DE1201925B

DE1201925B - Process for the production of phosphorus P

Info

Publication number: DE1201925B
Application number: DEE27248A
Authority: DE
Inventors: Serge Godar
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1963-06-19
Filing date: 1964-06-19
Publication date: 1965-09-30
Also published as: LU46214A1; BE633780A; FR1397673A; GB1057154A; NL6406760A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

G21gG21g

Deutsche Kl.: 21g-21/11German class: 21g-21/11

Nummer: 1201925Number: 1201925

Aktenzeichen: E 27248 VIII c/21 gFile number: E 27248 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 19. Juni 1964Filing date: June 19, 1964

Auslegetag: 30. September 1965Opening day: September 30, 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zui Erzeugung von HF durch Beschüß des Isotops HS des Schwefels mit Neutronen, der zur Reaktion S33(n,p)P33 führt.The invention relates to a method for generating HF by bombarding the isotope HS of sulfur with neutrons, which leads to the reaction S33 (n, p) P33.

Das Isotop HF des Phosphors hat eine Halbwertzeit von 25 Tagen und wandelt sich unter Emission von Betastrahlung von250keV in Schwefel HS um. Es hat gegenüber dem Isotop ?§P den Vorzug einer längeren Halbwertzeit, was insbesondere die Durchführung länger dauernder Versuche ermöglicht und auch die Möglichkeiten der Lagerung verbessert. Da weiterhin seine Betastrahlung weniger energiereich ist, führt das bei gleicher Aktivität zu einer geringeren Strahlungsdosis. P33 hat im übrigen gegenüber P 32 den Vorteil, daß er ein besseres radiographisches Auflösungsvermögen aufweist.The isotope HF of phosphorus has a half-life of 25 days and converts into sulfur HS with the emission of beta radiation of 250 keV. Compared to the isotope? §P, it has the advantage of a longer half-life, which in particular enables longer-lasting experiments to be carried out and also improves storage options. Since its beta radiation is still less energetic, this leads to a lower radiation dose with the same activity. P33 also has the advantage over P 32 that it has a better radiographic resolution.

Die Anwendung dieses Isotops führt zu vielen interessanten Möglichkeiten, wie etwa der Markierung ein und desselben Moleküls an verschiedenen Stellen mit P 32 und P 33 oder auch der Markierung zweier verschiedener Moleküle mit dem einen oder anderen dieser Isotope.The application of this isotope leads to many interesting possibilities, such as marking one and the same molecule at different points with P 32 and P 33 or the marking two different molecules with one or the other of these isotopes.

Eine der Reaktionen, die es ermöglichen, das Isotop P 33 zu erhalten, ist s3S(n,p)³³P. Diese Reaktion kann mit thermischen Neutronen herbeigeführt werden. Es ist jedoch auf Grund der parasitären Reaktion ³²S(n,p)³²P unmöglich, P 33 frei von P 32 zu erhalten, wenn man den Schwefel in einem Reaktor bestrahlt. So konnte man, wenn man in einem Reaktor 1 kg Schwefel 1 Monat lang unter einem Neutronenfluß von 7,5 · 10¹¹ n/cm² bestrahlte, nur eine Ausbeute von 12 Mikrocurie P 33 mit einer Reinheit von 27% erhalten. Man hat auch versucht, den Unterschied auszunutzen, der zwischen den Halbwertzeiten der Phosphorisotopen P 32 und P 33 besteht, indem man die Bestrahlung so lange fortsetzte, bis die Bildung von P 33 ein Maximum erreichte, und das Produkt dann lagerte, bis der größte Teil der Aktivität von P 32 abgesunken war. Es liegt aber auf der Hand, daß dieses Verfahren unrentabel ist. Auch der Versuch der Trennung einer Mischung aus P 32 und P 33 mit Hilfe eines elektromagnetischen Isotopentrenners hat nur P 33 geliefert, der noch immer 44% P 32 enthielt.One of the reactions that make it possible to obtain the isotope P 33 is s3S (n, p) ³³ P. This reaction can be brought about with thermal neutrons. However, due to the parasitic reaction ³² S (n, p) ³² P, it is impossible to obtain P 33 free from P 32 if the sulfur is irradiated in a reactor. Thus, if 1 kg of sulfur were irradiated in a reactor for 1 month under a neutron flux of 7.5 · 10 ¹¹ n / cm ² , only a yield of 12 microcurie P 33 with a purity of 27% could be obtained. Attempts have also been made to exploit the difference that exists between the half-lives of the phosphorus isotopes P 32 and P 33 by continuing the irradiation until the formation of P 33 reached a maximum and then storing the product until the largest part the activity of P 32 had decreased. It is obvious, however, that this process is unprofitable. Even the attempt to separate a mixture of P 32 and P 33 with the aid of an electromagnetic isotope separator only yielded P 33, which still contained 44% P 32.

