Способ переработки радиоактивного щелочного металла

Авторы патента:

Шаповалов Владимир Владимирович (RU)

Ермолов Николай Антонович (RU)

Тогаева Наталья Роальдовна (RU)

Хамьянов Степан Владимирович (RU)

Подсобляев Дмитрий Алексеевич (RU)

Нерозин Николай Александрович (RU)

Ткачев Сергей Викторович (RU)

G21G4/04 - радиоактивные источники, кроме источников нейтронов (радиоактивные перевязочные средства A61M 36/14)

Владельцы патента RU 2542729:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации-Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" (RU)

Изобретение относится способу переработки радиоактивного щелочного металла. Заявленный способ включат подачу газа-реагента в нижнюю камеру (6) химического реактора, заполнение верхней камеры (1) химического реактора газом-реагентом из нижней камеры (6) через газопроницаемую перегородку (2) и подачу радиоактивного расплавленного щелочного металла в верхнюю камеру (1) химического реактора. Далее осуществляют распыление расплавленного щелочного металла отбойником (7) струи щелочного металла в верхней части верхней камеры (1), взаимодействие в верхней камере (1) химического реактора распыленного щелочного металла и газа-реагента при постоянном поддерживании избыточного давления газа-реагента в верхней камере (1) с получением твердых продуктов переработки. Накопление твердых продуктов переработки предусмотрено в нижней части верхней камеры (1) с возможностью их извлечения. Техническим результатом является повышение производительности периодического способа переработки радиоактивного щелочного металла, отсутствие калиброванных забивающихся отверстий для подачи расплавленного щелочного металла, а также отсутствие циркуляции газа через химический реактор и уноса из него с газом радиоактивных частиц. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиохимии и методам переработки радиоактивных щелочных металлов.

Известен способ окисления щелочных металлов (Na, K, Rd, Cs) при взаимодействии расплавленного щелочного металла с водой или щелочным раствором (Локшин Э.П., Громов О.Г., Кузьмин А.П. Получение гидроксидов щелочных металлов // Теплофизика - 2002. Тепломассоперенос и свойства жидких металлов: Тез. докл. Рос. межотрасл. конф. 29-31 октября 2002 г. - Обнинск, 2002. - Матер. конф. - T.1. - С.237).

Способ применяется для получения особо чистых гидроксидов К, Rb, Cs.

Недостаток известного способа заключается в отсутствии апробации применительно к переработке радиоактивных щелочных металлов.

Наиболее близким по технической сущности является способ, описание которого изложено в патенте США №6,120,745. Дата патента: 19 сентября 2000.

В известном способе окисление распыляемого расплавленного натрия газом-реагентом осуществляют в кипящем слое оксидных частиц, находящемся внизу верхней камеры химического реактора. Для формирования кипящего слоя через реактор прокачивают аргон. Способ реализуют в режиме разовых загрузок оксидных частиц для кипящего слоя. Натрий распыляют распылителем, установленным на конце трубопровода подачи расплавленного щелочного металла и снабженным набором калиброванных отверстий. Для предотвращения уноса потоком аргона частиц кипящего слоя, размер которых больше 5 микрометров, в химическом реакторе установлен циклон.

Известный способ включает подачу газа-реагента в нижнюю камеру химического реактора, заполнение верхней камеры химического реактора газом-реагентом из нижней камеры через газопроницаемую перегородку, подачу радиоактивного расплавленного щелочного металла в верхнюю камеру химического реактора, распыление расплавленного щелочного металла в верхней камере химического реактора, взаимодействие в верхней камере химического реактора распыленного щелочного металла и газа-реагента с получением твердых продуктов переработки, накопление твердых продуктов переработки в нижней части верхней камеры и их извлечение.

Недостатки известного способа:

- циклический характер способа переработки и, как следствие, низкая производительность;

- калиброванные отверстия распылителя могут забиваться окисными продуктами, содержащимися в радиоактивном щелочном металле;

- возможен унос радиоактивных частиц кипящего слоя потоком аргона, который прокачивают через химический реактор.

