介绍氖同位素分离装置的制作方法

将乐信息网 http://www.jianglexinxi.cn 2020-10-18 22:13 出处:网络
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本实用新型涉及一种氖同位素的分离装置,属于稀有气体的分离与提纯设备技术领域。



背景技术:

氖的同位素主要是20ne和22ne,其丰度分别为90.51%和9.22%。在核物理基础研究重元素的合成方面有较为广泛的应用;随着激光技术的发展,20ne和22ne又有了新的用途。一方面,由于其有双凸峰的光强—频率特性,是制造氦-氖稳频激光器的充气材料,可大大提高激光的频率稳定度,这种激光器是精密测长仪理想光源之一,用于精密车床丝杆螺距和微孔孔径等精确测量;另一方面,它们也是环形激光器的理想材料,在制造激光陀螺仪方面效果显著,广泛应用于航空航天、导航、定位定向系统、导弹、机械加工、民用医疗器械等。由于涉及军用,西方国家对中国实施禁运,目前国内没有该方面的生产企业信息。

氖的同位素的物理、化学性质极其相似,不能采用常规的精馏或吸附、化学反应的方法进行分离,只能应用其它方法。同位素气体的分离主要方法有气体扩散法、离子交换法、气体离心法,另外还有蒸馏法、电解法、电磁法、电流法、离心机法等,其中以气体扩散法最成熟,现有氖同位素分离技术多采用气体扩散法,分离装置多为长玻璃管夹层结构,此类玻璃管内部用电热丝加热,承压能力差,安全性不足;专利号为02151014.8的中国专利公开了一种中丰度22ne同位素的分离提纯方法,该专利中使用圆柱形扩散塔进行同位素分离,内部用电热丝加热,此类装置结构结构复杂,加工难度较高,温度分布不均匀,存在分离效果较差、分离效率低等不足。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种氖同位素分离装置,该装置结构简单,操作简便,可高效实现氖同位素的分离,分离效果显著,同位素产出率明显提升。

解决上述技术问题的技术方案为:

一种氖同位素分离装置,包括热管、冷管和壳体,热管、冷管和壳体的轴线相互重合,由内向外顺序排列,壳体的壳壁上分别开有入水口和出水口,热管的上下端分别与油管连接,油管与加热器连接。

上述的氖同位素分离装置,所述热管、冷管和壳体均为圆柱管,它们的内径按热管、冷管、壳体的顺序逐渐增大;所述开设于壳体上的入水口位于壳体的下段,出水口位于壳体的上段。

上述的氖同位素分离装置,所述热管、冷管和壳体的高度相同,它们的上端与水平状态的上端盖垂直固定,下端与水平状态的下端盖垂直固定,上端盖、下端盖上分别连接集气管,集气管通入热管和冷管之间;油管的上端口通过上端盖插入热管中,下端口通过下端盖插入热管中。

采用本实用新型进行氖同位素分离的方法为:高温导热油通过油管由热管底部通入热管内,经热管后由热管上端回流进入油管,油管与加热器连接,导热油经加热器加热后再由热管底部进入热管,往复循环保证热管中导热油的油温恒定,对热管实施稳定加热;同时向入水口中通入冷却水,冷却水经冷管和壳体之间的空间由出水口流出,持续向入水口中通入冷却水,实现壳体和冷管之间的均匀冷却,从而在热管和冷管之间形成温差;由下端盖向热管和冷管之间的空间内通入超高纯氖气,在热扩散效应的作用下,较重的22ne向下运动从下部的集气管流出,较轻的20ne向上运动从上部的集气管流出,实现20ne和22ne的分离。

为进一步提升20ne和22ne的分离效果,可将多个本实用新型装置多级串联,相邻之间通过连接管串联连接,可显著提升分离效果。

本实用新型的有益效果是:

本实用新型结构简单、制作容易、使用方便,可高效实现氖同位素的分离,分离效果显著,同位素产出率明显提升。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图;

图2为将多个本实用新型串联后的示意图;

图中标记如下:热管1、冷管2、壳体3、入水口4、出水口5、油管6、加热器7、上端盖8、下端盖9、集气管10、油泵11、超高纯氖气瓶12、放空阀13、控制阀14、放空管15、连接管16。

具体实施方式

图1显示,本实用新型一种氖同位素分离装置,包括热管1、冷管2和壳体3,热管1、冷管2和壳体3均为圆柱形ep级高光洁度不锈钢管,它们的轴线相互重合,热管1的外径为1/4英寸,冷管2的外径为1/2英寸,壳体3的外径为1英寸,壳体3的壳壁上分别开有入水口4和出水口5,入水口4位于壳体3的下半段,出水口5位于壳体3的上半段;

