Способ электрохимического осаждение плутония

(51) 25 3/00 (2011.01) 25 7/00 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ химически нейтрального электролита,обеспечивающий получение осажденного препарата плутония плотностью менее 50 мкг/см 2,позволяющий сократить время осаждения до 1 часа. Для осуществления способа в электролитическую ячейку помещают диск из нержавеющей стали. Ячейку помещают в электролизер. Сверху в ячейку на диск из нержавеющей стали (катод) заливают раствор электролита, включающий 0,1 М хлорид аммония и 0,01 М оксалат аммония в количестве 10 - 12 мл, при этом отношение площади катода к объму залитого электролита устанавливают к/эл.0,13 - 0,16. Сверху, в ячейку с электролитом вводят платиновый анод на расстоянии от катода 1,5 - 3,0 см. В созданную электрическую цепь между катодом и анодом подают постоянный электрический ток так,чтобы плотность тока составляла, 0,77 - 1,02 А/см 2. При этом время осаждения не превышает 60 минут. Положительный эффект предлагаемого способа заключается в экспрессности подготовки счетных образов с упрощенной процедурой заключительной стадии, а также единообразно ровной поверхностью пленки осажденного препарата и плотностью не превышающей 50 мкг/см 2, что исключает самопоглощение -частиц в слое.(72) Кириллов Виктор Дмитриевич Мельничук Александр Антонович Коровина Оксана Юрьевна Говенко Петр Викторович Шатров Антон Николаевич(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт радиационной безопасности и экологии Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный ядерный центр Республики Казахстан Министерства индустрии и новых технологий Республики Казахстан(54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЕ ПЛУТОНИЯ(57) Изобретение относится к области электрохимических производств и может быть использовано для электрохимического осаждения плутония из раствора. Техническим результатом изобретения является простой в исполнении способ, с применением Изобретение относится к области электрохимических производств и может быть использовано для электрохимического осаждения плутония из раствора. Известно, что при электролизе осаждение плутония из раствора происходит вследствие понижения кислотности вблизи катода. Плутоний осаждается в виде гидроокиси. Для устранения самопоглощения -частиц в пленке препарата рекомендуемое количество вещества на катоде или плотность слоя препарата составляет около 50 мкг/см 2. Продолжительность электролиза зависит от конструкции аппарата для электролиза, скорости перемешивания раствора и соотношения между поверхностью катода и объемом раствора. Полнота выделения плутония зависит от кислотности раствора и плотности тока на катоде,т.е. количества миллиампер тока, приходящегося на 1 см 2 поверхности катода (поверхности осаждения). Чем больше плотность тока, тем больше понижение плотности тока вблизи катода и, как следствие,полнее осаждение плутония. Известен способ (Хлебников Г.И., Дергунов Е.П. Журнал Атомная энергия, 1958 г.,4, с. 376),предусматривающий осаждение плутония путем пропускания через электролитическую ячейку с электролитом, содержащим осаждаемый металл,электрического тока, где в качестве катода используются платина, никель или алюминий, а анодом служат платина, никель или графит. Электролитом служит раствор оксалата аммония в концентрированном аммиаке, электролит имеет 8-9. Процесс осаждения проходит при интенсивном перемешивании, при плотности тока 100 - 150 мА/см 2 и длится в течение 5-6 часов до 12 - 14 часов. По окончании электролиза препарат промывается водой, не содержащей СО 2, подщелоченной аммиаком и высушивается сначала на воздухе при комнатной температуре, а затем в сушильном шкафу при температуре 80 С. Плотность слоя осажденного металла, полученного этим способом, составляет 200 мкг/см 2. Недостатками данного способа является весьма длительное время осаждения, большая плотность слоя препарата (более 50 мкг/см 2), (Аналитическая химия плутония. М.С.Милюкова, Н.И.Гусев,И.Г.Сентюрин,И.С.Скляренко. Издательство Наука, Москва, 1965, с. 130), что вызывает самопоглощение -частиц в пленке препарата,использование перемешивающего устройства и,наконец,применение в электролите концентрированного аммиака создает агрессивную атмосферу, что при длительной эксплуатации выводит из строя сам электролизер. Известен способ (Яковлев Г.Н., Чулков П.М.,Дедов В.Б., Косяков В.Н., Соболев Ю.