【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种用于以硅烷为介质制备丰度为99％以上的硅-28同位素的气体扩散级联，属于同位素分离。
技术介绍
1、稳定同位素目前在医疗、生物、农业、环境、工业制造、科研等领域有较为广泛的应用。硅元素在自然界有3种同位素，分别是硅-28(28si)、硅-29(29si)和硅-30(30si)，其天然丰度分别为92.22％、4.69％和3.09％。硅-28同位素主要应用于半导体、量子计算、计量学领域。使用99％以上丰度的硅-28材料制备半导体元件，可以减少硅-29和硅-30造成的晶格缺陷、降低声子散射、提高热导率；并且具有门电压更低、开关速度更快等优点，可用于制造高速cpu、大功率器件、高性能传感器等。硅-28同位素的核自旋为0，高丰度硅-28可用于制备量子信息设备中长自旋相干时间关键材料，去除29si干扰。使用同位素纯的硅-28材料制备单晶球体，可以测量更精确的阿伏伽德罗常数值。
2、在实际应用中，对于硅-28同位素材料的丰度要求很高，通常要求硅-28同位素的丰度高于99％，有时甚至要求达到99.7％以上。硅-28同位素的天然丰度为92.22％。目前国内外使用低温精馏法(sih4、sicl4或sih3ch3体系)、气体离心法(介质为sif4或sihcl3)、化学交换法(sif4与不同络合剂的分离体系)、激光法(si2f6)分离硅同位素的研究取得了一定的成果，但是硅同位素的工业化生产研究尚未实现突破。硅同位素的低温精馏法分离系数较小，气体离心法分离轻气体的效率较低，激光分离法产量很低、成本较高，用于工业化生产的经济性均不
3、早期金属多孔膜广泛应用于铀同位素扩散分离，但成本较高；有机高分子膜性能优良、成本极低，在工业制造中得到了大规模应用，但是在高丰度的硅-28同位素制造中的应用还缺少研究。
4、另外，由于针对不同气体介质和/或不同目标同位素，气体扩散级联的设计与运行有很大的区别，因此，不能理所当然地认为可以将针对某一种气体介质和/或某一种目标同位素的气体扩散级联应用于另一种气体介质和/或另一种目标同位素。
技术实现思路
1、技术要解决的问题
2、本技术的目的在于提供一种用于以硅烷为介质制备高丰度硅-28同位素的气体扩散级联，该气体扩散级联的分离系数大、流量大、成本低，适于工业化应用，进一步地，还可同步地得到硅-30同位素副产品。
3、用于解决问题的方案
4、根据潜心研究，发现通过以下技术方案的实施，能够解决上述技术问题：
5、[1].一种用于以硅烷为介质制备丰度为99％以上的硅-28同位素的气体扩散级联，其特征在于，包括：
6、多个气体扩散分离装置，和
7、在硅烷气体的流动方向上位于每个所述气体扩散分离装置之前的高速磁悬浮气体压缩机；
8、从所述气体扩散级联的轻馏分端得到以天然丰度的硅烷为介质制备的丰度为99％以上的硅-28同位素。
9、[2].根据[1]所述的气体扩散级联，其中，所述气体扩散级联由通过四级全回流扩散级联实验测量得到的硅烷基本全分离系数为1.009～1.011的气体扩散分离装置构成：将多个气体扩散分离装置并联以构成分离级，再将多个所述分离级串联。
10、[3].根据[2]所述的气体扩散级联，其中，通过四级全回流扩散级联实验测量得到的硅烷基本全分离系数不小于1.010。
11、[4].根据[1]～[3]中任一项所述的气体扩散级联，其中，所述气体扩散级联的总级数为200～600级，优选地为280～300级。
12、[5].根据[1]～[3]中任一项所述的气体扩散级联，其中，所述气体扩散级联的供料级位于距离重馏分端3～100级，优选地，5～50级的位置，所述气体扩散级联的轻馏分流量为所述供料级的供料流量的0.01～0.05倍，所述气体扩散级联的总流量为所述供料级的供料流量的1800～3500倍。
13、[6].根据[1]～[3]中任一项所述的气体扩散级联，其中，从所述气体扩散级联的重馏分端中得到的重馏分的硅-28同位素丰度小于92.1％，所述重馏分包含硅-30同位素副产品。
14、[7].根据[1]～[3]中任一项所述的气体扩散级联，其中，所述天然丰度的硅烷气体的纯度为高于99.9％。
15、技术的效果
16、本技术中，可以在气体扩散级联上利用气体扩散法以硅烷为介质分离硅-28同位素，分离系数大、流量大、成本低，适于工业化应用，进一步地，在重馏分端可以得到硅-30同位素副产品。
17、具体地，作为分离介质的硅烷(sih4)，与其他潜在的可用于作为si同位素分离介质的物质相比，相对分子质量小，气体扩散分离系数相对大。气体扩散分离过程为物理分离过程，不引入其它杂质。而且，高速磁悬浮压缩机能够有效压缩轻气体。因此，本技术的气体扩散级联，由于使用高速磁悬浮压缩机有效压缩轻气体，并采用分离系数相对大的硅烷作为分离介质，所以具有流量大、效率高、制备出的高丰度硅-28同位素纯度高等优点。
18、在上述的基础上，本技术能够通过灵活调整气体扩散级联的长度(级数)和流量(轻馏分流量、总流量等)来调整目标同位素丰度(甚至可实现99.9％以上的丰度)。另一方面，本技术中，甚至在级联长度不超过600级的情况下，便可将硅-28同位素丰度浓缩到99％以上，具有良好的经济性。
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1.一种用于以硅烷为介质制备丰度为99％以上的硅-28同位素的气体扩散级联，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气体扩散级联，其特征在于，所述气体扩散级联由通过四级全回流扩散级联实验测量得到的硅烷基本全分离系数为1.009～1.011的气体扩散分离装置构成：将多个气体扩散分离装置并联以构成分离级，再将多个所述分离级串联。
3.根据权利要求2所述的气体扩散级联，其特征在于，通过四级全回流扩散级联实验测量得到的硅烷基本全分离系数不小于1.010。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体扩散级联，其特征在于，所述气体扩散级联的总级数为200～600级。
5.根据权利要求4所述的气体扩散级联，其特征在于，所述气体扩散级联的总级数为280～300级。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的气体扩散级联，其特征在于，所述气体扩散级联的供料级位于距离重馏分端3～100级的位置，所述气体扩散级联的轻馏分流量为所述供料级的供料流量的0.01～0.05倍，所述气体扩散级联的总流量为所述供料级的供料流量的1800～3500倍。
...【技术特征摘要】
1.一种用于以硅烷为介质制备丰度为99％以上的硅-28同位素的气体扩散级联，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气体扩散级联，其特征在于，所述气体扩散级联由通过四级全回流扩散级联实验测量得到的硅烷基本全分离系数为1.009～1.011的气体扩散分离装置构成：将多个气体扩散分离装置并联以构成分离级，再将多个所述分离级串联。
3.根据权利要求2所述的气体扩散级联，其特征在于，通过四级全回流扩散级联实验测量得到的硅烷基本全分离系数不小于1.010。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体扩散级联，其特征在于，所述气体扩散级联的总级数为200～600级。
5.根据权利要求4所述的气体扩散级联，其特征在于，所述气体扩散级联的总级数为280～300级。
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