Устройство для разделения радиоактивных элементов, обладающих различной способностью к образованию амальгам

Изобретение относится к устройствам для разделения и глубокой очистки радиоактивных элементов, обладающих различной способностью к образованию амальгам, и может найти применение в радиохимической промышленности для выделения радиоактивных изотопов, используемых в медицине, в аналитической химии для выделения анализируемого элемента. Изобретение содержит полупротивоточное устройство для разделения радиоактивных элементов, обладающих различной способностью к образованию амальгам, методом цементации одного из элементов, электролизную, разделительную и регенерационные ячейки, расположенные вертикально одна под другой, снабженные мешалками, расположенными на одном валу, емкость для сбора регенерированной ртути и транспортирующим шнеком, плотно посаженным в трубу и вращающимся вместе с трубой, а ртуть перемещается из ячейки в ячейку через гидрозатворы под действием силы тяжести. Техническим результатом заявленного изобретения является работа дистанционно управляемого устройства в условиях радиационно-защитных камер. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для разделения и глубокой очистки радиоактивных элементов, обладающих различной способностью к образованию амальгам, и может найти применение в радиохимической промышленности для выделения радиоактивных изотопов, используемых в медицине, в аналитической химии для выделения анализируемого элемента.

Существует много типов амальгамных реакторов периодического либо непрерывного действия (В.А.Смирнов. «Восстановление амальгамами», изд-во «Химия», Ленинградское отделение, 1970, стр.49-54). Промышленные реакторы не подходят для разделения радиоактивных элементов из-за их больших габаритов и невозможности дистанционного управления их работой в условиях радиационно-защитных камер.

Наиболее близким к заявляемому является устройство с непрерывной регенерацией амальгамы (там же, стр.51). Оно состоит из кристаллизатора, залитого слоем ртути толщиной в 1 см. Сверху ртуть накрыта стеклянным колоколом, который устанавливают на подставках для создания зазора между нижним его обрезом и дном кристаллизатора в 1-2 мм. В наружное кольцевое пространство заливают 40% раствор щелочи, в который помещают никелевый анод. Катодом служит ртуть. Образующаяся при электролизе амальгама увлекается во внутреннее пространство прибора, где контактирует с загруженным в него раствором восстанавливаемого вещества.

Это устройство просто по конструкции, представляет собой замкнутую систему. Но оно имеет ряд существенных недостатков:

- невозможность регулирования концентрации амальгамы в реакционном пространстве;

- невозможность эксплуатации установки в условиях радиационно-защитных камер.

Задание настоящего изобретения является создание дистанционно управляемого устройства, работающего в условиях радиационно-защитных камер, для разделения радиоактивных элементов и получения радиохимически чистых препаратов.

Для решения этой задачи предлагается полупротивоточное устройство для разделения радиоактивных элементов, обладающих различной способностью к образованию амальгам, методом цементации одного из элементов, содержащее электролизную, разделительную и регенерационные ячейки, расположенные вертикально одна под другой, снабженные мешалками, расположенными на одном валу, емкость для сбора регенерированной ртути и транспортирующим шнеком плотно посаженным в трубу и вращающимся вместе с трубой, причем катодом в электролизной ячейке служит ртуть, а анодом платиновое кольцо, расположенное в верхней части электролизной ячейки, а ртуть перемещается из ячейки в ячейку через гидрозатворы под действием силы тяжести.

Устройство для разделения радиоактивных элементов, обладающих различной способностью к образованию амальгам, представленное на чертеже, состоит из электролизной ячейки 1, разделительной ячейки 2, регенерационных ячеек 3, емкости для сбора ртути 4, транспортирующего шнека 5, привода шнека 6, мешалок 7, с электроприводом 8 и гидрозатворов 9.

Разделительная и электролизная ячейки выполнены из оргстекла, регенерационные ячейки - из нержавеющей стали.

Блочная компоновка устройства позволяет засылать аппарат в радиационно-защитную камеру в разобранном виде (блоками) по транспортеру, собирать и обслуживать копирующими манипуляторами.

Тяжелая фаза (ртуть) движется из ячейки в ячейку сверху вниз под действием сипы тяжести.

Образование амальгамы натрия происходит в электролизной ячейке под действием электрического тока. Анодом служит платиновое кольцо, расположенное в растворе натриевой щелочи, постоянно протекающей через ячейку, ртуть является катодом. Дозирование ртути в электролизную ячейку осуществляется транспортирующим шнеком, плотно посаженным в трубу (5) и вращающимся вместе с трубой с помощью отдельного привода (6). При вращении шнека ртуть поднимается по винтовой канавке и поступает в электролизную ячейку. Концентрация образующейся амальгамы в ячейке регулируется скоростью вращения шнека и силой тока.

