13
Способ двухступенчатого получения высокообогащенного изотопа углерода С лазерным методом
13
METHOD FOR TWO-STEP PRODUCTION OF HIGHLY ENRICHED CARBON ISOTOPE C BY LASER METHOD

2
13
Изобретение относится к области разделения изотопов углерода методом инфракрасной многофотонной диссоциации молекул излучением импульсного СО-лазера и предназначено для получения изотопа С, обогащенного до концентрации более 99%.
13
13
13
13
13
13
13
13
13
2
2
2
4
2
4
2
Известен способ двухступенчатого получения высокообогащенного изотопа С, предложенный в работе В.М. Апатина, В.Б. Лаптева, Е.А. Рябова, А.Н. Петина. (Исследование возможностей одно- и двухступенчатой схем разделения для получения высокообогащенного углерода-13 лазерным методом. Химия высоких энергий, 37(2), 133, 2003). Ранее, на первой ступени обогащения в разделительном реакторе излучением импульсного СО-лазера облучались молекулы хлордифторметана CFHCl с природной концентрацией С=1.1% с образованием тетрафторэтилена CF, обогащенного по изотопу С до концентрации 31%. Затем тетрафторэтилен преобразовывался в хлордифторметан с той же концентрацией С. На второй ступени обогащения использовалась та же схема облучения. В результате в продукте диссоциации CF была достигнута конечная концентрация С=99.5±0.5%. К недостаткам этого способа можно отнести низкую производительность процесса обогащения, поскольку необходимая конечная концентрация С=99% достигалась лишь при невысоких значениях выхода диссоциации, т.е. производительности. Второй существенный недостаток способа - высокая себестоимость продукта, поскольку требуемая концентрация С достигалась при малых степенях исчерпывания С-содержащей компоненты, т.е. значительная часть дорогостоящего исходного соединения (CFHCl) уходила в отвал.
13
13
13
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Известен также способ двухступенчатого лазерного обогащения, предложенный в патенте S. Arai, K. Sugita, S. Isomura, Н. Kaetsu (Патент США №4941956, от 17.07.1990. Класс МКП: B01D 59/34). На первой ступени облучался хлордифторметан в смеси с парами брома с образованием обогащенного по С дифтордибромметана CFBr. На второй ступени обогащения проводилось облучение CFBr в смеси с кислородом, при этом излучение СО-лазера настраивалось так, чтобы диссоциировали молекулы CFBr, при этом обогащение по целевому изотопу достигалось в продуктах диссоциации COF. Экспериментально полученное изотопное обогащение составило 91%. К недостаткам этого способа можно отнести недостаточное конечное обогащение по целевому изотопу и высокую себестоимость продукта, поскольку, вследствие конечной селективности процесса, значительная часть дорогостоящего исходного соединения второй ступени (CFBr) уходит в отвал.
13
Цель предполагаемого изобретения - повышение производительности двухступенчатого процесса разделения с одновременным снижением себестоимости целевого продукта и достижением концентрации изотопа C более 99%.
-1
12
13
13
13
2
2
2
2
2
2
2
Указанная цель достигается тем, что облучение рабочего вещества на второй ступени обогащения производится на частотах генерации 1075-1088 см СО-лазера, при этом диссоциации подвергаются молекулы CFBr, обогащение по целевому изотопу C до 99% и выше происходит в остаточном газе CFBr, а потери C-содержащей компоненты из CFBr не превышают 15%.
2
13
На первой ступени обогащения излучением СО-лазера воздействуют на помещенную в разделительный реактор смесь хлордифторметана с азотом (буферный газ). При этом диссоциируют молекулы, содержащие целевой изотоп C. В результате фотохимической реакции
2
2
CFHCl+nhν → CF+HCl
2
2
2
4
CF+CF → CF
13
в реакторе образуется обогащенный до 30-50% по изотопу С тетрафторэтилен в смеси с остаточным хлордифторметаном. Тетрафторэтилен извлекается из смеси и достаточно просто, без потери изотопного обогащения, конвертируется в дифтордибромметан.
2
13
12
На второй ступени обогащения излучением СО-лазера воздействуют на помещенную в разделительный реактор смесь дифтордибромметана, обогащенного до 30-50% по изотопу C с кислородом (газ-акцептор). При этом частота лазерного излучения выбирается так, что диссоциируют молекулы, содержащие нецелевой изотоп C. В результате фотохимической реакции
12, 13
13
12
2
2
2
2
2
2
CFBr+O+mhν → CFBr+COF
12
13
в реакторе образуется содержащий изотоп С дифторфосген в смеси с целевым продуктом - обогащенным до 99% и выше по изотопу С дифтордибромметаном. После выделения дифтордибромметана из смеси он может быть использован для синтеза различных изотопно-модифицированных соединений углерода.
12
12
2
13
2
2
2
В проведенных экспериментах были достигнуты высокие параметры элементарного акта разделения: выхода диссоциации нецелевой изотопной компоненты CFBr (до 20%) и селективности по C (до 100), которые достигались при умеренной плотности излучения СО-лазера (2.8 Дж/см). Данный способ позволяет всегда достигать концентрации изотопа С более 99% в указанных экспериментальных условиях.