Die Anreicherung des natürlich vorkommenden Schwefels, der 0,75% S 33 enthält, auf 25,1% ist ein kostspieliges Verfahren, das trotzdem durch Bestrahlung nur ein Produkt liefert, das immer noch eine große Menge P 32 enthält.The enrichment of naturally occurring sulfur, which contains 0.75% S 33, is to 25.1% a costly process that still only delivers a product through irradiation that still does contains a large amount of P 32.

Bei dem eingangs genannten Verfahren zur Erzeugung von P 33 soll daher die gleichzeitige Bildung einer großen Menge P 32 verhindert werden. Dies Verfahren zur Erzeugung von Phosphor ³³PIn the above-mentioned method for generating P 33, the simultaneous formation of a large amount of P 32 is therefore to be prevented. This process for the production of phosphorus ³³ P

Anmelder:Applicant:

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM)European Atomic Energy Community (EURATOM)

BrüsselBrussels

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. R. Müller-BörnerDipl.-Ing. R. Müller-Borner

und Dipl.-Ing. H.-H. Wey, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. H.-H. Wey, patent attorneys,

Berlin 33, Podbielskiallee 68Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:
Serge Godar, BrüsselNamed as inventor:
Serge Godar, Brussels

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Belgien vom 19. Juni 1963 (507585)Belgium 19 June 1963 (507585)

wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mit Hilfe eines Teilchenbeschleunigers Protonen erzeugt werden, die in der Reaktion Li7(p,n)Be7 zur Erzeugung von Neutronen verwendet werden, worauf diese Neutronen mit dem Schwefel ³³S zur Reaktion gebracht werden. Dabei müssen die folgenden Bedingungen eingehalten werden:is inventively achieved in that protons are generated by means of a particle accelerator which are used in the reaction Li7 (p, n) Be7 for generating neutrons, whereupon these neutrons are reacted with the sulfur ³³ S for reaction. The following conditions must be observed:

1. Das Ausgangsmaterial soll eine möglichst große Menge S 33 enthalten.1. The starting material should contain the largest possible amount of S 33.

2. Die Reaktionswahrscheinlichkeit (Sigma-Einfang) soll so groß wie möglich sein (Neutronenenergie zwischen etwa 5 · 10⁵ eV und 1,3 MeV).2. The reaction probability (sigma capture) should be as high as possible (neutron energy between about 5 · 10 ⁵ eV and 1.3 MeV).

3. Zur Verhütung der Reaktion 32S(_n,p)³²P muß die Neutronenenergie auf maximal 1 bis 1,5 MeV beschränkt werden.3. To prevent the reaction 32S ( _n , p) ³² P, the neutron energy must be limited to a maximum of 1 to 1.5 MeV.

4. Verwendung eines monokinetischen Neutronenflusses, um jedem Neutron eine maximale Reaktionsmöglichkeit zu geben.4. Use of a monokinetic neutron flux to give each neutron the maximum possible response admit.

5. Hohe Intensität des Neutronenflusses.5. High intensity of neutron flux.

6. Kurze Bestrahlungsdauer.6. Short exposure time.

Da die Anreicherung des natürlichen Schwefels als zu teuer angesehen werden muß, verwendet das Verfahren nach der Erfindung als Ausgangsmaterial natürlichen Schwefel, schließt aber auch die Verwendung angereicherten Schwefels nicht aus.Since the enrichment of natural sulfur must be regarded as too expensive, the The method according to the invention as a starting material natural sulfur, but also includes the use enriched sulfur is not enough.

Man hat festgestellt, daß, bezogen auf andere Faktoren, die Reaktionsbedingungen dann optimalIt has been found that, based on other factors, the reaction conditions are then optimal

