[发明专利]一种同位素电磁分离器

说明书

技术领域

本发明属于同位素电磁分离器技术领域，具体涉及一种同位素电磁分离器。

背景技术

电磁分离方法在同位素分离领域具有不可或缺的地位，其最早是被用来分离生产²³⁵U的。以美国为例，在二战后期为制造原子弹，在橡树岭实验室建造上千台大型分离器，分离出符合要求的核材料²³⁵U，爆炸了世界上第一颗原子弹。俄罗斯也是用电磁分离器生产²³⁵U，爆炸了第一颗原子弹。美国和俄罗斯在该领域一直占有领先地位，其它国家很少有大型分离器。

美国与俄罗斯是电磁同位素分离大国，最早使用电磁分离法分离同位素，因此，他们所使用的电磁分离器代表了先进的水平，美国橡树岭国家实验室用电磁法分离的稳定同位素元素有52种。在这些元素中，有20种可通过离心法分离，而剩余的32种只能通过电磁法分离。根据2012年4月在北京国际会议中心举办的中国核工业展览会(NIC-2012)上，俄罗斯同位素股份公司和俄罗斯电化学仪器公司提供的同位素产品目录介绍，用电磁法生产的同位素有41个元素的同位素。

电磁分离方法是获得星载铷钟所需的高丰度的铷同位素，微型镍电池核心材料高丰度的⁶²Ni，高精度碱金属磁力仪核心材料高丰度K等同位素唯一可行的方法。

本发明中的同位素电磁分离器就是用于多种同位素的电磁分离。

发明内容

本发明的目的是对现有的电磁同位素分离器改造完成后，使其成为技术先进，性能优良，自动化程度高，安全稳定的生产型分离器，可以节能、稳定、可靠、安全地长时间运行，保证同位素生产的连续性和长期性，提高分离的同位素的丰度，保持我国分离器技术在国际上的竞争能力。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种同位素电磁分离器，包括离子源、接收器系统、真空系统、检测系统、控制系统，所述的离子源包括弧放电室以及与所述弧放电室后部直接密封连接的坩埚，弧放电室前部设有用于引出离子束的引出电极；所述的接收器系统设置在真空系统的真空室内，包括通过绝缘子设置在框架上的面板，所述面板上设有能够通过电磁分离后的同位素离子束的入射缝，在所述框架上还设有能够接收从所述入射缝通过的离子束的接收口袋，所述框架设置在能够前后移动的接收器滑动轴上，所述接收口袋、面板能够随所述接收器滑动轴前后移动；所述的检测系统包括谱线扫描装置、束流发射度仪和张角测量仪。

进一步

所述离子源设置在所述真空室内的磁场中，所述磁场的磁力线方向与所述离子源中离子束引出方向垂直，还包括设置在所述坩埚外围的坩埚加热炉筒，设置在所述弧放电室顶部的阴极和灯丝；

所述弧放电室包括设置在所述弧放电室后部、通过坩埚接口与所述坩埚连通的蒸汽分配室，设置在所述坩埚接口上的船形板，还包括通过蒸汽分配板与所述蒸汽分配室相隔离的放电室，所述放电室顶端设置有电子窗，还包括设置在所述弧放电室外围的弧室加热器，所述阴极靠近所述电子窗，所述电子窗距离所述放电室的边缘为0.5mm，所述阴极包括直热式阴极和间热式阴极两种，所述直热式阴极寿命大于24小时；

所述引出电极为三电极结构，包含从所述放电室向外依次设置的引出缝电极、聚焦电极、接地电极；所述引出缝电极处于正高压，设有第一引出缝；所述聚焦电极处于负高压，设有第二引出缝；所述接地电极处于零电位，设有第三引出缝；

所述蒸汽分配板通过设置在所述蒸汽分配室与所述放电室之间的分配板插槽安装在所述弧放电室内部；

所述引出缝电极设置在引出缝面板上，所述引出缝面板通过设置在所述放电室上的引出缝面板插槽安装在所述放电室上；

所述电子窗通过所述放电室顶端的电子窗插槽设置在所述放电室上；

所述引出缝电极上的所述第一引出缝为窄条状，纵向为曲面，曲率半径为2600mm，所述电子窗的边沿到所述第一引出缝的距离为0.5mm；

所述引出缝电极、聚焦电极、接地电极的极间距离能够调整，所述聚焦电极的聚焦电压能够调整；

在离子源的靠近所述引出电极的头部设有气化放电装置，在离子源中部设有防打火罩，所述防打火罩能够防止所述气化放电装置产生的慢电子对所述离子源中的零部件的轰击；

在所述弧放电室两侧安装PIG板，所述PIG板能够改变所述弧放电室中的电场分布，减少所述弧放电室周围的电子震荡放电；所述PIG板为不锈钢材质；

所述离子源设置在同位素电磁分离器的真空室内；

所述坩埚与所述坩埚加热炉筒之间采用陶瓷套筒作为绝缘支撑；