An integrated closed-loop flowsheet for production of highly enriched 63Ni isotope and coatings on its base

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The existing technologies for the production, separation, and purification of 63Ni, as well as methods for preparation of nickel coatings for the fabrication of betavoltaic nuclear battery have been considered. A new integrated closed-loop flowsheet for the production of highly enriched 63Ni and coatings on its base using a single reagent, phosphorus trifluoride (PF3), at all stages of the technological process is proposed. It has been shown that the use of the tetrakis(trifluorophosphine)nickel (Ni[PF3]4) allows isotopic enrichment of 62Ni and 63Ni, purification of irradiated Ni to remove radioactive impurities, and deposition of highly enriched 63Ni onto a semiconductor substrate. The proposed flowsheet allows reduction of the amount of liquid radioactive waste generated during isotope purification and coating deposition, compared to traditional “wet” chemistry methods.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. A. Mazgunova

Deimos Designing, Production, and Implementation Enterprise

Author for correspondence.
Email: vbabain@khlopin.ru
Russian Federation, St. Petersburg

A. I. Kostylev

Deimos Designing, Production, and Implementation Enterprise

Email: vbabain@khlopin.ru
Russian Federation, St. Petersburg

V. A. Babain

Deimos Designing, Production, and Implementation Enterprise; Khlopin Radium Institute

