DE2524128C3 - Verfahren zur Trennung von Isotopen - Google Patents
Verfahren zur Trennung von IsotopenInfo
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- 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
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Isotopen aus gasförmigen Verbindungen,
in denen auch die Verbindungspartner in nicht isotopenreiner Gestalt vorliegen, durch selektive
Anregung, z. B. mittels Laserstrahlung, und anschließender chemischer oder physikalischer Absonderung des
Raktionsproduktes. Die Trennung von Isotopen aus gasförmigen Verbindungen durch selektive Anregung,
wobei die Wellenlänge der dafür benötigten Strahlung einer Rotationsschwingungslinie der das gewünschte
Isotop enthaltenden Verbindung entspricht, ist bekannt. Der eigentliche Trennvorgang der angeregten Moleküle
von den nicht angeregten kann dabei auf physikalischem Wege durchgeführt werden, siehe die DE-OS
23 12 194 und 21 20 401. Jedoch ist auch bereits eine Trennung auf chemischem Wege bekanntgeworden,
siehe DE-OS 19 59 767. Diese Technik richtet sich hauptsächlich auf die Anreicherung von Uran, da dieses
für die Energieversorgung von größter Wichtigkeit ist und nach Möglichkeiten gesucht werden muß, die bisher
außerordentlich teueren Anreicherungsverfahren durch wirtschaftlichere abzulösen.
Die bisherigen Vorschläge verwendeten als Ausgangsmaterial UF6, dp dieses einen verhältnismäßig
hohen Dampfdruck besitzt. Es hat außerdem den Vorteil, daß der Verbindungspartner, also das Fluor ein
Reinisotopenelement ist. Die für die selektive Anreicherung auszuwählenden Rotationsschwingungslinien entsprechen
also nur zwei Isotopenverbindungen, nämlich jenen mit Uran 238 und jenen mit Uran 235.
Es ist auch bereits bekannt, UCU für die Isotopenanreicherung zugrunde zu legen, siehe die GB-PS
12 84 620. Der Verbindungspartner Chlor kommt
allerdings entsprechend seinem natürlichen Vorkommen in zwei Isotopenformen vor, so daß durch die
Vielzahl der dadurch bedingten Isotopenverbindungen auch eine Vielzahl sich teilweise überlappender
Spektren vorhanden ist. Selektive Abtrennung ist deshalb nur teilweise möglich, wodurch das Verfahren
unwirtschaftlich ist. In der GB-PS ist daher vorgeschlagen worden, bei dem UCIj, das Chlor natürlicher
Isotopenzusammensetzung durch nur ein Chlor-Isotop zu ersetzen. Dies muß jedoch nach Durchführung der
ersten Trennstufe aus Wirtschaftlichkeitsgründen zurückgewonnen und wieder den Ausgangsstoffen zugeführt
werden.
Es ist dazu also ein verhältnismäßig umständliches Verfahren notwendig, das einen außerordentlich hohen
apparativen Aufwand erfordert und somit auch nicht die eingangs erwähnte Forderung nach möglichst großer
Wirtschaftlichkeit erfüllt.
Es stellte sich aaher die Aufgabe, ein wirtschaftliches Verfahren zu finden, bei dem beide Verbindungspartner
in Gestalt mehrer Isotopen vorkommen können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einem Verfahren, bei dem eine in den vorliegenden
Isotopenarten bestimmt zusammengesetzte Verbindung selektiv angeregt wird und der Rest des Verbindungsgemisches
nach Absonderung des Reaktionsproduktes mit einer besonders zugeführten Menge deb Verbindungspartners
in natürlicher Isotopenzusammensetzung zur Ermöglichung eines Isotopenaustausches in Verbindung
gebracht und anschließend zum erneuten Durchlauf durch die Trennvorrichtung zurückgeführt wird. Dies
bedeutet, daß die natürliche Zusammensetzung der Isotopen des Reaktionspartners wieder hergestellt wird
und somit beim erneuten Durchlauf durch die Trenneinrichtung die selektiv anzuregende Verbindung
wieder vorhanden ist.
