способ получения радиоизотопов серебра без носителя

Формула изобретения

Способ получения радиоизотопов серебра без носителя, заключающийся в том, что в качестве вещества мишени используют металлический кадмий, который облучают протонами высокой энергии, отделяют вещество мишени путем его возгонки в атмосфере водорода, собирают продукты ядерных реакций и превращений на поверхности кварцевого песка, помещают полученный радиоактивный образец в стартовую зону кварцевой термохроматографической колонки, проводят его высокотемпературную химическую переработку в присутствии реагента с осуществлением транспорта образующихся летучих соединений и последующим их осаждением на стенках ТХК при определенных температурах, отличающийся тем, что в качестве реагента используют пары фосфора или мышьяка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиохимии, в частности к способам получения радиоизотопов. Изобретение может быть использовано в радиохимии для производства радиоизотопов серебра с высокой степенью чистоты.

К настоящему времени идентифицировано 33 радиоизотопа серебра [1] (без учета изомеров) (Antony M.S. Nuclide Chart 2002, IReS, 23 rue du Loess, BP 20, Strasburg, France, p.15-16). Большая их часть имеет малые периоды полураспада T_1/2 - от миллисекунд до нескольких часов. 2 нейтронодефицитных радиоизотопа с атомными числами А, равными 105 и 106, а также 2 нейтроноизбыточных нуклида с А=110 и 111 характеризуются большими значениями Т_1/2 (более суток). Они широко применяются в физической химии и электрохимии (Haissinsky M., Adioff J.-P. Radiochemical Survey of the Elements, Elsevier Publishing Company, Amsterdam/London/New York, 1965, p.143).

Известен способ получения короткоживущих радиоизотопов серебра (Bruechle W., Herrmann G. Decay properties neutron-rich silver isotopes. Radiochim. Acta, 1982, Vol.30, N 1, pp.1-10), образующихся в процессе облучения природного урана нейтронами с энергиями 14 МэВ, при облучении ²⁵²Cf тепловыми нейтронами и кадмия нейтронами с энергией 14 МэВ (аналог). После облучения к азотнокислым растворам урана и кадмия добавляли насыщенный раствор K₂Cr ₂О₇ в 2N растворе Н ₂SO₄, затем полученный раствор пропускали через тонкий слой AgCl, в котором осуществлялось накопление радиоизотопов серебра. Полученный сборник промывали, растворяли, фильтровали и проводили его -спектрометрию (вручную или в автоматическом режиме) на содержание радиоизотопов серебра. К недостаткам способа относятся его трудоемкость и сложность проведения технологических циклов.

Описан способ получения радиоизотопов серебра без носителей (Айхлер Б., Доманов В.П. Препринт ОИЯИ, Р 12-7775, Дубна, 1974), которые выделяют в виде хлоридов (прототип). Согласно предложенному подходу, в качестве вещества мишени используют металлический кадмий, который облучают ускоренными протонами с энергией 660 МэВ. В процессе облучения в веществе мишени накапливаются нейтронодефицитные радиоизотопы серебра, в частности ¹⁰⁵Ag и ¹⁰⁶Ag, образующиеся по ядерным реакциям Cd(p,2pxn), а также сопутствующие нуклиды с порядковыми номерами Z<47. Облученный материал переносят на поверхность кварцевого песка, помещенного в кварцевую трубку, и при нагревании отгоняют вещество мишени в потоке водорода, а кварцевый песок с адсорбированными на его поверхности продуктами ядерных реакций помещают в стартовую зону кварцевой трубки (ТХК), которую нагревают при 1000°С в потоке хлора - газа-носителя и реагента. Образующиеся летучие хлориды адсорбируются на стенках ТХК при определенных температурах. В описанных условиях хлорид серебра (AgCl) осаждается при 620°С.

К недостаткам метода относится присутствие в радиоактивных препаратах серебра радиоизотопов родия и палладия, т.к. летучесть их хлоридов близка к летучести хлорида серебра.

Технической задачей настоящего изобретения является получение радиоизотопов серебра с высокой радиохимической чистотой.