Технический результат изобретения заключается в разработке более производительного периодического способа переработки радиоактивного щелочного металла, отсутствии калиброванных забивающихся отверстий для подачи расплавленного щелочного металла, в отсутствии циркуляции газа через химический реактор и уноса из него с газом радиоактивных частиц.

Для достижения технического результата в способе переработки радиоактивного щелочного металла, включающем подачу газа-реагента в нижнюю камеру химического реактора, заполнение верхней камеры химического реактора газом-реагентом из нижней камеры через газопроницаемую перегородку, подачу радиоактивного расплавленного щелочного металла в верхнюю камеру химического реактора, распыление расплавленного щелочного металла в верхней камере химического реактора, взаимодействие в верхней камере химического реактора распыленного щелочного металла и газа-реагента с получением твердых продуктов переработки, накопление твердых продуктов переработки в нижней части верхней камеры и их извлечение, предлагается расплавленный щелочной металл распылять отбойником струи щелочного металла в верхней части верхней камеры и при взаимодействии щелочного металла с газом-реагентом постоянно поддерживать избыточное давление газа-реагента в верхней камере химического реактора.

В частных случаях реализации способа предлагается:

- при переработке радиоактивного щелочного металла через проточную часть рубашки охлаждения химического реактора прокачивать охлаждающую среду,

- в качестве газа-реагента использовать закись азота или смесь кислорода от 50 об.% до 80 об.% и диоксида углерода от 50 об.% до 20 об.%.

Сущность изобретения поясняется примерной конструкцией химического реактора для реализации способа, представленной на фиг.1.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:

1 - верхняя камера химического реактора, 2 - газопроницаемая перегородка, 3 - запорный вентиль, 4 - манометр, 5 - напорный трубопровод охлаждающей среды, 6 - нижняя камера химического реактора, 7 - отбойник струи щелочного раствора, 8 - патрубок, 9 - рубашка охлаждения, 10 - сливной трубопровод охлаждающей среды, 11 - трубопровод вытяжной спецвентиляции, 12 - трубопровод подачи газа-реагента, 13 - трубопровод подачи расплавленного щелочного металла, 14 - шибер с электроприводом.

Данный химический реактор применяют для реализации способа переработки радиоактивного щелочного металла.

Способ включает следующие операции: подачу газа-реагента в нижнюю камеру 6 химического реактора, заполнение верхней камеры 1 химического реактора газом-реагентом из нижней камеры 6 через газопроницаемую перегородку 2, подачу радиоактивного расплавленного щелочного металла в верхнюю камеру 1 химического реактора, распыление расплавленного щелочного металла отбойником 7 струи щелочного металла в верхней части верхней камеры 1, взаимодействие в верхней камере 1 химического реактора распыленного щелочного металла и газа-реагента при постоянном поддерживании избыточного давления газа-реагента в верхней камере 1 с получением твердых продуктов переработки, накопление твердых продуктов переработки в нижней части верхней камеры 1 и их извлечение.

Подача газа-реагента в нижнюю камеру 6 химического реактора, заполнение верхней камеры 1 химического реактора газом-реагентом из нижней камеры 6 через газопроницаемую перегородку 2 предназначены для равномерного поступления газа-реагента в верхнюю камеру 1. Подача радиоактивного расплавленного щелочного металла в верхнюю камеру 1 химического реактора предназначена для приведения в контакт расплавленного щелочного металла с находящимся в верхней камере 1 газом-реагентом. Распыление расплавленного щелочного металла отбойником 7 струи щелочного металла в верхней части верхней камеры 1 предназначено для увеличения площади взаимодействия щелочного металла и газа-реагента. Взаимодействие в верхней камере 1 химического реактора распыленного щелочного металла и газа-реагента при постоянном поддерживании избыточного давления газа-реагента в верхней камере 1 с получением твердых продуктов переработки предназначено для восполнения расходуемого в химической реакции газа-реагента и обеспечения непрерывности процесса в течение периода переработки. Накопление твердых продуктов переработки в нижней части верхней камеры 1 и их извлечение предназначено для определения конца периода переработки щелочного металла и начала выдачи продуктов переработки.

