DE202008003648U1 - Apparatus for enrichment of a gas or isotope mixture - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung, konstruiert als eine Gaszentrifuge mit einem Hohlroter, umfassend eine Kammer mit eingebauten Einheiten für den Gasmischungseinlass in die Kammer, einer Einheit zum Entfernen der angereicherten und angereicherten Fraktionen aus der Kammer, und einer Einheit zur Bestrahlung der in der Kammer rotierenden Gas- oder Isotopenmischung durch Emission mit einer ausgewählten Wellenlänge oder Frequenz sowie mit einem Rotorantriebsgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Bestrahlung der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung mittels Emission, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularspektrum der ausgewählten Gas- oder Isotopenabsorption ist, und welche Variationen in der Temperatur des ausgewählten Gases oder Isotops verursacht, in der Kammer installiert ist.contraption for the enrichment of a gas or isotope mixture, constructed as a gas centrifuge with a hollow rotor, comprising a chamber with built-in Units for the gas mixture inlet into the chamber, one Unit for removing the enriched and enriched fractions from the chamber, and a unit for irradiation in the chamber rotating gas or isotope mixture by emission with a selected wavelength or frequency as well as with a rotor drive transmission, characterized in that a device for irradiating the rotating gas or isotope mixture by means of Emission whose wavelength or frequency is typical for the atom or molecular spectrum of the selected gas or Isotopic absorption is, and what variations in temperature of the selected gas or isotope caused in the Chamber is installed.

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Description

Diese Erfindung betrifft eine Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung in Gaszentrifugen sowie die Konstruktion der Zentrifugen, welche für die Implementierung von Anreicherungsprozessen einer Gas- oder Isotopenmischung in Zentrifugen verwendet werden.These The invention relates to an enrichment of a gas or isotope mixture in gas centrifuges and the construction of centrifuges, which for the implementation of enrichment processes Gas or isotope mixture can be used in centrifuges.

Das Verfahren zur Trennung einer Gas- oder Isotopenmischung durch Rotation von bewegtem Gas mit einer sehr hohen Geschwindigkeit ist bekannt. Diese Trenntechnologie ist als Zentrifugalverfahren bekannt. In einer typischen Zentrifuge, entwickelt von G. Zippe, R. Sheffel und M. Staenbek ( US. Patent Nr. 32889925 , 6.Dezember 1966), werden Gaskomponenten mit einer sehr hohen Geschwindigkeit innerhalb eines zylindrischen Rotors in Bewegung gebracht, wodurch Gasteilchen mit schwereren Komponenten zu der Rotorwand hin gedrückt werden. Die Rotation des Rotors verschiebt das Gas in radialer Richtung zu der Rotorwand in einer solchen Art und Weise, dass ein signifikanter Teil der Zylindermitte unter einen negativen Druck bzw. zumindest in die Nähe davon gebracht wird, selbst wenn kein Gas aus dem Rotorinnenraum herausgenommen wird. Gasteilchen neigen dazu, sich nahe an der peripheren Wand des Rotors zu konzentrieren. Eine leichte vertikale Zirkulation wird z. B. durch Installieren eines Hakens nahe der oberen Decke innerhalb des Rotors erzeugt, welcher in Kombination mit der Temperaturdifferenz zwischen der oberen und unteren Decke des Rotors arbeitet, um eine vertikale, axiale Verlagerung des Gases an der Umgebungswand durch das bekannte Verfahren zu induzieren. Der untere Haken ist angebracht, um die andere Gasfraktion zu entnehmen.The process of separating a gas or isotopic mixture by rotating agitated gas at a very high speed is known. This separation technology is known as a centrifugal process. In a typical centrifuge developed by G. Zippe, R. Sheffel and M. Staenbek ( US. Patent No. 32889925 , December 6, 1966), gas components are set in motion at a very high speed within a cylindrical rotor, forcing gas particles with heavier components toward the rotor wall. The rotation of the rotor shifts the gas in the radial direction to the rotor wall in such a way that a significant part of the cylinder center is brought under a negative pressure or at least in the vicinity thereof, even if no gas is taken out of the rotor interior. Gas particles tend to concentrate near the peripheral wall of the rotor. A slight vertical circulation is z. Example, by installing a hook near the top ceiling within the rotor, which works in combination with the temperature difference between the upper and lower ceiling of the rotor to induce a vertical, axial displacement of the gas to the surrounding wall by the known method. The lower hook is attached to remove the other gas fraction.

Die vorstehend erwähnte Technologie und der Typ einer in diesem Verfahren eingesetzten Zentrifugenvorrichtung ist nicht neu und ist in dem Artikel Gas Centrifuges, geschrieben von A. P. Sechenkov, S. A. Sechenkov, V. D. Borisevich (Isotopes: properties, production, application. Vol. 1; verfasst von V. Yu. Baranov.-M.: FIZMATLIT, 2005, S. 168–194) . Die in Sechenkov's Artikel beschriebene Maschine ist insbesondere zur Anreicherung in Fällen zweckmäßig, in denen die Konzentration eines Isotopes verglichen mit der Konzentration des anderen ansteigt. Die Anwendung dieser Maschine ist sehr kosteneffizient und sichert eine hohe Trennrate und eine hinreichende Kapazität. Diese Zentrifugen werden im kommerziellen Maßstab für die Anreicherung von Isotopen und stabilen Isotopen in zahlreichen Ländern eingesetzt. Jedoch ist ihre Kapazität durch die Haltbarkeit des bestehenden Materials und durch Konstruktionsmerkmale des Rotationsraumes – des Rotors – beschränkt.The above-mentioned technology and the type of centrifuge device used in this method is not new and is described in the article Gas Centrifuges, written by AP Sechenkov, SA Sechenkov, VD Borisevich (Isotopes: properties, production, application., Vol. 1, written by V. Yu. Baranov.-M .: FIZMATLIT, 2005, pp. 168-194) , The machine described in Sechenkov's article is particularly useful for enrichment in cases where the concentration of one isotope increases compared to the concentration of the other. The application of this machine is very cost effective and ensures a high separation rate and a sufficient capacity. These centrifuges are used on a commercial scale for the enrichment of isotopes and stable isotopes in many countries. However, their capacity is limited by the durability of the existing material and design features of the rotational space - the rotor.