П. Журнал Атомная энергия, 1956 г., 1, с. 131) где осуществляется электролитическое осаждение плутония из нейтральных и слабокислых растворов. В качестве катода используются пластины из платины, никеля или алюминия. Из нейтральных растворов плутоний осаждается при плотности тока 2 0,2 мА/см 2 в течение 10 - 15 мин. Перемешивание раствора электролита осуществляется вращающимся платиновым анодом. Электролитом служит смесь 50 этилового спирта, 45 ацетона и 5 воды. Плотность осажденной пленки достигает 500 мкг/см 2. При малой плотности тока и малом времени осаждения, недостатками данного способа являются еще более высокая плотность слоя препарата,механическое перемешивание раствора электролита вращающимся анодом, применение в качестве катодов пластин из платины, никеля или алюминия(последнее обстоятельство не позволяет поместить полученный счетный образец в измерительную камеру- спектрометра). Наиболее близким техническим решением,взятым в качестве прототипа, является способ (Кн Методы радиохимического анализа, Всемирная организация здравоохранения, Женева, 1967 г., с. 139-141), где в электролитическую ячейку заливается электролит состава 1,5 М серная кислота,гидроокись аммония и вода. Между платиновым анодом и катодом в виде диска из нержавеющей стали устанавливается межэлектродное расстояние величиной 2-3 см. Через ячейку пропускается ток силой 300 мА. Полное осаждение плутония происходит не менее, чем за 2 часа. По окончании осаждения в ячейку добавляется 1-2 мл концентрированной гидроокиси аммония, ток пропускается еще в течение 1 минуты, затем ток отключается и сливается электролит. Ячейка промывается дважды 0,5 М гидроокисью аммония. Диск из нержавеющей стали с осажденным плутонием извлекается из электролитической ячейки, сушится несколько минут на воздухе при комнатной температуре,затем прогревается докрасна в пламени горелки Бунзена. После этого источник готов для обсчета. Недостатками данного способа являются его сложность,выражающаяся в двукратной повторяемости операции пропускания тока через электролит и двукратном промывании ячейки после гидролиза гидроокисью аммония. Другим недостатком является применение в составе электролита серной кислоты,являющейся химически агрессивной средой. Кроме того, через ячейку пропускается ток силой 300 мА, при этом плотность тока на катоде составляет 430 мА/см 2, что приводит к удлинению процесса осаждения (не менее 2-х часов). В связи с этим была поставлена задача разработать простой способ,исключающий применение химически активного электролита,обеспечивающий получение осажденного препарата плутония плотностью не более 50 мкг/см 2,позволяющий осуществить процесс осаждения за время, не превышающее 1 часа. Техническим результатом изобретения является простой в исполнении способ, с применением химически нейтрального электролита,обеспечивающий получение осажденного препарата плутония плотностью менее 50 мкг/см 2,позволяющий сократить время осаждения до 1 часа. Технический результат достигается за счет выбора плотности тока величиной 920 мА/см 2 в электролизной ячейке, установления отношения площади катода к объему электролита к//эл.0,13 что позволило сократить время осаждения до одного часа, выбора состава электролита с наименее химически агрессивными компонентами в виде 1 М хлорида аммония и 0,01 М оксалата аммония в водном растворе, что позволяет применить перемешивание электролита при используемой плотности тока, отходящими электролизными газами. Технический результат достигается также за счет исключения многократного промывания ячейки 0,5 М гидратом окиси аммония, благодаря выбранному составу электролита. После осаждения диск из нержавеющей стали достаточно промыть проточной дистиллированной водой, протереть этиловым спиртом и прокалить на электрической плитке в течение 5 минут. После этого источник также готов для обсчета. Способ осуществляется следующим образом. В электролитическую ячейку помещают диск из нержавеющей стали и фиксируют его на дне ячейки полированной поверхностью в сторону анода. Ячейку помещают в специальное гнездо на горизонтальной металлической контактной(катодной) пластине устройства для электролиза(электролизера). Сверху в ячейку на диск из нержавеющей стали (катод) заливают раствор электролита, включающий 0,1 М хлорид аммония и 0,01 М оксалат аммония в количестве 10 - 12 мл, при этом отношение площади катода к объму залитого электролита устанавливают к/эл.0,13 - 0,16. Сверху, в ячейку с электролитом вводят платиновый анод на расстоянии от катода 1,5 - 3,0 см. В созданную электрическую цепь между катодом и анодом подают постоянный электрический ток так,чтобы плотность тока составляла, 0,77 -1,02 А/см 2. При этом на диске на дне ячейки происходит осаждение плутония. Время осаждения не превышает 60 минут. После окончания процесса осаждения диск с осажденным на нем плутонием вынимают из ячейки, полученный образец обрабатывают с целью подготовки к анализу наспектрометре. Способ иллюстрируется примерами. Пример 1. В электролитическую ячейку,выполненной из политетрафторэтилена (тефлона),помещают диск из нержавеющей стали и фиксируют его на дне ячейки полированной поверхностью в сторону анода при помощи резьбовой пробки из нержавеющей стали. Снаряженную электролитическую ячейку помещают в специальное гнездо на горизонтальной металлической контактной (катодной) пластине электролизера. Сверху в ячейку на диск из нержавеющей стали (катод) заливаются раствор электролита составом 0,1 М хлорид аммония 0,01 М оксалат аммония в количестве 10 мл., при этом отношение площади катода к объму электролита составит к/эл.0,16. Сверху, в ячейку с электролитом,вводят