Амальгама натрия заданной концентрации из электролизной ячейки перетекает через гидрозатвор в разделительную ячейку, расположенную под электролизной. В разделительную ячейку заливают водный раствор разделяемых элементов такого состава, при котором амальгама натрия восстанавливает только один элемент, оставляя другой в ионном виде. Образовавшаяся в результате этого процесса амальгама поступает через гидрозатвор в регенерирующие ячейки, расположенные под разделительной ячейкой.

Из регенерационных ячеек очищенная ртуть поступает в сборник ртути (4) и далее шнеком в электролизную ячейку.

Таким образом, элемент, обладающий большей способностью к образованию амальгамы, выводится из системы с регенерирующим раствором в отдельную фракцию. Второй разделяемый элемент остается в неподвижной водной фазе в разделительной ячейке и по окончании процесса извлекается из нее.

Отличительными признаками предлагаемого решения является:

Вертикальное расположение ячеек установки, позволяющее использовать для передвижения ртути по ячейкам силу тяжести и один привод для вращения мешалок во всех ячейках.

Использование для возврата и дозирования ртути в электролизную ячейку шнека с регулируемой скоростью вращения, позволяющее задавать необходимую концентрацию амальгамы натрия и многократно использовать ртуть.

Полупротивоточный режим проведения процесса, позволяющий осуществлять разделение элементов, выводя один из ник из разделительной ячейки с ртутью в виде амальгамы, оставляя другой в водном растворе.

Блочное исполнение узлов установки, позволяющее осуществлять дистанционное обслуживание установки в условиях радиационно-защитных камер.

Пример использования

Получение препарата гадолиний-153.

Гадолиний-153 получают облучением природного европия в ядерном реакторе по реакции (n, γ). В облученном материале γ-активность изотопа Gd-153 составляет 15-20% от общей γ-активности. Для применения в ядерной медицине препарат гадолиний-153 должен содержать γ-примесей не более 7·10^-4%.

Мишень со стартовой загрузкой природного европия 9 г (по металлу) после облучения в реакторе и выдержки в бассейне растворили и проанализировали. В растворе содержалось 1080 Ки изотопов европия и 110 Ки гадолиния-153, что соответствовало ˜1 г изотопов гадолиния и около 8 г радиоактивных изотопов европия.

Образовавшуюся смесь европия и гадолиния перерабатывали на установке. Исходный раствор европия и гадолиния перенесли в разделительную ячейку.

Амальгама натрия образовывалась в электролизной ячейке при силе тока 5 А и напряжении 12 В. Ртуть в ячейку подавали шнеком со скоростью 4 мл/мин. При этих условиях концентрация натрия в амальгаме составляла 0,11%. (При подаче ртути со скоростью 2 мл/мин концентрация натрия в амальгаме была 0,165%).

Амальгама натрия из электролизной ячейки через гидрозатвор поступала в разделительную ячейку, в которой натрий восстанавливает европий до металла, оставляя гадолиний в ионном виде. Металлический европий взаимодействует с ртутью, образуя амальгаму европия, которая через гидрозатвор поступает в 1-ю регенерационную ячейку. Из амальгамы европия в 1-й регенерационной ячейке 99,9% европия вымывается раствором азотной кислоты в отдельную фракцию, из которой выделяется в виде оксида европия. Ртуть из 1-й регенерационной ячейки поступает во 2-ю и 3-ю, освобождаясь полностью от примесей. Очищенная ртуть самотеком попадает в емкость для сбора ртути, из нее шнеком подается в электролизную ячейку. Таким образом, установка работает в автоматическом режиме. Раствор с гадолинием после окончания процесса слили из разделительной ячейки и извлекли гадолиний в виде оксида. В гадолинии после 1-го цикла цементации содержалось 0,55 Ки изотопов европия. То есть коэффициент очистки гадолиния от европия был равен 2·10³. Необходимая очистка гадолиния достигалась на последующих циклах цементации.

Устройство для разделения радиоактивных элементов, обладающих различной способностью к образованию амальгам, характеризующееся тем, что оно имеет электролизную, разделительную и регенерационную ячейки, расположенные вертикально одна под другой, снабженные мешалками, расположенными на одном валу, емкость для сбора регенерированной ртути, трубу, транспортирующий шнек, плотно посаженный в трубу и вращающийся вместе с ней с отдельным приводом, ртуть перемещается из ячейки в ячейку через гидрозатворы под действием силы тяжести.