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P. Benetti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare...Separazione isotopica P. Benetti Dipartimento...
Transcript of P. Benetti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare...Separazione isotopica P. Benetti Dipartimento...
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
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
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
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