Способ получения высокообогащенных изотопов с малым природным содержанием при их разделении в электромагнитном сепараторе
Изобретение предназначено для ядерной техники. Навеску LuCl3 помещают в тигель источника ионов, который устанавливают в разделительную камеру. Производят откачку и осуществляют ионизацию паров LuCl3. Образующиеся ионы вытягивают через щель газоразрядной камеры и формируют ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля 3300 Э разделяют на два ионных пучка изотопов в соответствии с массами их ионов. Пучки изотопов фокусируют магнитным полем в фокальной плоскости, где помещены входы в коробки приемника. Контроль фокусировки проводят с помощью дополнительного электрода - молибденового стержня, расположенного над торцами стенок коробок приемника. Стенки коробок приемника и дополнительный электрод устанавливают так, чтобы они были смещены относительно минимального сигнала между изотопами на половину ширины дополнительного электрода в сторону более мощного изотопа вдоль фокальной плоскости. Степень фокусировки ионного пучка дополнительно контролируют по отношению величины ионного тока на коробки приемника к минимальному ионному току на дополнительном электроде при периодическом смещении ионного пучка малораспространенного изотопа в сторону более мощного изотопа за счет изменения ускоряющего напряжения. Получено 9,1 г изотопов лютеция-176 со степенью обогащения 75,7%. 2 ил.
Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов химических элементов.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов в случае, когда соседние изотопы значительно отличаются по своему природному содержанию. Известен способ разделения изотопов химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов (Н.А. Кащеев, В.А. Дергачев. "Электромагнитное разделение иэотопов и изотопный анализ". М., "Энергоатомиздат", 1989 г.). Одним из недостатков указанного способа является то, что он недостаточно эффективен для разделения химических элементов, имеющих одновременно изотопы с высоким и низким природным содержанием, что определяется в том числе неудовлетворительной настройкой изотопных пучков по коробкам приемника. Способ разделения изотопов с использованием приемника ионов (стр.29-36), описанный в указанном источнике информации, заключается в следующем. Рабочее вещество загружается в тигель источника и нагревается до получения необходимого давления пара, который поступает в газоразрядную камеру источника, где ионизируется под действием электронной эмиссии с термокатода. Из газоразрядной камеры ионы извлекаются и формируются в ионный пучок электродами ионно-оптической системы. В процессе пролета через откачиваемую разделительную камеру ионные пучки изотопов разделяются в постоянном магнитном поле в зависимости от массы изотопов, фокусируются этим полем и улавливаются соответствующими коробками приемника. Настройка изотопных пучков 1 по коробкам приемника 6 осуществляется с помощью системы настроечных электродов (см. фиг.1), где общее положение пучка определяется электродами - "легкий" репер 2 и "тяжелый" репер 5, а степень фокусировки - основным настроечным электродом 3. Основной настроечный электрод может быть выполнен в виде диафрагмы, что в основном применяется для изотопов легких элементов, когда дисперсия (расстояние между соседними пучками изотопов) достаточно велика, или в виде стержня - для изотопов более тяжелых элементов при небольшой дисперсии изотопных пучков. Для малораспространенных изотопов, как правило, вводится еще контроль по дополнительному электроду 4 с целью определения степени фокусировки в данной области общего ионного пучка. Основной и дополнительный электроды устанавливаются над стенками коробок приемника, а степень фокусировки определяется как величины отношений ионного тока, приходящего на коробки приемника, к минимальным токам на основном и дополнительном настроечных электродах; чем выше эти отношения, тем лучше фокусировка. На фиг.1,а представлена принципиальная схема установки настроечных электродов и коробок приемника, применяемая для большинства разделямых на изотопы химических элементов. Как следует из фиг.1,а, технический результат при контроле захождения в свою коробку малораспространенного изотопа неудовлетворительный ввиду того, что его значительная часть оседает на дополнительном электроде при настройке по минимуму между данным изотопом и соседним изотопом значительно большей интенсивности. Размеры "S" (S2, S3, S4, S5), равные ширине настроечных электродов, характеризуют степень "зарезания" изотопных пучков этими электродами. Как следствие низкое обогащение изотопа с малым природным содержанием. Технический результат изобретения - получение более высокого обогащения малораспространенных изотопов. Поставленная цель достигается тем, что стенки коробок и расположенный над их торцами дополнительный электрод, определяющий степень фокусировки между малораспространенным и соседним более мощным изотопом, устанавливают таким образом, чтобы они были смещены относительно минимального сигнала между изотопами на половину ширины дополнительного электрода в сторону более мощного изотопа вдоль фокальной плоскости, а контроль степени фокусировки в данной области ионного пучка осуществляют по заданному отношению величины ионного тока на коробки приемника к минимальному ионному току на дополнительном электроде при периодическом смещении общего ионного пучка в сторону более мощного изотопа за счет изменения ускоряющего напряжения (см. фиг.1, б). Это обеспечивает более полное захождение малораспространенного изотопа в свою коробку и повышение его обогащения. 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 не известна 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 лютеция в электромагнитном сепараторе. Для эксперимента использовали разделительные камеры электромагнитного сепаратора "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г.Лесной, Свердловской области. Навеску хлорида лютеция (LuCl3) размещают 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 производят откачку камеры вакуумными насосами до давления (0,5-2,5)
Формула изобретения
Способ получения высокообогащенных изотопов с малым природным содержанием при их разделении в электромагнитном сепараторе, включающий размещение рабочего вещества в тигле источника ионов, нагрев рабочего вещества до парообразного состояния, ионизацию паров 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 с помощью системы настроечных электродов, постоянный контроль степени фокусировки ионного пучка по заданному отношению величины ионного тока на коробки приемника к минимальному току на основном настроечном электроде, отличающийся тем, что стенки коробок и расположенный над их торцами дополнительный электрод, определяющий степень фокусировки между малораспространенным и соседним более мощным изотопами, устанавливают таким образом, чтобы они были смещены относительно минимального сигнала между изотопами на половину ширины дополнительного электрода в сторону более мощного изотопа вдоль фокальной плоскости, а степень фокусировки ионного пучка дополнительно контролируют по заданному отношению величины ионного тока на коробки приемника к минимальному ионному току на дополнительном электроде при периодическом смещении ионного пучка малораспространенного изотопа в сторону более мощного изотопа за счет изменения ускоряющего напряжения.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2