Spezielle ausgestaltende Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen
2 und 3.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Abreicherung der Ausgangsmenge der Ausgangsverbindung
immer weiter getrieben werden — bis zum erstrebten Abreicherungsgrad braucht also kein neues
Natur-Uran in den Prozeß eingeführt zu werden. Der Anwendungsbereich an sich bekannter Isotopentrennverfahren
wird somit im Falle der Uranisotopentrennung über die bisher allein vorgeschlagene Verbindung
UFb — mit Fluor als Reinisotop — hinaus auf
Verbindungen ausgedehnt, deren Verbindungspartner kein Reinisotop zu sein braucht, also ebenfalls aus
mehreren Isotopen bestehen kann. Dies bedeutet, daß auch relativ kleine Trennfaktoren, hervorgerufen durch
einen nur geringen Anteil einer selektiv gut anregbaren Isotopenzusammensetzung der Ausgangsverbindung,
im Vergleich zum Stand der Technik wirtschaftlich genützt werden können.
Eine solche Ausgangsverbindung ist beispielsweise UCIe. Dabei ist das natürliche Chlor im Mengenverhältnis
76 : 24 aus den Isotopen 35Cl und 37Cl zusammenge-
b0 setzt. Das meiste UCl6 liegt folglich als
238U
37CI
vor. Die natürliche Gleichgewichtsverteilung von 35CI
und 37Cl in der Verbindung UCI6 ist in der folgenden
Tabelle angegeben:
37Cl
Häufigkeit: 18,6%
Häufigkeit: 36,1%
Häufigkeit: 36,1%
U 35Cl2 37CI4
U 35Cl 37Q5
U 37Cl6
Die Verbindung
Häufigkeit: 29,2%
Häufigkeit: 12,6
Häufigkeit: 3,3%
Häufigkeit: 0,4%
Häufigkeit: 0,02%
Häufigkeit: 12,6
Häufigkeit: 3,3%
Häufigkeit: 0,4%
Häufigkeit: 0,02%
235U 35C]5
kommt demnach rund 90mal häufiger vor als
235U
Falls beispielsweise nur das
selektiv absorbiert, bedeutet dies, daß nur 4% der 235(j-Verbindung nach dem bisherigen Stand der
Technik angeregt und getrennt werden kann. Das entspricht einer Absicherung von 0,71% auf o,702%
des natürlichen Urans. Da dies nicht ausreicht, müßte das abgereicherte Uran sehr häufig der Trenneinrichtung
nach dem Prinzip der genannten GB-PS zugeführt
werden, bis der gewünschte Abreicherungsgrad erreicht ist.
Nach der vorliegenden Erfindung läßt sich dieses Problem aber wesentlich einfacher lösen, indem der
nach der selektiven Trennung verbleibende Rest an UCl6-Verbindungen derart behandelt wird, daß wieder
die selektiv anregbare Verbindung
in ursprünglicher Menge vorhanden ist. Dazu wird das restliche aus der Trenneinrichtung kommende UCU
zusammen mit Chlor natürlicher Isotopenzusammensetzung erhitzt, so daß gemäß folgender Funktionsgleichung
UC161=»UCI4 4- Cl2
ein Isotopenaustausch stattfindet und sich somit wieder die natürliche Mischung an UCU Molekülen einstellen
kann.
Dieses Verfahren läßt sich beispielsweise auch bei der Verbindung U (BH4)4 anwenden, nur daß hier der
Isotopenaustausch mit Diboran durchgeführt wird.
Der Ablauf dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Figur schematisch dargestellt. In dem Vorratsge-
faß 1 befindet sich der Ausgangsstoff UCI6, er
durchströmt in dampfförmiger Gestalt die Trenneinrichtung 2, AOrin das Isotopengernisch durch einen
Laserstrahl 21 selektiv angeregt wird. Die Trennung der angeregten Moleküle erfolgt auf chemischem oder
physikalischem Wege in der Einrichtung 3, von wo sie zum Sammelbehälter 31 weitergeführt werden. Die
nicht angeregten und damit nicht abgesonderten Moleküle gelangen zur Isotopenausgleichsstrecke 4, die
mit einer Heizung 41 versehen ist Aus dem Vorratsbehälter 5 wird gleichzeitig in dieses Gerät Chlorgas
natürlicher Isotopenzusammensetzung eingeleitet Die Beheizung dieses Gerätes wird vorzugsweise auf eine
Temperatur von 120-2000C eingestellt Zur Trennung von UCI6 und Chlor wird das Gasgemisch anschließend
wechselnd in den Behältern 6 bzw. 7 auf 20—700C
abgekühlt wobei sich festes UCI6 abscheidet während das noch gasförmige Chlor im Behälter 8 kondensiert
wird. Hat sich eine genügende Menge UCI6 im Behälter 6 angesammelt, so wird zur Abtrennung auf Behälter 7
umgeschaltet. Behälter 6 auf die zur Verdampfung des
UCl6 notwendige Temperatur aufgeheizt. Ober die Leitung 9 wird die nunmehr wieder auf ihre ursprüngliche
Isotopenzusammensetzung zurückgeführte Verbindung der eigentlichen Trenneinrichtung 2 zugeführt,
wobei die nunmehr wieder vorhandene spezielle Isotopenverbindung selektiv angeregt wird und diese
angeregten Moelküle in der Vorrichtung 3 wieder abgesondert werden. Dieser Kreislauf wird dabei so
lange wiederholt bis die Absicherung der ursprünglich zugeführten Menge UCl6 an dem einen Uranisotop, z. B.
