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Separazione isotopica
P. Benetti
Dipartimento di Chimica Generale
Università degli Studi di Pavia
INFN, sezione di Pavia
SCI, workshop, Collegio Ghislieri 28-29 nov. 2008
- Ei
Eionizing,
autoionizing,
Rydberg
1
2 enlargedIsotope A
Isotope B
2.50 m
H2 Gasflowing out of
walls
242mAmdeposit3mg/cm2
Carbon fibre
Control barsControl bars
Removablecover
Neutron Diffuse
Gas pressure:6 bars
Stagnationtemperature 9500K
rN-Hohlraum
Lithium coolingbath
StagnationTemperature
9500 0K
Heath toLi bath
Li coolant in Li coolant in
Nozzle
40 cm
Li out to radiator
Propellant(H2) flowingout of walls
4 m
Heatingtubes
0.4 m Lithiumbath
P242, ASIP242, ASI
3. Separazione isotopicad- Separazione elettromagnetica. Principio di
funzionamento
r1r2 Sistema per
il vuoto
Sorgente di ioni
Tensione diaccelerazione
0-V
S1S2
CollettoriIsotopoleggero
Isotopopesante
Campo magneticouniforme, intensità BB +
Electromagnetic Isotope SeparationEstimated throughput for a single ideal calutron
Total ion beam current = 200mA
Initial isotopic abundance 242mAm0.5%
(spent fuel)
242mAm Initial isotopic abundance6%
(fast n irradiated Am241)
useful beam1 mA
useful beam12 mA
Max. single calutronthroughput160mg/d 1.9g/d
Max. single calutronthroughput
Prototipo di HCL destinata all’ Am
Assetto sperimentale
ii
z e Bm
ω =
ivi
irω = iv
iir
ω =
from: G. Yu. Grigoriev, Kurchatov Institute, Moscow
Preliminary evaluation from Pierre Louvet (CEA)
Annexe 2 : note de travail sur le chiffrage d’une machine souhaitée par les expériences double bêta en Europe.
Le 82Se, le 100Mo, et le 150Nd ont à peu près la même teneur naturelle (5 à 10 %) et la même différence de masse avec l’isotope le plus voisin (delta M = 2). Le facteur de séparation décroît légèrement avec la masse molaire. Le chiffrage suivant est valable pour les trois isotopes.
Si l'on prend une valeur de 50% d’enrichissement, ce qui est très élevé pour une machine ICR, compte tenu de la teneur naturelle de départ, on atteint en une seule étape cette teneur de l'ordre de 50 %. Si on estime les besoins en isotopes au niveau de 100 kg à 100% de pureté, il faut prévoir 200kg à 50% soit une production au moins de 20 à 30 kg/an (le débit croît en première approximation comme la racine carrée de la masse molaire). Les expériences devront prévoir en conséquence un dimensionnement correspondant à une source double bêta enrichie en isotope souhaité au niveau de 50%.
Dimensionnement approximatif suivant : Bobine : 1,1 m de diamètre, 7 m de long, 4 Tesla.Coût total de l'installation, y compris APD, APS, ingénierie 12 MEuros. Les frais de personnel sont déjà comptés en grande partie dans les 12 MEuros. Il faut a priori deux à
trois physiciens en plus par rapport à cette solution clé en main.Durée du projet jusque la mise en production : entre 4 et 5 ans.Pour l'exploitation, il faut faire des hypothèses : exploitation autonome ou non (reliée à une structure
existante)... Pour le strict nécessaire à l'exploitation il faut probablement une dizaine de personnes car il faut fonctionner en deux équipes de jour, soit deux fois huit heures .
Application et marché potentiel au-delà des expériences double bêta1- Médecine (diagnostics et thérapie) :Isotopes stables précurseurs d’isotopes radioactifs : 112Cd, 50Cr, 102Pd, 58Fe, 203Th,…2- Industrie nucléaire (besoins futurs de grandes quantités) : 157Gd, 64Zn90Zr, 58Ni, 54Fe, 97Mo,…3- Recherche : 43Ca, 168Yb44Ca, 48Ca, 58Ni, 50Cr,76Ge, 82Se, 150Nd, 100Mo,…
ISOPRO, INFN
WARP, INFN
Main isotopes in natural Ar
Isotope abundance %
Ar-36 0.337
Ar-38 0.063
Ar-40 99.60
Ar-39 τ ½ 269 y β¯
Ar-39/ Ar-40 currently acknowledged value: 8 x10 -16
(in seawater, Gaelens et al, Rev. Scient. Instr. 75 (5), 1916-8, 2004)
WARP Target : ≤ 10 -17
Selected technique for depletion: ultracentrifugation
Urenco: no
USA: no
Russia: yes, Electrochemical Plant (ECP)
Krasnoyarsk 45
Quantity: 5,6 Kg
Depletion: ≥ 50x
Test: University of Bern (CH), Physics Department
Status: delivered
SVETLANA
Laser setup for the initial test at the HRIBF
Nd:YAG Pump laser(60 W, 10 kHZ, 532 nm)
Ti:sapphire lasers(supplied by the Mainz group)
Laser beam into the hotcavity through the mass-analysis magnet