В частных случаях реализации способа:

Прокачка охлаждающей среды при переработке радиоактивного щелочного металла через проточную часть рубашки 9 предназначена для охлаждения химического реактора.

Использование закиси азота в качестве газа-реагента предназначено для и получения твердого продукта переработки в виде смеси нитрата MeNO₃, нитрита MeNO₂ и оксида Me₂O.

Использование в качестве газа-реагента смеси кислорода от 50 об.% до 80 об.% и диоксида углерода от 50 об.% до 20 об.% предназначено для получения твердого продукта переработки, карбоната щелочного металла Me₂CO₃.

Пример конкретной реализации способа.

Подают в нижнюю камеру 6 закись азота. Из нижней камеры 6 закись азота поступает через газопроницаемую перегородку 2 в верхнюю камеру 1. Устанавливают в химическом реакторе избыточное давление газа-реагента, равное 0,1 МПа по манометру 4. Подают струю расплавленного щелочного металла в верхнюю часть верхней камеры 1 и распыляют щелочной металл отбойником 7 струи щелочного раствора. Образующиеся частицы щелочного металла вступают в плотный контакт с закисью азота. Получаемый в результате химической реакции твердый продукт переработки, представляющий собой смесь нитрата MeNO₃, нитрита MeNO₂ и оксида Me₂O, в виде порошка оседает в нижней части верхней камеры 1 и накапливается в ней.

В процессе переработки осуществляют поддержание избыточного давления газа-реагента, который расходуется в процессе переработки. Подача газа-реагента снизу гарантирует окисление случайно не окислившегося щелочного металла в массе твердого продукта переработки. После наполнения нижней части химического реактора открывают дистанционно шибер 8 и высыпают твердый продукт переработки из химического реактора.

При соблюдении технологических параметров процесс протекает в регулируемом, периодическом, безопасном режиме.

Аналогичным будет переработка щелочного металла с использованием в качестве газа-реагента смеси кислорода от 50 об.% до 80 об.% и диоксида углерода от 50 об.% до 20 об.%.

Получен технический результат изобретения:

- разработан более производительный периодический способ переработки радиоактивного щелочного металла с окисными продуктами,

- отсутствуют забивания линии подачи расплавленного щелочного металла за счет использования для распыления отбойником 7 струи щелочного раствора,

- отсутствует унос из химического реактора радиоактивных частиц за счет отсутствия циркуляции газа через химический реактор.

1. Способ переработки радиоактивного щелочного металла, включающий:
- подачу газа-реагента в нижнюю камеру химического реактора,
- заполнение верхней камеры химического реактора газом-реагентом из нижней камеры через газопроницаемую перегородку,
- подачу радиоактивного расплавленного щелочного металла в верхнюю камеру химического реактора,
- распыление расплавленного щелочного металла в верхней камере химического реактора,
- взаимодействие в верхней камере химического реактора распыленного щелочного металла и газа-реагента с получением твердых продуктов переработки,
- накопление твердых продуктов переработки в нижней части верхней камеры и их извлечение, отличающийся тем, что расплавленный щелочной металл распыляют отбойником струи щелочного металла в верхней части верхней камеры и при взаимодействии щелочного металла с газом-реагентом постоянно поддерживают избыточное давление газа-реагента в верхней камере химического реактора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при переработке радиоактивного щелочного металла через проточную часть рубашки охлаждения химического реактора прокачивают охлаждающую среду.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газа-реагента используют закись азота или смесь кислорода от 50 об.% до 80 об.% и диоксида углерода от 50 об.% до 20 об.%.

Изобретение относится к области коммунального хозяйства и может использоваться для сортировки твердых отходов, преимущественно бытового, промышленного и коммерческого контейнерного мусора.

