СПОСОБ ФОТОХИМИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ РТУТИ Российский патент 1997 года по МПК B01D59/34 C01G13/00 

Изобретение относится к оптическим методам разделения изотопов и может быть использовано в разделительной промышленности.

Известен способ фотохимического разделения изотопов ртути [1] Этот способ заключается в том, что пары ртути с веществом-окислителем облучают светом ртутной лампы и осуществляют фотохимическую реакцию окисления ртути. В качестве окислителя используют фтористый метил.

Этот способ не позволяет разделить все изотопы ртути, не может обеспечить высокие производительность и степень обогащения изотопов.

Наиболее близким к изобретению является способ фотохимического разделения изотопов ртути, включающий облучение и возбуждение атомов ртути светом с длиной волны 253,7 нм и осуществление фотохимической реакции с возбужденными атомами ртути [2]
Данный способ не может обеспечить разделения всех изотопов ртути, высокую производительность и степень обогащения изотопов.

Цель изобретения обеспечение возможности разделения всех изотопов ртути при сохранении высокой производительности и степени обогащения изотопов; выделение изотопов Hg-198, Hg-201, Hg-199 и Hg-204, компоненты которых в сверхтонкой структуре линии 253,7 нм перекрываются. Выделение указанных изотопов с сохранением их степени обогащения стало возможным благодаря увеличению расстояния между компонентами целевого изотопа и примесных изотопов.

Цель достигается тем, что атомы ртути облучают светом ртутной лампы в присутствии кислорода и бутадиена и извлекают целевые изотопы, причем атомы ртути облучают светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-109 с получением смеси изотопов, обедненной по изотопам Hg-198 и Hg-201 и обогащенной по этим изотопам, из которой извлекают смесь изотопов Hg-198 и Hg-201, которые разделяют, облучая светом с длиной волны, соответствующей излучению изотопов Hg-199 и/или Hg-204.

Смесь, обедненную по изотопам Hg-198 и Hg-201, облучают светом с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-199 и/или Hg-204 с получением смеси изотопов, обедненной по изотопам Hg-199 и Hg-204 и обогащенной по этим изотопам, из которой извлекают изотопы Hg-199 и Hg-204, облучая ее светом с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-196.

Смесь, обедненную по изотопам Hg-198 и Hg-201, облучают светом с длиной волны, соответствующей излучению изотопов Hg-196 и/или Hg-200 и/или Hg-202 с получением смеси изотопов Hg-199 и Hg-204.

В научно-технической литературе описаны реакции возбужденных атомов ртути с HCl, CH₃Cl, HJ, HBr и т.п. Однако наибольшее применение на практике получила реакция возбужденных атомов ртути с кислородом в присутствии бутадиена 1,3.

На фиг. 1 представлена сверхтонкая структура резонансной линии ртути 253,7 нм с учетом реальных факторов уширения в условиях разделения.

На фиг.2 представлены:
а) линия излучения лампы, наполненной изотопом Hg-198,
б) линия поглощения отвала,
в) линия поглощения смеси изотопов Hg-198, Hg-201.

На фиг.3 представлены:
а) линия излучения лампы, наполненной изотопом Hg-199,
б) линия излучения лампы, наполненной изотопом Hg-204,
в) линия поглощения отвала,
г) линия поглощения смеси изотопов Hg-199 и Hg-204.

На фиг.4 представлены линия поглощения смеси изотопов Hg-199 и Hg-204 и линия излучения лампы, наполненной изотопом Hg-196 с различной шириной контура.

На фиг. 1 видно, что, облучая атомы ртути даже достаточно узкой линией излучения, можно селективно возбудить лишь изотопы Hg-196, Hg-200 и Hg-202. Изотопы Hg-198, Hg-199, Hg-201 и Hg-204 могут быть возбуждены лишь группами: (Hg-199, Hg-204 и Hg-201), (Hg-198 и Hg-201), (Hg-199 и Hg-201).

На первом этапе пары ртути обладают лампой, наполненной изотопом Hg-198 (фиг. 2а) и извлекают смесь изотопов Hg-198 и Hg-201 (фиг.2в). На этом этапе важно достичь максимального извлечения из отвала (фиг.2б) указанной смеси изотопов, так как компоненты линии поглощения изотопа Hg-201 практически совпадают с линиями поглощения изотопов Hg-199 и Hg-204.

На втором этапе осуществляют либо разделение изотопов Hg-198 и Hg-201, либо извлекают из полученного на первом этапе отвала смесь изотопов Hg-199 и Hg-204. На этом этапе в качестве источника света берут лампу, наполненную изотопом Hg-199 (фиг.3а) или Hg-204 (фиг.3б).

Из отвала второго этапа (фиг.3в) можно выделить изотопы Hg-200, Hg-202 и Hg-196, взяв в качестве источника света лампы, наполненные этими изотопами соответственно.

Следует отметить, что выделение смеси изотопов Hg-199 и Hg-204 (фиг.3г) можно осуществить, обедняя отвальную ртуть первого этапа изотопами Hg-196, Hg-200 и Hg-202, воздействуя на них светом ламп, наполненных изотопами Hg-196, Hg-200 и Hg-202 соответственно или их смесью.

