ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разделение изотопов в плазме с помощью селективного ионно-циклотронного нагрева из "Изотопы Свойства, получение, применение Том 1" ИЦР-нагрев ионов выделяемого изотопа 3) осаждение нагретых частиц на коллекторах. [c.308] Достоинства этого метода следует оценивать, прежде всего, в сравнении с электромагнитным методом разделения, который до сих пор применяется при выделении изотопов большинства элементов, являющихся металлами. В настоящее время производительность заводов, использующих электромагнитный метод, уже не отвечает потребностям науки, медицины и промышленности. Целесообразно решить проблему радикально, т.е. не путём наращивания числа электромагнитных разделительных установок, а с помощью разработки нового метода разделения. [c.308] Проведены эксперименты по ИЦР-разделению изотопов во Франции в исследовательском центре в Сакле (установка ERI , Р. Louvet et autres [9]) и в России, в РНЦ Курчатовский институт [10]. Результаты этих экспериментов представлены подробно в заключительном разделе 7.2.5. [c.309] Переменное магнитное поле индуцирует электрическое поле, ускоряющее ионы. Существуют также способы непосредственного создания электрических полей с помощью электродов. [c.310] Для движущегося вдоль магнитного поля иона условие резонанса записывается с учётом доплеровского смещения k Vz. [c.310] В магнитном поле с индукцией 5 = 1 Тл ларморовский радиус иона при W i = 180 эВ равен 1,5 см. [c.311] Здесь AMi — минимальная разница масс между выделяемым и соседними изотопами. Напомним, что соседями упоминавшегося изотопа являются изотопы и Ni. Для его выделения величина АВ/В должна быть не больше 10 . Для разрешения линий ИЦР и получения изотопов редкоземельных металлов требуются ещё более однородные поля АВ/В 10 ). [c.311] Такое же влияние, что и соударения ионов, оказывает их перезарядка и упругое рассеяние на нейтралах соответствуюш,ая частота и = где По — плотность нейтралов, а — сумма сечений перезарядки и упругого рассеяния, г — скорость иона. [c.312] При его выполнении обеспечивается различие энергий выделяемого и соседствующих с ним изотопов на выходе из зоны нагрева длиной Ь. [c.312] Здесь В — магнитное поле в Гауссах, остальные обозначения уже применялись. Для никелевой плазмы с плотностью п = 10 см , температурой - = 10 эВ в поле с индукцией 10 Гс величина Лщш — 120 см. Когда частота и длина волны тока в возбуждающей антенне становятся равными частоте и длине циклотронной волны в плазме, амплитуда циклотронной волны резонансно возрастает. В отличие от ИЦР, суть которого во взаимодействии волны с частицами плазмы, последний резонанс называется резонансом раскачки. Он позволяет усиливать внешнее поле. [c.313] При возбуждении циклотронных волн в изотопической смеси верхней граничной частотой является циклотронная частота изотопа, имеющего максимальную концентрацию (его называют основным). Поэтому при нагреве изотопических ионов, меньших по массе, чем основной, циклотронная волна не будет возбуждаться. Такова ситуация при выделении, например, изотопов и Сг. В этом случае для селективного нагрева используется электрическое поле, непосредственно индуцируемое антенной. Вместе с тем при выделении всех изотопов кальция и никеля возможно возбуждение циклотронных волн у этих элементов основными являются самые лёгкие изотопы (40са и 58М1). [c.313] Другим типом волн, способных осуществить селективный нагрев ионов на частотах, близких к ионной циклотронной частоте и её гармоникам, являются электростатические ионные циклотронные волны [16]. В отличие от электромагнитных волн у них к Е. Эти волны распространяются поперёк магнитного поля. Непосредственно возбудить их можно только контактным способом, в частности, подавая переменный потенциал на металлическую нить, натянутую вдоль магнитного поля по оси плазменного столба [1]. Однако контактные способы возбуждения могут оказаться непригодными для промышленных установок (см. раздел 7.2.3). [c.313] Есть способ опосредствованного возбуждения электростатических ионных циклотронных волн, когда возбуждаемые индукционно электромагнитные волны трансформируются в электростатические [17. [c.313] В последнее время сделаны заметные шаги к созданию теории изотопически селективного циклотронного нагрева ионов. Из полученных результатов можно упомянуть здесь рассчитанное в [18] уменьшение среднего kz и сужение /г -спектра в кальциевой плазме по сравнению со спектром электрического поля, создаваемого антенной в вакууме. В работе [19] учтено влияние нагрева ионов на проникновение внешнего поля в пролётную плазму (этот термин подчёркивает главную особенность плазмы в разделительной ИЦР-установке). Нагрев ионов на начальном участке зоны нагрева может привести к экранированию внешнего поля на остальной её части. [c.314] Приведённые выше оценки (7.2.8)-(7.2.12) определяют условия селективного нагрева изотопических составляющих ионного компонента плазмы. Выбор на их основе параметров плазмы (п, ч , v , Аг ) и параметров установки В, L, kz) является необходимым условием эффективности селективного нагрева — основного процесса в ИЦР-методе разделения изотопов. В свою очередь эффективный нагрев является лишь необходимым условием эффективности самого метода. После получения плазмы, двухтемпературной по ионному компоненту, решается задача отделения нагретых ионов от холодных. [c.314] Очевидно, что ограничения на величины п и Vz являются ограничениями на удельный разделяемый поток g = MiiiiVz- Полный поток G = = gS, где S — площадь сечения плазменного столба. Приведём в качестве иллюстрации потенциальную производительность ИЦР-установки при обогащении никеля упоминавшимся изотопом (природная концентрация с = = 0,26 и, вероятно, будет достигнут уровень с = 0,9). Допустимые значения основных величин, определяющих производительность щ 10 см , Vz 10 см/с, в = 1 Тл, X = L = 300 см. Удельный разделяемый поток g= MiTiiVz = 6 10 г/с см , а удельный поток выделяемого изотопа g = = 1,5- 10 г/с-см . Заранее следует ожидать, что доля нагретых частиц будет меньше единицы и не все они будут собраны на коллектор. Примем значение коэффициента извлечения 7 = 0,5. В соответствии с перечисленными параметрами можно предполагать, что в крупной установке (б = 0,1 м ) годовое производство обогащённого никеля составит около 200 кг. Конечно, в настоящее время технологическая база ИЦР-метода не развита в такой степени, чтобы обеспечить данный уровень производства. [c.314] Вернуться к основной статье