DE2438888A1

DE2438888A1 - Verfahren zur anregung eines isotopengemisches

Info

Publication number: DE2438888A1
Application number: DE2438888A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Phys Dr Stehle
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-08-13
Filing date: 1974-08-13
Publication date: 1976-02-26
Also published as: AU8375975A; ZA754866B; FR2281785A1; IL47755A0

Description

1 2. AUG. TO

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,

Werner-von-Siemens-Str.

VPA 74/9436 Mü/Ant

Verfahren zur Anregung eines Isotopengemisch.es

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven frequenzmäßigen Beeinflussung eines Spektrums einer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere einer Laserstrahlung, zur gezielten Anregung bestimmter Komponenten eines Isotopengemisches. Es ist bekannt, innerhalb eines z.B. dampfförmigen Isotopengemisches ein bestimmtes Isotop durch Bestrahlung mittels einer elektromagnetischen Welle, z.B. einer Laserstrahlung bestimmter Wellenlänge, selektiv anzuregen, damit mit anderen Stoffen chemisch leichter reaktionsfähig zu machen und somit aus dem Stoffgemisch zu entfernen, siehe z.B. die DAS 2 206 355. Auf diese Weise ist es möglich, die normalerweise ursprünglich als Gemisch vorhandenen Isotopen eines bestimmten Stoffes, wie z.B. Uran, zu trennen und damit für ihre spätere Verwendung besser geeignet zu machen. Auch die Ionisierung der Moleküle bestimmter Isotopen ist auf diese Weise möglich und wird in diesem Sinne ausgenützt. Zur Trennung können dann physikalische Verfahren verwendet werden, siehe z.B. die DAS 2 120 401. Die Ausbeute dieser Verfahren ist allerdings verhältnismäßig gering, da die Zahl der Moleküle, welche durch eine einzige feststehende Frequenz einer elektromagnetischen Welle angeregt werden können, verhältnismäßig klein ist.

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Es stellte sich, daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Anregung bestimmter Isotopen mit Hilfe einer elektromagnetischen Strahlung zu finden, das mit diesem Nachteil nicht verbunden ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß vor den Reaktionsraum für die selektive Anregung des Isotopengemisches ein von der Strahlung durchsetztes Filter angeordnet wird, das jenes Isotop, vorzugsweise in dampfförmiger Gestalt enthält, das im Reaktionsraum unbeeinflußt bleiben soll. Es wird dabei nicht mehr von einer elektromagnetischen Strahlung einer bestimmten Frequenz ausgegangen, sondern vielmehr von einer Strahlung, die ein FrequenzSpektrum aufweist. Es wird außerdem von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die Molekülspektren dieses Isotopengemisches sogenannte Bandenspektren sind, bei denen die Absorptionsfähigkeit auf viele Linien über die Breite des gesamten Bandes verteilt ist. Mit einer leistungsfähigen Strahlenquelle, deren Bandbreite der Breite des Spektralbandes oder seines wesentlichsten Teiles entspricht , kann man nahezu alle Moleküle erfassen. Für die Erzielung eines Trenneffektes ist es aber notwendig, daß das Stoffgemisch nur von einem solchen Strahlungsspektrum durchsetzt wird, dessen Frequenzen nur von dem einen Isotop des Gemisches absorbiert werden. Die anderen Frequenzen müssen also ausgefiltert werden. Dies geschieht dadurch, daß eine Filtereinrichtung verwendet wird, die jenes Isotop enthält, das im Reaktionsraum unbeeinflußt bleiben soll. Auf diese Weise werden von diesem Filter alle jene Frequenzen absorbiert, die mit den Absorptionsfrequenzen des darin enthaltenen Filterstoffes übereinstimmen.

