оно наиболее отчетливо проявляется в том случае, когда энергия налетающей частицы не слишком велика, так что частица не может попасть в ядро. Кулоновское возбуждение проявляется и при больших (по сравнению с размерами ядра) расстояниях между частицей и ядром.To do this, it is necessary to bring the target nuclei into an excited state, in which it is possible to merge two free neutrons located in the Re-187 nucleus and turn them into a deuteron: 2n→d+e↑. (The symbol "↑" means the departure of a particle from the nucleus). This problem can be solved using a stream of protons (or other heavy charged particles: deuterons, helions) directed at the target. When a beam of charged particles passes through a target, nuclei pass from the ground (unexcited) state to an excited state as a result of the Coulomb interaction with the incident particle. It manifests itself most clearly in the case when the energy of the incident particle is not too high, so that the particle cannot enter the nucleus. Coulomb excitation also manifests itself at large (compared to the size of the nucleus) distances between the particle and the nucleus.

Вероятность ядерных реакций в возбужденных ядрах может быть значительно выше, чем в их основном состоянии. Измерение эффективного сечения кулоновского возбуждения измеряется либо путем регистрации рассеянных налетающих частиц, либо путем регистрации электронов, испускаемых возбужденным ядром.The probability of nuclear reactions in excited nuclei can be much higher than in their ground state. The measurement of the effective cross section of the Coulomb excitation is measured either by detecting scattered incident particles or by detecting electrons emitted by an excited nucleus.

Получить Os-187 можно также при облучении изотопа Re-185 потоком дейтронов. При попадании в ядро Re-185 дейтрона и его захвате оно превращается в ядро Os-187. Для этого необходимо, чтобы энергия дейтрона была достаточной для преодоления сил кулоновского отталкивания. Она характеризуется величиной кулоновского барьера Eq. Расчетная величина Eq составляет 13.6 Мэв.Os-187 can also be obtained by irradiating the Re-185 isotope with a deuteron flux. When a deuteron enters the Re-185 nucleus and captures it, it turns into the Os-187 nucleus. This requires that the energy of the deuteron be sufficient to overcome the forces of Coulomb repulsion. It is characterized by the value of the Coulomb barrier Eq. The calculated value of Eq is 13.6 MeV.

Величину Eq следует рассматривать как ориентировочную, т.е. энергию, которая остается после потерь энергии дейтрона на возбуждение ядер мишени и ионизацию.The value of Eq should be considered as indicative, i.e. the energy that remains after the loss of deuteron energy for the excitation of target nuclei and ionization.

Существуют различные способы разделения изотопов химических элементов. В частности, для изотопов рения может быть использован способ их разделения в электромагнитном сепараторе, который обеспечивает высокую чистоту обогащенных изотопов: по Re-185 -97.6%, по Re-187 - 99.6% [4].There are various ways to separate isotopes of chemical elements. In particular, for rhenium isotopes, the method of their separation in an electromagnetic separator can be used, which provides a high purity of enriched isotopes: 97.6% for Re-185, 99.6% for Re-187 [4].

В связи с возможностью получения отдельных изотопов рения с высокой чистотой как основной подход будем рассматривать предварительное разделение природного рения на изотопы перед их использованием в качестве мишени для получения изотопа Os-187 искусственным путем.In connection with the possibility of obtaining individual isotopes of rhenium with high purity, as the main approach, we will consider the preliminary separation of natural rhenium into isotopes before using them as a target for obtaining the Os-187 isotope artificially.

Технический результат изобретения заключается в том, что в результате осуществляемых ядерных реакций синтеза получают изотоп осмия Os-187 из изотопов рения: Re-185 и Re-187.The technical result of the invention is that as a result of the ongoing nuclear fusion reactions, the osmium isotope Os-187 is obtained from the isotopes of rhenium: Re-185 and Re-187.

Технический результат достигается тем, что разделяют природный рений на составляющие его изотопы Re-185 и Re-187, изотоп Re-185 облучают потоком дейтронов, изотоп Re-187 облучают потоком протонов.The technical result is achieved by separating natural rhenium into its constituent isotopes Re-185 and Re-187, the Re-185 isotope is irradiated with a deuteron flux, the Re-187 isotope is irradiated with a proton flux.

ИсточникиSources

1. Гофман К. Можно ли сделать золото? Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов. 1987. Электронная библиотека. Modern Lib. Net.1. Hoffman K. Is it possible to make gold? Fraudsters, deceivers and scientists in the history of the chemical elements. 1987. Electronic library. modern lib. Net.

2. Полинг Л. Общая химия. Пер. с англ. - М., «МИР». 1974. - 846 стр.2. Pauling L. General chemistry. Per. from English. - M., "MIR". 1974. - 846 pages.

3. Серга Э.В. О новой теории изотопов // Двойные технологии. - М., 2014, №2. С. 32-44.3. Serga E.V. On the new theory of isotopes // Double technologies. - M., 2014, No. 2. pp. 32-44.

