一种稳定同位素电磁分离器及分离方法与流程

1.本发明属于同位素分离技术领域，特别涉及一种稳定同位素电磁分离器及分离方法。


背景技术：

2.在元素周期表中，原子序数相同，原子质量不同，化学性质基本相同，半衰期大于10
15
年的元素的同位素称为稳定同位素。稳定同位素的应用已经覆盖到人类活动的各个方面，包括基础科学、医学、生物学、地球科学、农业、生态学和新材料生产等众多领域，和我国的空间导航、量子传感、核电池、核医学诊断治疗等高科技领域的战略需求发展息息相关。尤其是铷-85、铷-87、镍-62、镍-64、镱-174等高丰度同位素在空间导航、量子探测、核电池、核医学诊断治疗等高科技领域发挥着重要的作用。高丰度稳定同位素直接作为核心材料或作为核心材料必须的前提材料发挥着重要作用，在核医学领域，应用占比最大。
3.当前全世界生产的放射性同位素90％以上都是用于核医学的，它的来源主要包括：核反应堆生产，加速器生产，从核燃料后处理废液中分离提取。高丰度稳定同位素可以作为放射性标记药物的前体，通过堆照或加速器辐照,用来产生放射性核素。为了满足放射性药物在核医学领域的应用，其前体材料所需的稳定同位素要求丰度和纯度极高，且对其他同位素的含量也提出了较高的要求。针对目前核医学的蓬勃发展，新型核素所需的高丰度稳定同位素备受关注，需求量也日益增加。
4.在所有稳定同位素分离方法中，电磁分离法基本可以分离几乎所有同位素。同位素电磁分离法的主要优点为：通用性好，可用于分离几乎所有多核素元素的同位素；灵活性大，几天内就可改变分离对象；分离系数大，单级分离可达几百或更大；原料滞留量小，可操作mg量级物质；平衡时间短，开机数小时就可开始收集浓缩同位素产品。同位素电磁分离法能适应对稳定同位素的高丰度、多品种、少用量的需要，是获得rb、k、gd、ca、cu、sb、er、yb等多种同位素唯一可行的方法。
5.电磁分离器技术水平还处于上世纪七十年代的水平，产额有限，电磁同位素分离不成规模，运行模式以科研为主，生产效率低，丰度低，难以满足市场需求。为保障高丰度稳定同位素的持续供应能力，满足各领域对高丰度稳定同位素的需求。特别是医用高丰度稳定同位素的生产，将对推动新一代诊疗一体化药物发挥积极的促进作用，从而推进健康事业发展。
6.因此，需要设计一种稳定同位素电磁分离器及分离方法，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

7.针对上述技术问题，本发明提供了一种稳定同位素电磁分离器，所述分离器包括多个分离层以及共用线圈组，其中，
8.所述共用线圈组，用于使多个分离层中产生电磁场；
9.所述分离层，用于在电磁场的作用下，完成稳定同位素的二次分离，以使稳定同位
素的丰度提高。
10.进一步地，所述分离层有两个，所述共用线圈组设于两个分离层之间。
11.进一步地，所述分离器还包括两个主磁铁磁轭，其中，两个分离层位于两个主磁铁磁轭之间。
12.进一步地，所述分离层包括第一分离室以及第二分离室，其中，
13.所述第一分离室，用于第一次分离稳定同位素；
14.所述第二分离室，用于第二次分离稳定同位素。
15.进一步地，每个所述主磁铁磁轭的内侧均设有两个主磁铁线圈；
16.其中一个所述分离层的第一分离室和第二分离室室分别靠近其中一个主磁铁磁轭的两个主磁铁线圈设置；
17.另一个所述分离层的第一分离室和第二分离室分别靠近另一个主磁铁磁轭的两个主磁铁线圈设置。
18.进一步地，每所述个分离层的第一分离室和第二分离室之间设有分离通道，其中，
19.所述分离通道，用于将对应第一分离室分离的稳定同位素输入至对应第二分离室中。
20.进一步地，每个所述分离层的第二分离室上设有接收器，每个所述分离层的第一分离室上设有离子源，其中，
21.所述离子源，用于产生束流，其中，该束流在第一分离室分离后通过分离通道输入至第一分离室中进行分离；
22.所述接收器，用于接收经过第二分离室分离后的束流。
23.进一步地，每个所述分离层的第一分离室和第二分离室之间的分离通道，均包括第一挡块和第二挡块，其中，
