СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДА НИКЕЛЬ-63 ДЛЯ БЕТА-ВОЛЬТАИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА Российский патент 2015 года по МПК G21G1/00 G21G4/00 B01D59/00 

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов, а более конкретно к технологии получения радиоактивного изотопа никель-63, используемого в производстве бета-вольтаических источников тока.

Известен способ получения радионуклида никель-63, включающий получение обогащенной по никелю-62 никелевой мишени с содержанием никеля-64, не превосходящим 2%, облучение мишени в реакторе и последующее обогащение облученного продукта по никелю-63, при котором изотоп никель-64 извлекают из облученного продукта (см. патент РФ №2313149, G21G 1/06).

Известный способ осуществляют в следующей последовательности.

Никель природного изотопного состава в форме тетрафторфосфина никеля - Ni(PF₃)₄ направляют на изотопное обогащение. Процесс обогащения осуществляют так, чтобы содержание никеля-64 было не более 2%. Это ограничение допускает обогащение никеля до 50% и более, но основной изотопной примесью являются более легкие, чем никель-62, изотопы. Обогащенный по никелю-62 тетрафторфосфин никеля переводят в металл и направляют на облучение в реакторе. После 2-летнего облучения накапливается 6,4% никеля-63, а содержание никеля возрастает до 1,5% за счет выгорания никеля-63. Облученный металлический никель переводят в тетрафторфосфин никеля и направляют на обогащение. Обогащение никеля-63 осуществляют в тяжелую фракцию, и при этом никель-64 извлекается из облученного материала. Именно невысокое содержание никеля-64 позволяет достигать обогащения никеля-63 до 50% и более. Тетрафторфосфин никеля переводят в металлическую форму и используют, например, в бета-вольтаических источниках тока. В остающейся легкой фракции содержится никель-62, остатки никеля-63 и нет никеля-64. Этот продукт может быть вновь направлен в реактор на облучение.

К недостаткам известного способа относится то, что извлечение изотопа никель-64 при реализации известного способа осуществляется дважды: при обогащении никелевой мишени до облучения с ограничением содержания никеля-64 не более 2% и при обогащении облученного продукта по никелю-63, когда изотоп никель-64 извлекают из облученного продукта. Процесс разделения изотопов, осуществляемый на высокоскоростных центрифугах, дорогостоящий, поэтому при крупномасштабном производстве никеля-63 для использования в бета-вольтаических батареях стоимость его получения может иметь определяющее значение.

Использование никеля-63, полученного известным способом, в бета-вольтаических источниках тока позволяет получить их срок службы более 30 лет. Промышленное производство бета-вольтаических источников тока может быть рентабельным только при их серийном производстве для конкретных изделий в аэрокосмической отрасли, приборостроении и т.п. Поэтому наиболее целесообразно изготавливать бета-вольтаические батареи со сроком службы, соответствующим сроку службы изделий. Исходя из этого и должна определяться наиболее эффективная степень обогащения по никелю-63, позволяющая с учетом его периода полураспада 100 лет сохранить характеристики бета-вольтаических батарей в конце установленного срока службы.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение возможности крупномасштабного рентабельного производства никеля-63 для производства бета-вольтаических батарей.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе, включающем получение из исходного никеля обогащенной по никелю-62 никелевой мишени, облучение мишени в реакторе и последующее обогащение облученного продукта по никелю-63, при получении из исходного никеля обогащенной по никелю-62 никелевой мишени содержание никеля-64 составляет более 2%, а обогащение облученного продукта по никелю-63 осуществляют до достижения им содержания 75% и более в обогащенном продукте.

Получение обогащенной по никелю-62 никелевой мишени с содержанием никеля-64 более 2%, позволяет при последующем облучении мишени в реакторе за счет реакции радиационного захвата никелем-64 нейтронов и испускания γ-квантов (Ni⁶⁴(₀n¹·γ)Ni⁶⁵) получать изотоп никель-65 с периодом полураспада 2,57 часа. При этом при распаде никеля-65 образующуюся медь-65 отделяют применяемыми в радиохимических производствах химическими способами, например, сорбцией на ионообменных смолах, осуществляемой между растворением облученной никелевой мишени и ее переводом в тетрафторфосфин никеля для последующего обогащения облученного продукта по никелю-63, что позволяет сократить продолжительность разделения изотопов исходного никеля, а соответственно и стоимость конечного продукта - никеля-63.

Обогащение облученного продукта по никелю-63 до достижения им содержания 75% и более в обогащенном продукте позволяет обеспечить сохранение характеристик бета-вольтаических источников тока в течение установленного для них срока службы и сократить продолжительность разделения изотопов никеля и осуществлять разделение без учета процентного соотношения изотопов никеля-62 и никеля-64 в продукте после обогащения.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.

Никель природного изотопного состава в форме тетрафторфосфина никеля - Ni(PF₃)₄ направляют на изотопное обогащение. Процесс обогащения осуществляют по никелю-62, при этом содержание никеля-64 составляет более 2%. Обогащенный по никелю-62 тетрафторфосфин никеля переводят в металл и направляют на облучение в реакторе. После 2-летнего облучения в мишени происходит накопление никеля-63 за счет захвата нейтронов ядрами атомов никеля-62. При этом содержание никеля-64 в облучаемой мишени в большей степени уменьшается за счет его выгорания в реакторе при облучении с образованием короткоживущего изотопа никель-65, чем его увеличение за счет выгорания образующегося при облучении нейтронами никеля-63. Облученный металлический никель растворяют, проводят его очистку от продуктов распада никеля-65 химическими способами, например сорбцией, а затем переводят в тетрафторфосфин никеля и направляют на обогащение. Обогащение облученного продукта по никелю-63 осуществляют до достижения им содержания 75% и более в обогащенном продукте, обеспечивающего сохранение характеристик бета-вольтаических источников тока в течение установленного для них срока службы. Тетрафторфосфин никеля переводят в металлическую форму и используют для производства бета-вольтаических источников тока.

Изобретение относится к области получения радиоактивных изотопов, а более конкретно к технологии получения радиоактивного изотопа никель-63, используемого в производстве бета-вольтаических источников тока. Способ получения радионуклида никель-63 включает в себя получение из исходного никеля обогащенной по никелю-62 никелевой мишени с содержанием никеля-64 более 2%, облучение мишени в реакторе и последующее обогащение облученного продукта по никелю-63 до достижения им содержания 75% и более в обогащенном продукте. Изобретение обеспечивает крупномасштабное рентабельное производство никеля-63 для бета-вольтаических источников тока.

Способ получения радионуклида никель-63 для бета-вольтаических источников тока, включающий получение из исходного никеля обогащенной по никелю-62 никелевой мишени, облучение мишени в реакторе и последующее обогащение облученного продукта по никелю-63, отличающийся тем, что при получении из исходного никеля обогащенной по никелю-62 никелевой мишени содержание никеля-64 составляет более 2%, а обогащение облученного продукта по никелю-63 осуществляют до достижения им содержания 75% и более в обогащенном продукте.