Сублимационная очистка 99Мо методом лазерного сканирования

министерство образования и  науки российской федерации

ОЗЕРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ - филиал

Федерального  государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский  ядерный университет «МИФИ»

(ОТИ НИЯУ МИФИ)

 

Кафедра химии и химической технологии

 

Допускается к защите

Зав. кафедрой

канд. хим. наук, доцент

В.П. Медведев

«___»__________2013 г.

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

на  тему «Сублимационная очистка ⁹⁹Мо методом лазерного сканирования»

 

Пояснительная записка

ОТИ НИЯУ МИФИ. 240601.005.ПЗ

 

 

 

Руководитель _______________________________	Ю.А. Занора
Рецензент___________________________________ Кандидат техн. наук	И.А. Истомин
Разработал __________________________________	К.В. Есина

 

 

 

 

 

 

Озерск 2013 г. 

министерство образования и  науки российской федерации

ОЗЕРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ - филиал

Федерального  государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский  ядерный университет «МИФИ»

(ОТИ НИЯУ МИФИ)

 

Кафедра Химии и химической технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ НА ДИПЛОМНУЮ РАБОТУ

 

 

 

 

 

Фамилия, имя, отчество дипломанта: Есина Ксения Вячеславовна

Индекс  группы: 1ХТ-67Д

Руководитель  дипломной работы:

руководитель  группы ЦЗЛ ФГУП «ПО «Маяк»

Занора  Юрий Алексеевич

 

 

 

 

 

 

 

Озерск 2012 г.

 

1 Наименование темы: Сублимационная очистка молибдена-99 методом лазерного сканирования

 

2 Исходные  данные к работе: установка для нанесения соли молибдена на подложки из металла, включающая устройство из тефлона, электрическую плитку открытого типа, вакуумную систему фильтрации и холодильник с ловушкой; устройство для сублимации и десублимации молибдена и сопутствующих примесей; результаты количественных экспериментов, проведенных на базе ООО «Лазерный центр» г. Санкт-Петербург

 

3 Содержание  работы:

 

а) литература и обзор статей, связанных с  работой: описание устройства, принципа действия, основных типов лазеров; обзор литературных статей по основным аспектам использования лазерных установок в промышленности; описание свойств молибдена, поведения, основных способов получения; обзор технологий сублимации и десублимации

 

б) расчетно-конструкторская, теоретическая, технологическая часть:   отсутствует                                                                                                  

 

    в)  экспериментальная часть:

 

• подготовка установки и нанесение соли молибдена на подложки из металла;
• испытание на способность раствора равномерно испаряться и высаживаться в виде соли на ограниченной поверхности;
• изучение характера распределения примесных элементов раствора по частям установки, обработка результатов эксперимента;
• качественные эксперименты по выяснению возможности перехода соли молибдена на поверхность холодильника за счет кратковременного воздействия высоких температур;
• обработка результатов серий экспериментов по сублимации и десублимации молибдена, полученных на лазерной установке «Минимаркер-2»

г) технико-экономическая часть: отсутствует                                                   

 

  д) техника  безопасности: основные требования; ознакомление с вопросами обеспечения техники безопасности при работе с лазерами; правила пожарной безопасности при эксплуатации электронагревательных приборов

 

 

4 Отчетный  материал работы:

 

а) пояснительная записка: на 75 листах формата А4

 

б) графический материал (с указанием обязательных чертежей): презентация, выполненная в PowerPoint

 

5 Консультанты  по работе (с указанием относящихся  к ним разделов работы):

литературный обзор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН ПОДГОТОВКИ РАБОТЫ

(составляется  руководителем дипломной работы)

 

№, п/п	Наименование этапов работы	Сроки выполнения этапов	Отметка о времени фактического исполнения этапов
1	Изучение  и анализ отечественной и зарубежной научной литературы	06.09.12 – 24.09.12	Выполнено
2	Написание литературного обзора	24.09.12 – 15.10.12	Выполнено
3	Планирование, расчет и проведение серий экспериментов	15.10.12 – 26.11.12	Выполнено
4	Обработка экспериментальных данных	26.11.12 – 03.12.12	Выполнено
5	Оформление  дипломной работы	03.12.12 – 31.12.12	Выполнено
6	Подготовка  доклада и демонстрационного  материала	31.12.12 – 28.01.13	Выполнено
7	Предзащита	28.01.13	Выполнено

 

 

Руководитель  дипломной работы:

руководитель  группы

ЦЗЛ ФГУП «ПО «Маяк», ___________________________ Ю.А. Занора

 

Зав. кафедрой 

канд. хим. наук, доцент ______________________________ В.П. Медведев

 

                                            «____ »_______________ 2012 г.

