DE2462932C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE2462932C2 DE2462932C2 DE19742462932 DE2462932A DE2462932C2 DE 2462932 C2 DE2462932 C2 DE 2462932C2 DE 19742462932 DE19742462932 DE 19742462932 DE 2462932 A DE2462932 A DE 2462932A DE 2462932 C2 DE2462932 C2 DE 2462932C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser
- isotope
- excited
- substance
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/34—Separation by photochemical methods
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/121—Coherent waves, e.g. laser beams
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
Verfahren zum Trennen von Gemischen aus Isotopen oder von
Isotopenverbindungen und Verwendung einer Vorrichtung zu seiner
Durchführung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen von
Gemischen aus Isotopen oder Isotopenverbindungen, insbesondere
zur Uranisotopentrennung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung einer Vor
richtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wie im
Anspruch 4 näher definiert.
Durch die DE-OS 23 49 437 ist zur Trennung von Gemischen aus
Isotopen ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, wonach das
abzutrennende Isotop mit wenigstens einer elektromagnetischen
Strahlung entsprechender Frequenz bis zur Ionisation selektiv
angeregt wird und nachfolgend die entstehenden Reaktionspro
dukte und die unveränderten Teile des Ausgangsstoffes auf
physikalischem Wege getrennt werden. Die dabei vorgesehene
selektive Anregung kann mittels einer Laserstrahlung erfolgen,
deren Frequenz so eingestellt ist, daß Sie von dem abzutren
nenden Isotop selektiv absorbiert wird. Das Isotopengemisch,
insbesondere ²³⁵U und ²³⁸U, wird durch Verdampfen von Uran
metall erzeugt, daher die Bezeichnung "Urandampfverfahren".
Dabei kann die isotopenspezifische Anregung insbesondere
zweistufig erfolgen.
Nach einem weiteren bekannten Verfahren (OE-OS 24 03 580) wird
ein Isotop eines dampfförmigen Molekülgemisches durch Bestrah
lung mit einem Laser isotopenspezifisch zur Dissoziation ge
bracht, so daß es in einen anderen stabilen chemischen Zustand,
insbesondere den Elementarzustand, übergeht und sodann auf
physikalischem Wege vom verbleibenden Material abgetrennt.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist auch beschrieben in der
DE-AS 12 96 611; es dient insbesondere zur Uranisotopentrennung,
wobei das Isotopengemisch aus ²³⁵UF₆ und ²³⁸UF₆ besteht und der
Laser auf die Rotations-Schwingungsspektren des anzuregenden
Isotops abgestimmt ist. Die Bestrahlung erfolgt zweistufig, in
der ersten Stufe durch den Laser, in der zweiten Stufe durch
eine weitere elektromagnetische Strahlung solcher Wellenlänge
und Bandbreite, daß die angeregten Isotopen-Moleküle ionisiert
werden.
In der Praxis hat es sich gezeigt, daß die vorstehend geschil
derten bekannten Verfahren und entsprechenden Vorrichtungen zu
ihrer Durchführung hinsichtlich Ausbeute und Selektivität ver
besserungsbedürftig sind, denn neben den durch die selektive
Laseranregung ermöglichten Reaktionen, die eine normale Abtren
nung des nur das angeregte Isotop enthaltenden Reaktionsproduk
tes erlauben, finden auch andere Reaktionen statt, die die
Selektivität verschlechtern. Letztere werden verursacht durch
Überlappung der Absorptionsbanden, Resonanzaustausch und
thermisch aktivierte Reaktionen.
Nähere Einzelheiten dazu lassen sich aus der Arbeit "Separation
of Uranium Isotopes by Laser Photochemistry" von B. B. Snavely
(Conference Paper, presented at VIII International Conference
on Quantum Electronics, San Fransisco, June 1975, 10 S. Text, 13
Bl. Abb.) entnehmen. Darin ist u. a. auch ein gattungsgemäßes
Verfahren der Uranisotopentrennung beschrieben (S. 4 bis 10 so
wie Abb. 3 bis 13) und dort mit type "C" process bezeichnet.