24.所述第一挡块与第二挡块之间留有间隙，该间隙作为经过第一分离室分离后的束流飘移至对应第二分离室的漂移管道。
25.进一步地，所述第一挡块与第二挡块均滑动式的设于第一分离室和第二分离室之间。
26.进一步地，所述共用线圈组包括两个共用线圈，其中，
27.其中一个共用线圈设于两个第二分离室之间，其中一个共用线圈的第一磁极靠近其中一个第二分离室的第一侧面，其中一个共用线圈的第二磁极靠近另一个第二分离室的第一侧面；
28.另一个共用线圈设于两个第一分离室之间，另一个共用线圈的第一磁极靠近其中一个第一分离室的第一侧面，另一个共用线圈的第二磁极靠近另一个第一分离室的第一侧面。
29.进一步地，对于主磁铁磁轭：主磁铁磁轭的其中一个主磁铁线圈的第一磁极位于该主磁铁线圈和其中一个主磁铁磁轭之间，其中一个主磁铁线圈的第二磁极靠近对应第一分离室的第二侧面；主磁铁磁轭的另一个主磁铁线圈的第一磁极位于该位于该主磁铁线圈和其中一个主磁铁磁轭之间，另一个主磁铁线圈的第二磁极靠近对应第二分离室的第二侧面。
30.进一步地，第一分离室的第一侧面为第一分离室的相对侧面；第二分离室的第一
侧面为第二分离室的第二侧面的相对侧面。
31.另一方面，本发明还提供一种稳定同位素的分离方法，所述方法包括：
32.利用共用线圈组，使多个分离层中产生电磁场；
33.在电磁场的作用下，利用所述分离层，完成稳定同位素的二次分离，以使稳定同位素的丰度提高。
34.进一步地，所述分离层有两个，所述共用线圈组设于两个分离层之间。
35.本发明提供了一种稳定同位素电磁分离器及分离方法，可在一器四室(即一个分离器有四个分离室)的基础上，每一分离层都能实现双级分离。
36.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1示出了根据本发明实施例的一种稳定同位素电磁分离器的结构示意图。
39.图2示出了根据本发明图1的正视图。
40.图3示出了根据本发明图1中分离层的横向剖面图。
41.图4示出了根据本发明实施例的一种稳定同位素分离方法流程图。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1所示的，本发明提供一种稳定同位素电磁分离器，所述分离器包括多个分离层以及共用线圈22组，其中，
44.所述共用线圈22组，用于使多个分离层中产生相同方向的电磁场；
45.所述分离层，用于在电磁场的作用下，完成稳定同位素的二次分离，以使稳定同位素的丰度提高。
46.下面进行详细地描述。
47.在本发明的实施例中，分离层的数量至少有两个，本发明以所述分离层有两个进行示例性的说明。在分离层有两个的情况下，所述共用线圈22组设于两个分离层之间。
48.在本发明的一个实施例中，所述分离器还包括两个主磁铁磁轭1，其中，两个分离层位于两个主磁铁磁轭1之间。且在本实施例中，每个所述主磁铁磁轭1的内侧均设有两个主磁铁线圈4，主磁铁线圈4在通电后可产生电磁场。
49.在本发明的一个实施例中，每个所述分离层均包括第一分离室5以及第二分离室
21，第二分离室21以及第一分离室5均处于同一平面，是不分上下位置关系的，而在本实施例中，对于第一分离室5以及第二分离室21的作用，如下：
50.所述第一分离室5，用于第一次分离稳定同位素；
51.所述第二分离室21，用于第二次分离稳定同位素。
52.在本发明的一个实施例中，若以图2中的方向进行示例性的说明，则图2中，其中一个分离层指的是上方的分离层，另一个分离层指的是下方的分离层。因此，另一个分离层是位于其中一个分离层的下方的。
53.因此，在本实施例中：
54.在本发明的一个实施例中，所述共用线圈22组包括两个共用线圈22，其中，
55.(1)其中一个共用线圈22(图2左边的共用线圈22)设于两个第二分离室21之间，其中一个共用线圈22的第一磁极(即图2中的磁极a)靠近其中一个第二分离室21的第一侧面(以图2的方向来看，为该第二分离室21的下表面)，其中一个共用线圈22的第二磁极(即图2中的磁极b)靠近另一个第二分离室21的第一侧面(以图2的方向来看，另为第二分离室21的上表面)；
