Способ двухступенчатого получения высокообогащенного изотопа углерода 13с лазерным методом

Изобретение относится к способу получения высокообогащенного изотопа углерода 13С методом инфракрасной многофотонной диссоциации молекул излучением импульсного СО2-лазера. Способ включает облучение молекул хлордифторметана CF2HCl излучением импульсного СО2-лазера с образованиием обогащенного по изотопу 13С тетрафторэтилена C2F4 на первой ступени обогащения, конверсию тетрафторэтилена в дифтордибромметан CF2Br2 и облучение молекул дифтордибромметана излучением импульсного СО2-лазера на частотах генерации 1075-1088 см-1 на второй ступени обогащения, при этом диссоциации подвергаются молекулы 12CF2Br2, а обогащение по целевому изотопу 13С достигается в остаточном газе 13CF2Br2. Изобретение обеспечивает повышение производительности процесса разделения, снижение себестоимости целевого продукта и достижение концентрации изотопа 13C более 99%.

 

Изобретение относится к области разделения изотопов углерода методом инфракрасной многофотонной диссоциации молекул излучением импульсного СО2-лазера и предназначено для получения изотопа 13С, обогащенного до концентрации более 99%.

Известен способ двухступенчатого получения высокообогащенного изотопа 13С, предложенный в работе В.М. Апатина, В.Б. Лаптева, Е.А. Рябова, А.Н. Петина. (Исследование возможностей одно- и двухступенчатой схем разделения для получения высокообогащенного углерода-13 лазерным методом. Химия высоких энергий, 37(2), 133, 2003). Ранее, на первой ступени обогащения в разделительном реакторе излучением импульсного СО2-лазера облучались молекулы хлордифторметана CF2HCl с природной концентрацией 13С=1.1% с образованием тетрафторэтилена C2F4, обогащенного по изотопу 13С до концентрации 31%. Затем тетрафторэтилен преобразовывался в хлордифторметан с той же концентрацией 13С. На второй ступени обогащения использовалась та же схема облучения. В результате в продукте диссоциации C2F4 была достигнута конечная концентрация 13С=99.5±0.5%. К недостаткам этого способа можно отнести низкую производительность процесса обогащения, поскольку необходимая конечная концентрация 13С=99% достигалась лишь при невысоких значениях выхода диссоциации, т.е. производительности. Второй существенный недостаток способа - высокая себестоимость продукта, поскольку требуемая концентрация 13С достигалась при малых степенях исчерпывания 13С-содержащей компоненты, т.е. значительная часть дорогостоящего исходного соединения (13CF2HCl) уходила в отвал.

Известен также способ двухступенчатого лазерного обогащения, предложенный в патенте S. Arai, K. Sugita, S. Isomura, Н. Kaetsu (Патент США №4941956, от 17.07.1990. Класс МКП: B01D 59/34). На первой ступени облучался хлордифторметан в смеси с парами брома с образованием обогащенного по 13С дифтордибромметана CF2Br2. На второй ступени обогащения проводилось облучение CF2Br2 в смеси с кислородом, при этом излучение СО2-лазера настраивалось так, чтобы диссоциировали молекулы 13CF2Br2, при этом обогащение по целевому изотопу достигалось в продуктах диссоциации COF2. Экспериментально полученное изотопное обогащение составило 91%. К недостаткам этого способа можно отнести недостаточное конечное обогащение по целевому изотопу и высокую себестоимость продукта, поскольку, вследствие конечной селективности процесса, значительная часть дорогостоящего исходного соединения второй ступени (13CF2Br2) уходит в отвал.

Цель предполагаемого изобретения - повышение производительности двухступенчатого процесса разделения с одновременным снижением себестоимости целевого продукта и достижением концентрации изотопа 13C более 99%.

Указанная цель достигается тем, что облучение рабочего вещества на второй ступени обогащения производится на частотах генерации 1075-1088 см-1 СО2-лазера, при этом диссоциации подвергаются молекулы 12CF2Br2, обогащение по целевому изотопу 13C до 99% и выше происходит в остаточном газе 13CF2Br2, а потери 13C-содержащей компоненты из CF2Br2 не превышают 15%.

На первой ступени обогащения излучением СО2-лазера воздействуют на помещенную в разделительный реактор смесь хлордифторметана с азотом (буферный газ). При этом диссоциируют молекулы, содержащие целевой изотоп 13C. В результате фотохимической реакции

CF2HCl+nhν → CF2+HCl

CF2+CF2 → C2F4

в реакторе образуется обогащенный до 30-50% по изотопу 13С тетрафторэтилен в смеси с остаточным хлордифторметаном. Тетрафторэтилен извлекается из смеси и достаточно просто, без потери изотопного обогащения, конвертируется в дифтордибромметан.

