Способ защиты приемного блока электромагнитного сепаратора от воздействия принимаемого ионного пучка изотопов

 

Изобретение относится к области химического нанесения покрытий. Сущность изобретения: способ включает нанесение на поверхность детали сухой композиции, содержащей 55-65 мас.% хлорида двухвалентной меди и 35-45 мас.% графитового порошка, и термообработку в восстановительной атмосфере при температуре 650-690^oC в течение 2-3 мин. Композицию можно наносить на участки прямого удара ионного пучка. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области химического нанесения покрытий путем разложения твердых соединений и технологии разделения изотопов электромагнитным методом.

В производстве стабильных изотопов известны способы защиты приемных блоков от воздействия принимаемого ионного пучка изотопов, включающие армирование стенок графитовыми или медными пластинами в местах прямого удара пучка, а также использование защитных покрытий на основе графитового порошка, включающих борный ангидрид или поверхностно-активные препараты (Технологические отчеты комбината "Электрохимприбор" инв. N 8010, 1983, N 8293, 1984, N 9176, 1986).

Однако графит и компоненты покрытий являются низкотеплопроводными веществами, что приводит к нарушению режима теплоотвода от приемного блока и увеличению реиспарения накапливаемых низкокипящих материалов, таких как цинк, кадмий, стронций. Так, использование покрытия с борным ангидридом для приемного блока Zn-68 снизило количество накапливаемого изотопа на 20% Кроме того, указанные покрытия вносят дополнительные примеси, влияющие на технологии выделения изотопнообогащенных препаратов и их аналитический контроль.

Известны способы получения теплопроводных покрытий металл-графит, получаемых пропиткой графитового материала расплавленными металлами (авторское свидетельство СССР N 1320022, 1978, заявки Франции N 223167, Изобретения за рубежом, вып. 21, N 2, 1975, патент США N 38699, Изобретения за рубежом, N 7, 1975, заявка Японии N 49-47134, Изобретения за рубежом, N 16, 1975).

Однако эти методы требуют дополнительной аппаратуры для получения массы покрытия и нанесения ее на детали блока.

Известны также способы получения металлизированных покрытий методом термического разложения в присутствии восстановителя соединений металлов, нанесенных на подложку в виде смесей с тугоплавкими компонентами (авторское свидетельство СССР N 1784657, 1992, N 1560621, 1990, заявки Японии N 2-40742 и N 2-13028, Изобретения за рубежом, вып. 49, N 1, 7, 1991).

Наиболее близким к заявляемому технологическому решению является способ получения медного покрытия, содержащего добавки оксидов хрома и алюминия (авторское свидетельство СССР N 392162, кл. C 23 C 3/04, 1973). Для получения покрытия оксиды металлов в виде суспензии в жидком стекле наносят на детали и проводят термообработку в восстановительной атмосфере, в результате чего оксид меди разлагается до металла.

Однако это покрытие содержит много дополнительных компонентов, что усложняет химические технологии выделения и очистки накопленных изотопнообогащенных металлов. К тому же восстановление меди проводят в определенной атмосфере, что требует дополнительного оборудования.

Целью предложенного способа является уменьшение потерь изотопнообогащенных металлов и сохранение деталей приемного блока для повторного использования за счет нанесения теплопроводного и эрозионностойкого медно-графитного покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что для получения покрытия используют смесь, содержащую 35.45% графитового порошка и 65.55% хлорида меди (II), причем графит является и восстановителем и эрозионностойким компонентом. Восстановление меди проводят термообработкой композиции на воздухе при температуре 650.690^oC в течение 2.3 мин.

В заявляемом техническом решении получение защитного покрытия термическим разложением хлорида меди в присутствии графита является технологически простым процессом, не требующим специальной подготовки компонентов и сложного оборудования. При этом медно-графитовое покрытие обеспечивает необходимую теплопроводность за счет металлической меди и, следовательно, уменьшает реиспарение накапливаемых изотопнообогащенных металлов и сохранение деталей приемного блока, т. к. высокое содержание графита делает его устойчивым к удару принимаемого ионного пучка. Покрытие не загрязняет накопленные металлы дополнительными примесями, то есть является универсальным для всех изотопов, принимаемых в медные блоки электромагнитного сепаратора.

Предложенный способ защиты приемного блока реализовали следующим образом.

Пример 1. Перед нанесением покрытия с медных стенок приемного блока удаляли окисную пленку, обрабатывая поверхность тампоном, смоченным в растворе азотной кислоты, и протирали их насухо. Готовили смесь, содержащую 34% графитового порошка и 66% хлорида меди. Смесь равномерно наносили на поверхность детали блока слоем 1 мм. Расход смеси на блок составлял 40 г. Стенки блока помещали на 2. 3 мин в муфельную печь, предварительно нагретую до 640^oC, затем извлекали и охлаждали на воздухе.

Определяли электросопротивление и прочность сцепления слоя покрытия методом решетчатого надзора. Избыток хлорида меди и низкая температура приводили к неравномерности электросопротивления и частичному отслаиванию покрытия.

Пример 2. Процесс нанесения покрытия проводили аналогично, но исходная смесь содержала 35% графитового порошка и 65% хлорида меди, а процесс термообработки проводили при 650^oC. Покрытие не отслаивалось и имело равномерное и низкое сопротивление.

Пример 3. Процесс нанесения покрытия проводили аналогично, но исходная смесь содержала 45% графитового порошка и 55% хлорида меди, а процесс термообработки проводили при 690^oC. Покрытие не отслаивалось и имело равномерное и низкое сопротивление.

Пример 4. Процесс нанесения покрытия проводили аналогично, но исходная смесь содержала 46% графитового порошка и 54% хлорида меди, а процесс термообработки проводили при 700^oC. На поверхности покрытия наблюдалось окисление меди, что увеличивало его электросопротивление. Покрытие частично крошилось.

Опыты по испытанию теплопроводности и стойкости покрытия были проведены на приемных блоках трех изотопов цинка и изотопа стронция при разделении их в электромагнитном сепараторе. Слой покрытия наносили как на всю поверхность деталей блоков, так и на участки, подвергающиеся прямому удару принимаемого ионного пучка, что обеспечивает максимальную теплопроводность. Для получения покрытия использовали смесь, содержащую 40% графитового порошка и 60% хлорида меди. После накопления определенного количества изотопов их снимали с поверхности блока вместе с покрытием обработкой разбавленным раствором кислоты. При этом детали приемных блоков не имели повреждений.

Количество накопленных в блоки металлов определяли методом рентгенофлюоресцентного анализа. Результаты опытов приведены в таблице, где количество накопленных изотопов характеризуется величиной коэффициента улавливания (КУ). Для сравнения приведены величины КУ для блоков, имеющих способы защиты, описанные в прототипе.

Представленные данные показывают, что по сравнению с блоками, имеющими традиционные способы защиты, использование предложенного покрытия увеличивает КУ изотопов цинка и стронция на 3,2.16,7% Нанесение покрытия на отдельные участки стенок блока, подвергающиеся прямому удару ионного пучка, позволяет обеспечить теплоотвод даже лучший, чем при использовании чисто медных пластин.

Преимуществом предложенного способа является то, что теплопроводное и эрозионностойкое медно-графитовое покрытие, которое можно наносить на нужные участки приемного блока с использованием масок, уменьшает потери изотопнообогащенных металлов, например цинка и стронция, температура испарения которых в условиях разделительной камеры электромагнитного сепаратора (p 10^-5мм рт. ст. ) составляет 212 и 352^oC соответственно. Высокое содержание графита в покрытии позволяет избежать повреждения детали блока принимаемым ионным пучком и повторно использовать их в электромагнитном сепараторе.

Кроме того, покрытие позволяет ускорить съем накопленных металлов в 6.8 раз и не влияет на технологию выделения и очистки изотопов, т.к. не содержит компонентов, не являющихся конструкционными материалами.

Формула изобретения

1. Способ защиты приемного блока электромагнитного сепаратора от воздействия принимаемого ионного пучка изотопов, включающий получение металлизированного покрытия путем нанесения на поверхность детали соединений меди и термообработку в восстановительной атмосфере, отличающийся тем, что соединения меди наносят на поверхность в виде сухой композиции, содержащей 55 65 мас. хлорида двухвалентной меди и 35 45 мас. графитового порошка, а термообработку проводят при 650 690^oС в течение 2 3 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что композицию наносят на участки прямого удара ионного пучка.

РИСУНКИ

Рисунок 1