Zur Erhöhung der Kapazität dieses Verfahrens, wird die Temperatur des zu trennenden Gases oder der zu trennenden Isotopenmischung sowohl in dem oberen als auch dem unteren Teil des Zentrifugenrotors und an den Gaszuleitungseinlässen in dem Innenraum des Rotors mit dem Ziel variiert, cryogene Temperaturen innerhalb des Rotors zu erhalten ( GB 1342012 , 1973-12-25, B04B 15/02; B04B 5/08), wodurch die Effizienz des angewendeten Prozesses und die Steigerung der Trenneffizienz der Zentrifugen erhöht wird.To increase the capacity of this process, the temperature of the gas or isotopic mixture to be separated is varied in both the upper and lower part of the centrifuge rotor and at the gas supply inlets in the interior of the rotor with the aim of adding cryogenic temperatures within the rotor receive ( GB 1342012 , 1973-12-25, B04B 15/02; B04B 5/08), which increases the efficiency of the process used and increases the separation efficiency of the centrifuges.

Jedoch bedarf die Anwendung dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung die Vorsehung einer effektiven Wärmeisolation der Zentrifugen und der Verbindungsröhren aus der Umgebung und verursacht somit zusätzliche Kosten und einen gesteigerten Energieverbrauch.however the application of this method and this device requires the Providing effective thermal insulation of the centrifuges and connecting pipes from the environment and causes thus additional costs and an increased energy consumption.

Das Verfahren zur Isotopentrennung und die Vorrichtung zur Isotopentrennung, die am ähnlichsten zu der beanspruchten Er findung sind, ist in JP 3016620 , 24.01.1991, B01D 59/20, beschrieben, in welchem die nachstehend erwähnten Arbeitsschritte für die erforderliche Isotopenanreicherung angewendet werden:

  • – Zuführung einer Gasmischung, die ein Isotop und ein Präzipitationsmittel umfasst und von welcher das Isotop abgetrennt werden soll, in die Rotationskammer;
  • – Rotieren dieser Kammer und des in dieser Kammer enthaltenen Gases;
  • – Bestrahlen des rotierenden Gases mittels Wellen, deren Länge oder Frequenz typisch für die Atom- oder Molekulargasabsorption des Isotops ist, und zwar mit dem Ziel eine chemische Reaktion zwischen dem Isotop und dem Präzipitationsmittel unter Erzeugung einer Präzipitationsverbindung auszulösen, und
  • – Sammeln der ein Isotop einschließenden Präzipitationsverbindung und dessen Abtrennung aus dem rotierenden und bestrahlten Gas.
The isotopic separation method and the isotope separation apparatus most similar to the claimed invention are disclosed in U.S.P. JP 3016620 , 24.01.1991, B01D 59/20, in which the following operations for the required isotopic enrichment are applied:
  • - supplying a gas mixture comprising an isotope and a precipitating agent and from which the isotope is to be separated into the rotation chamber;
  • - Rotating this chamber and the gas contained in this chamber;
  • - Irradiating the rotating gas by means of waves whose length or frequency is typical for the atomic or molecular gas absorption of the isotope, with the aim of triggering a chemical reaction between the isotope and the precipitating agent to produce a precipitating compound, and
  • Collecting the isotope-containing precipitating compound and separating it from the rotating and irradiated gas.

Die zur Anwendung dieses bekannten Verfahrens angewendete Vorrichtung ist eine photochemische Isotopentrennvorrichtung, welche es ermöglicht, eine erforderliche selektive Anreicherung eines gewünschten Isotops zu erhalten und welche das folgend umfasst:

  • – Eine zur Rotation um ihre Längsachse fähige Kammer;
  • – mit dieser Kammer verbundene Vorrichtungen, um die Rotation der Kammer um ihre Längsachse zu gewährleisten;
  • – mit der Kammer verbundene Vorrichtungen, um Gas in die Kammer einzulassen;
  • – in die Kammer eingebaute Vorrichtungen, die zur Bestrahlung des rotierenden Gases mittels elektromagnetischer Wellen eingesetzt wreden, deren Länge oder Frequenz typisch für eine Atom- oder Molekulargasabsorption des Isotops ist;
  • – eingebaute Vorrichtungen für die Isotopensammlung.
The apparatus used for the application of this known method is a photochemical isotope separation apparatus which makes it possible to obtain a required selective enrichment of a desired isotope and which comprises the following:
  • A chamber capable of rotating about its longitudinal axis;
  • - Devices connected to this chamber to ensure rotation of the chamber about its longitudinal axis;
  • - devices connected to the chamber for introducing gas into the chamber;
  • - Built into the chamber devices that Wreden used for irradiation of the rotating gas by means of electromagnetic waves, whose length or frequency is typical for an atomic or molecular gas absorption of the isotope is;
  • - built-in devices for the collection of isotopes.

Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung werden hauptsächlich zur Erzeugung einer ausgewählten Komponenten aus der Gas- oder Isotopenmischung in einem absatzweisen bzw. periodischen Prozess verwendet, welcher die Präzipitation der Komponente innerhalb des Zentrifugenrotors in beschränkten Mengen voraussetzt; als eine Folge daraus sinkt die Zentrifugenkapazität; außerdem ist es schwierig effektiv dieses Verfahren in Kaskaden-Gaszentrifugen einzusetzen, die in Anreicherungsanlagen oder kontinuierliche Isotopenanreicherungsbetrieben installiert sind.The Known methods and the known apparatus are mainly for producing a selected component from the gas or isotopic mixing in a batch or periodic process which uses the precipitation of the component within of the centrifuge rotor in limited quantities; as a result, the centrifuge capacity decreases; Furthermore It is difficult to effectively use this method in cascade gas centrifuges used in enrichment plants or continuous isotope enrichment operations are installed.

