[发明专利]一种氧同位素分离系统及利用该分离系统生产氧同位素水的方法

说明书

本发明公开了一种氧同位素分离系统，包括一个纯化单元和三个分离单元，该三个分离单元分别为第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元；纯化单元是由至少一个纯化装置组成；纯化单元的出料口与第一分离单元的进料口连接；第一分离单元、第二分离单元和第三分离单元均具有轻组分出料端和重组分出料端；第一分离单元的重组分出料端与第二分离单元的进料口连接，第二分离单元的重组分出料端与第三分离单元的进料口连接。本发明还公开了一种利用氧同位素分离系统生产氧同位素水的方法。该系统对氧同位素的分离效率较高，可以同时生产低氧十七水、高氧十七水和高氧十八水，并且所获得的氧同位素水的纯度较高。

技术领域

本发明涉及同位素分离技术领域，特别涉及一种氧同位素分离系统及利用该分离系统生产同位素水的方法。

背景技术

目前，核电站常规运行过程中产生的液态及气态排出物中，¹⁴C(半衰期5730年)是最受关注也是最为重要的放射性核素，因其在所有排放核素中对公众产生的照射剂量最大，且放射性污染效应持久性存在。

核电站中¹⁴C的主要来源是冷却水中的氧十七同位素受到中子辐射产生的。自然界中，氧有¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O三种稳定同位素，其天然丰度分别为99.759％、0.037％和0.204％，其中，氧十七同位素受到中子照射，会产生¹⁴C同位素。其反应途径如下：

¹⁷O+n→¹⁴C+⁴He

目前全球¹⁴C同位素本底逐年升高，因此急需要降低其产出。其中一种最主要的方式就是降低冷却水中的¹⁷O含量，也就是需要使用低氧十七水作为原料，所谓低氧十七水，就是指水中氧十七同位素丰度低于天然水中氧十七丰度的水。

而高丰度氧十七水可用于药物标记，或者用于核磁共振试剂制备；高丰度氧十八水则可以作为PET/CT中放射性¹⁸F核素的原材料，也可作为示踪剂。

不同水同位素性质之间差异较小，H₂¹⁶O和H₂¹⁷O的分离系数比H₂¹⁶O和H₂¹⁸O的分离系数还要小，而¹⁷O的天然丰度又只有0.037％，导致氧十七同位素的分离难度比氧十八同位素的分离难度还要大。

现有的分离系统一般采用精馏法实现同位素分离；精馏法分离氧同位素主要依靠不同氧同位素标记的分子在相同温度下相对挥发度的不同进行分离，该相对挥发度以分离系数α作为表征。以水分子为例，在40℃-90℃条件下达到气液相平衡状态时，气相中H₂¹⁶O的含量比液相中H₂¹⁶O的含量高，而气相中H₂¹⁷O的含量比液相中H₂¹⁷O的含量低，也就是说比较“重”的H₂¹⁷O在液相中富集，而比较“轻”的H₂¹⁶O在气相中富集。

但是，现有的分离系统分离效率较低，分离纯度低，不能同时生产纯度较高的不同氧同位素水。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种氧同位素分离系统及利用该分离系统生产氧同位素水的方法，该系统对氧同位素的分离效率较高，可以同时生产低氧十七水、高氧十七水和高氧十八水，并且所获得的氧同位素水的纯度较高。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：