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sind, wenn man einen Beschleuniger benutzt, der Neutronen durch die Reaktion ⁷Li(p,n)⁷Be erzeugt. Die Energie der in diesem Gerät erzeugten Neutronen liegt zwischen 29,4 keV (Protonen von 1,88 MeV) und 1,305 MeV (Protonen von 3 MeV). Nach dem Verfahren der Erfindung kann man Protonen verschiedener Energie benutzen, es ist aber vorzuziehen, solche mit einer Energie von etwa 2,7 MeV zu verwenden. In diesem Falle haben die durch die Reaktion ⁷Li(p,n)⁷Be erzeugten Neutronen eine Energie von etwa 995 keV. Bei Protonenenergien nahe 2,7 MeV kann man pro Mikroampere Stromstärke 1,5 · 10⁹ Neutronen pro Sekunde erhalten. Die neuesten Beschleuniger erzeugen eine Bündelintensität zwischen 50 und 500 Mikroampere, was einer Neutronenproduktion von 7,5 · 10¹⁰ bis 7,5 · 10^u n/sec entspricht. Es gibt sogar schon Beschleuniger, die eine Stromstärke von 1,4 Milliampere erzeugen können, was einem Neutronenfluß von 2 · 10¹² n/sec entspricht. Es ist im übrigen nicht ausgeschlossen, daß diese Stromstärke in naher Zukunft noch überschritten wird.are, if you use an accelerator that ^{generates neutrons through the reaction 7} Li (p, n) ⁷ Be. The energy of the neutrons generated in this device is between 29.4 keV (protons of 1.88 MeV) and 1.305 MeV (protons of 3 MeV). Protons of various energies can be used in the method of the invention, but it is preferable to use protons with an energy of about 2.7 MeV. In this case the ^{neutrons generated by the reaction 7} Li (p, n) ⁷ Be have an energy of about 995 keV. With proton energies close to 2.7 MeV, 1.5 · 10 ⁹ neutrons per second can be obtained per microampere current. The latest accelerators generate a beam intensity between 50 and 500 microamps, which corresponds to a neutron production of 7.5 · 10 ¹⁰ to 7.5 · 10 10 ^u n / sec. There are even accelerators that can generate a current of 1.4 milliamps, which corresponds to a neutron flux of 2 · 10 ¹² n / sec. Incidentally, it cannot be ruled out that this current strength will be exceeded in the near future.

Benutzt man einen Teilchenbeschleuniger als Neutronenquelle, so kann die Bestrahlungsdauer für die Reaktion ³³S(n,p)³³P auf etwa 1 Tag herabgesetzt werden, wenn man mit den heute zur Verfügung stehenden Geräten auch längere Bestrahlungszeiten möglich machen kann.If a particle accelerator is used as the neutron source, the irradiation time for the reaction ³³ S (n, p) ³³ P can be reduced to about 1 day if longer irradiation times can be made possible with the devices available today.

Man hat berechnet, daß man 1,5 · 10~⁷ Curie P 33 pro Gramm Schwefel und pro Tag erhalten kann oder 150 Mikrocurie P 33 pro Kilogramm Schwefel und pro Tag.It has been calculated that 1.5 x 10 ^-7 Curie P can get 33 per gram per day, or sulfur and 150 microcuries of 33 P per kilogram of sulfur per day.

Die Vorteile, die das Verfahren nach der Erfindung aufweist, sind die folgenden:The advantages exhibited by the method according to the invention are as follows:

1. Man erhält P 33 frei von P 32. 35 S.1. P 33 is obtained free of P 32. 35 S.

2. Als Ausgangsmaterial wird natürlicher Schwefel oder gegebenenfalls auch angereicherter Schwefel verwendet.2. Natural sulfur or possibly also enriched sulfur is used as the starting material used.

3. Es ist keine Wartezeit erforderlich, in der die Aktivität von Nebenprodukten abnehmen müßte.3. No waiting time is required in which the activity of by-products would have to decrease.

4. Nach der Bestrahlung ist eine elektromagnetische Trennung der Isotopen überflüssig.4. After the irradiation, an electromagnetic separation of the isotopes is superfluous.

5. Der Schwefel befindet sich während der Bestrahlung auf gewöhnlicher Temperatur, so daß fast alle Verfahren zur Trennung von Phosphor und Schwefel zur Anwendung kommen können, die an sich bekannt sind.5. The sulfur is at normal temperature during the irradiation, so that almost all processes for the separation of phosphorus and sulfur can be used, which are known per se.

Claims

Patent claims:

1. A method for generating f | P by bombarding the isotope f | S of sulfur with neutrons, which leads to the reaction ³³ SOi ₁ P) ³³ P, characterized in that protons are generated with the aid of a particle accelerator, which in reaction ⁷ Li (p, n) ⁷ Be can be used to generate neutrons, whereupon these neutrons are made to react ^{with the sulfur 33 S.}

2. The method according to claim 1, characterized in that protons are used, which have an energy of almost 2.7 MeV.

3. Process according to Claims 1 and 2, characterized in that natural sulfur is used.

Considered publications:
British Patent No. 765,489;
J. Inorg. Nucl. Chem., 1959, Vol. 11, p. 86;
Journal of Applied Physics, September 1953,
1076.