Diese Erfindung zielt auf die Entwicklung einer Vorrichtung zur Steigerung der Zentrifugenbetriebseffizienz in kontinuierlichen Anreicherungsprozessen.These Invention aims at the development of a device for increasing the centrifuge operating efficiency in continuous enrichment processes.

Das zu erreichende technische Ergebnis bei Anwendung der Erfindung ist die gesteigerte Kapazität einer Isotopenanreicherung in kontinuierlich betriebenen Zentrifugen; dies ermöglicht die Verbesserung der Betriebseffizienz der Zentrifugenkaskaden, die in Anreicherungsanlagen oder kontinuierlichen Isotopenanreicherungsbetrieben verwendet werden.The to be achieved technical result when using the invention the increased capacity of an isotopic enrichment in continuously operated centrifuges; this makes possible the improvement of the operating efficiency of the centrifuge cascades, which in enrichment plants or continuous isotope enrichment plants be used.

Zur Lösung dieser Aufgabe wurde eine Vorrichtung für die Verwendung in einem Anreicherungsverfahren einer Gas- oder Isotopenmischung angepasst, welches die folgenden Schritte umfasst: Einführung der Gas- und Isotopenmischung, welche das anzureichernde Gas oder Isotop umfasst, in die Rotationskammer; Rotieren dieser Kammer und der Mischung darin; Bestrahlen der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung durch Emission mit einer ausgewählten Wellenlänge oder Frequenz, und Entladen der angereicherten und abgereicherten Gas- oder Isotopenmischungsfraktionen aus der Rotationskammer; wobei die rotierende Gas- oder Isotopenmischung durch Emissionen bestrahlt wird, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom- oder Moleku larabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist, und welche die Temperaturänderungen des ausgewählten Gases oder Isotops reduziert.to Solution to this problem was a device for the use in an enrichment process of a gas or isotope mixture which includes the following steps: Introduction the gas and isotopic mixture, the gas to be enriched or Isotope includes, in the rotation chamber; Rotate this chamber and the mixture in it; Irradiating the rotating gas or isotope mixture by emission at a selected wavelength or frequency, and unloading the enriched and depleted Gas or isotopic mixture fractions from the rotation chamber; in which the rotating gas or isotope mixture is irradiated by emissions whose wavelength or frequency is typical for the atomic or molecular absorption spectrum of the selected gas or Isotops, and which are the temperature changes of the reduced selected gas or isotope.

Ferner wird die rotierende Gas- oder Isotopenmischung mittels Emission bestrahlt, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularabsorptionsspektrum des Gases oder Niedermolekulargewichtigen Isotops ist, und welche die Temperatur des Gases oder Niedermolekulargewichtigen Isotops steigert.Further is the rotating gas or isotope mixture by emission Irradiated, whose wavelength or frequency is typical for the atom or molecular absorption spectrum of the gas or low molecular weight Isotopes, and which is the temperature of the gas or low molecular weight Isotops boosts.

Übrigens umfasst der Bestrahlungsprozess der Gas- oder Isotopenmischung eine Bestrahlung mit einer Isotopenangereicherten und gefilterten emittierenden Strahlung einer Fluoreszenzlampe.by the way The irradiation process of the gas or isotope mixture comprises a Irradiation with an isotope-enriched and filtered emitting Radiation of a fluorescent lamp.

Außerdem umfasst der Bestrahlungsprozess der Gas- oder Isotopenmischung eine Laserinduzierte Bestrahlung.Furthermore The irradiation process of the gas or isotope mixture comprises a Laser-induced irradiation.

Ferner umfasst der Bestrahlungsprozess der Gas- oder Isotopenmischung eine Halbleiterlaserinduzierte Strahlung.Further The irradiation process of the gas or isotope mixture comprises a Semiconductor laser-induced radiation.

Für die Anwendung dieses Verfahrens in einer Vorrichtung für die Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung wird eine Gaszentrifuge mit einem holen Rotor konstruiert, welcher eine Kammer mit eingebauten Vorrichtungen zur Zuführung der Gasmischung in die Kammern; eine Vorrichtung zum Ausstoßen bzw. Entladen der angereicherten und abgereicherten Fraktionen aus dieser Kammer; und eine Vorrichtung zur Bestrahlung der innerhalb dieser Kammer rotierenden Gas- oder Isotopenmischung durch die Emission mit einer ausgewählten Wellenlänge oder Frequenz; sowie ein Rotorantriebsgetriebe umfasst; wird eine Vorrichtung zur Bestrahlung der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung durch Emissionen, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom- oder Molekularabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist, und welche die Temperaturänderung des ausgewählten Gases oder Isotops induziert, in der Kammer eingebaut sind.For the application of this method in a device for the enrichment of a gas or isotope mixture becomes a gas centrifuge constructed with a pick rotor, which has a chamber with built-in Devices for supplying the gas mixture into the chambers; a device for ejecting or discharging the enriched and depleted fractions from this chamber; and a device for irradiating the gas or gas rotating inside this chamber Isotope mixing by emission with a selected Wavelength or frequency; and a rotor drive transmission includes; If a device for irradiating the rotating gas or isotope mixing by emissions, their wavelength or frequency typical of the atomic or molecular absorption spectrum of the selected gas or isotope, and which the Temperature change of the selected gas or Isotopes induced in the chamber are incorporated.

Übrigens ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung durch die Emission, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom- oder Molekularabsorptionsspektrum des Gases oder des niedermolekulargewichtigen Isotops ist, welches und welche die gesteigerten Temperaturen des Gases oder des Niedermolekulargewichtigen Isotops induziert, eingebaut.by the way is a device for irradiating the rotating gas or isotope mixture by the emission, whose wavelength or frequency is typical for the atomic or molecular absorption spectrum of the gas or the low molecular weight Isotops is which and which the increased temperatures of the Gas or the low molecular weight isotope induced incorporated.

Ferner ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung der Gas- oder Isotopenmischung in Form eines Spiegels konstruiert, der die von einem Emitter erzeugte Emission reflektiert.Further is a device for irradiating the gas or isotope mixture constructed in the form of a mirror which detects the emission produced by an emitter reflected.

Übrigens ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung der Gas- oder Isotopenmischung als eine Strahlführungsvorrichtung konstruiert, welche die Emitter erzeugten Emissionen leitet.by the way is a device for irradiating the gas or isotope mixture is constructed as a beam guiding device which the emitter conducts generated emissions.

Ferner ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung der Gas- oder Isotopenmischung als ein Emitter konstruiert.Further is a device for irradiating the gas or isotope mixture constructed as an emitter.

Weiterhin ist der Emitter als eine Isotopenangereicherte und gefilterte Fluoreszenzstrahlung-emittierende Lampe konstruiert.Farther The emitter is an isotope-enriched and filtered fluorescent-emitting radiation Lamp constructed.

Ferner ist der Emitter als ein Laser konstruiert.Further, the emitter is constructed as a laser ated.

Ferner ist der Emitter als ein Halbleiterlaser konstruiert.Further For example, the emitter is constructed as a semiconductor laser.

Das Wesentliche der Konstruktion des Aufbaus der Vorrichtung, die für das Verfahren angewendet wird, wird in den Figuren beschrieben, welche schematisch mögliche Konstruktionsoptionen der vorstehenden Vorrichtung zeigen.The Essential of the construction of the structure of the device used for the method is used is described in the figures, which schematically possible design options of the above Show device.

1 zeigt eine Ausführungsform mit Anwendung einer Fluoreszenzlampe. 1 shows an embodiment with application of a fluorescent lamp.

2 zeigt eine Ausführungsform mit Anwendung eines reflektierenden Spiegels. 2 shows an embodiment with application of a reflective mirror.

3 zeigt eine Ausführungsform mit Anwendung einer lichtemittierenden Diode. 3 shows an embodiment with application of a light emitting diode.

4 zeigt eine Ausführungsform mit Anwendung einer Strahlführungsvorrichtung. 4 shows an embodiment with application of a beam guiding device.

Gaszentrifugen sind die zweckmäßigsten Vorrichtungen für die Verwendung dieses Verfahrens. Eine Vorrichtung für die Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung, die in 1 gezeigt ist, ist als eine Gaszentrifuge mit einem unter Druck setzbaren Gehäuse 1, und dem Hohlrotor 2 konstruiert, welcher die Kammer 3 umfasst und in welcher die folgenden Vorrichtungen eingebaut sind: Vorrichtungen für die Gasmischungszuführung in die Kammer, ausgeführt in der Form einer Röhre 4 zur Zuführung des Zuleitungsstromes 5; Vorrichtungen für die Entladung der angereicherten und angereicherten Fraktionen aus der Kammer 3, die in der Form der Sammelvorrichtungen 6 und 7 konstruiert sind, welche mit den Röhren 8 bzw. 9 verbunden sind. Eine als eine Flureszenzlampe 10 konstruierte Vorrichtung ist in der Kammer 3 eingebaut und zur Bestrahlung des Zuleitungsstromes 5 und des rotierenden Gas- oder Isotopenmischungsstromes 11, welcher vorwiegend nahe der Innenwand des Rotors 2 zirkuliert, mittels elektromagnetischer Emission 12 mit einer ausgewählten Wellenlänge oder Frequenz angepasst. Der Zirkulationsstrom 11 ist von der Sammelvorrichtung 7 mit dem Diaphragma 13 isoliert. Der Rotor 2 ist innerhalb des Gehäuses 1 auf einem Schaft 14 an dem unteren Träger 15 und an dem oberen Träger – einer magnetischen Haltevorrichtung, die eine stationäre Haltevorrichtung 16 und den auf dem Rotor 2 montierten, rotierenden Magneten 17 umfasst – montiert. Der Rotor 2 wird durch den Motor 18 angetrieben. Energie wird zu der Lampe 10 über die Kabel 19 zugeführt, die innerhalb der Röhre 20 platziert sind, welche durch die Vakuumabdichtung 21 hindurchgeht. Die Lampe 10 erzeugt die Emission mit Wellen, deren Länge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist, und welche Änderungen in der Temperatur des ausgebildeten Gases oder Isotops induziert.Gas centrifuges are the most convenient devices for using this method. A device for the enrichment of a gas or isotopic mixture, which in 1 is shown as a gas centrifuge with a pressurizable housing 1 , and the hollow rotor 2 constructed, which is the chamber 3 comprises and in which the following devices are installed: devices for the gas mixture supply into the chamber, carried out in the form of a tube 4 for supplying the supply current 5 ; Devices for discharging the enriched and enriched fractions from the chamber 3 in the form of collection devices 6 and 7 which are constructed with the tubes 8th respectively. 9 are connected. One as a fluorescent lamp 10 constructed device is in the chamber 3 installed and for irradiation of the supply current 5 and the rotating gas or isotope mixture stream 11 which is predominantly close to the inner wall of the rotor 2 circulated, by means of electromagnetic emission 12 adjusted with a selected wavelength or frequency. The circulation current 11 is from the collector 7 with the diaphragm 13 isolated. The rotor 2 is inside the case 1 on a shaft 14 on the lower support 15 and on the upper support - a magnetic holding device, which is a stationary holding device 16 and the one on the rotor 2 mounted, rotating magnets 17 includes - mounted. The rotor 2 is by the engine 18 driven. Energy becomes the lamp 10 over the cables 19 fed inside the tube 20 which are placed by the vacuum seal 21 passes. The lamp 10 generates the emission with waves whose length or frequency is typical of the atom or molecular absorption spectrum of the selected gas or isotope, and which induces changes in the temperature of the formed gas or isotope.

