Способ получения обогащенного радиоактивного изотопа криптон-85 Российский патент 2019 года по МПК G21G1/10 

Описание патента на изобретение RU2689146C1

Изобретение относится к области разделения изотопов и касается создания технологии получения обогащенного радиоактивного изотопа криптон-85 газоцентрифужным методом из малого количества исходной изотопной смеси.

Криптон - химический элемент VIII группы Периодической таблицы, имеет 33 изотопа, из них 6 стабильных изотопов. Криптон-85 - радиоактивный изотоп с периодом полураспада 10,8 лет, он распадается с испусканием β-частиц и γ-квантов и превращается в стабильный изотоп рубидий-85. Криптон-85 присутствует в природных условиях в пренебрежимо малом количестве 0,5⋅10-15%, он образуется в результате естественных процессов (взаимодействие нейтронов космического излучения с криптоном-84, деление урана в земной коре) и искусственным путем (при испытаниях ядерных устройств, производстве плутония-239 и работе ядерных реакторов). В ядерных реакторах при делении урана-235 в тепловыделяющих элементах образуется криптон с содержанием криптона-85 не менее 4% (таблица 1).

Криптон-85 используется для изготовления радиолюминесцентных источников света с высокими светотехническими характеристиками, газоразрядных стабилизаторах напряжения, а также в дефектоскопии. Для этих целей используется обогащенный криптон-85 (с содержанием более 30%).

Для обогащения криптона-85 может быть использован газоцентрифужный метод, который первоначально разрабатывался для разделения изотопов урана. Позднее этот метод стал использоваться для разделения стабильных и радиоактивных изотопов различных химических элементов. Для осуществления разделения изотопная смесь в виде газа подается в быстровращающийся ротор газовой центрифуги. При этом легкие изотопы концентрируются вблизи оси ротора, более тяжелые - около стенки ротора, за счет чего достигается разделительный эффект. Умножение эффекта разделения достигается соединением газовых центрифуг в ступень и каскад [Шемля М., Перье Ж., Разделение изотопов, М: Атомиздат, 1980]. В каскаде исходная изотопная смесь разделяется на тяжелую фракцию, обогащенную тяжелыми изотопами, и легкую фракцию с повышенным содержанием легких изотопов.

Известен способ разделения изотопов в малом количестве [заявка №026824/14/2296861 от 11.09.1981]. Он основан на проведении нестационарного процесса разделения, в ходе которого исходная изотопная смесь подается в каскад газовых центрифуг, производится отбор одной из фракций (легкой или тяжелой), другая фракция смешивается с исходной изотопной смесью и снова подается в каскад. Применение этого метода для получения обогащенного криптона-85 характеризуется низкой производительностью и низкой степенью извлечения криптона-85 из исходной смеси изотопов.

Известны способы разделения изотопов [заявка №029118/14/2297258 от 27.07.1983, авторское свидетельство №204382 по заявке 026736/14 от 06.08.1981], основанные на подаче в каскад исходной изотопной смеси и одного или двух газов-носителей, накоплении целевого изотопа и его дискретном отборе из каскада в потоке одной из фракций (легкой или тяжелой) вместе с газом-носителем. Недостатками этих способов для получения обогащенного криптона-85 является сложность (или невозможность) подбора газа-носителя с подходящей молярной массой. К газам-носителям также предъявляются те же требования, что и для рабочих веществ, используемых для разделения изотопов в газовых центрифугах (давление насыщенных паров, термическая устойчивость, инертность к рабочему веществу и конструкционным материалам газовой центрифуги и т.д.). Помимо этого, при использовании этого метода имеется необходимость в проведении этапа отделения обогащенного криптона-85 от газов-носителей, а также образуется дополнительное количество радиоактивных веществ в виде смеси газа-носителя с криптоном-85.

Известен способ получения обогащенного криптона-85 в ходе проведения двух последовательных этапов в стационарном режиме [Баранов В.Ю. Изотопы: свойства, получение, применение. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2005]: на первом этапе в каскад подается исходная изотопная смесь, в потоке легкой фракции отбирается изотопная смесь с повышенным содержанием криптона-85 и пониженным содержанием криптона-86. На втором этапе эта смесь подается потоком питания в каскад и обогащенный криптон-85 отбирается в потоке тяжелой фракции. Упомянутый способ использован в качестве прототипа.

Недостатком прототипа для получения криптон-85 в малых количествах является наличие потерь времени работы каскада (порядка нескольких часов) и потерь исходной изотопной смеси при заполнении каскада, настройке его оптимальных параметров, как следствие, низкое извлечение криптона-85 из исходной смеси.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются: получение обогащенного криптон-85, снижение потерь исходной изотопной смеси, повышение извлечения криптона-85 из исходной смеси.