56.同理，另一个共用线圈22(图2右边的共用线圈22)设于两个第一分离室5之间，另一个共用线圈22的第一磁极(即图2中的磁极c)靠近其中一个第一分离室5的第一侧面(以图2的方向来看，为该第一分离室5的下表面)，另一个共用线圈22的第二磁极(即图2中的磁极d)靠近另一个第一分离室5的第一侧面(以图2的方向来看，为该第一分离室5的上表面)。
57.(2)其中一个所述分离层的第一分离室5和第二分离室21分别靠近其中一个主磁铁磁轭1(即图2上方的主磁铁磁轭1)的两个主磁铁线圈4设置；
58.另一个所述分离层的第一分离室5和第二分离室21分别靠近另一个主磁铁磁轭1(即图2下方的主磁铁磁轭1)的两个主磁铁线圈4设置。
59.具体的：
60.图2中，上方的主磁铁磁轭1上：右边的主磁铁线圈4的第一磁极(即图2中的磁极e)位于该主磁铁线圈4和上方的主磁铁磁轭1之间，右边的主磁铁线圈4的第二磁极(即图2中的磁极f)靠近上方的第一分离室5的第二侧面(上表面)；
61.左边的主磁铁线圈4的第一磁极位于该主磁铁线圈4和上方的主磁铁磁轭1之间，左边的主磁铁线圈4的第二磁极靠近上方的第二分离室21的第二侧面(上表面)。
62.由于图2中，下方的主磁铁磁轭1与上方的主磁铁磁轭1对称，因此，对于下方的主磁铁磁轭1上的两个主磁铁线圈4不再赘述。
63.在本发明的一个实施例中，每所述个分离层的第一分离室5和第二分离室21之间设有分离通道，其中，所述分离通道，用于将对应第一分离室5分离的稳定同位素输入至对应第二分离室21中。
64.具体的：在本实施例中，每个所述分离层的第二分离室21上设有接收器8，每个所述分离层的第一分离室5上设有离子源7，其中，
65.所述离子源7，用于产生束流，其中，该束流在第一分离室5分离后通过分离通道输入至第一分离室5中进行分离；
66.所述接收器8，用于接收经过第二分离室21分离后的束流(即同位素束流)。
67.在本发明的一个实施例中，每个所述分离层的第一分离室5和第二分离室21之间
的分离通道，均包括第一挡块9和第二挡块10，其中，
68.所述第一挡块9与第二挡块10之间留有间隙，该间隙作为经过第一分离室5分离后的束流飘移至对应第二分离室21进行第二次分离的漂移管道。
69.在本实施例中，如图3所示的，所述第一挡块9与第二挡块10均滑动式的设于第一分离室5和第二分离室21之间，在进行稳定同位素分离时，6个线圈同时通电，电流大小相同，方向相同，保证稳定同位素电磁分离器所有分离室内的电磁场方向相同，通过通过移动第一挡块9与第二挡块10的位置，使某元素同位素在第一分离室5进行一次分离后的所需束流进入漂移管道，其他束流被上下挡块挡住。通过漂移管道进入下一分离室(第一分离室5)的束流再一次进行分离。在同层两个分离室内实现双级分离，稳定同位素丰度为单级分离的300倍以上，若分离镱同位素，分离后丰度可保证超过99％。类似的，如果采用一器2n室(n》0整数)结构，可以将稳定同位电磁分离的生产效率提高n倍，同时保证分离后的高丰度要求
70.另外，如图3所示的，可看出多个同位素的束流轨迹，例如图3中的某元素同位素a束流轨迹12，某元素同位素c一次分离束流轨迹13，某元素同位素e束流轨迹14，某元素同位素c束流漂移轨迹15，某元素同位素b束流轨迹16，某元素同位素c二次分离束流轨迹17，某元素同位素d束流轨迹18。
71.在本发明中的一个实施例中，第二分离室21的第一侧面为第二分离室21的第二侧面的相对侧面；第一分离室5的第一侧面为第一分离室5的相对侧面。
72.如图4所示的，另一方面，本发明还提供一种稳定同位素的分离方法，所述方法包括：
73.利用共用线圈22组，使多个分离层中产生相同方向的电磁场；
74.在电磁场的作用下，利用所述分离层，完成稳定同位素的二次分离，以使稳定同位素的丰度提高。
75.在本发明中，本发明还提供一种稳定同位素的分离方法各步骤实现的功能以及方式与本发明一种稳定同位素电磁分离器各部分实现的功能以及方式一一对应，因此，在此不再赘述。
76.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。