Jedenfalls stehen der Ausführbarkeit des Verfahrens nach
Meinung des Verfassers folgende Schwierigkeiten entgegen:
- a) ausreichende Dampfdichten des Molekularstrahles für chemi sche Großprozesse,
- b) das sogenannte hot band - oder thermal confusion-Problem (vgl. oben),
- c) Dopplerverbreiterung der Absorptionslinien auf ca. 0,5 bis 1,5 GHz im Vergleich zur Laserlinienbreite von ≈50 MHz,
- d) resonanter Ladungstransfer zwischen angeregten und nicht angeregten Molekülen und Isotopen innerhalb von ca. 10⁵ sec (vgl. oben)
- e) "Scrambling", d. h. teilweise Wiedervermischung des ange reicherten und des abgereicherten Produktstromes.
Schließlich ist noch auf ein weiteres, allerdings nicht gat
tungsgemäßes Verfahren zu verweisen (US-PS 35 58 877), das den
Lichtdruck einer monochromatischen Lichtquelle, insbesondere
eines Lasers, zur Auslenkung isotopenspezifisch beeinflußter
Teilchen vorschlägt. Die dort erwähnte, mittels Hindurchleitens
des Isotopengemisches durch eine Entspannungsdüse erzielte Tem
peraturabsenkung soll die thermische Geschwindigkeitsvertei
lung einengen, denn der Teilchenstrahl muß für eine gute Aus
beute des Trennprozesses beim Auftreffen auf den Laserstrahl
möglichst eng begrenzt sein (vgl. Spalte 2, Zeile 60-63).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße
Verfahren so zu gestalten, daß einerseits die Selektivität des
Trennprozesses erhöht und andererseits dessen Ausbeute wesent
lich verbessert werden. Erfindungsgemäß wird die gestellte Auf
gabe bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs
1 dadurch gelöst, daß das Stoffgemisch durch eine schlitzförmi
ge Entspannungsdüse hindurchgeleitet und dabei durch adiaba
tische Entspannung auf eine Temperatur unter 100 K abgekühlt
wird, und daß durch entsprechende Einstellung von Bandbreite
und Frequenzlage des Lasers der Q-Zweig des ν₃-Rotations
schwingungsspektrums des anzuregenden Stoffes erfaßt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den
Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.
Wie anfangs bereits angedeutet, ist Gegenstand der Erfindung
auch die Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens nach der Erfindung, wie sie im Patentanspruch 4
definiert ist und durch welche die Aufgabe der isotopen-selek
tiven Dissoziation oder Ionisation unter Ermöglichung einer
Abtrennung der angeregten von den nicht angeregten Gemisch
bestandteilen auf physikalischem Wege gelöst wird. Die Vor
richtung als solche ist zur Abtrennung der Reaktionsprodukte
und der unveränderten Teile der Ausgangsstoffe bei einem
Verfahren bereits geschützt, bei welchem der Ausgangsstoff mit
einem chemischen Reaktionspartner bestrahlt und zur isotopen
selektiven Reaktion gebracht wird (DE-PS 24 47 762). Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Verwendung ist im Anspruch 5
angegeben.
Die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung vorgesehene Abküh
lung bewirkt und wird so weit getrieben, daß die Molekülvi
brationen weitgehend einfrieren und die Häufigkeitsverteilung
der Rotationsenergien so ausgebildet ist, daß der P- bzw.
R-Zweig des nicht anzuregenden Isotops mit dem Q-Zweig des
anzuregenden Isotops sich nicht überlappen.