Способ сортировки твердых отходов // 2537786

Способ получения стронция-82 // 2522668

Изобретение относится к радиохимии. Способ получения стронция-82 включает выполнение следующих операций: облучение в потоке ускоренных заряженных частиц мишени, представляющей собой стальную оболочку, заполненную металлическим рубидием, вскрытие оболочки облученной мишени в среде газа, не взаимодействующего с металлическим рубидием, плавление облученного металлического рубидия в оболочке и подачу его расплава в химический реактор, подачу в химический реактор закиси азота порциями, по меньшей мере, до прекращения роста температуры в химическом реакторе при подаче свежей порции закиси азота, растворение в химическом реакторе образовавшихся взрывобезопасных и пожаробезопасных солей рубидия и находящегося в них стронция-82 1,5÷4,5 М раствором азотной кислоты, выделение стронция-82 из полученного раствора сорбцией.

Радионуклидный источник излучения для радиационной гамма-дефектоскопии // 2499312

Изобретение относится к области радиоактивных источников, в частности к радионуклидным источникам гамма-излучения, и может найти применение для радиационной гамма-дефектоскопии.

Способ получения натрия-22 из облученной протонами алюминиевой мишени // 2489761

Изобретение относится к радиохимии. .

Способ получения генераторного радионуклида рений-188 // 2481660

Изобретение относится к радиохимии и может быть использовано для получения радиофармпрепарата на основе радионуклида рений-188. .

Способ изготовления источников на основе радионуклида, выбранного из группы щелочноземельных элементов // 2454744

Изобретение относится к области технологии изготовления закрытых радионуклидных источников фотонного и бета-излучений. .

Способ получения источников гамма-излучения на основе радионуклида 74se для гамма-дефектоскопии // 2444074

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к промышленной гамма-дефектоскопической аппаратуре. .

Способ изготовления альфа-радиоактивных источников // 2397562

Изобретение относится к области ядерной техники и радиохимии. .

Ампула облучательного устройства ядерного реактора // 2342716

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции ампулы облучательного устройства ядерного реактора, и предназначено для производства источников гамма-излучения.

Химический реактор для переработки радиоактивного щелочного металла // 2543050

Изобретение относится к химическому реактору для переработки радиоактивного щелочного металла. Заявленное устройство включает корпус реактора (5), полость которого разделена газопроницаемой перегородкой (2) на нижнюю камеру (8) и верхнюю камеру (1). При этом нижняя камера оснащена трубопроводом подачи в нее газа-реагента (14); верхняя камера оснащена трубопроводом подачи в нее расплавленного щелочного металла (15). Для охлаждения корпуса реактора в заявленном устройстве предусмотрена рубашка (11). Напротив трубопровода подачи расплавленного щелочного металла (15), в верхней части верхней камеры (1), с зазором от трубопровода установлен отбойник струи щелочного металла (9) и патрубок (10) с шибером (16). В частных случаях исполнения химического реактора под отбойником струи щелочного металла может быть установлена жалюзийная решетка (3) с изменяемым углом наклона ее жалюзи. Отбойник струи щелочного металла может быть оснащен электроприводом и может быть также соединен с генератором ультразвуковых колебаний. Шибер патрубка может быть оснащен электроприводом. Кроме того, в состав химического реактора могут входить запорный вентиль (4), манометр (6), напорный трубопровод (7) охлаждающей жидкости, сливной трубопровод (13) вытяжной вентиляции. Техническим результатом является возможность периодической переработки щелочного металла при исключении уноса радиоактивных частиц. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ герметизации источника ионизирующего излучения и устройство для его реализации // 2555749

Изобретение относится к средствам получения источников ионизирующего излучения. Заявленный способ герметизации источника ионизирующего излучения (ИИИ) включает герметизацию ИИИ, помещенного в капсулу (19), загерметизированную аргонодуговой сваркой. В качестве ИИИ используется заготовка из кобальта, при этом капсула выполнена в виде стакана из нержавеющей стали (4). Герметизация капсулы производится герметичной крышкой (20) из нержавеющей стали, приваренной по окружности стыка капсулы и крышки. Аргонодуговая сварка производится неплавящимся электродом без присадок в среде защитного газа в радиационно-защитных «горячих» камерах. Заявленное устройство включает капсулу с ИИИ и устройство аргонодуговой сварки, закрепленное в сварочной головке (10), которая закреплена в механизме перемещения (6). Сварочная головка состоит из корпуса (11), устройства для подачи электричества (12), штуцера (13) для подвода защитного газа и сварочного сопла (14). Техническим результатом является возможность дистанционного использования способа и устройства герметизации источника ионизирующего излучения в радиационно-защитных «горячих» камерах. 2 н. и 5 з. п. ф-лы, 2 ил.