Используя для извлечения изотопа Hg-199 из смеси изотопов лампу, наполненную изотопом Hg-196 (фиг. 4), необходимо выбрать режим ее работы, например температуру, такими, чтобы возбуждение изотопа Hg-199 осуществлялось бы максимально эффективно.

Легко заметить, что на первом этапе можно использовать ртуть, обедненную по изотопам Hg-196- Hg-200 и Hg-202 или их смеси.

П р и м е р 1. Выделение изотопов Hg-198 и Hg-201 осуществляют в несколько циклов обогащения, применяя в качестве источника света лампу низкого давления, наполненную изотопом Hg-198. В каждом последующем цикле обогащения в качестве сырья берут обогащенную ртуть, полученную в предыдущем цикле обогащения. Полученную смесь изотопов разделяют, применив для ее облучения лампу, наполненную изотопов Hg-199. Полученные результаты сведены в табл. 1.

Применяя для разделения смеси изотопов Hg-198 и Hg-201 лампу, наполненную изотопом Hg-204, легко заменить некоторое снижение производительности процесса разделения. Данные сведены в табл. 2.

П р и м е р 2. Выделение изотопов Hg-199 и Hg-204 начинают с глубокого, до долей процента, обеднения сырья изотопами Hg-198 и Hg-201. На этом этапе сырье облучают лампой, наполненной изотопом Hg-198, и извлекают изотопы Hg-198 и Hg-201. На втором этапе, применяя для возбуждения изотопов Hg-199 и Hg-204 лампу, наполненную изотопом Hg-199, из отвала первого этапа извлекают смесь изотопов Hg-199, Hg-204.

На третьем этапе смесь изотопов Hg-199 и Hg-204 разделяют, используя в качестве источника света лампу, наполненную изотопом Hg-196, с искусственно уширенным контуром линии излучения. Излучение лампы пропускалось через изотопный фильтр, содержащий смесь изотопов Hg-198, Hg-200 и Hg-202.

Полученные результаты сведены в табл. 3.

При использовании на втором этапе лампы, наполненной изотопом Hg-204, наблюдалось некоторое снижение производительности (табл. 4).

Более значительное снижение производительности наблюдалось при применении на втором этапе лампы, наполненной смесью изотопов Hg-196, Hg-200 и Hg-202, с помощью которой проводилось глубокое обеднение отвала первого этапа по изотопу Hg-196, Hg-200 и Hg-202 (табл. 5).

Сравнение во всех случаях проводилось с результатами, полученными при производстве изотопа Hg-202. До сих пор фотохимическая технология применялась для получения изотопов Hg-202 и Hg-196.

Как было показано, повысить эффективность процесса разделения можно при использовании на различных этапах фильтрации излучения источника света через пары ртути с подобранным изотопным составом. Так, например, на первом этапе излучения лампы, наполненной изотопом Hg-198, можно пропустить через изотопный фильтр, наполненный парами ртути, из которой извлечены изотопы Hg-198 и Hg-201.

Реализация изобретения позволит получать все изотопы ртути высокого обогащения.

Сущность изобретения: смесь изотопов ртути облучают в присутствии кислорода и бутадиена светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-198, получают отвал, обедненный изотопами Hg-198 и Hg-201, и смесь, обогащенную этими изотопами. Смесь разделяют облучением светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-199 и/или Hg-204. Отвал, обедненный изотопами Hg-198 и Hg-201, облучают светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-199 и/или Hg-204. Получают отвал, обедненный изотопами Hg-199 и Hg-204, и смесь, обогащенную этими изотопами. Смесь разделяют облучением светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-196. Отвал облучают светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-196 и/или Hg-200, и/или Hg-202. Получают смесь изотопов Hg-199 и Hg-204. Смесь разделяют облучением ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-196. Степень обогащения - 96,0-97,2%, производительность - 1,32-1,62 мг/ч. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл.

1. Способ фотохимического разделения изотопов ртути, включающий облучение исходной смеси изотопов ртути светом ртутной лампы в присутствии кислорода и бутадиена и извлечение целевых изотопов, отличающийся тем, что исходную смесь изотопов облучают светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-198, с получением отвала, обедненного изотопами Hg-198 и Hg-201, и смеси, обогащенной указанными изотопами, а полученную смесь изотопов разделяют, облучая ее светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-199 и/или Hg-204. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отвал, обедненный изотопами Hg-198 и Hg-201, облучают светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-199 и/или Hg-204, с получением отвала, обедненного изотопами Hg-199 и Hg-204, и смеси, обогащенной указанными изотопами, а полученную смесь разделяют, облучая светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-196. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отвал, обедненный изотопами Hg-198 и Hg-201, облучают светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-196, и/или Hg-200, и/или Hg-202, с получением смеси изотопов Hg-199 и Hg-204, которую разделяют, облучая светом ртутной лампы с длиной волны, соответствующей излучению изотопа Hg-196.