СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ РЕНИЯ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ СЕПАРАТОРЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИСТОЧНИКА ИОНОВ Российский патент 2000 года по МПК B01D59/48 

Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов химических элементов, а точнее к электромагнитному разделению изотопов рения.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов рения: рения-185, рения-187.

Известен способ разделения изотопов химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов, предусматривающий нагрев рабочего вещества и газоразрядной камеры тепловым излучением от нагревателей активного сопротивления до образования пара рабочего вещества, откуда ионы извлекаются и формируются в ионные пучки, которые фокусируются магнитным полем и улавливаются коробками приемника. (Кащеев Н.А., Дергачев В.А.. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

Недостатком указанного способа является то, что он не подходит для разделения некоторых химических элементов, для получения изотопов которых используют слаболетучие или высоколетучие рабочие вещества.

Наиболее близким к изобретению является способ разделения изотопов рения, описанный в а.с. СССР N 715485 (кл. C 01 G 47/00, 1980). Недостатком известного способа является недостаточно высокое обогащение.

Технический результат изобретения - увеличение обогащения разделяемых изотопов рения, улучшение фокусировки и улавливания ионных пучков.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего вещества используется перренат калия (KReO₄), а давление в разделительной камере поддерживают в пределах (2-3)•10^-3 Па, при этом угол наклона фокальной плоскости пучка ионов к оси приемника устанавливают равным 37^o. Данное рабочее вещество обладает слабой гигроскопичностью, не разлагается в процессе нагрева и образует давление паров, достаточное для поддержания устойчивого горения дуги разряда в диапазоне температур, 750 - 850^oC. Снижение давления в разделительной камере до (2-3)•10^-3 Па в совокупности с применением в качестве рабочего вещества перрената калия позволило увеличить обогащение разделяемых изотопов рения, улучшить фокусировку и улавливание ионных пучков.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков не известна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Для пояснения изобретения ниже описан пример осуществления способа разделения изотопов рения в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов. Для эксперимента использовался малый двухкамерный электромагнитный сепаратор "Е-7" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области. Навеску перрената калия размещали в графитовом тигле источника ионов. После установки источника и двухкоробочного приемника в разделительную камеру сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (2-3)•10^-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 31-32 кВ. С целью получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжение на катодный блок, обеспечивающее: ток через нить накала - 70-80 А, напряжение между нитью и термокатодом - 1,2-1,4 кВ, ток эмиссии - 0,5-0,6 А. Мощность термокатода до 800 Вт была необходима для получения электронного пучка, достаточного для полной ионизации относительно сложных и прочных молекул рабочего вещества. Для этой же цели обеспечили ток дугового разряда до 3 А в парах рабочего вещества, образование которых происходило при мощности нагревателя тигля 600-700 Вт.

Образующиеся ионы рения с помощью ионно-оптической системы вытягивались через щель газоразрядной камеры и формировались в ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного поля 3400 Э в камере разделялся на два ионных пучка изотопов в соответствии с массами ионов, данные пучки изотопов фокусировались магнитным полем в фокальной плоскости, в которую помещали входы в коробки приемника под углом 37^o к его оси, что обеспечивало оптимальное захождение пучков в коробки, повышение улавливания принимаемых изотопов и уменьшение степени прогорания стенок коробок.

После накопления приемники вынимали из разделительной камеры, методом анодного травления производили съем изотопов из коробок, полученный изотопообогащенный раствор анализировали на обогащение и перерабатывали до конечного продукта.

В процессе экспериментального и опытно-промышленного разделения в общей сложности получено 33 г изотопа Re-185 с обогащением 96,7% и 55 г изотопа Re-187 с обогащением 99,4%.

В таблице для сравнения приведены основные параметры существующего способа разделения изотопов рения с натеканием кислорода и по заявляемому техническому решению, а также коэффициенты улавливания и обогащения по изотопам Re-185 и Re-187.

Предложенный способ разделения изотопов рения в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов по сравнению с существующими методами показал свою высокую эффективность в получении технико-экономического результата. Использование на практике заявляемого технического решения позволяет увеличить обогащение разделяемых изотопов рения.

Способ позволяет также улучшить фокусировку и улавливание ионных пучков. Это дает возможность эффективно использовать указанный способ для промышленного электромагнитного разделения изотопов рения и получения изотопов Re-185 и Re-187 в большем количестве и с более высоким обогащением.

Реализация заявленного технического решения возможна на существующем оборудовании без дополнительного обучения персонала навыкам работы.

Изобретение может быть использовано для получения высокообогащенных изотопов рения в промышленных масштабах. Рабочее вещество KReO₄ помещают в графитовый тигель источника ионов. Нагревают до парообразного состояния. Пары ионизируют в газоразрядной камере под действием электронной эмиссии с термокатода. Формируют ионные пучки электродами ионно-оптической системы, разделяют и фокусируют их в магнитном поле. Ионы улавливают коробками приемника. По окончании процесса коробки снимают. Съем изотопов производят методом анодного травления. Обогащение по изотопам, %: Rе-185 - 97,6; Rе-187 - 99,6, коэффициент улавливания по этим изотопам 82-84%, увеличивается производительность процесса. 1 табл.

Способ разделения изотопов рения, отличающийся тем, что используют электромагнитный сепаратор с источником ионов, в графитовом тигле которого размещают рабочее вещество перренат калия, нагревают его до парообразного состояния, ионизируют полученные пары в газоразрядной камере источника под действием электронной эмиссии с термокатода, формируют ионный пучок электродами ионно-оптической системы, разделяют ионные пучки изотопов в магнитном поле, фокусируют их и улавливают ионы коробками приемника, причем давление в разделительной камере поддерживают в пределах (2 - 3) • 10^-3 Па.