Zur Problemlösung bei der Molekular-Spektroskopie und bei der
Enwicklung von gasdynamischen Lasern wurde durch Kataev und
Mal'tsev in Sov. JETP, Band 37, Nr. 5, 1973, Seiten 772-777
bereits die starke Unterkühlung des Molekularstrahles im Über
schallstrahl empfohlen und auch schon die Abkühlung durch
adiabatische Entspannung mittels einer Düse oder Öffnung be
schrieben. Zwar wird eingangs von der theoretischen Notwendig
keit gesprochen, die komplizierte Spektralstruktur der Mole
küle durch Abkühlung auf 10 bis 50 K zu vereinfachen; diese
Angabe wird dann jedoch durch die weiteren Ausführungen rela
tiviert. So wird UF₆ gemäß Tabelle I auf Seite 773 nur auf
160 K abgekühlt. Gemäß Fußnote zur Tabelle II auf Seite 774
wurden Gas/Dampf-Gemische aus N₂ + 2,4% Hg bzw. aus
N₂ + 2,4 Hg + 0,15% Rb an einer "Sqare Nozzle" mit den Spalt
abmessungen 4,32 × 1,24 cm² auf 588 K entspannt, wobei im
zweiten Falle Hg zu 50% kondensierte, und zur besonderen Pro
blematik der Tiefkühlung von Molekularstrahlen wird auf der
gleichen Seite ausgeführt, daß bei vernünftigen Werten des
kritischen Öffnungs- bzw. minimalen Düsendurchmessers d cr
(1 mm) ein annehmbarer Wert für den Anfangsdruck P₀ nur bei
einatomigen Gasen erhalten werden könne. Somit erfordere das
starke Unterkühlen mehratomiger Dämpfe (im Überschallstrahl)
Werte für P₀, welche bei Verbindungen mit variabler Flüchtig
keit völlig unerreichbar seien. Durch diese Veröffentlichung
konnte der auf dem Gebiet der Isotopen-, insbesondere Uran
isotopen-Trennung tätige Fachmann nicht an die Erfindung
herangeführt werden, denn er mußte angesichts der von Snavely
(s. o.) aufgeführten und mit (a) bis (e) bezeichneten Schwie
rigkeiten Bedenken haben, die noch dadurch genährt wurden, daß
in bezug auf Anwendung der Tieftemperaturtechnik weitere Pro
bleme gesehen wurden in der Gefahr der Clusterbildung eines
auf tiefe Temperatur gebrachten Molekularstrahles.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend ein
Beispiel beschrieben, bei dem die Uranisotope ²³⁵U und ²³⁸U
getrennt werden.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht zunächst
auf der Absenkung der Temperatur des Gasstrahles durch adia
batische Entspannung auf unter 100 K. Dadurch wird eine sehr
starke Verschmälerung der Absorptionsbanden der Isotopen
mischung, in diesem Falle von UF₆, erreicht. Normalerweise
sind die Absorptionsbanden der beiden Isotopenverbindungen
²³⁵UF₆ und ²³⁸UF₆ seitlich gegeneinander nur wenig ver
schoben und überlappen sich daher. Durch Einstrahlung einer
bestimmten Frequenz mit Hilfe eines Lasers werden daher beide
Isotopenverbindungen durch Absorption angeregt, wenn auch
unterschiedlich stark. Die auf diese Weise erreichbare Selek
tivität ist naturgemäß verhältnismäßig gering. Durch die
infolge der starken Abkühlung erreichten Verschmälerungen,
insbesondere der Q-Zweige dieser Absorptionsbanden tritt
praktisch keine Überlappung derselben mehr auf bzw. wird stark
vermindert. Die Absorptionsmaxima beider Isotopenverbindungen
liegen dann über der Frequenz aufgetragen deutlich nebenein
ander. Dies bedeutet aber nichts anderes, als daß bei der Ein
strahlung einer Laserfrequenz, die dem Absorptionsmaximum der
UF₆-Verbindung entspricht, die andere Isotopenverbin
dung ²³⁸UF₆ praktisch nicht bzw. wesentlich schwächer
angeregt wird.
Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang die stufen
weise Anregung, welche es ermöglicht, mit den relativ niedrigen
Frequenzen anzuregen, bei denen das Molekül eine starke Absorp
tion aufweist (bei Infrarot-aktiven Grundschwingungen und ein
fachen Kombinationsschwingungen) und trotzdem eine für die er
forderliche Selektivität hohe Anregungsenergie zu erreichen.
Dadurch und durch Anregen in einem Resonator kommt man mit
relativ kleiner Laserleistung aus. Diese kann um mehrere Größen
ordnungen kleiner sein als für die gleichstarke Anregung in
einem Einquantenprozeß gleicher Endenergie, obwohl die stufen
weise Anregung nur dann mit geringen Verlusten möglich ist,
wenn die Leistungsdichte so groß gewählt wird, daß die Akti
vierungsrate größer als die störenden Desaktivierungsraten
(ohne stimulierte Emission) sind. Die Anregung erfolgt dabei
mit der Grundfrequenz ν₃, der für ²³⁵UF₆ die Wellenzahl von
ca. 624 cm-¹ entspricht. Es können jedoch je nach Verfügbarkeit
von Lasern auch andere Schwingungen, z. B. die Kombinstions
schwingungen ν₁ + ν₃ des ²³⁵UF₆ angeregt werden. Diese
stufenweise Anregung mlt Hilfe der Grundfrequenz ist möglich,
weil die Energiedifferenzen zwischen den unteren Anregungs
stufen wenig verschieden sind. Es werden bevorzugt die in
Resonanz befindlichen ²³⁵UF₆ Moleküle erfaßt. In Fällen, in
denen dieser Anteil zu klein ist, wird durch geeignete Wahl
der Dichte oder weniger divergente Strömungsführung die Stoß
zahl auf so hohe Werte eingestellt, daß die übrigen Moleküle
während des Aufenthaltes in der Reaktionszone in den für
Absorption notwendigen Zustand kommen. Die Besetzungsdichte der
angeregten Zustände wird also vergrößert.