In der Ausführungsform der Gaszentrifugenkonstruktion, die in 2 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung des Zuleitungsstromes 5 und des nahe der Innenwand des Rotors 2 zirkulierenden Gas- oder Isotopenmischungsstromes 11 mit einer elektromagnetischen Emission als auf der Röhre 9 montierter Spiegel 22, der die von dem Emitter 24 kommende Emission 23 reflektiert, auf dem Behälter 1 fixiert. Die durch den Emitter 24 erzeugte Emission 23 wird durch zusätzliche Spiegel 25 reflektiert und durch das Fenster 26 in der Röhre 27 in dem Rotor 2 in die Kammer 3 auf den Spiegel 22 reflektiert. Die durch den Spiegel reflektierte elektromagnetische Emission 28 bestrahlt den Zuleitungsstrom 5 und den rotierenden Gas- oder Isotopenmischungsstrom 11, der nahe der Innenwand des Rotors 2 zirkuliert. Der Emitter 24 setzt die Emission frei, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist, und welcher als ein Laser konstruiert sein kann.In the embodiment of the gas centrifuge design, which in 2 is shown, is a device for irradiating the supply current 5 and near the inner wall of the rotor 2 circulating gas or isotope mixture stream 11 with an electromagnetic emission than on the tube 9 mounted mirror 22 that of the emitter 24 upcoming issue 23 reflected on the container 1 fixed. The emitter 24 generated emission 23 is through additional mirrors 25 reflected and through the window 26 in the tube 27 in the rotor 2 in the chamber 3 on the mirror 22 reflected. The reflected by the mirror electromagnetic emission 28 irradiates the supply current 5 and the rotating gas or isotope mixture stream 11 which is close to the inner wall of the rotor 2 circulated. The emitter 24 releases the emission whose wavelength or frequency is typical of the atom or molecular absorption spectrum of the selected gas or isotope, and which can be constructed as a laser.

In der Ausführungsform der Gaszentrifugenkonstruktion, die in 3 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung (durch die elektromagnetische Emission) des Zuleitungsstromes 5 und des nahe der Innenwand des Rotors 2 zirkulierenden rotierenden Gas- oder Isotopenmischungsstromes 11 als ein Halbleiterlaser konstruiert, wobei die auf der Röhre 9 installier te lichtemitierende Diode 29 die Strahlung 30 emittiert. Die lichtemittierende Diode 29 wird durch die Kabel 19 gespeist, welche innerhalb der Röhre 20 platziert sind und welche durch die Vakuumsversiegelung 21 hindurchführen. Die lichtemittierende Diode 29 emittiert Strahlung, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist und welche die Änderungen in der Temperatur des ausgewählten Gases oder Isotops induziert.In the embodiment of the gas centrifuge design, which in 3 is an apparatus for irradiation (by the electromagnetic emission) of the supply current 5 and near the inner wall of the rotor 2 circulating rotating gas or isotope mixing stream 11 constructed as a semiconductor laser, the ones on the tube 9 installed light-emitting diode 29 the radiation 30 emitted. The light-emitting diode 29 is through the cables 19 fed, which is inside the tube 20 are placed and which by the vacuum seal 21 round lead. The light-emitting diode 29 emits radiation whose wavelength or frequency is typical of the atom or molecular absorption spectrum of the selected gas or isotope and which induces the changes in the temperature of the selected gas or isotope.

In der Ausführungsform der Gaszentrifugenkonstruktion, die in 4 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung zur Bestrahlung (durch die elektromagnetische Emission) des Zuleitungsstromes 5 und des nahe der Innenwand des Rotors 2 zirkulierenden rotierenden Gas- oder Isotopenmischungsstromes 11 als auf der Röhre 9 montierte Strahlführungsvorrichtung 31 konstruiert, wobei sie die durch die Strahlführungsvorrichtung 31 hindurchgehende elektromagnetische Emission 23 von dem Emitter 24, der außerhalb der Zentrifuge angeordnet ist, erzeugt wird. Die elektromagnetische Emission 28, welche durch die Strahlungsführungsvorrichtung 31 hindurch geht, bestrahlt den Zuleitungsstrom 5 und den nahe der Innenwand des Rotors 2 zirkulierenden Gas- oder Isotopenmischungsstrom 11. Die Strahlungsführungsvorrichtung 31 dringt in den Rotor 2 durch die Röhre 20 über die Vakuumsversiegelung 21 ein. Die Emission aus dem Emitter 24 könnte simultan durch die Strahlführungsvorrichtung 32 zu anderen Zentrifugen durchkommen, welche in dem Anreicherungsprozess involviert sind. Der Emitter 24 kann als ein Leser konstruiert sein, der eine elektromagnetische Emission erzeugt, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist.In the embodiment of the gas centrifuge design, which in 4 is an apparatus for irradiation (by the electromagnetic emission) of the supply current 5 and near the inner wall of the rotor 2 circulating rotating gas or isotope mixing stream 11 than on the tube 9 mounted beam guiding device 31 constructed by the beam guiding device 31 passing electromagnetic emission 23 from the emitter 24 which is located outside the centrifuge is generated. The electromagnetic emission 28 which passes through the radiation guiding device 31 goes through it, irradiates the supply current 5 and close to the inner wall of the rotor 2 circulating gas or isotope mixture stream 11 , The Strahlungsführungsvorrich tung 31 penetrates the rotor 2 through the tube 20 via the vacuum seal 21 one. The emission from the emitter 24 could simultaneously through the beam guiding device 32 get through to other centrifuges involved in the enrichment process. The emitter 24 may be constructed as a reader that generates electromagnetic emission whose wavelength or frequency is typical of the atom or molecular absorption spectrum of the selected gas or isotope.