图1显示,热管1、冷管2和壳体3的高度相同,它们的上端与水平状态的上端盖8垂直固定,下端与水平状态的下端盖9垂直固定,上端盖8、下端盖9直径与壳体3的直径相同,均为不锈钢材质;上端盖8、下端盖9上分别连接集气管10,集气管10通入热管1和冷管2之间,用于收集分离出的氖同位素;

图1显示,油管6的上端口通过上端盖8插入热管1中,下端口通过下端盖9插入热管1中,油管6与加热器7连接,加热器7为电加热;

图1显示,为了能够获得较好的导热效果,设置了与油管6、加热器7连接的高温油泵11,高温导热油在油泵11的作用下通过油管6向热管1提供热量以维持20ne和22ne的分离所需的热管壁较高温度,从而有利于在上端的集气管10中收集到热扩散效应导致的高丰度的20ne;

图1显示,为了形成能够有效保证20ne和22ne所需要的高低温度差,在壳体3和冷管2之间通入冷却水后获得较低温度,从而有利于在下端的集气管10中收集到热扩散效应导致的高丰度的22ne。

图2显示,为了获得较高的产量和较高丰度的氖同位素,使用了多级连接的方式,将多个本实用新型分离装置通过连接管16串联连接,连接管16的一端通入一个分离装置的热管1和冷管2之间,另一端通入相邻分离装置的热管1和冷管2之间;位于最左侧的分离装置的下端盖9上另外连接用于收集22ne的集气管10;位于最右侧的分离装置的上端盖8上另外连接用于收集20ne的集气管10,两侧的用于收集氖同位素的集气管10上安装有控制阀14;每套分离装置上连接放空管15,放空管15通入热管1和冷管2之间,每个放空管15上安装放空阀13,将装有超高纯氖气的氖气瓶12中的超高纯氖气由中间位置的分离装置通入热管1和冷管2之间的空间内,经6个分离装置多次的分离与提纯后,在最左侧的集气管10中收集22ne,在最右侧的集气管10中收集20ne,经多级分离后,保证了分离效果。

图2显示,本实用新型的工作过程为:

首先将6套本实用新型分离装置通过连接管16串联连接,并确保整个系统没有泄漏漏点,连接管16要尽可能的短;然后在各级分离装置中通入高温油和冷却水,高温导热油通过控制加热器7,保持温度在400±15℃,冷却水温度控制在30℃以下,这样形成分离必须的高低温温差。最后连接好超纯氖气管路,确认不漏后向中间位置分离装置的热管1和冷管2之间通入超高纯氖气,先使用超高纯氖气对其中空气进行吹扫置换,在两侧的集气管10的出口位置测得氧、氮含量和超高纯氖气瓶12中含量基本一致则结束吹扫置换,然后关闭集气管10上的控制阀门14和各个放空阀13,在系统中保持氖气压力为0.01mpa,24小时后在最右侧的集气管10的位置可以得到20ne(流量约30ml/小时),在最左侧的集气管10位置可以得到22ne(流量约15ml/小时)。


技术特征:

1.一种氖同位素分离装置,其特征在于:包括热管(1)、冷管(2)和壳体(3),热管(1)、冷管(2)和壳体(3)的轴线相互重合,由内向外顺序排列,壳体(3)的壳壁上分别开有入水口(4)和出水口(5),热管(1)的上下端分别与油管(6)连接,油管(6)与加热器(7)连接。

2.如权利要求1所述的氖同位素分离装置,其特征在于:所述热管(1)、冷管(2)和壳体(3)均为圆柱管,它们的内径按热管(1)、冷管(2)、壳体(3)的顺序逐渐增大;所述开设于壳体(3)上的入水口(4)位于壳体(3)的下段,出水口(5)位于壳体(3)的上段。

3.如权利要求1或2所述的氖同位素分离装置,其特征在于:所述热管(1)、冷管(2)和壳体(3)的高度相同,它们的上端与水平状态的上端盖(8)垂直固定,下端与水平状态的下端盖(9)垂直固定,上端盖(8)、下端盖(9)上分别连接集气管(10),集气管(10)通入热管(1)和冷管(2)之间;油管(6)的上端口通过上端盖(8)插入热管(1)中,下端口通过下端盖(9)插入热管(1)中。

技术总结
本实用新型涉及一种氖同位素分离装置,属于稀有气体的分离与提纯设备技术领域。包括热管、冷管和壳体,热管、冷管和壳体的轴线相互重合,由内向外顺序排列,壳体的壳壁上分别开有入水口和出水口,热管的上下端分别与油管连接,油管与加热器连接。该装置结构简单,操作简便,可高效实现氖同位素的分离,分离效果显著,同位素产出率明显提升。

技术研发人员:王建让;杨毅坤;高国强;赵玲;韩文庆
受保护的技术使用者:邯郸钢铁集团有限责任公司;河钢股份有限公司邯郸分公司;河北邯钢锐达气体有限公司
技术研发日:2019.07.24
技术公布日:2020.06.26

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