Эти задачи решаются за счет использования изотопной смеси, не содержащей криптон-85, для заполнения каскада и настройки его оптимальных параметров перед проведением каждого этапа обогащения криптона-85. В качестве изотопной смеси используется криптон с природным изотопным составом. В связи с тем, что содержание криптона-85 в изотопной смеси пренебрежимо мало (0,5⋅10-15%), дозовая нагрузка на обслуживающий персонал минимизирована.

В процессе заполнения и настройки каскада изотопная смесь подается в ту же ступень, в которую в дальнейшем подается исходная смесь, содержащая криптон-85. При этом величины внешних потоков каскада (питание, легкая и тяжелая фракция), давлений в ступенях и, как следствие, межступенных потоков в процессе настройки каскада на изотопной смеси устанавливаются такие же, как и для режима обогащения криптона-85. Это позволяет избежать дополнительных регулировок после подачи в каскад исходной изотопной смеси, содержащей криптон-85, и уменьшить потери целевого изотопа.

Заявляемый способ получения обогащенного криптон-85 осуществляют в следующей последовательности. Изотопную смесь подают в каскад, заполняют его, устанавливают величины потоков и давлений такие же, как и для первого этапа обогащения криптона-85, проводят настройку оптимальных параметров каскада. Для случая, когда в качестве изотопной смеси используется криптон с природным изотопным составом, в таблице 2 приведено содержание изотопов криптона во внешних потоках каскада после его заполнения и настройки.

После настройки каскада прекращают подачу в каскад изотопной смеси, подают исходную изотопную смесь с содержанием криптона-85 не менее 4%, после чего происходит выведение из каскада изотопов смеси и одновременно увеличение концентрации криптона-85 до 9,37% в потоке легкой фракции каскада (таблица 3).

В случае, когда в качестве изотопной смеси используется криптон с природным изотопным составом, средневзвешенное массовое число криптона в каскаде составляет 83,09-84,69 а.е.м. После подачи исходной изотопной смеси криптон-85 начинает концентрироваться в ступенях от подачи потока питания до отбора тяжелой фракции. Это обусловлено тем, что массовое число криптона-85 больше средневзвешенного массового числа криптона в каскаде. После выведения из каскада легких изотопов (криптон-78, криптон-80 и криптон-82) средневзвешенное массовое число криптона в каскаде увеличивается и криптон-85 переносится к отбору легкой фракции (фиг. 1).

Аналогично проводится настройка каскада с использованием изотопной смеси (криптона с природным изотопным составом) перед вторым этапом обогащения криптона-85, в ходе которого в потоке тяжелой фракции каскада отбирается криптон с содержанием криптона-85 не менее 30% (Фиг. 2).

Заявляемый способ получения обогащенного криптон-85 расширяет технологические возможности газоцентрифужного метода разделения изотопов, обеспечивая возможность получения обогащенного криптона-85 из малого количества исходной изотопной смеси с меньшими потерями криптона-85, что приводит к увеличению степени его извлечения. Изобретение не требует использования дополнительных устройств и может быть реализовано на имеющемся оборудовании. Промышленная осуществимость предлагаемого технического решения вытекает из разработанности и практического осуществления обогащения криптона-85. [Баранов В.Ю. Изотопы: свойства, получение, применение, М., ФИЗМАТЛИТ, 2005].

Техническим результатом использования заявляемого способа явилось получение криптона с содержанием криптона-85 более 30% из малого количества исходной смеси. Степень извлечения криптона-85 из исходной изотопной смеси составила 93%.