Das Verfahren ist folgendermaßen gekennzeichnet.The Method is characterized as follows.

Der Rotor 2 der Gaszentrifuge wird durch den Motor 18, der mit dem Schaft 14 an den Träger 15 innerhalb des unter Druck setzbaren Gehäuses 1 gekoppelt ist, angetrieben; das obere Ende des Rotors 2 ist in vertikaler Position durch einen magnetischen Träger, der die Magneten 16 und 17 umfasst, gehalten. Die Gas- und Isotopenmischung wird in der Form des Zuleitungsstromes 5 durch die Röhre 4 innerhalb der Kammer 5 des rotierenden Rotors 2 zugeführt. Innerhalb der Kammer 3 wird das durch den Zuleitungsstrom 5 hineinkommende Gas hochgeschleudert und wird durch Zentrifugalkraft an die Innenwand des Rotors 2 gepresst. Die kombinierte Rotation des Rotors 2 und des in die Kammer 3 hineinkommenden Gases erzeugt ein Zentrifugalkraftfeld innerhalb der Kammer 2, welches zu einer teilweisen Trennung der Gasmischungskomponenten entlang des Radius des Zentrifugenmotors 2 führt.The rotor 2 the gas centrifuge is powered by the engine 18 that with the shaft 14 to the carrier 15 within the pressurizable housing 1 coupled, driven; the upper end of the rotor 2 is in vertical position by a magnetic carrier that holds the magnets 16 and 17 includes, held. The gas and isotope mixture is in the form of the feed stream 5 through the tube 4 inside the chamber 5 of the rotating rotor 2 fed. Inside the chamber 3 this is due to the supply current 5 Incoming gas is thrown up and is transmitted by centrifugal force to the inner wall of the rotor 2 pressed. The combined rotation of the rotor 2 and into the chamber 3 incoming gas creates a centrifugal force field within the chamber 2 resulting in a partial separation of the gas mixture components along the radius of the centrifuge motor 2 leads.

In diesem Fall wird ein mehr oder weniger konstanter Konzentrationsgradient von einer Wandnahen Schicht zu einem inneren Strom für diese Fraktionskonzentration in jedem Querschnitt erreicht. Unter der Wirkung einer durch die Sammelvorrichtung 6 erzeugten Druckdifferenz zwischen den Enden des Rotors 2 durch die Temperaturdifferenz zwischen den Enden des Rotors 2 und dem Temperaturgradienten entlang der Innenwand des Rotors wird der Gegenstrom-Zirkulationsstrom 11, der hauptsächlich entlang der Rotorinnenwand verteilt ist, in der Kammer 3 erzeugt. Die Gegenstromzirkulation steigert den radialen Trenneffekt in Proportion zu der Rotorlänge und erlaubt die Anbringung der Extraktion bzw. Entnahme der angereicherten Fraktionen an den Enden des Rotors 2 durch die Sammelvorrichtungen 6 und 7. In den bekannten Anreicherungsverfahren steigt der Wert des radialen Trennkoeffizienten, wenn die Gewichts- bzw. der Massendifferenz der schweren und leichten Gasfraktionen ansteigt, und sinkt, wenn die Gasfraktionstemperatur ansteigt. Wenn das bekannte Verfahren angewendet wird, sind die Temperaturen der Gas- oder Isotopenmischung an gegebenen Punkten der Kammer 3 untereinander gleich, anstatt dass sie für verschiedene Punkte der Kammer 3 unterschiedlich sind.In this case, a more or less constant concentration gradient is achieved from a wall-near layer to an internal flow for this fraction concentration in each cross-section. Under the action of a collector 6 generated pressure difference between the ends of the rotor 2 by the temperature difference between the ends of the rotor 2 and the temperature gradient along the inner wall of the rotor becomes the countercurrent circulation flow 11 , which is distributed mainly along the rotor inner wall, in the chamber 3 generated. The countercurrent circulation increases the radial separation effect in proportion to the rotor length and allows the attachment of the extraction of the enriched fractions at the ends of the rotor 2 through the collection devices 6 and 7 , In the known enrichment processes, the value of the radial separation coefficient increases as the weight and mass difference of the heavy and light gas fractions increases, and decreases as the gas fraction temperature increases. When the known method is used, the temperatures of the gas or isotopic mixture are at given points in the chamber 3 equal to each other instead of having them for different points of the chamber 3 are different.

In den vorgeschlagenen Anreicherungsverfahren wird die Gas- oder Isotopenmischung in dem Zuleitungsstrom 5 und dem Zirkulationsstrom 11 innerhalb der Kammer 3 bestrahlt, während der Rotor 2 rotiert, und zwar mittels einer Emission, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist, und welche Änderungen in der Temperatur des ausgewählten Gases oder Isotops induziert. Für Gase oder Isotope mit einer geringeren Molekularmasse bzw. einem geringeren Molekulargewicht wird eine die Emission, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist und welche den Anstieg in der Temperatur des ausgewählten Gases oder Isotops mit einem geringeren Molekulargewicht induziert, ausgewählt.In the proposed enrichment processes, the gas or isotopic mixture becomes in the feed stream 5 and the circulation stream 11 inside the chamber 3 irradiated while the rotor 2 by means of an emission whose wavelength or frequency is typical of the atom or molecular absorption spectrum of the selected gas or isotope, and which induces changes in the temperature of the selected gas or isotope. For gases or isotopes of lower molecular weight or lower molecular weight, one is the emission, whose wavelength or frequency is typical of the atom or molecular absorption spectrum of the selected gas or isotope, and which is the increase in temperature of the selected gas or isotope of lower molecular weight induced, selected.

