СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ РАЗЛИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СЕПАРАТОРА Российский патент 2000 года по МПК B01D59/48 

Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов и наиболее эффективно может быть использовано для одновременного промышленного разделения стабильных изотопов различных химических элементов.

Известен способ промышленного электромагнитного разделения изотопов химических элементов, схема применения которого выглядит следующим образом. Исходный элемент, изотопы которого необходимо получить, доводится в тигле источника до парообразного состояния и ионизируется в газоразрядной камере. Ионы вытягиваются из газоразрядной камеры электрическим полем и ускоряются. Далее, двигаясь по траекториям в магнитном поле разделительной камеры, однозарядные ионы разделяются в соответствии со своими массами и улавливаются коробками приемника (Золотарев В.С., Ильин А.И., Комар Е.Г. Разделение изотопов на электромагнитных установках в Советском Союзе // Труды второй международной конференции по мирному использованию атомной энергии. Женева, 1958. Доклады советских ученых. М, "Атомиздат", 1959, т. 6, с. 87-101).

Недостатком указанного способа является то, что он не подходит или малоэффективен для одновременного разделения изотопов различных химических элементов.

Из известных способов электромагнитного разделения изотопов с использованием промышленного электромагнитного сепаратора наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в работе (Н.А.Кащеев, В.А.Дергачев. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. М, "Энергоатомиздат", 1989 г.).

Способ разделения изотопов, описанный в указанном источнике информации, заключается в следующем. Пары рабочего вещества, образующиеся в тигле источника поступают в газоразрядную камеру, где они ионизируются и вытягиваются ускоряющим напряжением в пространство разделительной камеры сепаратора, в которой создается постоянное магнитное поле. Под действием этого поля ускоренные ионные пучки изотопов, двигаясь в зависимости от массы изотопов по соответствующим траекториям, разделяются, фокусируются и улавливаются коробками приемника.

Одним из основных элементов этого способа является использование промышленного электромагнитного сепаратора, представляющего собой тороидальный электромагнит, в воздушные зазоры сердечника которого вставлены вакуумированные разделительные камеры с размещенными в них источниками и приемниками ионов. Боковые стенки камер выполнены из немагнитного материала.

Недостаток известного способа разделения изотопов с использованием промышленного электромагнитного сепаратора заключается в том, что технический результат неудовлетворительный ввиду невозможности одновременного разделения изотопов различных элементов. Это вызвано тем, что в связи с наличием общего магнитопровода и одинаковыми размерами разделительных камер напряженность магнитного поля в соответствующих точках всех камер одинакова. На практике производят разделение близких по массам (в пределах 10-15%) элементов за счет варьирования ускоряющим напряжением, однако уменьшение ускоряющего напряжения относительно оптимального значения приводит к ухудшению фокусировки, а увеличение - к пробоям в ионно-оптической системе источника.

Технический результат изобретения - избирательное снижение напряженности магнитного поля без изменения его относительного распределения в отдельных разделительных камерах сепаратора.

Поставленная цель достигается за счет шунтирования воздушных зазоров, в которых находятся разделительные камеры, стальными магнитопроводящими шунтами, выполненными в виде внешних накладок. В таком варианте часть магнитного потока, пропорциональная площади поперечного сечения шунтов, проходит мимо разделительной камеры. Ослабленный магнитный поток через разделительную камеру вызывает соответствующее снижение напряженности магнитного поля.

Замеры показали, что относительное распределение напряженности магнитного поля по всему пространству шунтированных и обычных разделительных камер совпадает (с точностью до одного процента).

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 на чертеже представлен пример осуществления шунтирования воздушного зазора магнитопровода. Между полюсами электромагнита 1 в воздушном зазоре 2 находятся две разделительные камеры 3 с расположенными в них источниками ионов 4 и приемниками ионов 5. Воздушный зазор шунтируется стальными магнитопроводящими накладками 6, расположенными по его периметру. Полюса электромагнита фиксируются относительно друг друга немагнитными опорами 7.

Предложенный способ разделения изотопов с использованием промышленного электромагнитного сепаратора СУ-20 комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области был испытан при одновременном разделении изотопов серебра, (шунтированный зазор, Н = 2650 Э) и изотопов бария (нешунтированный зазор, Н = 3000 Э). Шунтированный зазор имел 26 накладок из полос магнитной трансформаторной стали общим сечением 0,38 м².

Результаты разделения, полученные при использовании стандартного технологического режима, сверены в таблицу.

Степень фокусировки и обогащение изотопов серебра и бария находятся на уровне результатов, полученных ранее по этим изотопам на обычных камерах в нешунтированных воздушных зазорах.

Таким образом, предложенный способ разделения изотопов с использованием промышленного электромагнитного сепаратора по сравнению с существующими методами показал свою высокую эффективность в получении технико-экономического результата. Использование на практике заявляемого технического решения позволяет производить одновременное разделение изотопов нескольких химических элементов.

Это дает возможность эффективно использовать указанный способ для расширения диапазона масс разделяемых на изотопы элементов и, в конечном итоге, - для увеличения номенклатуры одновременно производимых изотопов.

Одновременное разделение изотопов различных химических элементов с использованием промышленного электромагнитного сепаратора позволяет получить значительный экономический эффект за счет экономии электроэнергии, расходов, связанных с эксплуатацией и обслуживанием установки, снижением затрат на выплату заработной платы.

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

Изобретение может быть использовано при одновременном разделении изотопов различных химических элементов в промышленном масштабе. В разделительные камеры (3) помещают разделяемую смесь изотопов, например серебра и бария. Разделительные камеры (3) вакуумированы, снабжены источниками и приемниками ионов (4) и (5). Разделительные камеры (3) расположены между полюсами электромагнита (1) в воздушном зазоре (2). Полюса электромагнита (1) фиксированы друг относительно друга немагнитными опорами (7). Воздушный зазор (2) шунтируют стальными магнитопроводящими накладками (6), ослабляющими магнитный поток через разделительную камеру (3). Напряженность магнитного поля в шунтированном зазоре 2650 Э, в нешунтированном зазоре - 3000 Э. Обогащение изотопов серебра в шунтированном зазоре, %: Ag-107 98,6, Ag-109 98,5. Обогащение изотопов бария в шунтированном зазоре, %: Ва-130 53,0; Ва-132 40,5; Ва-134 87,8; Ва-135 94,4; В-136 94,0; Ва-137 89,1; Ва-138 99,7. 1 ил., 1 табл.

Способ одновременного разделения изотопов различных химических элементов с использованием промышленного электромагнитного сепаратора, содержащего тороидальный электромагнит, в воздушных зазорах сердечника которого размещены вакуумированные разделительные камеры с источниками и приемниками ионов, отличающийся тем, что воздушные зазоры сердечника электромагнита шунтируются стальными магнитопроводящими шунтами, выполненными в виде внешних накладок, без изменения распределения магнитного поля в камерах.