Zum weiteren Verständnis dieser Zusammenhänge sei nun eine in
den Fig. 1-3 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des Ver
fahrens nach der Erfindung näher beschrieben.
Wie bereits erwähnt, sollen an diesem Beispiel die beiden Iso
topen-Uranverbindungen ²³⁵UF₆ und ²³⁸UF₆ getrennt werden.
Entsprechend der in Fig. 1 schematisch dargestellten Trennein
richtung befinden sich die Uranverbindungen im Vorratsbehälter
2. Das Verfahren ist - wie in der DE 24 47 762 C 3 erläutert -
auch mit einem chemischen Reaktionspartner durchführbar, der
sich dann in dem Vorratsbehälter 3 mit Ventil 31 befinden und
über nicht näher bezeichnete Zuleitungen dem Verteilerraum 32
zugeleitet würde. Vorratsbehälter 3, Ventil 31 und die Zulei
tungen sind deshalb gestrichelt dargestellt; im Rahmen dieser
Erfindung können sie zur Einspeisung eines
nicht an der Reaktion teilnehmenden Stoffes (im folgenden
"Zusatzgas" genannt) dienen,
wie weiter unten noch erläutert. Über Ventil 21 werden Uran
verbindungen den Verteilerräumen 22 zugeführt und gelangen von
dort in einen Mischraum 23, an den sich eine spaltförmige Aus
trittsdrüse 24 anschließt. Diese bildet bereits einen Teil der
Vakuumkammer 1, die mit Kühlwänden 14, 15 und 16 versehen ist.
Über angeschlossene Pumpen 5 und 6 können nicht verbrauchte Aus
gangsstoffe sowie flüchtige Reaktionsprodukte abgesaugt werden.
Vor der Düse 24 durchsetzt der Laserstrahl 4 den aus dieser
austretenden Dampfstrahl. Dieser Laserstrahl 4 wird in der
eigentlichen Lasereinrichtung 41 erzeugt - siehe Fig. 2 - und
durch Spiegel 42 und 43 auf so hohe Werte aufgeschaukelt, bis
die Verluste gleich der zugeführten Energie sind. Durch ge
strichelte Linien 1 ist dabei die Lage der Wandungen des
Vakuumbehälters 1 bzw. dessen Fenster angedeutet (siehe Fig. 2).
Im Inneren des Vakuumgefäßes befindet sich der Abschäler 11,
der die Gestalt einer schlitzförmigen Düse hat und dafür sorgt,
daß die aus dem Bereich der Laserstrahlung kommenden Teilchen
von jenen, die dort nicht beeinflußt wurden, getrennt werden.
In der Fig. 3 ist eine Laseranordnung, ähnlich wie in Fig. 2,
dargestellt, bei der jedoch noch ein zweiter Laser 44 vorge
sehen ist, dessen Strahlung 4′ in dem durch die Spiegel 46 und
45 gebildeten Resonanzsystem gehalten wird. Die Laser 41, 44 und
ihre Strahlungen 4, 4′ sind praktisch gleichachsig angeordnet
und nur zur Verdeutlichung des Strahlungsverlaufes gegenein
ander versetzt gezeichnet. Ein derartiger zweiter Laser ist
zweckmäßig, wenn von einem selektiv angeregten Zustand aus
gehend noch eine höhere Anregung, eine Dissoziation oder Ioni
sation der Isotopenmoleküle, durchgeführt werden soll. Die ent
stehenden Produkte können dann in an sich bekannter Weise mit
physikalischen Methoden voneinander getrennt werden. Beispiele
hierfür sind:
Selektive Dissoziation, verbunden mit nachfolgender fraktio nierter Destillation der Dissoziationsprodukte oder Ablenkung der selektiv erzeugten Ionen im elektrischen und/oder magne tischen Feld.