На второй ступени обогащения излучением СО2-лазера воздействуют на помещенную в разделительный реактор смесь дифтордибромметана, обогащенного до 30-50% по изотопу 13C с кислородом (газ-акцептор). При этом частота лазерного излучения выбирается так, что диссоциируют молекулы, содержащие нецелевой изотоп 12C. В результате фотохимической реакции

12, 13CF2Br2+O2+mhν → 13CF2Br2+12COF2

в реакторе образуется содержащий изотоп 12С дифторфосген в смеси с целевым продуктом - обогащенным до 99% и выше по изотопу 13С дифтордибромметаном. После выделения дифтордибромметана из смеси он может быть использован для синтеза различных изотопно-модифицированных соединений углерода.

В проведенных экспериментах были достигнуты высокие параметры элементарного акта разделения: выхода диссоциации нецелевой изотопной компоненты 12CF2Br2 (до 20%) и селективности по 12C (до 100), которые достигались при умеренной плотности излучения СО2-лазера (2.8 Дж/см2). Данный способ позволяет всегда достигать концентрации изотопа 13С более 99% в указанных экспериментальных условиях.

Способ двухступенчатого получения высокообогащенного изотопа углерода 13С лазерным методом, включающий облучение молекул хлордифторметана CF2HCl излучением импульсного СО2-лазера с образованиием обогащенного по изотопу 13С тетрафторэтилена C2F4 на первой ступени обогащения, конверсию тетрафторэтилена в дифтордибромметан CF2Br2, облучение молекул дифтордибромметана излучением импульсного СО2-лазера на второй ступени обогащения, отличающийся тем, что с целью повышения производительности двухступенчатого процесса и снижения себестоимости продукта облучение на второй ступени обогащения проводится на частотах генерации 1075-1088 см-1 СО2-лазера, диссоциации подвергаются молекулы 12CF2Br2, а обогащение по целевому изотопу 13С достигается в остаточном газе 13CF2Br2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для разделения изотопов гадолиния и может быть использовано для производства чистых стабильных и радиоактивных изотопов химических элементов для ядерного топливного блока в качестве выгорающей присадки для тепловыделяющих элементов.

Изобретение относится к способу разделения изотопов фтора. Способ включает облучение фтористого водорода резонансным инфракрасным излучением, с длиной волны 2,419 мкм, последующее воздействие лазерным излучением оптического или инфракрасного диапазона и интенсивностью, превышающей 3×1013 Вт/см2, при этом время между воздействиями резонансного инфракрасного и лазерного излучений не должно превышать время распада колебательного состояния фтористого водорода, и экстракцию образованных положительных ионов.

Изобретение относится к технике газового анализа и может быть использовано для разделения изотопов. Способ изотопической селекции двухкомпонентной среды включает возбуждение компонент среды, регистрацию реакции на возбуждение, уменьшение тепловой скорости колебательного возбуждения, пространственное разделение компонент среды, выведение легкой компоненты в виде эффузионного потока, увеличение скорости резонансного возбуждения тяжелой компоненты сформированным оптической системой электромагнитным излучением с длиной волны, попадающей в полосу поглощения этой компоненты, и многократную регистрацию реакции этой компоненты на резонансное возбуждение в течение времени.

Изобретение относится к способу и устройству для обогащения тяжелых изотопов кислорода, в которых используется реакция фотохимического разложения озона под действием лазерного излучения.

Изобретение относится к технике лазерного разделения изотопов и может быть использовано для промышленного производства изотопов иттербия, а также в радиационной медицине.

Изобретение относится к разделению изотопов на основе селективной фотоионизации лазерного излучения и может быть использовано при производстве редких изотопов в целях их применения в приборостроении, биологических исследованиях и радиационной медицине.

Изобретение относится к способу лазерного выделения изотопа иттербия. .

Изобретение относится к способу концентрирования изотопов кислорода и, в особенности, к способу селективного концентрирования стабильных изотопов кислорода, 17О и/или 18 О, которые имеют крайне низкую распространенность в природе, при использовании реакции фотодиссоциации озона или реакции фотодиссоциации пероксида.

Изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технологии и может быть использовано в ядерной физике для разделения изотопов. .

Изобретение относится к способу получения высокообогащенного изотопа углерода 13С методом инфракрасной многофотонной диссоциации молекул излучением импульсного СО2-лазера. Способ включает облучение молекул хлордифторметана CF2HCl излучением импульсного СО2-лазера с образованиием обогащенного по изотопу 13С тетрафторэтилена C2F4 на первой ступени обогащения, конверсию тетрафторэтилена в дифтордибромметан CF2Br2 и облучение молекул дифтордибромметана излучением импульсного СО2-лазера на частотах генерации 1075-1088 см-1 на второй ступени обогащения, при этом диссоциации подвергаются молекулы 12CF2Br2, а обогащение по целевому изотопу 13С достигается в остаточном газе 13CF2Br2. Изобретение обеспечивает повышение производительности процесса разделения, снижение себестоимости целевого продукта и достижение концентрации изотопа 13C более 99.

Наверх