RU2158169C1 - Способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов - Google Patents
Способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2158169C1 RU2158169C1 RU99122571/12A RU99122571A RU2158169C1 RU 2158169 C1 RU2158169 C1 RU 2158169C1 RU 99122571/12 A RU99122571/12 A RU 99122571/12A RU 99122571 A RU99122571 A RU 99122571A RU 2158169 C1 RU2158169 C1 RU 2158169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- isotopes
- titanium
- separation
- ion
- ion source
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims description 19
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- YONPGGFAJWQGJC-UHFFFAOYSA-K titanium(iii) chloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)Cl YONPGGFAJWQGJC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 5
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 6
- 229910010062 TiCl3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 abstract 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- -1 titanium ions Chemical class 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-BJUDXGSMSA-N titanium-47 Chemical compound [47Ti] RTAQQCXQSZGOHL-BJUDXGSMSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при получении высокообогащенных изотопов титана в промышленных масштабах. Рабочее вещество - смесь TiCl3 и KCl (соотношение 1 : (1,5-3) соответственно помещают в тигель источника ионов. Нагревают до парообразного состояния. 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. Съем изотопов производят методом анодного травления. Обогащение по изотопам, %: Тi - 46-97,6; Тi - 47-96,1; Ti - 48-99,8; Тi - 49-96,7; Тi - 50-97,9; коэффициент улавливания по этим изотопам - 55-70%, увеличивается производительность процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии электромагнитного разделения изотопов химических элементов, а точнее, к электромагнитному разделению изотопов титана.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для промышленного электромагнитного разделения стабильных изотопов титана: титана-46, титана-47, титана-48, титана-49, титана-50.
Известен способ разделения изотопов химических элементов, применяемый для промышленного электромагнитного разделения изотопов, предусматривающий нагрев тигля с рабочим веществом и газоразрядной камеры тепловым излучением от нагревателей активного сопротивления до образования пара рабочего вещества, ионизации молекул пара 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 г.).
Недостатком указанного способа является то, что он не подходит или малоэффективен для разделения некоторых химических элементов, имеющих только слаболетучие или высоколетучие химические соединения, или которые сами испаряются при очень низких или высоких температурах.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ разделения изотопов титана, описанный в а.с. СССР N 136330 (кл. В 01 D 59/04, 1960). Недостатком этого способа является невысокое обогащение и низкая производительность процесса.
Технический результат изобретения - увеличение обогащения разделяемых изотопов титана, улучшение фокусировки и улавливания ионных пучков.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего вещества используется смесь треххлористого титана (TiCl3) и хлорида калия (KCl), а давление в разделительной камере поддерживают в пределах (1 - 2)•10-3 Па. При этом смесь TiCl3 и KCl берется в пропорции 1:(1,5 - 3) соответственно. Данное рабочее вещество обладает слабой гигроскопичностью (в отличие от чистого TiCl3), образует давление паров, достаточное для поддержания устойчивого горения дуги разряда в диапазоне температур 400 - 500oC, хотя частично разлагается при нагреве на TiCl4 и TiCl2. Снижение давления в разделительной камере до (1 - 2)•10-3 Па в совокупности с применением в качестве рабочего вещества смеси треххлористого титана и хлорида калия позволило увеличить обогащение разделяемых изотопов титана, улучшить фокусировку и улавливание ионных пучков.
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 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 способа разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов. Для эксперимента использовался малый двухкамерный электромагнитный сепаратор "Е-7" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной, Свердловской области. Навеску смеси треххлористого титана с хлоридом калия размещали в тигле из стали марки 12Х18Н10Т источника ионов. После установки источника и пятикоробочного приемника в разделительную камеру сепаратора производили откачку камеры вакуумными насосами до давления (1 - 2)•10-3 Па и высоковольтную тренировку источника до напряжения 31 - 32 кВ.
С целью получения электронного пучка в газоразрядной камере источника подавали напряжения на катодный блок, обеспечивающие: ток через нить накала - 65 - 70 А, напряжение между нитью и термокатодом - 0,8 - 1,0 кВ, ток эмиссии - 0,5 - 0,6А. При токе дугового разряда 1,5 - 2,5 А и напряжении разряда 150 - 250 В осуществлялась ионизация паров рабочего вещества, образование которых происходило при мощности нагревателя тигля 150 - 250 Вт.
Образующиеся ионы титана с помощью ионно-оптической системы вытягивались через щель газоразрядной камеры и формировались в ионный пучок, который под действием ускоряющего напряжения и постоянного магнитного поля 1700 Э в камере разделялся на пять ионных пучков изотопов в соответствии с массами ионов. Данные пучки изотопов фокусировались магнитным полем в фокальной плоскости, в которой помещались входы в коробки приемника.
После накопления приемники вынимали из разделительной камеры, методом анодного травления и выщелачивания графита производили съем изотопов из коробок, полученный изотопнообогащенный раствор анализировали на обогащение и перерабатывали до конечного продукта.
В процессе экспериментального и опытно-промышленного разделения на малом двухкамерном электромагнитном сепараторе "Е-7" и промышленном электромагнитном сепараторе "СУ-20" комбината "Электрохимприбор", г. Лесной. Свердловской области в общей сложности получено:
- изотопа Ti-46 с обогащением 86,8% - 52 г;
- изотопа Ti-47 с обогащением 83,7% - 51 г;
- изотопа Ti-48 с обогащением 99,2% - 360 г;
- изотопа Ti-49 с обогащением 83,9% - 35 г;
- изотопа Ti-50 с обогащением 86,8% - 38 г.