Selektive Dissoziation, verbunden mit nachfolgender fraktio nierter Destillation der Dissoziationsprodukte oder Ablenkung der selektiv erzeugten Ionen im elektrischen und/oder magne tischen Feld.
Der Dampfdruck des UF₆ wird durch Temperaturregelung im Vorrats
behälter 2 auf einen geringfügig über den gesamten Druck in dem
Mischraum 23 liegenden Wert von 4400 mbar (3300 Torr) eingestellt. Die
Temperatur des Zusatzgases im Vorratsbehälter 3 sei so einge
stellt, daß sich im Mischraum 23 eine Gemischtemperatur ein
stellt, die ein wenig über der Kondensationstemperatur beim
gewünschten UF₆-Partialdruck liegt. Bei 4400 mbar (300 Torr) Partialdruck
UF₆ entsprechend einer Behältertemperatur von 314 K wird
eine Dampfstrahltemperatur von 320 K gewählt.
Durch eine Kunststoffauskleidung der Wandungen, z. B. mit Poly
tetrafluoräthylen (Teflon) wird deren katalytische Wirkung zur
Auflösung chemischer Reaktionen weitgehend verhindert. Durch
diese Maßnahmen wird außerdem ein Verstopfen des engen Aus
trittsspaltes der Düse 24 vermieden und der vom Laserstrahl
nicht erfaßte, abgeschälte UF₆-Anteil vermindert.
Die Austrittsdüse 24 stellt einen Spalt von etwa 1/100 mm
Breite sowie 50 cm Länge dar und mündet in die Vakuumbehälter 1.
Der Dampfstrahl entspannt sich dabei adiabatisch sehr stark bei
gleichzeitiger starker räumlicher Aufweitung. Da dabei eine
Wandreibung nicht auftreten kann, tritt eine erhebliche Abküh
lung auf. Bei einem Adiabaten-Koeffizienten eines Zusatzgases
von 1,42 genügt eine Drucksenkung, um den Faktor 10⁵ um die
Temperatur des Dampfstrahles auf ca. 20 K zu senken. An dieser
Stelle sei darauf hingewiesen, daß es allgemein zweckmäßig ist,
einen nicht an der Reaktion teilnehmenden Stoff (Zusatzgas) mit
möglichst großem Adiabaten-Koeffizienten auszuwählen, damit die
notwendige niedrige Temperatur mit möglichst kleinen Drucksen
kungen erreicht wird. Dabei tritt dann die bereits erwähnte
starke Konzentrierung des Q-Zweiges des Rotationsschwingungs
spektrums ein und als Folge davon die hohe Selektivität. Dieser
Zustand tritt etwa 2,5 mm hinter der Austrittsöffnung der Düse
24 ein, dort verläuft parallel zu der Düse 24 der etwa 3 mm
dicke Laserstrahl, dessen Frequenzbereich auch den ganzen Q-
Zweig einschließlich der Verschiebung der Banden mit zunehmen
der Anregungsstufe überdecken soll. (Mit zunehmenden Zahlen der
Anregungsstufen werden die Anregungsfrequenzen etwas kleiner).
Der Zentralteil des aus der Düse 24 austretenden Dampfstrahles
durchquert den Laserstrahl und wird dabei selektiv in Stufen
angeregt. Da die durch stimulierte Emission erzeugten Quanten
dem Laserstrahl wieder zugeführt werden, erfolgt die Anregung
mit relativ hohem Wirkunsgrad. Die Energiedichte des Laser
strahles im Resonator wird dabei so gewählt, daß bei dem vor
handenen Wirkungsquerschnitt und ausreichend hoher Stoßzahl im
Bereich des Laserstrahles (ca. 50 Stöße jedes Moleküls) gerade
der wesentliche Teil des ²³⁵UF₆ dissoziiert oder ionisiert
wird. Infolge der großen Selektivität wird von der Isotopenver
bindung ²³⁸UF₆ nur ein kleiner Teil erfaßt, da die reaktions
fähigen hohen Anregungsstufen von Molekülen dieses Isotops nur
schwach besetzt sind.
