Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ИТТЕРБИЯ
СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ИТТЕРБИЯ

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ИТТЕРБИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение предназначено для технологии изотопов и может быть использовано при промышленном производстве изотопов иттербия. Металлический иттербий нагревают до 750-1000 К. На пары воздействуют излучение трех лазеров. На первой стадии лямбда 555±1 нм. Атомы изотопов переходят в возбужденное состояние с энергией 17992 см-1. На второй стадии лямбда от 581,0770 до 581,0795 нм. Третья стадия - перевод возбужденных атомов в автоионизационное состояние, лямбда 503, 528,5, 537 или 602,5 нм. Резко возрастает селективность разделения по иттербию - 168 (до 95-98%). 4 з.п.ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2119816
Класс(ы) патента: B01D59/00, B01D59/34, C01G57/00
Номер заявки: 96111686/25
Дата подачи заявки: 10.06.1996
Дата публикации: 10.10.1998
Заявитель(и): Держиев Василий Иванович; Мушта Виктор Михайлович; Яковленко Сергей Иванович
Автор(ы): Держиев Василий Иванович; Мушта Виктор Михайлович; Яковленко Сергей Иванович
Патентообладатель(и): Держиев Василий Иванович; Мушта Виктор Михайлович; Яковленко Сергей Иванович
Описание изобретения: Изобретение относится к технике лазерного разделения изотопов и может быть использовано для промышленного производства изотопов иттербия.
Известны способы разделения изотопов, основанные на многоступенчатой ионизации паров металлов для получения изотопно обогащенной плазмы ( Летохов В. С. и др. Химия плазмы.- М.: Атомиздат, 1977, вып. 4, с.3). Эти способы связаны, как правило, с научными исследованиями и не могут иметь промышленного значения вследствие малых количеств выделяемых изотопов.
Наиболее близким техническим решением является способ разделения изотопов иттербия путем последовательного двухступенчатого изотопически селективного возбуждения атомов и перевода их в автоионизационные состояния, осуществляемых перестраиваемым лазерным излучением, длины волн которого на первой ступени возбуждения составляют 555±1 нм (Балыкин В.И. и др. Лазерное детектирование единичных атомов, УФН, 1980, т.132, вып.2, с.328).
Указанный способ позволяет получать в конце процесса практически ценный изотоп иттербий-168 в промышленных масштабах за счет определенных переходов атомов из одних возбужденных состояний в другие. При этом, если на первой ступени возбуждения используемые длины волн лазерного излучения (555±1 нм) не оказывают сильного влияния на процесс, то на второй ступени в известном решении длина волны фиксирована и составляет 581,0670 нм для обеспечения перехода атома в возбужденное состояние с энергией 35197 см-1.
Недостатком известного способа является то, что несмотря на получаемую эффективную количественную наработку иттербия-168 попутно идет процесс наработки других изотопов.
Целью изобретения является повышение селективности процесса разделения по изотопу иттербий-168, т.е. уменьшение доли попутно нарабатываемых изотопов и соответствующее повышение степени обогащения конечной плазмы по иттербию-168.
Указанная цель достигается тем, что лазерное излучение на второй ступени возбуждения выбирают в диапазоне длин волн от 581,0770 нм до 581,0795 нм.
При этом оказывается целесообразным использование более высоких по энергиям автоионизационных состояний, облегчающих процесс экстракции ионов иттербия-168 на конечном этапе процесса. Для этого при переводе возбужденных атомов в автоионизационное состояние лазерное излучение выбирают с длинами волн 503 нм, 528,5 нм, 537 нм, 602,5 нм.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена определенная авторами на основе экспериментальных работ зависимость селективности Cn процесса разделения некоторых изотопов иттербия (относительная доля данного изотопа в плазме, из которой осуществляется экстракция ионов) от длины волны λ2 лазерного излучения на второй ступени возбуждения. Кривая 1 соответствует изотопу иттербий-174, кривая 2 - иттербий-173, кривая 3 - иттербий-170, кривая 4 - иттербий-168. Вертикальная линия 5 обозначает длину волны лазерного излучения для прототипа, а заштрихованная область 6 - диапазон длин волн в соответствии с изобретением.