Поставленная задача достигается тем, что для выделения радиоизотопов серебра в качестве реагента используют пары фосфора или мышьяка. В первом случае серебро образует летучий фосфид, который осаждается на поверхности кварца при 660-680°С, а во втором - летучий арсенид, адсорбирующийся при 620-640°С. Сопутствующие серебру радиоизотопы с Z<47, в частности, палладия, родия, рутения, технеция, ниобия, циркония и иттрия, летучих соединений не образуют и они остаются в исходном образце.

Существенное отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что в качестве газов-реагентов используют пары фосфора или мышьяка.

Этот существенный признак позволяет получать радиоизотопы серебра с высокой степенью очистки от посторонних примесей.

Сущность способа заключается в следующем: кадмиевую мишень облучают ускоренными протонами. При облучении кадмия образуются радиоизотопы с Z 48, в частности ¹⁰⁶Ag(T _1/2=8,3 сут) и ¹⁰⁵Ag(T _1/2=41,3 сут). После облучения вещество мишени переносят на поверхность кварцевого песка, помещенного в кварцевой трубке, и в токе водорода отгоняют вещество мишени, нагреваемой до определенной температуры. После отгонки и охлаждения зоны нагрева кварцевый песок с собранными на его поверхности радиоизотопами переносят в стартовую зону кварцевой ТХК, перед которой помещают твердый реагент - фосфор или мышьяк. Готовую к эксперименту колонку устанавливают внутри каскада трубчатых электропечей, имеющих различное функциональное назначение. Первая печь (1) предназначена для нагревания твердого реагента до определенной температуры, вторая (2) обеспечивает горячий транспорт паров реагента, третья (3) обогревает исходный радиоактивный образец до высокой температуры, а четвертая (4) создает вдоль колонки отрицательный температурный градиент. После продувки установки очищенным гелием вдоль колонки устанавливают заданное температурное распределение. В процессе высокотемпературной химической обработки исходного образца парами реагента радиоизотопы серебра образуют летучие пниктиды, транспортируемые вдоль ТХК в потоке гелия и адсорбирующиеся при определенных температурах. Радиоизотопы сопутствующих серебру элементов летучих соединений не образуют и остаются в исходном образце. Основная доля газообразных реагентов, не вступившая в химические реакции, осаждается на стенках ТХК при сравнительно невысоких температурах. Распределение ^105,106Ag вдоль ТХК и их химический выход Y определяют с помощью -спектрометра. Значение Y зависит от ряда параметров, в частности от концентрации реагентов в газовой фазе, что, в свою очередь, определяется температурой нагревания твердого реагента t₁. При работе с красным фосфором, нагретым до 320°С, величина Y составила 43%, при t ₁=330°C значение Y=65%, а при t₁ =340°C величина Y достигает 76%. Нагревание фосфора при более высоких температурах приводит к заметному увеличению концентрации его паров, которые, осаждаясь, перекрывают колонку. Таким образом, температурный интервал 330-340°С является оптимальным для реализации способа.

При выборе концентрации в газовой фазе мышьяка использовались данные (Таблицы физических величин. Справочник под ред. И.К.Кикоина, М., Атомиздат, 1976, с.206). Найдено, что при нагревании этого реагента до 370°С величина Y составила 51%. При t₁=390°C химический выход радиоизотопов серебра вырос до 75%, при t₁ =405°С - Y=87%, а при t₁=415°C значение Y=84%. Исходя из полученных данных сделан вывод, что температурный интервал 395-415°С является оптимальным для решения поставленной задачи. Перевод выделенных радиоизотопов в водную фазу осуществляют путем обработки зоны адсорбции пниктидов подходящим растворителем, например азотной кислотой.

Пример 1

Предлагаемый способ был использован для получения ультрачистых препаратов изотопов ¹⁰⁶Ag(T _1/2=8,3 сут) и ¹⁰⁵Ag(T _1/2=41,3 сут). 8 г гранулированного кадмия марки о.с.ч. облучают ускоренными протонами с энергией 660 МэВ и интенсивностью пучка 5×10¹² с^-1 . см^-2 в течение 72 часов. По окончании облучения мишень "охлаждают" в течение 2-3 суток, переносят ее на поверхность кварцевого песка (d=100-200 мкм), предварительно помещенного в кварцевую трубку (d=10 мм), и отгоняют вещество мишени в токе водорода при температуре 600°С. По окончании возгонки и охлаждения устройства полученный исходный радиоактивный образец переносят в стартовую зону кварцевой ТХК (d=3 мм), а в начале колонки помещают твердый реагент - красный фосфор марки о.с.ч. Подготовленную колонку помещают внутрь каскада трубчатых электропечей. После продувки колонки в токе очищенного гелия (остаточное содержание водяных паров менее 10 ^-4% и кислорода менее 10^-6%) последовательно подавали напряжение на печь (4), обеспечивающую отрицательный температурный градиент с величиной =-17°С/см, на печь (2) (360-380°С), затем на печь нагревания исходного образца (3) при 900°С. По достижении заданных параметров подавали напряжение на печь (1), в которой фосфор нагревали при 340°С. Концентрация паров фосфора равнялась 4×10^-6 моль·см ^-3. Объемная скорость гелия составляла 20·см ³·мин^-1, а продолжительность процесса - 1 час. Полученный фосфид серебра осаждался при 680°С с химическим выходом 75%. Радиохимическая чистота препаратов радиоактивного серебра составила 99,99%. Полученный результат иллюстрируется фиг.1, на которой показано распределение фосфида ^105,106Ag вдоль колонки. Видно, что зоны осаждения фосфида серебра и фосфора разделены, что свидетельствует и о высокой химической чистоте выделенных радиоизотопов серебра.

Пример 2

Ультрачистые препараты радиоизотопов ¹⁰⁶Ag(T_1/2=8,3 сут) получены также при использовании в качестве реагента паров мышьяка. 6,5 г гранулированного кадмия марки о.с.ч. облучают ускоренными протонами с энергией 660 МэВ и интенсивностью пучка 7×10¹² с^-1·см^-2 в течение 48 часов. По окончании облучения мишень "охлаждают" в течение 2-3 суток, переносят ее на поверхность кварцевого песка (d=100-200 мкм), предварительно помещенного в кварцевую трубку (d=10 мм), и отгоняют вещество мишени в токе водорода при температуре 600°С. По окончании возгонки и охлаждения устройства полученный исходный радиоактивный образец переносят в стартовую зону кварцевой ТХК (d=3 мм), а в начале колонки помещают твердый реагент - мышьяк марки х.ч., который предварительно очищали путем вакуумной сублимации. Затем колонку помещают внутрь трубчатых электропечей (1)-(4). После продувки колонки в токе очищенного гелия (остаточное содержание водяных паров менее 10^-4% и кислорода менее 10^-6%) последовательно подавали напряжение на печь (4), обеспечивающую отрицательный температурный градиент с величиной =-17°С/см, на печь (2) (430-450°С), затем на печь нагревания исходного образца (3) (900°С). По достижении заданных параметров подавали напряжение на печь (1), в которой мышьяк нагревали при 405°С. Концентрация паров мышьяка составляла 2×10^-6 моль·см ^-3. Объемная скорость гелия составляла 20 см ³· мин^-1, а продолжительность процесса - 1 час. Полученный арсенид серебра осаждался при 640°С с химическим выходом 87%. Радиохимическая чистота препаратов радиоактивного серебра составила также 99,99%. На фиг.2 показано распределение арсенида серебра вдоль колонки. На фиг.2 видно, что зоны осаждения арсенида серебра и мышьяка находятся на значительном расстоянии друг от друга, что обеспечивает высокую химическую чистоту полученных радиоизотопов серебра.

Предлагаемый способ может быть использован как в традиционных областях применения (электрохимия, физическая химия), так и для химической идентификации сверхтяжелого элемента с Z=111 - предполагаемого химического аналога серебра и золота.