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

http://www.lnl.infn.it/~spes/PosterGiensSPES_full_gray_4.pdf

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