Dies ist in der beiliegenden Figur schematisch dargestellt. Mit 1 ist die Quelle der elektromagnetischen Strahlung, also z.B. eine Laserquelle, angedeutet. Mit 2 das Filter und mit 5 der Reaktionsraum. Dieser enthält das Isotopengemisch A + B,

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von dem nur das Isotop A angeregt werden soll. Im Filter 2 befindet sich in reiner Form das Isotop B, das die diesem Isotop eigentümlichen Absorptionsfrequenzen aus dem Spektrum der ursprünglichen Strahlung herausfiltert. Bei größeren Leistungen wird es dabei notwendig sein, dieses dampfförmige Isotop B in einem Kreislauf durch das Filtergefäß 2 hindurchzuschicken, damit immer wieder für die Absorption der nichtbenötigten Frequenzen noch nicht angeregte Moleküle zur Verfügung stehen. Die angeregten Moleküle fallen während des Kreislaufes in den ursprünglichen Zustand zurück. Zur Erzeugung dieses Kreislaufes ist eine Pumpe 3 vorgesehen, der ein Kühler 4 vor- oder nachgeschaltet ist, damit die absorbierte Energie als Wärme abgeführt werden kann, bzw. das Filtermedium auf der für die Absorption günstigsten Temperatur verbleibt bzw. auf diese eingestellt werden kann.

Das Filtergefäß ist selbstverständlich mit in Strahlungsrichtung optisch durchlässigen Wänden versehen, die außerdem mit Reinigungseinrichtungen ausgerüstet sein können, falls die Gefahr eines staubförmigen Niederschlages während des Betriebes auftreten sollte.

Als Strahlungsquelle 1 kann dabei eine solche Verwendung finden, die von sich aus ein Spektrum der benötigten und gewünschten Breite besitzt. Es kann jedoch auch eine Strahlungsquelle Verwendung finden, die nur eine einzige Frequenz abgibt, jedoch durch äußere, wie z.B. magnetische Mittel, gewobbelt werden kann. Ein solches abstimmbares Lasersystem besteht z.B. aus einem CO-Pumplaser und einem abstimmbaren Raman-Spin-Flip-Laser.

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Bei dem bekanntesten Ausgangsstoff für die Kernbrennstoff-

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herstellung TJranhexafluorid befindet sich im Filter 2 TJ F,- und im Reaktionsraum 5 die natürliche Isotopenmischung dieser Verbindung. Durch diese Filteranordnung werden nun im eigent-

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liehen Reaktionsgefäß 5 nur die TJ F,- Moleküle angeregt,

die ²⁵⁸U P₆ Moleküle bleiben unbeeinflußt.

Es ist klar, daß es auf diese Weise möglich ist, die Ausbeute bei einem derartigen Trennvorgang gegenüber dem Stande der Technik ganz wesentlich zu erhöhen. Selbstverständlich ist dieses Verfahren nicht auf Uran beschränkt, es läßt sich im Prinzip überall dort anwenden, wo es darum geht, Isotope bzw. deren Verbindungen voneinander zu trennen, wenn normale chemische Methoden nicht anwendbar sind. Ein weiteres Beispiel für eine wünschenswerte Isotopentrennung im Bereich der Kerntechnik ist weiterhin das Bor, dessen Isotop Bor 11 für metallurgische Zwecke sehr vorteilhaft wäre, jedoch noch nicht mit wirtschaftlichen Mitteln rein darstellbar ist.

4 Patentansprüche
1 Figur

0^09/^ 5 A G

Claims

- 5 - YPA 74/9436 Patentansprüche

1. "Verfahren zur selektiven frequenzmäßigen Beeinflussung eines Spektrums einer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere einer Laserstrahlung, zur gezielten Anregung bestimmter Komponenten eines Isotopengemisches, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Reaktionsraum für die selektive Anregung des Isotopengemisches ein von der Strahlung durchsetztes Filter angeordnet wird, das vorzugsweise im dampfförmigen Zustand jenes Isotop enthält, das im Reaktionsraum unbeeinflußt bleiben soll. . ■■ . .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle verwendet wird, deren Frequenzspektrum etwa der Bandbreite der Absorptionsfrequenzen des Isotopengemisches entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle veränderlicher Frequenz verwendet wird, deren Frequenz durch äußere Mittel wie z.B. Magnetfelder ständig etwa entsprechend der Bandbreite der Absorptionsfrequenzen des Isotopengemisches gewobbelt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter aus einem Gefäß mit in Strahlungsrichtung optisch durchlässigen Wänden besteht und an eine Einrichtung zur Umwälzung und Temperaturhaltung des Filterstoffes angeschlossen ist.

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