Der bereits erwähnte Abschäler 11 läßt nur jenen Teil des
Dampfstrahles durch, der vom Laserstrahl durchsetzt wurde, der
übrige Teil wird kondensiert - UF₆ an den Kühlwänden 14 oder
über Pumpe 15 abgepumpt. Die durch den Abschäler hindurchflie
gende Mischung aus Ionisations- bzw. Dissoziationsprodukten und
Ausgangsstoffen kann durch fraktionierte Destillation getrennt
werden. Auf der Auffangplatte 16 schlagen sich angereicherte
Ionisations- bzw. Dissoziationsprodukte 7 nieder, diese bestehen
z. B. aus angereichertem UF₅ oder UF₄. Auf den Kühlwänden 15
kondensieren dann hauptsächlich ²³⁸UF₆-Moleküle. Die flüchti
gen Produkte werden über die Pumpe 6 abgesaugt.
Wesentlich für das geschilderte Funktionieren dieser Einrich
tung ist, daß der Dampfstrahl im Bereich der Düse 24 noch nicht
kondensiert. Eine wesentliche Kondensation tritt erst beim
Auftreffen des Dampfstrahles auf die gekühlte Wand ein, da die
Kondensationswärme abgeführt werden muß, was durch die geringe
Dampfstrahldichte im Bereich der Laserstrahlung, deren Leistungs
dichte etwa 10³ Watt pro cm² beträgt, nicht gegeben ist.
Je nach Wahl der Strömungs- und Strahlungsparameter sind nach
diesen Verfahren sehr hohe Anreicherungsgrade und sehr geringe
Restgehalte erreichbar. Bei den angegebenen Parametern ergibt
sich eine Anreicherung auf ca. 22%, ein Restgehalt von 0,08%
sowie effektiver Durchsatz von UF₆ von ca. 30 Tonnen pro Jahr.
Abschließend sei erwähnt, daß dieses im Hinblick auf die
Isotopentrennung beschriebene Verfahren den Vorteil hat, daß es
auch zur Erzeugung sonst nur schwer oder mit geringer Ausbeute
herstellbarer chemischer Verbindungen einsetzbar ist.
Claims (5)
1. Verfahren zum Trennen von Gemischen aus Isotopen oder
Isotopenverbindungen oder von sonstigen schwer trennbaren
Stoffgemischen, insbesondere zur Uranisotopentrennung, unter
Dissoziation oder Ionisation eines Bestandteils mittels
selektiver Anregung durch Bestrahlung mit einem Laser ent
sprechender Frequenz, wobei das dampfförmige Stoffgemisch
und gegebenenfalls ein nicht an der Reaktion teilnehmender Stoff
abgekühlt und noch vor seiner Kondensation mit dem Laser
bestrahlt wird und die entsprechenden Produkte auf physi
kalischem Wege voneinander getrennt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch durch eine
schlitzförmige Entspannungsdüse hindurchgeleitet und dabei
durch adiabatische Entspannung auf eine Temperatur unter 100 K
abgekühlt wird, und daß durch entsprechende Einstellung von
Bandbreite und Frequenzlage des Lasers der Q-Zweig des ν₃-
Rotationsschwingungsspektrums des anzuregenden Stoffes erfaßt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß durch entsprechende Einstellung der
Intensität des Lasers und der Dichte des anzuregenden Stoffes
die Anregung stufenweise erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Dissoziations- oder
Ionisationsstufe mit einem zusätzlichen Laser angepaßter
Frequenz erreicht wird.
4. Verwendung einer Vorrichtung gemäß Patent 24 47 762 mit
einer mit Pumpen versehenen Vakuumkammer, in die eine Ent
spannungsdüse mündet, und mit einem Laser, dessen Strahlung
zur isotopen-selektiven Dissoziation oder Ionisation unter
Ermöglichung einer Abtrennung der angeregten von den nicht
angeregten Gemischbestandteilen auf physikalischem Wege den
aus der Entspannungsdüse ausgetretenden Dampfstrahl durchsetzt,
wobei Vorratsbehälter (2, 3) vorgesehen sind, die über Ventile
(21, 31) mit Verteilerräumen (22, 32) und einem anschließenden
Mischraum (23) verbunden sind, an den sich eine schlitzförmige
Entspannungsdüse (24) anschließt und die Vakuumkammer (1) mit
Kühlwänden (14, 15, 16) versehen ist und in ihr ein Abschäler
(11) in Gestalt einer schlitzförmigen Blende angeordnet ist und
wobei der Laser so ausgerichtet ist, daß dessen Strahlung
parallel zur schlitzförmigen Entspannungsdüse (24) zwischen
dieser und dem Abschäler (11) verläuft, zur Durchführung des
Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3.
5. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher
die Wandungen der schlitzförmigen Entspannungsdüse (24) mit
einem Überzug aus Polytetrafluoräthylen versehen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742462932 DE2462932C2 (de) | 1974-10-07 | 1974-10-07 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742462932 DE2462932C2 (de) | 1974-10-07 | 1974-10-07 | |
DE2447762A DE2447762C2 (de) | 1974-10-07 | 1974-10-07 | Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Stoffgemischen und Anwendung desselben zur Herstellung chemischer Verbindungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2462932C2 true DE2462932C2 (de) | 1990-05-10 |
Family
ID=25767791
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19742462932 Expired - Fee Related DE2462932C2 (de) | 1974-10-07 | 1974-10-07 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2462932C2 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1296611B (de) * | 1963-10-21 | 1969-06-04 | Comp Generale Electricite | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung einer gasfoermigen Isotopenmischung |
-
1974
- 1974-10-07 DE DE19742462932 patent/DE2462932C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1296611B (de) * | 1963-10-21 | 1969-06-04 | Comp Generale Electricite | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung einer gasfoermigen Isotopenmischung |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
KATAEV, D:I: und MAL`TSEV, A.A.: Spectroscopy of Vapors of Low-rolatility Compounds super- cooled in a supersonic stream, in: Sov. Phys. JETP, 1973, Vol. 37, S.772-776 * |
SNAVELY, Benj. B.: Seperation of Uranium Isotopes by Laser Photochemistry, invited review presented at VIII International Conference on Quantum Electronics, San Francisco, June 1974 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2447762C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Stoffgemischen und Anwendung desselben zur Herstellung chemischer Verbindungen | |
DE2656152C2 (de) | ||
DE2728944C3 (de) | Zwischensystem für ein kombiniertes Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie-System | |
DE2458563A1 (de) | Verfahren zur isotopentrennung mittels laser | |
DE2449424A1 (de) | Verfahren zum trennen von isotopen | |
DE1296611B (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung einer gasfoermigen Isotopenmischung | |
DE2750583A1 (de) | Verfahren und geraet zur isotopentrennung | |
DE2403580A1 (de) | Verfahren zum trennen von isotopen | |
DE2312194A1 (de) | Verfahren zur isotopentrennung | |
DE2311584A1 (de) | Trennverfahren | |
DE2520530A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur ionisation einer isotopenart | |
DE2324779C3 (de) | Verfahren zur Trennung von gasförmigen Stoffgemischen unter Verwendung von Laserstrahlen | |
DE2462932C2 (de) | ||
DE2810791C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Trennen eines gasförmigen Gemisches aus Isotopenverbindungen | |
DE3118276A1 (de) | "verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines buendels chromatischen lichtes durch angeregte diffusion" | |
DE2651122A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum anregen und selektiven trennen durch absorption | |
DE2855078A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur photoanregung | |
DE2461629A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur beschleunigung geladener teilchen in einem magnetfeld | |
DE2517828A1 (de) | Verfahren zur trennung bzw. anreicherung von isotopen | |
DE2718030C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur photochemischen Trennung eines Stoffgemisches | |
DE2806162C2 (de) | ||
DE2621345A1 (de) | Verfahren zur trennung von isotopen mit hilfe eines lasers und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE2834531A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur isotopentrennung | |
DE2923811A1 (de) | Vorrichtung zum trennen gasfoermiger stoffgemische | |
DE3001981A1 (de) | Verfahren zur erzeugung einer am isotop uran 235 angereicherten, fuer die herstellung von kernbrennstoffen fuer kernreaktoren geeigneten uranverbindung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OI | Miscellaneous see part 1 | ||
OI | Miscellaneous see part 1 | ||
OI | Miscellaneous see part 1 | ||
OD | Request for examination | ||
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SIEMENS AG, 1000 BERLIN UND 8000 MUENCHEN, DE |
|
AC | Divided out of |
Ref country code: DE Ref document number: 2447762 Format of ref document f/p: P |
|
AC | Divided out of |
Ref country code: DE Ref document number: 2447762 Format of ref document f/p: P |
|
D2 | Grant after examination | ||
8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: DER PATENTINHABER LAUTET RICHTIG: SIEMENS AG, 1000 BERLIN UND 8000 MUENCHEN, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |