Способ разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе

 

Изобретение может быть использовано при получении высокообогащенных изотопов калия в промышленных масштабах. Навеску рабочего вещества - хлорида калия - помещают в тигель источника ионов. Источник ионов и трехкоробочный приемник устанавливают в разделительную камеру электромагнитного сепаратора. Тигель с рабочим веществом нагревают до получения паров КСl. Пары ионизируют в газоразрядной камере под действием электронной эмиссии с термокатода. Формируют ионные пучки электродами ионно-оптической системы, разделяют и фокусируют их в магнитном поле. Ионы улавливают коробками приемника. По окончании процесса приемники снимают. Обогащение по изотопам, %: К39 99,96; К40 6,5; К41 98,3. Изобретение позволяет снизить энергозатраты за счет уменьшения мощности нагревателя тигля до 300-400 Вт, увеличить срок службы тигля без снижения производительности установки и при сохранении высокой степени обогащения. 1 табл.

Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов химических элементов, а точнее к электромагнитному разделению изотопов калия.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного разделения стабильных изотопов калия: калий 39, калий 40, калий 41.

Известен способ разделения изотопов различных химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов и предусматривающий нагрев тигля с рабочим веществом и газоразрядной камеры тепловым излучением от нагревателей активного сопротивления до образования пара рабочего вещества, ионизацию молекул в газоразрядной камере, из которой ионы извлекаются и формируются в ионный пучок, разделяемый и фокусируемый магнитным полем в соответствии с массой изотопов и улавливаемый коробками приемника (Н. А. Кащеев, В.А. Дергачев. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. - М.: Энергоатомиздат, 1989).

Одним из недостатков указанного способа является то, что он очень энергоемок. В частности, недостаток известного способа разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе заключается в том, что технический результат неудовлетворительный ввиду значительного расхода электроэнергии на испарение рабочего вещества.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ, описанный в патенте РФ 2158172 "Разделение изотопов калия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов". В качестве рабочего вещества в тигель загружается смесь ортофосфата калия (К₃РО₄) и мелкодисперсного железа. При нагреве происходит химическая реакция этих компонентов, в результате чего образуются пары калия, которые попадают в газоразрядную камеру источника, ионизируются, в виде ионного пучка разделяются в магнитном поле на три изотопа и улавливаются коробками приемника.

Основным недостатком при использовании этого способа является высокая температура нагрева тигля с рабочим веществом, достигаемая при мощности нагревателя 1200-1500 Вт, что обуславливает значительный расход электроэнергии.

Другим недостатком является химическая реакция ортофосфата калия с материалом тигля, изготавливаемого из стали 12Х18Н10Т, в результате чего его срок службы ограничен двумя - тремя загрузками рабочего вещества.

Технический результат изобретения - уменьшение расхода электроэнергии и увеличение срока службы тигля источника ионов.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего вещества используется хлорид калия (КС1). Это рабочее вещество не реагирует с материалом тигля и обеспечивает необходимое давление паров для поддержания устойчивой работы источника при мощности нагревателя тигля 300-400 Вт.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявляемому, 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 ниже представлен пример осуществления указанного способа. Он был испытан при разделении изотопов калия в электромагнитном сепараторе СУ-20 комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области.

Навеску хлорида калия 40-50 г размещали в тигле источника ионов. После установки источника и трехкоробочного приемника в разделительную камеру сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (1-2)•10^-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 32-33 кВ.

После получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжения на нагреватели тигля (300-400 Вт) и газоразрядной камеры (500-600 Вт), обеспечивающие испарение рабочего вещества, его ионизацию в газоразрядной камере и формирование с помощью ионно-оптической системы ионного пучка, состоящего из трех ионных пучков изотопов, которые под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля в камере порядка 1600 Э разделялись, фокусировались в фокальной плоскости и улавливались коробками приемника.

После накопления приемники извлекали из разделительной камеры, производили съем изотопов из коробок, полученный изотопнообогащенный раствор анализировали на обогащение и на содержание в нем калия.

Результаты опытно-промышленного разделения изотопов калия приведены в таблице.

Таким образом, предложенный способ электромагнитного разделения изотопов калия по сравнению с существующим методом показал свою эффективность в получении технико-экономического результата. Использование на практике заявляемого технического решения позволяет уменьшить расход электроэнергии и увеличить срок службы тиглей источника ионов.

Это дает возможность эффективно использовать указанный способ без снижения производительности установки и обогащения улавливаемых изотопов калия.

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

Формула изобретения

Способ разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе, включающий размещение рабочего вещества в тигле источника ионов, нагрев рабочего вещества до парообразного состояния, ионизацию паров рабочего вещества в газоразрядной камере источника под действием электронной эмиссии с термокатода, формирование ионного пучка электродами ионно-оптической системы, разделение и фокусировку ионных пучков изотопов в магнитном поле, улавливание этих пучков коробками приемника, отличающийся тем, что в качестве рабочего вещества используют хлорид калия.

РИСУНКИ

Рисунок 1