 

 

Аннотация

Дипломная работа состоит из пояснительной записки на 75 листах и компьютерной графики. Пояснительная записка выполнена на листах формата А4, содержит 14 таблиц, 24 рисунка.

Ключевые  слова: упаривание, тефлоновый реактор, распределение примесных элементов, сублимация, десублимация, селективное разделение, лазерное сканирование.

В работе собрана и испытана в лабораторных условиях установка для подготовки процесса сублимационной очистки молибдена с использованием тефлонового реактора, описана методика упаривания раствора с использованием традиционного нагревательного устройства. Показан количественный характер распределения компонентов раствора по частям установки. На основании полученных данных показана эффективность использования тефлонового реактора для концентрирования соли молибдена на подложке.

В экспериментах  с использованием пламени горелки  показана принципиальная возможность  перехода элементов на поверхность холодильника при высоких температурах проводимого процесса.

На основании  экспериментов, проведенных в ООО «Лазерный центр» г. Санкт-Петербург и полученных данных, построены графики и наглядно отображены результаты по селективному разделению элементов с применением лазерного луча.

Таким образом, анализ проведенных экспериментов от упаривания раствора соли молибдена в тефлоновом реакторе и высаживания её на специально подготовленную подложку, до лазерного сканирования, показал принципиальную возможность использования процесса лазерного сканирования для получения высокочистого препарата ⁹⁹Мо.

Он характеризуется высокими показателями и возможностью автоматизации. Основные достоинства обусловлены уникальными свойствами лазерного луча и нестандартностью подхода к решению задачи.

 

 

 

 

Содержание

 

	Введение	8
1	Литературный обзор	10
1.1	История возникновения лазеров	10
1.2	Индуцированное излучение	11
1.3	Основные свойства лазерного излучения	14
1.4	Устройство и принцип действия лазера	16
1.5	Типы лазеров	18
1.5.1	Газовые лазеры	18
1.5.2	Твердотельные лазеры	19
1.5.3	Полупроводниковые лазеры	21
1.5.4	Жидкостные лазеры	22
1.6	Практическое применение лазеров	24
1.6.1	Применение лазерного излучения в промышленности и технике	24
1.6.2	Применение лазеров в медицине	25
1.6.3	Применение в химии	26
1.7	Молибден	29
1.7.1	История открытия	29
1.7.2	Основные характеристики	30
1.7.3	Поведение	31
1.7.4	Триоксид молибдена	31
1.8	Обзор технологии сублимации и десублимации	33
1.9	Получение 99Мо	35
1.10	Применение технеция в ядерной  медицине	37
2	Экспериментальная часть	39
2.1	Постановка задачи	39
2.2	Разработка конструкции и изготовление установки для нанесения соли на подложку	40
2.2.1	Методика проведения эксперимента	40
2.2.2	Выбор материала устройства для нанесения соли молибдена на подложку	41
2.3	Испытания на способность раствора равномерно испаряться и высаживаться в виде соли на ограниченной поверхности	42
2.4	Результаты эксперимента	45
2.5	Высокотемпературная сублимация молибдена	52
2.5.1	Эксперименты по сублимации с использованием пламени горелки	52
2.5.2	Эксперименты с использованием лазера	55
2.6	Обработка результатов сканирования	58
	Заключение	65
2.7	Общая схема получения 99Мо с использованием лазерного сканирования	67
3	Техника безопасности	68
3.1	Основные требования	68
3.2	Безопасность при работе с лазерами	70
	Список литературы	73

Введение

Использование лазерного излучения как инструмента  взаимодействия с окружающей нас  средой благодаря широкому диапазону  характеристик позволило сделать  большой шаг во многих областях науки и техники.

Лазерное  излучение позволяет сваривать, резать, спаивать различные материалы, причем с качеством швов, намного  превышающим получаемые другими  методами [1].

Благодаря лазерам стало возможным точно  измерять расстояния и определять местоположения объектов [1,2].

Лазерный дальномер используют в системах посадки самолетов, в  подводных системах обзора и даже как миниатюрный локатор для  слепых. Лазер массой в 60 грамм монтируют  в трость, которые используют незрячие. При появлении близкого препятствия  ручка трости начинает слегка подпрыгивать [3].

Использование лазеров в химии позволило  осуществить те реакции, которые было невозможно провести ранее. Подбирая частоту лазерного луча, можно активизировать только те химические связи, энергия разрыва которых совпадает с энергией излучения лазера. Это позволяет ускорять одни химические реакции и подавлять другие [2].

Благодаря лазерному скальпелю резко уменьшается  время регенерации тканей прооперированных органов, тем самым уменьшается время излечения больных [4].

Уникальные  свойства лазерных лучей, позволяющие  сфокусировать их на очень малую  площадь поверхности (до 10^-8 см²), сделали лазер незаменимым при изготовлении элементов микроэлектроники и выполнении операций, требующих высокой точности. Так, лазеры широко применяются при изготовлении и обработке деталей в часовой промышленности.

Названные примеры далеко не полностью  отражают те области науки и техники, где широко и успешно используются лазерные лучи. Но лазер приобрел не только технические профессии [5].

Целью данной работы явилась сублимационная очистка ⁹⁹Мо от сопутствующих примесей методом лазерного сканирования.

 

1. Литературный обзор
1. История возникновения лазеров

Непосредственно история изобретения лазера началась в 1917 г., когда Альберт Эйнштейн теоретически обосновал процесс вынужденного излучения, на котором основывается работа лазеров. Однако это не привело к немедленному созданию лазера.

К 1941 г. Ч. Таунс и его сотрудники создали  устройство, получившее название «мазер». Это устройство предназначалось для усиления СВЧ-сигналов на основе процесса вынужденного излучения.

В 1958 г. Ч. Таунс и А. Шавлов высказали предположение, что явление вынужденного излучения, которое к тому времени уже  нашло практическое применение в  мазерах, может быть использовано также  в инфракрасной и видимой областях спектра. Вначале устройство получило название «оптический мазер». Однако затем это название было заменено более коротким словом «лазер» - сокращенная форма английского выражения Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе с английского означает «Усиление света путем его вынужденного излучения».

В сущности, лазер представляет собой  источник света, в котором путем  внешнего освещения достигается  возбуждение атомов определенного  вещества. И когда эти атомы  под воздействием внешнего электромагнитного  излучения возвращаются в исходное состояние, происходит вынужденное излучение света [6].

После этого  во многих лабораториях начались работы по созданию лазеров.

 

2. Индуцированное излучение

Согласно планетарной модели строения атома, предложенной английским физиком  Э.Резерфордом (1871-1937), в атомах различных  веществ электроны движутся вокруг ядра по определенным энергетическим орбитам. Каждой орбите соответствует  определенное значение энергии электрона. В обычном, невозбужденном, состоянии  электроны атома занимают более  низкие энергетические уровни. Они  способны только поглощать падающее на них внешнее излучение.

В результате взаимодействия с излучением атом приобретает дополнительное количество энергии, и тогда один или несколько  его электронов переходят в отдаленные от ядра орбиты, то есть на более высокие  энергетические уровни. В таких случаях  говорят, что атом перешел в возбужденное состояние.

Чтобы внешнее электромагнитное излучение  вызывало переход электрона в  возбужденное состояние, его частота  должна совпадать с частотой перехода [7].

Поглощение энергии происходит строго определенными порциями - квантами. Квант световой энергии называется фотоном. Избыточное количество энергии, полученное атомом, не может в нем  оставаться бесконечно долго - атом стремится  избавиться от излишка энергии.

Возбужденный атом при определенных условиях будет отдавать полученную энергию так же строго определенными  порциями строго определенной частоты, в процессе его электроны возвращаются на прежние энергетические уровни. При этом образуются кванты света, энергия  которых равна разности энергии  двух уровней, между которыми совершается  переход. Происходит самопроизвольное, или спонтанное излучение энергии.