Сущность способа заключается в следующем. Вначале на первой ступени возбуждения лазерным излучением с длинами волн 555±1 нм стимулируют переходы из основного состояния атомов с нулевой энергией в возбужденное состояние с энергией 17992 см-1. На этой стадии процесса выбор длин волн не является особенно критическим с точки зрения решаемых задач, и указанный переход происходит достаточно эффективно при указанных отклонениях от основной длины волны (в частности, в прототипе выбрана длина волны 555,648 нм).
На второй ступени возбуждения лазерное излучение выбирают в отличие от прототипа в диапазоне длин волн от 581,0770 нм до 581,0795 нм. Как показано на чертеже (см. заштрихованную область 6), при работе в этом диапазоне установлено быстрое нарастание селективности процесса разделения для иттербия-168. При меньших длинах волн уровень селективности составляет менее 0,14%, т. е. не выше естественного изотопного состава иттербия-168. В частности, для длины волны 581,0670 нм, используемой в прототипе, обогащенная плазма более чем на 90% состоит из изотопа иттербий-174 (см. вертикальную линию 5). При выходе выбранного диапазона в сторону увеличения длин волн наблюдается заметное снижение уровня наработки иттербия-168, что является ограничением промышленной применимости способа. В то же время при выбираемых длинах волн внутри этого диапазона обеспечивается приемлемый уровень наработки в сочетании с высокой селективностью, что в целом приводит к увеличению производительности процесса разделения.
На третьей заключительной стадии процесса разделения возбужденные атомы иттербия переводят в автоионизационное состояние. В этом состоянии атомы распадаются на ионы и электроны, которые затем выводятся из объема электрическим полем (экстракция). Для обеспечения этой стадии могут быть использованы длины волн, указанные в прототипе 574,38 нм и 582,79 нм. Однако, как показано авторами экспериментальным путем, в условиях повышенной селективности, достигаемой выбором длин волн лазерного излучения на второй ступени возбуждения, появляется возможность без потери эффективности разделения осуществлять переход автоионизационные состояния более высоких энергий, в частности следующих значений 52816, 53276, 54042, 54407 см-1. Для этого могут быть использованы длины волн 503 нм, 528,5 нм, 537 нм, 602,5 нм. Для указанных более высоких по энергии автоионизационных состояний реализуется дополнительный эффект, заключающийся в облегчении экстракции ионов иттербия-168, что может быть объяснено повышением температуры электронов и более быстрым разлетом плазмы по сравнению с направленным движением паров от источника.
Пример. Для реализации способа использовались три лазера: на первой ступени возбуждения со спектром в диапазоне длин волн 555±1 нм, на второй ступени - 581,0790 нм, на заключительной стадии - 537 нм. Ширина линии - 1 ГГц. Металлический иттербий нагревали в испарительной системе до температуры 750-1000 K. Истекающие пары подвергали воздействию трех лазеров, пространственно совмещенных в зоне ионизации. Образующиеся ионы отводили на приемное устройство с помощью электрического поля. При выбранных режимах доля ионизованного иттербия-168 доходила до 95-98% изотопного состава.
Источники информации:
1. Летохов В. С. и др.: В сб. Химия плазмы. - Вып.4. -М.: Атомиздат, 1977,с.3.
2. Балыкин В. И. и др. Лазерное детектирование единичных атомов. УФН, 1980, т.132, вып.2, с.328.
Формула изобретения: 1. Способ разделения изотопов иттербия путем последовательного двухступенчатого изотопически селективного возбуждения атомов и перевода их в автоионизационное состояние, осуществляемых перестраиваемым лазерным излучением, длины волн которого на первой ступени возбуждения составляют 555 ± 1 нм, отличающийся тем, что лазерное излучение на второй ступени возбуждения выбирают в диапазоне длин волн от 581,0770 до 581,0795 нм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при переводе атомов в автоионизационное состояние лазерное излучение выбирают с длиной волны 503 нм.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при переводе атомов в автоионизационное состояние лазерное излучение выбирают с длиной волны 528,5 нм.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при переводе атомов в автоионизационное состояние лазерное излучение выбирают с длиной волны 537 нм.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при переводе атомов в автоионизационное состояние лазерное излучение выбирают с длиной волны 602,5 нм.