235U den gewünschten Grad erreicht hat. Dann wird
wieder aus dem Vorratsbehälter 1 eine weitere Menge UCI6 ursprünglicher Isotopenzusammensetzung der
Trenneinrichtung zugeführt.
Der bei diesem Verfahren verwendete Kunstgriff des Isotopenaustausches benötigt nur eine verhältnismäßig
geringe Energie, der zu seiner technischen Durchführung notwendige Aufwand ist im Hinblick auf die an sich
bekannten Anregungs- und Trenneinrichtungen 2 und 3 praktisch vernachlässigbar.
Nach Kenntnis des vorgeschilderten Prinzips läßt sich dieses Verfahren durch Auswahl geeigneter Verbindungen
und Reaktionspartner selbstverständlich auch auf andere Isotopentrennvorgänge sinngemäß anwenden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Trennung von Isotopen aus gasförmigen Verbindungen, in denen auch die
Verbindungspartner in nicht isotopenreiner Gestalt vorliegen, durch selektive Anregung, z. B. mittels
Laserstrahlung, und anschließender chemischer oder physikalischer Absonderung der Reaktionsprodukte,
dadurch gekennzeichnet, daß eine in den vorliegenden Isotopenarten bestimmt zusammengesetzte
Verbindung selektiv angeregt wird, daß der Rest des Verbindungsgemisches nach Absonderung
des Reaktionsproduktes mit einer besonders zugeführten Menge des Verbindungspartners in natürlicher
Isotopenzusammensetzung zur Ermöglichung eines Isotopenaustausches in Verbindung gebracht
und anschließend zum erneuten Durchlauf duicii dir
Trennvorrichtung zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung der Uranisotope 235Li
und 238U bzw. deren Anreicherung die Verbindung
UCl6 eingesetzt wird, worin der Verbindungspartner Chlor aus den Isotopen 35Cl und 37Cl in natürlichem
Mengenverhältnis 76 : 24 enthalten ist
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isotopenaustausch
zwischen dem bereits wenigstens einmal durch die Trennanlage gelaufenen Isotopengemisch und dem
zugeführten Verbindungspartner innerhalb eines beheizten Strömungsweges durchgeführt wird.
Priority Applications (7)
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---|---|---|---|
DE2524128A DE2524128C3 (de) | 1975-05-30 | 1975-05-30 | Verfahren zur Trennung von Isotopen |
CA252,895A CA1078326A (en) | 1975-05-30 | 1976-05-19 | Method for the separation of isotopes |
IL49637A IL49637A (en) | 1975-05-30 | 1976-05-24 | Method and apparatus for isotope separation |
AU14261/76A AU499488B2 (en) | 1975-05-30 | 1976-05-25 | Separation of isotopes |
ZA763160A ZA763160B (en) | 1975-05-30 | 1976-05-26 | Method for the separation of isotopes |
GB21946/76A GB1522736A (en) | 1975-05-30 | 1976-05-26 | Isotope separation |
FR7616112A FR2312283A1 (fr) | 1975-05-30 | 1976-05-26 | Procede de separation d'isotopes |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
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---|---|
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DE2524128B2 DE2524128B2 (de) | 1979-09-20 |
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Family
ID=5947871
Family Applications (1)
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-
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- 1976-05-26 GB GB21946/76A patent/GB1522736A/en not_active Expired
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- 1976-05-26 FR FR7616112A patent/FR2312283A1/fr active Granted
Also Published As
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ZA763160B (en) | 1977-05-25 |
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AU1426176A (en) | 1977-12-01 |
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