Als ein Ergebnis der Bestrahlung des ausgewählten Gases oder Isotops durch die Emission aus der Fluoreszenzlampe 10 oder der durch den externen Emitter 24 erzeugten Bestrahlung, z. B. einem Laser, oder der durch einen Halbleiterlaser erzeugten Bestrahlung – der lichtemittierenden Diode 29, findet eine isotopenselektive Anregung des elektronischen oder Oszilationsniveaus mit einem Quantenübergang mit einem klaren Isotopenschift in den Gasteil statt. Danach beginnen die angeregten Gasteilchen in den nicht angeregten Hauptzustand mit einer anschließenden thermischen Anregung zu relaxieren. Als Folge dieses Prozesses neigt die Temperatur des ausgewählten Gases oder Isotops in jedem bestrahlten Punkt der Rotationskammer 3 dazu anzusteigen. Mit kontinuierlicher Bestrahlung der Gasmischung in der Rotationskammer 3 des Rotors 2 wird ein thermisches verhalten eingestellt, unter welchem die Durchschnittstemperatur des ausgewählten Gases oder Isotops leicht unterschiedlich von der Durchschnittstemperatur des Restgases wird (steigende Temperatur für das ausgewählte Gas oder Isotop mit geringerem Molekulargewicht). Diese Temperaturdifferenz der trennbaren Fraktionen (ausgewähltes Gas oder Isotop und das verbleibende Gas) resultiert in einem Anstieg in der Durchschnittsgeschwindigkeit der Wärmebewegung des ausgewählten Gases oder Isotops und steigert daher den radialen Trennkoeffizienten in dem Zentrifugalkraftfeld, rotiert längsseits mit der Gaskammer und steigert somit die Kapazität des Zentrifugaltrennprozesses der Gaszentrifuge. Die angereicherten und abgereicherten Gas- oder Isotopenmischungsfraktionen, welche durch den Zirkulationsstrom 11 zu den oberen und unteren Teilen der Kammer von den Enden der Kammer 3 durch die Sammelvorrichtungen 6 und 7 und die Röhren 8 und 9 bewegt werden, werden aus dem Rotor 2 entnommen bzw. abgeführt.As a result of the irradiation of the selected gas or isotope by the emission from the fluorescent lamp 10 or by the external emitter 24 generated irradiation, z. As a laser, or the irradiation generated by a semiconductor laser - the light-emitting diode 29 , an isotope-selective excitation of the electronic or oscillation level takes place with a quantum transition with a clear isotope into the gas part. Thereafter, the excited gas particles begin to relax in the non-excited main state with a subsequent thermal excitation. As a result of this process, the temperature of the selected gas or isotope in each irradiated point of the rotation chamber tends to be 3 to increase. With continuous irradiation of the gas mixture in the rotation chamber 3 of the rotor 2 a thermal response is set below which the average temperature of the selected gas or isotope slightly differs from the average temperature of the residual gas (increasing temperature for the selected gas or isotope of lower molecular weight). This temperature difference of the separable fractions (selected gas or isotope and the remaining gas) results in an increase in the average velocity of the thermal movement of the selected gas or isotope and therefore increases the radial separation coefficient in the centrifugal force field, rotates alongside with the gas chamber and thus increases the capacity of the gas chamber Centrifugal separation process of the gas centrifuge. The enriched and depleted gas or isotopic mixture fractions passing through the circulation stream 11 to the upper and lower parts of the chamber from the ends of the chamber 3 through the collection devices 6 and 7 and the tubes 8th and 9 be moved, be out of the rotor 2 removed or removed.

Abhängig von der Zusammensetzung des anzureichernden Gases und dem angewendeten Niveau seiner Anregung für die Änderung der Temperatur des ausgewählten Gases oder Isotops, wird entweder eine Emission aus der Fluoreszenzlampe 10 oder einer Emission aus dem externen Emitter 24 (z. B. einem Laser) oder einer Emission aus einem Halbleiterlaser – die lichtemittierende Diode 29, als eine Emissionsquelle eingesetzt. Um die Emission aus dem Emitter in die Kammer 3 des Rotors 2 zu übertragen kann ein System am Spiegel 2, 25 oder der Strahlleitungsvorrichtungen 31, 32 verwendet werden.Depending on the composition of the gas to be enriched and the applied Ni Because of its stimulus to change the temperature of the selected gas or isotope, either emission from the fluorescent lamp will occur 10 or an emission from the external emitter 24 (eg a laser) or emission from a semiconductor laser - the light emitting diode 29 , used as an emission source. To the emission from the emitter into the chamber 3 of the rotor 2 To transfer a system at the mirror 2 . 25 or the beamline devices 31 . 32 be used.

Die Erfindung betrifft Zentrifugen, welche für eine zentrifugale Anreicherung von Gas- oder Isotopenmischungen angewendet werden.The The invention relates to centrifuges which are for a centrifugal Enrichment of gas or isotope mixtures are applied.

Die Zentrifuge mit einem Hohlrotor umfasst eine Kammer mit eingebauten Vorrichtungen für die Gasmischungszuführung in die Kammer; eine Vorrichtung zur Entnahme der angereicherten und abgereicherten Fraktionen aus der Kammer; eine Vorrichtung zur Bestrahlung der in der Kammer rotierenden Gas- oder Isotopen mischung durch Emission mit einer ausgewählten Wellenlänge oder Frequenz; sowie eine Rotorantriebsvorrichtung; wobei eine Vorrichtung innerhalb einer Kammer für die Bestrahlung der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung durch Emission, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularabsorptionsspektrum des ausgewählten Gases oder Isotops ist und welche entweder Veränderungen in der Temperatur des ausgewählten Gases oder Isotops oder einen Temperaturanstieg für das Gas oder Isotop mit einer geringeren Molekulargewicht – verursacht, eingebaut ist.The Centrifuge with a hollow rotor includes a chamber with built-in Devices for the gas mixture supply in the chamber; a device for removing the enriched and depleted fractions from the chamber; a device for irradiation the gas or isotope mixture rotating in the chamber by emission at a selected wavelength or frequency; and a rotor drive device; being a device within a chamber for the irradiation of the rotating gas or Isotope mixture by emission, whose wavelength or Frequency typical of the atom or molecular absorption spectrum of the selected gas or isotope and which either Changes in the temperature of the selected Gases or isotopes or a temperature rise for the Gas or isotope with a lower molecular weight - caused, is installed.