Герметичный изотопный источник осколков деления на основе калифорния-252 и способ его изготовления // 2558660

Изобретение относится к области изготовления двусторонних герметичных изотопных источников осколков деления на основе калифорния-252, применяемых в ядерно-физических экспериментах, основанных на время-пролетном методе. В заявленном изобретении для того, чтобы двусторонний источник осколков деления был герметичным и в то же время спектрометрическим, т.е. с энергетическим спектром осколков деления, в котором возможно выделить тяжелую и легкую группы, предусмотрено использование в качестве подложки (1) прозрачной для осколков деления (~0,15 мкм) пленки из окиси алюминия, на которую наносят активное пятно (2) из радиохимически чистого раствора калифорния-252. При этом полученный источник вначале упрочняют с обеих сторон тонкими слоями золота (3) толщиной 50-100 мкг/см2, а затем герметизируют слоями никеля (4). При этом энергетические спектры осколков деления, вылетающих с обеих сторон, идентичны. Техническим результатом является обеспечение возможности использования в экспериментах герметичного двустороннего спектрометрического источника источника, в том числе во время-пролетных экспериментах. 2н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Способ получения высокочистых соединений 177lu, свободных от носителя, а также соединения 177lu, свободные от носителя // 2573475

Изобретение относится к способу получения высокочистых соединений 177Lu, свободных от носителя, для медицинских целей и/или диагностических целей. Способ получения соединений 177Lu из соединений l76Yb, облучаемых тепловыми нейтронами, включает введение в первую колонку, заполненную катионообменным материалом, исходных веществ, растворенных в минеральной кислоте и содержащих l77Lu и 176Yb в примерном массовом соотношении от 1:102 до 1:1010, замену протонов катионообменного материала на ионы аммония с использованием раствора NH4Cl, промывку катионообменного материала водой, соединение выходного отверстия первой колонки и входного отверстия второй колонки, введение воды и хелатообразующего агента во входное отверстие первой колонки, чтобы элюировать соединения 177Lu из первой и второй колонок, определение уровня радиоактивного излучения на выходе второй колонки для подтверждения элюирования соединений 177Lu, сбор первого элюата 177Lu из выходного отверстия второй колонки в сосуд, протонирование хелатообразующего агента, загрузка конечной колонки путем непрерывной подачи полученного элюата l77Lu во входное отверстие конечной колонки, промывку от хелатообразующего агента разбавленной минеральной кислотой, удаление следов ионов других металлов из раствора l77Lu путем промывки катионообменного материала конечной колонки минеральной кислотой в разных концентрациях и элюирование ионов 177Lu из конечной колонки с помощью высококонцентрированной минеральной кислоты. Изобретение позволяет получать миллиграммовые количества высокочистых соединений 177Lu, свободных от носителя. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Способ и устройство сборки источника ионизирующего излучения // 2639723

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано при изготовлении источников ионизирующего излучения (ИИИ), предназначенных специально для медицинских целей. Способ сборки ИИИ заключается в заполнении корпуса гамма-излучающими элементами, содержащими гамма-излучающий изотоп. Гамма-излучающие элементы (ГИЭ), выполненные в виде дисков диаметром от 1,5 мм до 4 мм и толщиной 0,1-0,3 мм, россыпью складируют в наклонном бункере, в котором под воздействием вибрации ГИЭ перемещаются в низший угол наклонного бункера. Откуда их посредством вакуумной присоски транспортируют в корпус хранения ГИЭ. Процедуру транспортировки повторяют до тех пор, пока корпус не будет заполнен необходимым количеством ГИЭ, свободное место в корпусе заполняют компенсаторами, после чего корпус закрывают крышкой. Изобретение позволяет снизить трудоемкость загрузки ГИЭ в корпус. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.