Email: vbabain@khlopin.ru
Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

M. Yu. Alyapyshev

Polymetal Engineering

Email: vbabain@khlopin.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Prelas M.A., Weaver C.L., Watermann M.L. // Prog. Nucl. Energyю 2014. Vol. 75. P. 117–148. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2014.04.007
  2. Kumar S. arXiv: 1511.07427. 2015. https://doi.org/10.48550/arXiv.1511.07427
  3. Naseem M.B., Kim H.S., Lee J., Kim C.H., In S.I. // J. Phys. Chem. C. 2023. Vol. 127. N 16. P. 7565–7579. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c00684
  4. Цветков Л.А., Цветков С.Л., Пустовалов А.А., Вербецкий В.Н., Баранов Н.Н., Мандругин А.А. // Радиохимия. 2022. Т. 64. № 3. С. 281–288. https://doi.org/10.31857/S003383112203011X
  5. Zhou C., Zhang J., Wang X., Yang Y., Xu P., Li P., Wu W. // ECS J. Solid State Sci. Technol. 2021. Vol. 10. N 2. ID 027005. https://doi.org/10.1007/s41365-023-01189-0
  6. Spencer M.G., Alam T. // Appl. Phys. Rev. 2019. Vol. 6. N 3. ID 031305. https://doi.org/10.1063/1.5123163
  7. Alam T.R., Tchouaso M.T., Prelas M.A. Photovoltaics for Space. Elsevier, 2023. P. 293–345. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823300-9.00012-1
  8. Alam T.R., Pierson M.A. // J. Energy Power Sources. 2016. Vol. 3. N 1. P. 11–41.
  9. Adams T. Betavoltaics: PhD Thesis. Aug. 25, 2015. https://ndiastorage.blob.core.usgovcloudapi.net/ndia/2015/power/17927adams.pdf
  10. Зотов Э.А., Тарасов В.А., Вахетов Ф.З., Ревякин Ю.Л., Андреев О.И., Корнилов А.С., Филимонов В.Т., Топров Ю.Г. Патент RU 2282259. Опубл. 20.08.2006. // Б.И. 2006. № 23.
  11. Мокров Ю.Г., Логунов М.В. Патент RU 2629014. Опубл. 24.08.2017 // Б.И. 2017. № 24.
  12. Mazgunova V.A., Babain V.A., Kostylev A.I., Trifonov Y.I., Dushin V.N., Firsin N.G., Jakovlev V.A. // Proc. LXX Int. Conf. “NUCLEUS-2020.” 2020. P 160. https://www.ornl.gov/news/making-radioactive-63ni-target-explosives https://www.ornl.gov/content/doe-ip-production-site
  13. Karelin Y.A. https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/Public/29/057/29057199.pdf
  14. Chunlin Z., Haitao L., Jiangyun Z., Liang C., Ketian L., Lisi L. // Nucl. Power Eng. (in Chinese). 2020. Vol. 41. N 2. P. 168–172.
  15. Пустовалов А.А., Тихомиров А.В., Цветков Л.А. Патент RU 2313149. Опубл. 20.12.2007 // Б.И. 2007. № 35.
  16. Bryskin B., Pustovalov A., Tsvetkov L., Fedorov V., Kostylev A. // Energy Technol. 2014. Vol. 2. N 2. P. 210–214. https://doi.org/10.1002/ente.201300147
  17. Гаврилов П.М., Меркулов И.А., Дудукин В.А., Друзь Д.В., Обедин А.В., Бараков Б.Н., Козловский А.П. Патент RU 2654535. Опубл. 21.05.2018 // Б.И. 2018. № 15.
  18. Изотопы: свойства, получение, применение / Под ред. В.Ю. Баранова. М.: Физматлит, 2005. Т. 1.
  19. Душин В.Н., Трифонов Ю.И., Яковлев В.А., Мирославов А.Е. Патент RU 2703994. Опубл. 23.10.2019 // Б.И. 2019. № 30.
  20. Костылев А.И., Годисов О.Н., Мазгунова В.А. Патент RU 2765864. Опубл. 03.02.2022 // Б.И. 2022. № 4.
  21. Cheltsov A.N., Sosnin L.Yu., Khamylov V.K. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2014. Vol. 299. P. 981–987. https://doi.org/10.1007/s10967-013-2755-9
  22. Orlov A.A., Ushakov A.A., Sovach V.P. // Theor. Found. Chem. Eng. 2019. V. 53. № 2. P. 193–198. https://doi.org/10.1134/S0040579519020131
  23. Kostylev A., Ryzhov I., Filimonov S., Gavrilov P., Mazgunova V., Merkulov I., et al. // Proc. 17th Radiochem. Conf. RadChem 2014. Mariánské Lázně, May 11–16, 2014. P. 246; https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/45/081/45081012.pdf
  24. Асадулин Р.С., Галкин Д.Е., Маслов А.Ю., Палиенко А.А., Совач В.П., Тухватуллин В.К., Ушаков А.А. Патент RU 2748573. Опубл. 27.05.2021 // Б.И. 2021. № 15.
  25. Цветков Г.О., Дьячков А.Б., Горкунов А.А., Лабозин А.В., Миронов С.М., Фирсов В.А., Панченко В.Я. // Квант. электроника. 2017. Т. 47. № 1. С. 48–53. https://doi.org/10.1070/QEL16241
  26. Корнилов А.С., Черноокая Е.В., Дитяткин В.А., Казакова Е.В., Буткалюк П.С., Копанева К.О. // Сб. тр. АО ГНЦ НИИАР. 2020. Вып. 1. С. 13–21.
  27. Буткалюк П.С., Буткалюк И.Л., Корнилов А.С., Черноокая Е.В., Дитяткин В.А. Патент RU 2720703. Опубл. 12.05.2020 // Б.И. 2020. № 14.
  28. Williams D.F., O’Kelley G.D., Knauer J.B. // Radiochim. Acta. 1994. Vol. 64. N 1. P. 49–55. https://doi.org/10.1524/ract.1994.64.1.49
  29. Андреев О.И., Корнилов А.С., Филимонов В.Т. Патент RU 2219133. Опубл. 20.12.2003 // Б.И. 2003. № 35.
  30. Kanaya K., Okayama S. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1972. Vol. 5. P. 43–58. https://doi.org/10.1088/0022-3727/5/1/308
  31. Liu Y.M., Lu J.B., Li X.Y., Xu X., He R., Zheng R.Z., Wei G.D. // Chin. Phys. Lett. 2018. Vol. 35. N 7. ID 072301. https://doi.org/10.1088/0256-307X/35/7/072301
  32. Ershova N.A., Krasnov A.A., Legotin S.A., Rogozev B.I., Murashev V.N. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 950. N 1. ID 012007. https://doi.org/10.1088/1757-899X/950/1/012007
  33. Wu K., Dai C., Guo H. // Proc. 6th IEEE Int. Conf. on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems. 2011. P. 724–727. https://doi.org/10.1109/NEMS.2011.6017456
  34. Alam T.R. Doctoral Dissertation. Virginia Tech, 2017. https://vtechworks.lib.vt.edu/server/api/core/bitstreams/a58228d6-a78a-45f1-afe9-40bc48753c6c/content
  35. Xu C., Zhang X., Tu K.N., Xie Y. // J. Electrochem. Soc. 2007. Vol. 154. N 3. P. D170. https://doi.org/10.1149/1.2793718
  36. Maruyama T., Tago T. // J. Mater. Sci. 1993. Vol. 28. P. 5345–5348. https://doi.org/10.1007/BF00570088
  37. Van Hemert R.L., Spendlove L.B., Sievers R.E. // J. Electrochem. Soc. 1965. Vol. 112. N 11. P. 1123. https://doi.org/10.1557/PROC-337-697
  38. Kang J.K., Rhee S.W. // J. Mater. Res. 2000. Vol. 15. N 8. P. 1828–1833. https://doi.org/10.1557/JMR.2000.0264
  39. Hampden‐Smith M.J., Kodas T.T. // Chem. Vapor Depos. 1995. Vol. 1. N 1. P. 8–23. https://doi.org/10.1002/CVDE.19950010103
  40. Kruck T., Baur K. // Chem. Ber. 1965. Bd 98. Hf. 9. S. 3070–3080.
  41. Kruck T. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1967. Vol. 6. N 1. P. 53–67.
  42. Гаврилов П.М., Меркулов И.А., Дудукин В.А., Друзь Д.В., Сеелев И.Н., Бараков Б.Н., Рыжов И.В., Костылев А.И., Мазгунова В.А., Филимонов С.В., Бочаров К.Г. Патент RU 2650955. Опубл. 18.04.2018 // Б.И. 2018. № 11.
  43. Kostylev A., Mazgunova V., Alyapyshev M. // Proc. Ninth Int. Conf. on Nuclear and Radiochemistry: NRC9. Helsinki, Finland, Aug. 29–Sept. 2, 2016. P. 481.
  44. Харитонов И.Д., Мазгунова В.А., Бабаин В.А., Костылев А.И., Меркушкин А.О., Шемухин А.А., Балакшин Ю.В., Кожемяко А.В., Калмыков С.Н., Магомедбеков Э.П. // Радиохимия. 2018. Т. 60. № 2. С. 143–147.
  45. Katiyar N.K., Goel S. // Nucl. Sci. Tech. 2023. Vol. 34. N 3. P. 33. https://doi.org/10.1007/s41365-023-01189-0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Technological scheme of the process.

Download (276KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences