СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ЕВРОПИЯ 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 европия.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов европия: европия - 151, европия - 153.

Известен способ разделения изотопов химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов, предусматривающий нагрев тигля с рабочим веществом и газоразрядной камеры тепловым излучением от нагревателей активного сопротивления до образования пара рабочего вещества, ионизации молекул пара в газоразрядной камере, из которой ионы извлекаются и формируются в ионный пучок, разделяемый и фокусируемый магнитным полем в соответствии с массой изотопов и улавливаемый коробками приемника (Н.А. Кащеев, В.А. Дергачев. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. М.: Энергоатомиздат, 1989).

Одним из недостатков указанного способа является то, что он недостаточно эффективен для разделения редкоземельных элементов, когда в качестве рабочего вещества используются их соединения с галогенами.

Недостаток известного способа разделения изотопов европия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов заключается также в том, что технический результат неудовлетворительный ввиду низкой производительности способа и получения невысокого обогащения улавливаемых изотопов. Это обусловлено малым временем и нестабильностью работы источника, а также неудовлетворительной фокусировкой, вызванных следующими факторами:
1) частыми пробоями и паразитными переменными токовыми утечками между электродами ионно-оптической системы или между электродами и корпусом оборудования;
2) необходимостью частой настройки на рабочие режимы из-за малого времени работы источников.

Технический результат изобретения - улучшение фокусировки, увеличение обогащения разделяемых изотопов европия и повышение производительности электромагнитного метода разделения.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего вещества используется металлический европий. Данное рабочее вещество не гигроскопично, не реагирует с конструкционными материалами источника, образует давление паров, достаточное для поддержания устойчивого горения дуги разряда в диапазоне температур 700 - 850^oC и обеспечивает стабильную работу источника.

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 неизвестна 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 представлен пример осуществления способа разделения изотопов европия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов. Для эксперимента использовалась одна из разделительных камер электромагнитного сепаратора "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области. Навеску металлического европия размещали в горизонтально расположенном тигле из стали марки 12Х18Н10Т источника ионов, имеющего два нагревателя: для нагрева газоразрядной камеры и для нагрева тигля. После установки источника и двухкоробочного приемника в разделительную камеру сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (0,8 - 1,5)•10^-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 30 - 31 кВ.

С целью получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжения на катодный блок, обеспечивающие: ток через нить накала 65 - 70 А, напряжение между нитью и термокатодом 0,8 - 1,0 кВ, ток эмиссии -0,5 - 0,6 А. При токе дугового разряда 0,8 - 1,5 А и напряжении разряда 100 - 200 В осуществлялась ионизация паров рабочего вещества, образование которых происходило при мощности нагревателя газоразрядной камеры 900 - 1000 Вт и при мощности нагревателя тигля 150 - 300 Вт.

Образующиеся ионы европия с помощью ионно-оптической системы вытягивались через щель газоразрядной камеры и формировались в ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля 2900 Э в камере разделялся на два ионных пучка изотопов в соответствии с массами ионов. Данные пучки изотопов фокусировались магнитным полем в фокальной плоскости, в которой помещались входы в коробки приемника.

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

В процессе экспериментального и опытно-промышленного разделения на промышленном электромагнитном сепараторе "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной Свердловской области в общей сложности получено:
- изотопа Eu-151 с обогащением 99,2% - 650 г;
- изотопа Eu-153 с обогащением 99,7% - 680 г.

В таблице для сравнения приведены основные параметры существующего способа разделения изотопов европия по прототипу и по заявляемому техническому решению, а также обогащение по изотопам.

Предложенный способ разделения изотопов европия 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 фокусировку и увеличить обогащение разделяемых изотопов европия.

Способ позволяет также поднять производительность электромагнитной установки. Это дает возможность эффективно использовать указанный способ для промышленного электромагнитного разделения изотопов европия и получения изотопов: Eu-151 и Eu-153 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 европия в промышленных масштабах. Рабочее вещество - металлический европий - помещают в 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 приемники снимают. Съем изотопов производят методом анодного травления. Обогащение по изотопaм, %: Еu-151 - 99,2; Еu-153 - 99,7, увеличивается производительность процесса. 1 табл.

Способ разделения изотопов европия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов, включающий размещение рабочего вещества в тигле источника ионов, нагрев рабочего вещества до парообразного состояния, ионизацию паров рабочего вещества в газоразрядной камере источника под действием электронной эмиссии с термокатода, формирование ионного пучка электродами ионно-оптической системы, разделение и фокусирование ионных пучков изотопов в магнитном поле, улавливание ионов коробками приемника, отличающийся тем, что в качестве рабочего вещества используют металлический европий.