- изотопа Ti-46 с обогащением 86,8% - 52 г;
- изотопа Ti-47 с обогащением 83,7% - 51 г;
- изотопа Ti-48 с обогащением 99,2% - 360 г;
- изотопа Ti-49 с обогащением 83,9% - 35 г;
- изотопа Ti-50 с обогащением 86,8% - 38 г.
В таблице для сравнения приведены основные параметры существующего способа разделения изотопов титана с натеканием паров тетрахлорида титана и по заявляемому техническому решению, а также коэффициенты улавливания и обогащение по изотопом.
Предложенный способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов по сравнению с существующими методами показал свою высокую эффективность в получении технико-экономического результата. Использование на практике заявляемого технического решения позволяет увеличить обогащение разделяемых изотопов титана.
Способ позволяет также улучшить фокусировку и улавливание пучков. Это дает возможность эффективно использовать указанный способ для промышленного электромагнитного разделения изотопов титана и получения изотопов Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 и Ti-50 в большем количестве и с более высоким обогащением.
Реализация заявленного технического решения возможна на существующем оборудовании без дополнительного обучения персонала навыкам работы.
Claims (2)
1. Способ разделения изотопов титана, отличающийся тем, что используют электромагнитный сепаратор с источником ионов, в тигле которого размещают рабочее вещество - смесь трихлорида титана и хлорида калия, нагревают его до парообразного состояния, ионизируют полученные пары в газоразрядной камере под действием электронной эмиссии с термокатода, формируют ионный пучок электродами ионно-оптической системы, разделяют, фокусируют ионные пучки изотопов в магнитном поле и улавливают ионы коробками приемника, причем давление в разделительной камере поддерживают в пределах (1 - 2) • 10-3 Па.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав смеси TiCl3 и KCl выбирают в соотношении 1 : (1,5 - 3) соответственно.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122571/12A RU2158169C1 (ru) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122571/12A RU2158169C1 (ru) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2158169C1 true RU2158169C1 (ru) | 2000-10-27 |
Family
ID=20226273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99122571/12A RU2158169C1 (ru) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2158169C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115845610A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-03-28 | 北京核力同创科技有限公司 | 钛同位素的分离方法及系统、电子设备及存储介质 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4377745A (en) * | 1978-12-01 | 1983-03-22 | Cherng Chang | Mass spectrometer for chemical ionization, electron impact ionization and mass spectrometry/mass spectrometry operation |
| WO1997034684A1 (en) * | 1996-03-15 | 1997-09-25 | British Nuclear Fuels Plc | Separation of isotopes by ionisation for processing of nuclear fuel materials |
-
1999
- 1999-10-26 RU RU99122571/12A patent/RU2158169C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4377745A (en) * | 1978-12-01 | 1983-03-22 | Cherng Chang | Mass spectrometer for chemical ionization, electron impact ionization and mass spectrometry/mass spectrometry operation |
| WO1997034684A1 (en) * | 1996-03-15 | 1997-09-25 | British Nuclear Fuels Plc | Separation of isotopes by ionisation for processing of nuclear fuel materials |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАЩЕЕВ Н.А., ДЕРГАЧЕВ В.А. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. - М.: Энергоатомиздат, 1989, сс.101-107. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115845610A (zh) * | 2023-02-20 | 2023-03-28 | 北京核力同创科技有限公司 | 钛同位素的分离方法及系统、电子设备及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5089746A (en) | Production of ion beams by chemically enhanced sputtering of solids | |
| US7301160B2 (en) | Ion sources | |
| US5198677A (en) | Production of N+ ions from a multicusp ion beam apparatus | |
| US9187832B2 (en) | Extended lifetime ion source | |
| RU2158173C1 (ru) | Способ разделения изотопов палладия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158170C1 (ru) | Способ разделения изотопов иттербия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158169C1 (ru) | Способ разделения изотопов титана в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158167C1 (ru) | Способ разделения изотопов рения в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2160153C1 (ru) | Способ разделения изотопов циркония в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158172C1 (ru) | Способ разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158171C1 (ru) | Способ разделения изотопов европия в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2167699C1 (ru) | Способ разделения изотопов низкой природной концентрации в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| RU2158168C1 (ru) | Способ разделения изотопов самария в электромагнитном сепараторе с использованием источника ионов | |
| Keller et al. | Metal beam production using a high current ion source | |
| RU2214301C1 (ru) | Способ разделения изотопов калия в электромагнитном сепараторе | |
| CN115814598A (zh) | 一种基于同位素电磁分离器分离钙同位素的方法及系统 | |
| RU2183985C2 (ru) | Способ промышленного электромагнитного разделения изотопов химических элементов | |
| RU2229925C1 (ru) | Способ разделения изотопов кальция в электромагнитном сепараторе | |
| US3376414A (en) | Calutron with means to direct calcium gettering vapor into the ion beam to reduce tank pressure | |
| Heinemeier et al. | Production of negative heavy ion beams by charge exchange in metal vapour | |
| Natalis | Effect of Geometrical Isomerism on the Behaviour of cis and trans Hexahydroindanes under Electron Impact | |
| JPH11238485A (ja) | イオン注入方法 | |
| JPH0546243B2 (ru) | ||
| JPH0217923A (ja) | 同位体分離方法及び装置 | |
| Matsuda et al. | Ion species measurement of high current metal ion beams extracted from a multicusp ion source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171027 |