На XIV Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий, проходившем в апреле этого года, новая разработка специалистов ЭХЗ была отмечена серебряной медалью.
Электрохимический завод вместе с нижегородским Институтом химии высокочистых веществ (ИХВВ РАН) запатентовал новый способ разделения изотопов германия. Разработка вскоре может открыть для ЭХЗ перспективное направление бизнеса, ориентированное на мировой рынок.
Сейчас изотопы германия используются при изготовлении высокочувствительных низкофоновых детекторов излучения, необходимых для фундаментальных научных исследований, а также, например, в микроэлектронике. Причём практический потенциал этого элемента ещё не исчерпан. Внедрение технологии ЭХЗ топливной компании «ТВЭЛ» в промышленное производство раскроет новые возможности применения германия.
Суть запатентованного изобретения состоит в том, что при разделении изотопов германия в качестве рабочего вещества используется моногерман (гидрид германия). Новая технология, принадлежащая специалистам ЭХЗ и ИХВВ, позволяет обеспечить более высокую химическую чистоту изотопно-обогащённого продукта, чем существующая сейчас фторидная.
Дело в том, что тетрафторид германия – химически активное соединение, которое взаимодействует с конструкционными материалами технологического оборудования. Кроме того, используемые при химическом переделе вспомогательные реагенты вносят дополнительное загрязнение. В результате химическая чистота полученного продукта в лучшем случае достигает 99,99 %, тогда как современные требования к высокочистому германию определяются на уровне не менее 99,9999 %.
– У нас совместный патент с Институтом химии высокочистых веществ, – рассказывает инженер-технолог центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ) предприятия Сергей Зырянов. – На ЭХЗ была создана центрифужная технология разделения изотопов германия с использованием в качестве рабочего вещества моногермана, затем выпущена опытная партия. Следующую часть проекта выполнил ИХВВ РАН. Обогащённый продукт методом низкотемпературной ректификации был очищен от примесей, а затем из него термическим разложением в реакторе при порядка 500 °С был получен поликристаллический слиток, из которого и выращен монокристалл германия.
Вся технология химического передела укладывается в одну стадию. Пока германий-76 производят по фторидной технологии, тоже через обогащение, а затем через гидролиз и восстановление в водороде. Тут уже две технологические стадии химического передела и дополнительные реагенты – вода и водород. К тому же на выходе получается порошок с развитой поверхностью, на которой могут сорбироваться примеси из атмосферы.
Эксперименты на ЭХЗ длились в течение 2008 – 2009 годов, оставшееся время ушло на регистрацию интеллектуальной собственности.
– Механизм получения патента достаточно длительный, – признаёт Сергей Зырянов. – Нужно оформить множество документов, показать, что технология принципиально отличается от тех, что уже существуют. Для меня лично это был первый такой опыт. Хотя на предприятии последние годы патентование активно развивается.
ЧТО ДАЛЬШЕ
Сейчас уже измерены электрофизические параметры полученного вещества, в планах – дальнейшее повышение его химической чистоты и исследование термодинамических и оптических свойств. Новая технология пока не внедрена в производство, но плюсы и перспективы её очевидны. В линейку изотопной продукции ЭХЗ добавятся изотопно-обогащённый моногерман и, самое главное, изотопно-обогащённый поликристаллический германий.
– Германий-76 сейчас находит применение при изготовлении низкофоновых детекторов излучений, которые используются для научных экспериментов, например, касающихся нейтрино, – продолжает свой рассказ Сергей Зырянов. – Ещё один изотоп, который мы производим, германий-72, широко востребован в микроэлектронике. Поставки продукции осуществляются, в основном, за границу.
Всего у германия пять изотопов: германий-70, -72, -73, -74 и -76. Германий-72, кроме ЭХЗ, выпускает ещё европейский консорциум URENCO, а германий-76 – только российский завод.
Теплопроводность германия-70 в несколько раз выше, чем у германия природного изотопного состава. Этот эффект при использовании в электронных цепях позволит увеличить их плотность и быстродействие.
Следующий шаг – внедрение технологии в производство и освоение всей линейки изотопов германия. Правда, понадобится осуществить ряд НИОКР. Основная проблема пока в себестоимости продукции. Поэтому изотопы германия сейчас используются большей частью в дорогих экспериментах, поясняет Сергей Зырянов. А в таких областях, как твердотельная микро-электроника, производство полупроводниковых детекторов или ИК-техника, изотопы германия пока не находят активного применения, хотя коммерческий их потенциал очень велик.
Мировой рынок германия оценивается в сотни миллионов долларов. «Но чтобы найти покупателей, надо показать, в чём твоё преимущество, – отмечает специалист ЭХЗ. – Мы намерены получить другие изотопы германия, исследовать их свойства. Ключевой вопрос в том, чтобы поставлять именно все изотопы. В планах через четыре-пять лет организовать производство изотопно-обогащённого поликристаллического зонноочищенного германия. Сейчас идёт всесторонний анализ технологии и рынка, подготовка ТЭО. Всю работу хотим осуществить в течение 2012 – 2016 годов».
СПРАВКА
Германий в основном встречается в виде примеси. Благодаря прозрачности в инфракрасной области спектра металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов. Одна из важных сфер применения – изготовление тепловизионных камер. Германий также используется в спектрометрии, на предприятиях, выпускающих полупроводники, транзисторы и детекторные диоды. В ядерной физике германий служит материалом для детекторов гамма-излучения.