платиновый анод,выполненный в виде проволочной плоской горизонтальной спирали, на расстояние от катода 1,5 см. В созданную электрическую цепь, при напряжении 12 В,подается постоянный электрический ток плотностью 0,77 А/см 2. При этом время осаждения плутония не превышает 60 мин., а плотность осажденного слоя не превышает 50 мкг/см 2. Пример 2. В электролитическую ячейку,выполненной из политетрафторэтилена (тефлона),помещают диск из нержавеющей стали и фиксируют его на дне ячейки полированной поверхностью в сторону анода при помощи резьбовой пробки из нержавеющей стали. Снаряженную электролитическую ячейку помещают в специальное гнездо на горизонтальной металлической контактной (катодной) пластине электролизера. Сверху в ячейку на диск из нержавеющей стали (катод) заливаются раствор электролита составом 0,1 М хлорид аммония 0,01 М оксалат аммония в количестве 12 мл., при этом отношение площади катода к объму электролита составит к/эл.0,13. Сверху, в ячейку с электролитом,вводят платиновый анод,выполненный в виде проволочной плоской горизонтальной спирали, на расстояние от катода 1,5 см. В созданную электрическую цепь, при напряжении 12 В,подается постоянный электрический ток плотностью 0,92 А/см 2. При этом время осаждения плутония не превышает 60 мин., а плотность осажденного слоя не превышает 50 мкг/см 2. Пример 3. В электролитическую ячейку,выполненной из политетрафторэтилена (тефлона),помещают диск из нержавеющей стали и фиксируют его на дне ячейки полированной поверхностью в сторону анода при помощи резьбовой пробки из нержавеющей стали. Снаряженную электролитическую ячейку помещают в специальное гнездо на горизонтальной металлической контактной (катодной) пластине электролизера. Сверху в ячейку на диск из нержавеющей стали (катод) заливаются раствор электролита составом 0,1 М хлорид аммония 0,01 М оксалат аммония в количестве 12 мл., при этом отношение площади катода к объму электролита составит к/эл. 0,13. Сверху, в ячейку с электролитом,вводят платиновый анод,выполненный в виде проволочной плоской горизонтальной спирали, на расстояние от катода 2 см. В созданную электрическую цепь, при напряжении 12 В,подается постоянный электрический ток плотностью 1,02 А/см 2. При этом время осаждения плутония не превышает 60 мин., а плотность осажденного слоя не превышает 50 мкг/см 2. Предлагаемые режимы осаждения обеспечивают получение на подложке пленки осажденного металла с плотностью менее 50 мкг/см 2, т.е. исключается самопоглощение- частиц в пленке препарата. При этом поверхность пленки образуется гладкая, ровная, что в свою очередь упрощает обработку полученного образца. Достаточно подложку с осажденным на ней металлом промыть дистиллированной водой,протереть этиловым спиртом и прокалить на электрической плитке в течение 5 минут. Электролитическая ячейка также быстро обрабатывается, а именно однократно промывается в дистиллированной воде, после чего она снова готова к работе. Таким образом, исключается многократное промывание ячейки 0,5 М раствором гидрата окиси аммония, как это предусмотрено в прототипе. Предлагаемый состав электролита, а именно,смесь хлорида аммония и оксалата аммония в водном растворе, по сравнению с прототипом является химически менее агрессивной средой, т.е. обеспечивает более длительный срок эксплуатации электролизера. Предлагаемый способ в целом обеспечивает завершение процесса осаждения за время, равное 1 часу, т.е. по сравнению с прототипом имеет место сокращение времени осаждения. Способ также позволяет исключить операцию механического перемешивания электролита в ходе процесса осаждения, т.к. предлагаемый состав электролита и режимы осаждения обеспечивают перемешивание электролита за счет выделяющихся в ходе электролиза электролитических газов. На фиг. 1 и фиг. 2 показаны графики,иллюстрирующие зависимость выхода плутония от продолжительности электролиза и от силы тока. Фиг. 1 - График зависимости выхода времени осаждения. Фиг. 2 - График зависимости выхода силы тока. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ электрохимического осаждения плутония,включающий пропускание через электролитическую ячейку,с электролитом,содержащим растворенный плутоний, между катодом и анодом электрического тока, осаждение плутония на диске из нержавеющей стали и обработку полученного препарата, отличающийся тем, что в качестве электролита используют смесь 0,1 М хлорида аммония и 0,01 М оксалата аммония в водном растворе в количестве 10-12 мл, силу тока подбирают таким образом, чтобы плотность тока на катоде составляла 0,77-1,02 А/см 2, расстояние между анодом и катодом принимают 1,5-3,0 см,отношение площади катода к объему электролита устанавливают к/эл.0,13-0,16, при обработке препарата диск с осажденным плутонием промывают проточной дистиллированной водой,протирают тампоном с этиловым спиртом и прокаливают на электрической плитке в течение 5 минут, при этом плотность осажденной пленки металла составляет не более 50 мкг/см 2, а продолжительность процесса осаждения не превышает 1 ч.