СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ПАЛЛАДИЯ 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 палладия.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов палладия: палладия-102, палладия-104, палладия-105, палладия-106, палладия-108, палладия-110.

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, ионизацию молекул рабочего вещества 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 г).

Недостатком указанного способа является то, что он малоэффективен при разделении элементов платино-палладиевой группы.

Из известных способов промышленного разделения изотопов палладия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в работе В.П.Бочин, Б. Е.Гаврилов, В.С.Золотарев. "Isotopenpraxis" Heft 6 (1971), 232.

Способ разделения изотопов палладия, описанный в указанном источнике информации, заключается в следующем. Пары рабочего вещества образуются в процессе нагрева при температуре до 1000^oC в тигле источника в результате реакции металлического порошкообразного палладия и газообразного фтора, поступающего в тигель через систему натекания. Ионы образуются в парах рабочего вещества в газоразрядной камере источника под действием электронной эмиссии с термокатода, откуда они извлекаются и формируются в ионный пучок электродами ионно-оптической системы. В процессе пролета через откачиваемую разделительную камеру ионные пучки изотопов палладия разделяются в постоянном магнитном поле в зависимости от массы изотопов (Pd-102, Pd-104, Pd-105, Pd-106, Pd-108 и Pd-110), фокусируются этим полем и улавливаются соответствующими коробками приемника.

Недостаток известного способа разделения изотопов палладия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов заключается в том, что технический результат неудовлетворительный ввиду получения низкого обогащения улавливаемых изотопов по причине рассеяния изотопных пучков на молекулах остаточного газа, в основном фтора, не прореагировавшего с металлическим палладием. Кроме этого, наличие дополнительного параметра - давление фтора в тигле источника и в разделительной камере, значительно усложняет подбор режимов фокусировки.

Другими недостатками известного способа являются:
- необходимость использования специальных коррозионно-стойких к воздействию фтора конструкционных материалов;
- обеспечение специальных с точки зрения безопасности мер защиты, что представляет сложную проблему в условиях промышленного производства.

Технический результат изобретения - увеличение обогащения разделяемых изотопов палладия.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего вещества используется металлический палладий. Данное рабочее вещество не гигроскопично, слабо реагирует с конструкционными материалами и образует давление паров, достаточное для поддержания устойчивого горения дуги разряда в диапазоне температур 1500 - 1700^oC. Использование в качестве рабочего вещества металлического палладия (в виде порошка, губки, слитка и т.п.) позволило в условиях производства получить хорошую фокусировку ионных пучков и увеличить обогащение разделяемых изотопов палладия.

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 палладия в электромагнитном сепараторе с использованием источников ионов. Для эксперимента использовалась одна из разделительных камер промышленного электромагнитного сепаратора "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной Свердловской области. Навеску губчатого металлического палладия размещали в графитовом тигле, совмещенном с газоразрядной камерой источника ионов. После установки источника и шестикоробочного приемника в разделительную камеры сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (1 - 2) • 10^-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 33 - 35 кВ.

С целью получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжения на катодный блок, обеспечивающие: ток через нить накала - 70 - 80 A, напряжение между нитью и термокатодом - 0,8 - 1,0 кВ, ток эмиссии - 0,5 - 0,6 A. При токе дугового разряда 0,5 - 1,5 A и напряжении разряда 150 - 350 B осуществлялась ионизация паров рабочего вещества, образование которых происходило при мощности нагревателя тигля 2500 - 4000 Вт.

Образующие ионы палладия с помощью ионно-оптической системы вытягивались через щель газоразрядной камеры и формировались в ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля 2600 Э в камере разделялся на шесть ионных пучков 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 изотопнообогащенный раствор анализировали на обогащение и перерабатывали до конечного продукта.

В процессе опытно-промышленного разделения на электромагнитном сепараторе "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной Свердловской области получено:
- изотопа Pd-102 с обогащением 85,4 - 92,9% - 3 г;
- изотопа Pd-104 с обогащением 96,6 - 98,4% - 34 г;
- изотопа Pd-105 с обогащением 98,4 - 99,1% - 65 г;
- изотопа Pd-106 с обогащением 99,1 - 99,5% - 82 г;
- изотопа Pd-108 с обогащением 99,4 - 99,6% - 86 г;
- изотопа Pd-110 с обогащением 99,2 - 99,5% - 35 г.

В таблице приведены основные параметры способа разделения изотопов палладия по заявленному техническому решению.

Предложенный способ разделения изотопов палладия 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 дает возможность эффективно использовать указанный способ для промышленного электромагнитного разделения изотопов палладия и получения изотопов: Pd-102, Pd-104, Pd-105, Pd-106, Pd-108 и Pd-110 с более высоким обогащением. Исключение использования процесса фторирования позволило оказаться от необходимости применения сложных мер безопасности при работе с газообразным фтором, что, в конечном итоге, улучшает условия труда персонала.

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

Изобретение может быть использовано при получении высокообогащенных изотопов палладия в промышленных масштабах. Рабочее вещество - металлический палладий - помещают в графитовый тигель источника ионов. Нагревают до парообразного состояния. Температура нагрева тигля и газоразрядной камеры 1500 - 1700^oС. 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 изотопам, %: Рd-102 85,4-92,9; Рd-104 96,6-98,4; Pd-105 98,4-99,1; Pd-106 99,1-99,5; Pd-108 99,4-99,6; Pd-110 99,2-99,5. Увеличивается производительность процесса. 1 табл.

Способ разделения изотопов палладия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов, включающий размещение рабочего вещества - металлического палладия - в графитовом тигле источника ионов, его нагрев до парообразного состояния, ионизацию паров в газоразрядной камере источника и разделение изотопов в магнитном поле, отличающийся тем, что тигель источника ионов совмещают с газоразрядной камерой, ионизацию паров осуществляют под действием электронной эмиссии с термокатода и формируют ионные пучки изотопов электродами ионно-оптической системы, которые затем фокусируют в магнитном поле и улавливают коробками приемника, причем температуру нагрева тигля и газоразрядной камеры поддерживают в пределах 1500 - 1700^oС.