Die vorgeschlagene Vorrichtung ist als eine Fluoreszenzlampe, ein Laser, eine lichtemittierende Diode, ein Spiegel, oder eine Strahlungsführungsvorrichtung konstruiert.The proposed device is as a fluorescent lamp, a laser, a light emitting diode, a mirror, or a radiation guiding device constructed.

Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht die Verbesserung der Betriebseffizienz der Zentrifuge während eines kontinuierlichen Anreicherungsprozesses.The proposed device allows the improvement the operating efficiency of the centrifuge during a continuous Enrichment process.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 32889925 [0002] US 32889925 [0002]
  • - GB 1342012 [0004] GB 1342012 [0004]
  • - JP 3016620 [0006] - JP 3016620 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - A. P. Sechenkov, S. A. Sechenkov, V. D. Borisevich (Isotopes: properties, production, application. Vol. 1; verfasst von V. Yu. Baranov.-M.: FIZMATLIT, 2005, S. 168–194) [0003] - AP Sechenkov, SA Sechenkov, VD Borisevich (Isotopes: properties, production, application., Vol. 1, written by V. Yu. Baranov.-M .: FIZMATLIT, 2005, pp. 168-194) [0003]

Claims (8)

Vorrichtung zur Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung, konstruiert als eine Gaszentrifuge mit einem Hohlroter, umfassend eine Kammer mit eingebauten Einheiten für den Gasmischungseinlass in die Kammer, einer Einheit zum Entfernen der angereicherten und angereicherten Fraktionen aus der Kammer, und einer Einheit zur Bestrahlung der in der Kammer rotierenden Gas- oder Isotopenmischung durch Emission mit einer ausgewählten Wellenlänge oder Frequenz sowie mit einem Rotorantriebsgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Bestrahlung der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung mittels Emission, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularspektrum der ausgewählten Gas- oder Isotopenabsorption ist, und welche Variationen in der Temperatur des ausgewählten Gases oder Isotops verursacht, in der Kammer installiert ist.An apparatus for enriching a gas or isotopic mixture, constructed as a gas centrifuge with a hollow rotor, comprising a chamber with built-in units for the gas mixture inlet into the chamber, a unit for removing the enriched and enriched fractions from the chamber, and a unit for irradiating the in the chamber rotating gas or isotope mixture by emission at a selected wavelength or frequency and with a rotor drive transmission, characterized in that a device for irradiating the rotating gas or isotope mixture by emission, whose wavelength or frequency is typical of the atom or molecular spectrum of the selected gas or isotope absorption, and which causes variations in the temperature of the selected gas or isotope installed in the chamber. Die Vorrichtung zur Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bestrahlung der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung, deren Wellenlänge oder Frequenz typisch für das Atom oder Molekularspektrum der Absorption des ausgewählten Gases oder Isotops mit einem geringeren Molekulargewicht ist und welche einen Anstieg in der Temperatur des Gases oder Isotops mit einem geringeren Molekulargewicht verursacht, in dem Rotorraum eingebaut ist.The device for enrichment of a gas or Isotope mixture according to claim 1, characterized in that the Apparatus for irradiating the rotating gas or isotope mixture, the Wavelength or frequency typical of the atom or molecular spectrum of the absorption of the selected Gases or isotopes with a lower molecular weight and which involves an increase in the temperature of the gas or isotope caused a lower molecular weight, installed in the rotor space is. Die Vorrichtung zur Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bestrahlung der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung als ein Spiegel konstruiert ist, der die Emission von dem Emitter reflektiert.The device for enrichment of a gas or Isotope mixture according to claim 1, characterized in that the Device for irradiating the rotating gas or isotope mixture is constructed as a mirror which detects the emission from the emitter reflected. Die Vorrichtung zur Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bestrahlung der rotierten Gas- oder Isotopenmischung als eine Strahlungsführungsvorrichtung konstruiert ist, welche die Emission aus einem Emitter zuführt.The device for enrichment of a gas or Isotope mixture according to claim 1, characterized in that the device for irradiating the rotated gas or isotopic mixture as one Radiation guide device is constructed, which the Emission from an emitter feeds. Die Vorrichtung zur Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bestrahlung der rotierenden Gas- oder Isotopenmischung als ein Emitter konstruiert ist.The device for enrichment of a gas or Isotope mixture according to claim 1, characterized in that the Device for irradiating the rotating gas or isotope mixture designed as an emitter. Die Vorrichtung zur Anreicherung einer Gas- oder Isotopenmischung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter als eine isotopenangereicherte und gefilterte Emitterstrahlung einer Fluoreszenzlampe konstruiert ist.The device for enrichment of a gas or Isotope mixture according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the emitter is an isotope enriched and filtered emitter radiation of a fluorescent lamp. Die Vorrichtung zur Gas- oder Isotopenmischungsanreicherung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter als ein Laser konstruiert ist.The device for gas or isotope mixing enrichment according to any one of claims 1 to 5, characterized that the emitter is constructed as a laser. Die Vorrichtung zur Gas- oder Isotopenmischungsanreicherung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter als ein Halbleiterlaser konstruiert ist.The device for gas or isotope mixing enrichment according to claim 7, characterized in that the emitter as a Semiconductor laser is constructed.
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A. P. Sechenkov, S. A. Sechenkov, V. D. Borisevich (Isotopes: properties, production, application. Vol. 1; verfasst von V. Yu. Baranov.-M.: FIZMATLIT, 2005, S. 168-194)

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