Установка для разделения изотопов

 

Изобретение относится к электрофизике, в частности к системам, служащим для разделения изотопов, например, для разделения тяжелых изотопов. В состав установки входит источник ионов на основе магнитной ловушки с вращающейся плазмой, который позволяет получить плазменный поток малого радиального размера (размер плазмы порядка ларморовского радиуса иона), система ионно-циклотронного резонансного нагрева с антенной соленоидального типа, позволяющей эффективно нагревать изотопные ионы во всем объеме плазменного потока, и система сбора потоков изотопов на криволинейном элементе магнитного поля, позволяющая пространственно развести нагретые и холодные ионы при использовании плазменного потока малого радиального размера. Данное выполнение установки позволяет увеличить ее производительность, уменьшить габаритные размеры, обеспечит разделение изотопов различных элементов и повысить степень разделения изотопов. 1 ил.

Изобретение относится к электрофизике, в частности к системам, служащим для разделения изотопов, например для разделения тяжелых изотопов (масса m>>1).

Известно устройство, предназначенное для исследования разделения изотопов лития в плазме с помощью метода ионно-циклотронного резонансного (ИЦР)-нагрева искомого изотопа, состоящее из плазменного источника ионов, системы ВЧ (ИЦР)-нагрева ионов выделяемого изотопа, системы сбора нагретой ионной (изотопной) компоненты [1].

Однако известное устройство обладает рядом недостатков. В известном устройстве используется источник плазмы на основе дугового разряда в продольном магнитном поле, не обеспечивающий получение высокой плотности плазмы. Используемая винтовая антенна создает электрическое поле, зависящееся от продольной координаты, что снижает эффективность нагрева резонансных ионов [2]. Используемая система сбора изотопов состоит из открытых проводящих пластин, ориентированных параллельно направлению распространения плазмы, что не позволяет получать высокую степень разделения изотопов и соответственно снижает эффективность использования рабочего материала.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является устройство для разделения изотопов в плазме, названное "масс-сепаратором", содержащее источник ионов, систему ионно-циклотронного резонансного нагрева, систему сбора изотопов, принятого за прототип [3].

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата в известной установке, принятой за прототип, относится то, что использование участка неоднородного магнитного поля, состоящего из двух отрезков тороидальных соленоидов, противоположных по знаку кривизны приводит к увеличению габаритных размеров установки и не улучшает селективности разделения изотопов. Полное разделение потока нагретых ионов и потока холодных ионов на первом отрезке тороидального соленоида может происходить лишь при условии, что поперечный размер камеры, в которой выдрейфовывают нагретые ионы, в несколько раз (в 3-5 и более раз) больше размера плазменного потока, выходящего из системы ионно-циклотронного резонансного нагрева. Второй отрезок тороидального соленоида возвращает поток нагретых ионов на ось установки, не улучшая сбор нагретых ионов и увеличивая размеры установки и энергозатраты на поддержание магнитного поля.

Сущность изобретения заключается в увеличении производительности установки для разделения изотопов, уменьшении габаритных размеров установки и повышении ее универсальности, то есть разделении изотопов различных элементов, повышении степени разделения изотопов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной установке, содержащей источник ионов, систему ионно-циклотронного резонансного нагрева с ВЧ-антенной, систему сбора изотопов, имеющую криволинейный участок магнитного поля, впервые применяются источник ионов на основе магнитной ловушки с вращающейся плазмой [4] и система ионно-циклотронного резонансного нагрева с ВЧ-антенной соленоидального типа, нагревающей изотопные ионы во всем объеме плазменного потока.

Изложенная выше совокупность признаков обеспечивает достижение указанного технического результата, то есть позволяет осуществлять разделение изотопов с лучшими энергетическими параметрами, повышенной производительностью. Данное изобретение позволяет уменьшить габаритные размеры установки и повысить ее универсальность, то есть разделение изотопов различных элементов.

Источник создает плазменный поток малого радиального размера, ВЧ- антенна соленоидального типа эффективно нагревает изотопные ионы во всем объеме потока, участок криволинейного магнитного поля позволяет пространственно развести нагретые и холодные ионы в плазменном потоке малого радиального размера [5].

Все вышеуказанное обуславливает причинно-следственную связь между признаками и техническим результатом и существенность признаков формулы изобретения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения, показывает, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже представлена схема заявленного устройства, где изображена конструкция установки для разделения изотопов: 1- плазменный источник, 2 - плазменный поток малого радиального размера, 3 - катушки магнитного поля системы ионно-циклотронного резонансного нагрева, 4 - ВЧ-антенна соленоидального типа системы ионно-циклотронного резонансного нагрева, 5 - катушки участка криволинейного магнитного поля системы сбора изотопов, 6 - сборник нагретых ионов выделяемого изотопа, 7 - сборник холодных ионов, 8 - вакуумная камера.

Последовательно с источником 1 расположена система ионно-циклотронного резонансного нагрева, состоящая из катушек магнитного поля 3, ВЧ-антенны соленоидального типа 4. Последовательно с системой ионно-циклотронного резонансного нагрева расположена система сбора изотопов, состоящая из катушек 5, создающих криволинейное магнитное поле, и сборников изотопов 6 и 7. Элементы 1, 4, 6, 7 расположены в вакуумной камере 8.

Используемый в конструкции источник ионов 1 создает плазменный поток малого радиального размера 2. Образующаяся вблизи катода источника плотная плазма вытекает вдоль силовых линий магнитного поля, ее размеры ограничены размерами выпускного патрубка. Характерный радиальный размер плазменного потока порядка 3-10 см, плотность плазмы порядка 10¹²см^-3. Может быть получен плазменный поток любых тяжелых ионов.

ВЧ-антенна соленоидального типа 4 создает в однородном магнитном поле вихревое электрическое поле. В области плазменного потока эффективность нагрева резонансных ионов достаточно высока. Преимуществом этой антенны является однородность азимутального высокочастотного (ВЧ) электрического поля вдоль оси системы.

Система сбора изотопов на участке криволинейного магнитного поля позволяет эффективно разводить в пространстве потоки нагретых и холодных ионов в плазме малого радиального размера. Нагретые ионы выдрейфовывают из плазмы в перпендикулярном оси установки направлении и попадает в сборники 6, расположенные в вакуумной камере на криволинейном участке. Остальная часть ионов (отвал) попадают на сборник 7, расположенный на выходном торце установки.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий.

Средство, воплощяющее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности именно для получения изотопов различных элементов, в том числе и тяжелых.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Литература.

1. Карчевский А.И. и др. Препринт ИАЭ-5239/7. М.: ИАЭ.1990 2. Панов Д.А и Тимофеев А.В. Физика плазмы, 1995, т.21, N11, С.1-7.

3. Жильцов В.А. и др., Плазменный сепаратор. Заявка N 92015800/25, кл.H 01 J 49/40, приоритет 30.12.92.

4. Волосов В. И. Источник ионов. Заявка N 93008687/25 (007709), приоритет от 15.02.93.

5. Белавин М.И, Звонков А.В. и Тимофеев А.В. А.с. 4770389/21, приоритет от 28.12.89.

Формула изобретения

Установка для разделения изотопов, содержащая источник ионов, систему ионно-циклотронного резонансного нагрева с ВЧ-антенной, систему сбора изотопов, имеющую криволинейный участок магнитного поля, отличающаяся тем, что используется источник ионов на основе магнитной ловушки с вращающейся плазмой и система ионно-циклотронного резонансного нагрева с ВЧ-антенной соленоидального типа, нагревающей изотопные ионы во всем объеме плазменного потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1