Разработка технологии синтеза высокообогащенного изотопа B-10 из трифторида бора
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ВВЕДЕНИЕ
Анализ сегодняшнего состояния мирового рынка борсодержащих материалов, сопоставление и обобщение всех вышеперечисленных и других существенных факторов позволяют прогнозировать значительное увеличение спроса на изотопнообогащенные борсодержащие материалы и изделия, при условии снижения себестоимости их производства, гарантии качества и обеспечения требуемых объемов поставок.
Реакторы нового поколения, особенно на быстрых нейтронах, в качестве материала поглощающих стержней органов регулирования СУЗ, используют B-10. Применение материалов, обогащенных по B-10, может быть в следующих установках и устройствах:
стержни системы управления и защиты (СУЗ) реакторов;
нейтронные выгорающие поглотители из ZrB2 и HfB2,
контейнеры для хранения и перевозки отработанного топлива,
различных типов нейтронная защита и др.
В качестве области потенциально широкого использования B-10 все чаще фигурирует медицина: нейтронозахватная (высокоточная) терапия раковых опухолей
В конце 80-х годов, в связи с распадом СССР отечественная атомная отрасль лишилась своего единственного производства: в НИИ Стабильных изотопов, г. Тбилиси, Грузия. Возникшая таким образом с начала 90-х годов импортная зависимость по B-10 и растущая потребность отечественной атомной энергетики в этом высокоэффективном нейтронном поглотителе потребовали принятия срочных мер для воссоздания отечественного производства высокообогащенного В-10.
Природный бор состоит из двух стабильных изотопов - B-10 и B-11. Их содержание в природных соединениях составляет, в среднем, 19,3 % ат. и 80,7 % ат., соответственно. Ядерные свойства B-10 и B-11 сильно различаются. Их сечения захвата тепловых нейтронов различаются более чем в 80 тыс. раз и составляют, соответственно, порядка 4000 барн и < 0,05 барн .
Стабильный изотоп бора давно известен как высокоэффективный нейтронный поглотитель. Он считается одним из наиболее перспективных и в определенном смысле безальтернативный в атомной энергетике
В мировой практике нашли применение два базовых метода обогащения В-10: низкотемпературна я ректификация трифторида бора и метод химического изотопного обмена, так называемый анизольный процесс. В основу обоих технологических комплексов положены насадочные колонны, использующие разделение природной изотопной смеси этими двумя методами. Однако для обоих методов общим является то обстоятельство, что в узлах обращения потоков В-10 накапливается в жидкой фазе.
Впервые элементарный бор был получен в 1892 г магнийтермическим способом. Однако, получаемый при этом бор был сильно загрязнен примесями: окислами бора и боридом магния, очистка от которых создавала дополнительные определенные проблемы. Первый достаточно химически чистый аморфный бор был получен лишь в 1909 г Вайнтраубом. Для этого был использован способ прямого восстановления бора из хлорида водородом в электрической дуге.
В период 50-60 гг. в США и СССР проводились активные опыты по разработке технологии для восстановления обогащенного В-10.
Примененный сначала метод осаждения аморфного бора-10 на раскаленной нити в результате восстановления трифторида бора в токе водорода впоследствии был признан неэффективным, и оба изотопных центра США и СССР в результате отказались от использования этого метода для промышленного производства аморфного B-10 из трифторида B-10. Последние годы эти работы проводились под руководством И.А. Байрамашвили.
В настоящее время в бывшем НИИИСИ используется метод электрохимического выделения бора из расплавов солей. Точных данных о производстве аморфного B-10 в центрах США и Японии нет, но предположительно они применяют аналогичную технологию.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
.1 Развитие мировой и отечественной атомной энергетики
.1.1 Курс на быструю энергетику
О компании Игл-Пичер (Eagle-Picher Corp.), США.
В 1976 г на базе многолетнего опыта работ по производству свинцовой защиты от радиации создается новое направление: производство обогащенного В-10 для защиты от нейтронов.
С начала 90-х годов до настоящего времени фирма имеет производство В-10 до 2 т/год.
История возникновения и развития В-10-производства в США.
В 40-х годах работы по обогащению В-10 США проводили в закрытом исследовательском центре в пригороде Model City (Буффало, штат Нью-Йорк). К началу 50-х было разработано и запущено обогатительное оборудование с проектной мощностью до 300 кг/год при 90 %-обогащении. Технология оказалась весьма капризной (предположительно низкотемпературная ректификация трифторида бора), постоянно возникали сбои и остановки. При этом время выхода в равновесие составляло несколько недель, и каждый сбой требовал практически запуска с самого начала.
ЕР включилось в тематику В-10 работ несколько раньше, в начале 60-х: Комиссия по атомной энергии США предложила ЕР перевести ранее наработанный В-10 в форму элементарного В-10, т.е. выполнить чисто металлургическую задачу. Тогда для персонала ЕР стало ясно, что коммерческий потенциал В-10 достаточно высок и это в первую очередь атомные электростанции.
В 1972 г ЕР создает собственную пилотную установку по обогащению изотопов с производительностью 35 кг/год (90 % по В-10). При этом ЕР использует новую технологию: химический изотопный обмен в системе трифторид - комплекс с диметиловым эфиром.
Работы на первой установке в Model City продолжалось примерно до 1973 г, когда правительством было принято решение о продаже оборудо