4. Поляков Л.А. Способ разделения изотопов рения в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов. Патент RU 2 158 167 С1. Начало действия 07.10.1999. Владелец патента Комбинат «Электроприбор».4. Polyakov L.A. A method for separating rhenium isotopes in an electromagnetic separator using an ion source. Patent RU 2 158 167 C1. Start of action 07.10.1999. The owner of the patent is the Elektropribor Combine.

Claims (1)

Способ получения изотопа Os-187 искусственным путем, заключающийся в облучении потоком заряженных частиц изотопов рения, отличающийся тем, что разделяют природный рений на составляющие его изотопы Re-185 и Re-187, изотоп Re-185 облучают потоком дейтронов, изотоп Re-187 облучают потоком протонов.A method for producing the Os-187 isotope artificially, which consists in irradiating rhenium isotopes with a stream of charged particles, characterized in that natural rhenium is separated into its constituent Re-185 and Re-187 isotopes, the Re-185 isotope is irradiated with a deuteron stream, the Re-187 isotope is irradiated flow of protons.
RU2020142294A 2020-12-21 METHOD FOR ARTIFICIAL PRODUCTION OF ISOTOPE Os-187 RU2777963C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020142294A RU2020142294A (en) 2022-06-21
RU2777963C2 true RU2777963C2 (en) 2022-08-12

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU715485A1 (en) * 1977-09-28 1980-02-15 Московский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им. М.В.Ломоносова Method of isolating rhenium isotopes from alpha-particle irradiated tungsten terget
RU2039104C1 (en) * 1993-12-27 1995-07-09 Виктор Иванович Петрик Method of metallic radiogenic osmium-187 isolation from rhenium-containing poor and ultrapoor ores
RU2158167C1 (en) * 1999-10-07 2000-10-27 Комбинат "Электрохимприбор" Process of separation of isotopes of rhenium in electromagnetic separator with use of ion source
US9431139B2 (en) * 2010-05-20 2016-08-30 Péter Teleki Method of utilizing nuclear reactions of neutrons to produce primarily lanthanides and/or platinum metals
WO2020190978A1 (en) * 2019-03-20 2020-09-24 Aquarius Energy, Inc. Systems and methods for nuclear fusion

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU715485A1 (en) * 1977-09-28 1980-02-15 Московский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им. М.В.Ломоносова Method of isolating rhenium isotopes from alpha-particle irradiated tungsten terget
RU2039104C1 (en) * 1993-12-27 1995-07-09 Виктор Иванович Петрик Method of metallic radiogenic osmium-187 isolation from rhenium-containing poor and ultrapoor ores
RU2158167C1 (en) * 1999-10-07 2000-10-27 Комбинат "Электрохимприбор" Process of separation of isotopes of rhenium in electromagnetic separator with use of ion source
US9431139B2 (en) * 2010-05-20 2016-08-30 Péter Teleki Method of utilizing nuclear reactions of neutrons to produce primarily lanthanides and/or platinum metals
WO2020190978A1 (en) * 2019-03-20 2020-09-24 Aquarius Energy, Inc. Systems and methods for nuclear fusion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bonetti et al. Cluster radioactivity: an overview after twenty years
US9443629B2 (en) Techniques for on-demand production of medical isotopes such as Mo-99/Tc-99m and radioactive iodine isotopes including I-131
Stoyer et al. Chemical identification of a long-lived isotope of dubnium, a descendant of element 115
US20150332799A1 (en) Methods and apparatus for the production of isotopes
Kettern et al. Radiochemical studies relevant to the production of 86Y and 88Y at a small-sized cyclotron
Hall et al. Delayed fission
RU2777963C2 (en) METHOD FOR ARTIFICIAL PRODUCTION OF ISOTOPE Os-187
Harada et al. Study of Neutron Capture Reactions Using the 4p Ge Spectrometer
Rubchenya et al. Production of neutron rich isotopes in fission. A study for RNB facilities
Brandt et al. Accelerator driven systems for transmutation and energy production: challenges and dangers: In memoriam BA Kulakov (Dubna, Russia)–a leader in these investigations
Yoshioka et al. Accelerator-driven systems
Crane et al. New Isotope Protactinium-237
CN110335697B (en) High abundance98Tc preparation method
Roberto et al. Actinide targets for the synthesis of superheavy nuclei
Eberhardt 3 Elemental analysis by neutron activation: NAA
Benyo et al. LENR Products: Lattice Confinement Fusion (LCF), Fission, or Both?
Miller Electron scattering provides a long-awaited view of unstable nuclei
Bengus et al. Azimuthal effects in the fragmentation of relativistic nuclei
Quach et al. Theoretical calculation and simulation of 99m Tc production process by neutron irradiation of MoO 3 wire using MCNPX code
Seaborg Nuclear synthesis and identification of new elements
Tanchak et al. Transmutation of 239 Pu irradiated by 660 MeV protons
Morgenstern et al. Measurement and modeling of the cross sections for the reaction 230 Th (3 He, 3 n) 230 U
Luo Preparation of Radionuclides
Guglielmetti Nuclear astrophysics and LUNA MV
Kotikov et al. Investigation of the mechanism of the reaction. gamma.+/sup 7/Li.-->. p+ t+ t at E/sub. gamma./less than or equal to27MeV