Похожие патенты RU2689146C1

название год авторы номер документа
Способ получения радионуклида никель-63 2020
  • Асадулин Ринат Спартакович
  • Галкин Данил Евгеньевич
  • Маслов Александр Юрьевич
  • Палиенко Александр Александрович
  • Совач Виктор Петрович
  • Тухватуллин Вагиз Кабирович
  • Ушаков Антон Андреевич
RU2748573C1
Способ получения высокообогащенных изотопов с промежуточным массовым числом 2019
  • Совач Виктор Петрович
  • Ушаков Антон Андреевич
RU2723866C1
Способ разделения изотопов циркония 2022
  • Галкин Данил Евгеньевич
  • Гришмановский Павел Александрович
  • Палиенко Александр Александрович
  • Совач Виктор Петрович
  • Кущ Олег Анатольевич
  • Ушаков Антон Андреевич
RU2794182C1
Способ получения обогащенного изотопа бор-10 2019
  • Асадулин Ринат Спартакович
  • Галкин Данил Евгеньевич
  • Маслов Александр Юрьевич
  • Совач Виктор Петрович
  • Ушаков Антон Андреевич
RU2720774C1
Способ изотопного восстановления регенерированного урана 2019
  • Невиница Владимир Анатольевич
  • Смирнов Андрей Юрьевич
  • Сулаберидзе Георгий Иванович
  • Фомиченко Петр Анатольевич
RU2702620C1
Способ получения особочистого высокообогащенного изотопа кремний-28 2018
  • Палиенко Александр Александрович
  • Совач Виктор Петрович
  • Ушаков Антон Андреевич
RU2693786C1
Способ восстановления изотопного регенерированного урана 2020
  • Филимонов Сергей Васильевич
  • Лебедев Альберт Яковлевич
  • Асадулин Ринат Спартакович
  • Павлов Александр Алексеевич
  • Симаков Михаил Анатольевич
  • Антонов Эдуард Витальевич
RU2759155C1
СПОСОБ ИЗОТОПНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО УРАНА 2004
  • Водолазских Виктор Васильевич
  • Козлов Владимир Андреевич
  • Мазин Владимир Ильич
  • Стерхов Максим Иванович
  • Шидловский Владимир Владиславович
  • Щелканов Владимир Иванович
RU2282904C2
СПОСОБ ИЗОТОПНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО УРАНА 2009
  • Журин Владимир Анатольевич
  • Водолазских Виктор Васильевич
  • Щелканов Владимир Иванович
  • Палкин Валерий Анатольевич
  • Глухов Николай Петрович
RU2399971C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОТОПОВ НЕОДИМА 2015
  • Годисов Олег Никленович
  • Мязин Леонид Петрович
  • Тютин Борис Владимирович
  • Морозов Андрей Александрович
  • Костылев Александр Иванович
  • Мазгунова Вера Александровна
  • Филимонов Сергей Васильевич
  • Зырянов Сергей Михайлович
  • Сидько Юрий Анатольевич
RU2638858C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 689 146 C1

Реферат патента 2019 года Способ получения обогащенного радиоактивного изотопа криптон-85

Изобретение относится к области разделения изотопов и касается создания технологии получения обогащенного радиоактивного изотопа криптон-85 газоцентрифужным методом из малого количества исходной изотопной смеси. Предлагается способ получения обогащенного радиоактивного изотопа криптон-85 газоцентрифужным методом из малого количества исходной изотопной смеси, содержащей криптон-85. Для заполнения каскада и настройки его оптимальных параметров перед проведением каждого этапа обогащения криптона-85 используют изотопную смесь, в качестве которой выступает криптон с природным изотопным составом. Изобретение позволяет снизить потери исходной изотопной смеси, повысить извлечение криптона-85 из исходной смеси. 2 ил., 3 табл.

Формула изобретения RU 2 689 146 C1

Способ получения обогащенного радиоактивного изотопа криптон-85 газоцентрифужным методом из малого количества исходной изотопной смеси, содержащей криптон-85, отличающийся тем, что для заполнения каскада и настройки его оптимальных параметров перед проведением каждого этапа обогащения криптона-85 используют изотопную смесь, в качестве которой выступает криптон с природным изотопным составом, что позволяет снизить потери исходной изотопной смеси, повысить извлечение криптона-85 из исходной смеси.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2689146C1

БАРАНОВ В.Ю
Изотопы: свойства, получение, применение, Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2005, том 1
Физика
Большой энциклопедический словарь под ред
А.М
Прохорова, Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", Москва, 1998 - далее Д2, с
Способ уравновешивания движущихся масс поршневых машин с двумя встречно-движущимися поршнями в каждом цилиндре 1925
  • Константинов Н.Н.
SU426A1
RU 2331463 C2, 20.08.2008
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КАСКАДОМ ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ УРАНА 2003
  • Абрамович Андрей Владиславович
  • Войкин Федор Михайлович
  • Герасимов Сергей Николаевич
  • Горохов Владимир Евгеньевич
  • Зимин Борис Михайлович
  • Илюхин Вячеслав Михайлович
  • Козлов Владимир Андреевич
  • Леонтьев Яков Поликарпович
  • Мазин Владимир Ильич
  • Миклин Александр Валентинович
  • Рощупкин Владимир Иванович
  • Скугорев Александр Николаевич
  • Стерхов Максим Иванович
RU2277963C2
RU 2010132453 A, 10.02.2012
US 20110265646 A1, 03.11.2011.

RU 2 689 146 C1

Авторы

Гришмановский Павел Александрович

Палиенко Александр Александрович

Совач Виктор Петрович

Тухватуллин Вагиз Кабирович

Ушаков Антон Андреевич

Даты

2019-05-24Публикация

2017-12-12Подача