DE2647406A1

DE2647406A1 - Vorrichtung zur abtrennung von bestandteilen eines gasgemisches

Info

Publication number: DE2647406A1
Application number: DE19762647406
Authority: DE
Inventors: Alex Rosengard
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1975-10-24
Filing date: 1976-10-20
Publication date: 1977-04-28
Also published as: ES452622A1; AU507958B2; SE418804B; BR7607100A; OA05457A; NL7611818A; BE847463A; AU1895276A; US4135898A; ATA782876A; LU76049A1; SE7611700L; FR2356451B2; JPS5286577A; FR2356451A2; GB1528085A; IT1070280B; CA1090716A

Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Ing. R. BEETZ sen. Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. BEETZ Jr. DIpl.-Phys. U. HEIDRICH auch Rechtsanwalt Dr.-Ing. W. TIMPE DIpI.-Ing. J. SIEGFRIED

410-26.151P 20. 10. 1976

Commissariat ä !'Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Vorrichtung zur Abtrennung von Bestandteilen eines Gasgemisches

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung von Bestandteilen eines Gasgemisches, insbesondere die Trennung von verschiedenen Isotopen unterschiedlicher Massen einer gasförmigen Substanz. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist anwendbar auf die Trennung verschiedener Isotopen unterschiedlicher Massen eines Gasgemisches, wie beispielsweise die verschiedenen Isotopen U-235 und U-238 von Uran in Form gasförmigen Hexafluorids. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch auch anwendbar zur Trennung oder Abtrennung beliebiger Körper oder Substanzen, deren Massen sehr unterschiedlich sind, wie beispielsweise die Trennung von Wasserstoff und Uranhexafluorid in einer Mischung dieser beiden Substanzen.

Bekanntlich ist die Isotopentrennung der beiden verschiedenen Uranisotopen U-235 und U-238 ein Grundproblem bei der Herstellung von angereichertem Brennstoff, der bei den meisten Kernreaktoren verwendet wird. Es muß nämlich, ausgehend von einem Gemisch, das einen geringen Anteil an Uran 235 (natürliches Uran) besitzt, dieses Gemisch mit Uran 235 angereichert

410-(B 58O8/6OI0.3)-MaF

709817/0806

werden, um es benutzen zu können.

Um dies zu erreichen, wurden bereits zahlreiche Vorrichtungen verwendet, insbesondere mit Gasdiffusion, Ultrazentrifugieren, usw.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die eine wirksamere Trennung erreicht bei geringeren Investitionskosten und damit bei geringerer Abschreibung und mit einfacherem Aufbau mit gleichzeitig geringem Energieverbrauch.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Abtrennen der Bestandteile eines Gasgemisches, bei der das Gasgemisch durch einen Behälter mit Drehachse strömt, wobei in ihm ein Wirbel erzeugt ist, dessen Achse mit der des Behälters zusammenfällt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere Gasgemisch-Einlaßöffnungen über der gesamten Fläche des Behälters verteilt sind, und daß Abfuhreinrichtungen für die mit einem der Bestandteile des Gasgemisches verschieden angereicherten Fraktionen an der Achse des Behälters zentriert sind.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung weist zumindest auf einen festen, hohlen, im wesentlichen zylindrischen Behälter, dessen Zylinder-Erzeugende ein Kreis mit Radius a ist, wobei 4er Behälter an seiner Seiten- oder Mantelfläche mit einem Netz von Einführ- oder Einlaßöffnungen versehen ist, die das Innere des zylindrischen Behälters mit einer Druck-Gasgemisch-Quelle verbinden, wobei die Projektion auf einen geraden Abschnitt des Zylinders der Achse A jeder Einlaßöffnung im wesentlichen einen im allgemeinen konstanten O mit der Tangentialebene des zylindrischen Behälters

700817/0808

einnimmt und wobei außerdem die Achse A einen im wesentlichen konstanten Winkel ß gegenüber einer Querschnittsfläche des zylindrischen Behälters einnimmt und wobei der zylindrische Behälter an seinen Enden durch zwei Deckel verschlossen ist, einen ersten Sammler zum Sammeln einer ersten Fraktion des Gasgemisches, die durch mindestens eine erste Auslaßöffnung in mindestens einem der Deckel ausströmt, wobei die erste Auslaßöffnung nahe der Achse des zylindrischen Behälters angeordnet ist, und einen zweiten Sammler, der die Gase oder das Gas sammelt, das durch mindestens eine zweite Auslaßöffnung zwischen der ersten Auslaßöffnung und dem Rand des Deckels ausströmt.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird erreicht, daß das Gasgemisch unter Überdruck in den zylindrischen Behälter mit einer Anfangsgeschwindigkeit V eingegeben wird, die in das Innere des zylindrischen Behälters gerichtet ist. Die Projektion der Geschwindigkeit bzw. des Geschwindigkeitsvektors V auf eine gerade oder senkrechte Querschnittsebene des Zylinders, wobei die Richtung der Geschwindigkeit V der Anordnung mit der Achse A der öffnungen zusammenfällt, nimmt einen konstanten Winkelo(/gegen die Tangentialebene If am zylindrischen Behälter ein, wodurch die genannten Geschwindigkeitsvektoren einen Zylinder umhüllen oder umgeben, dessen Achse mit der Achse des zylindrischen Behälters übereinstimmt und dessen Radius a · cos 06 beträgt. Der Winkel ß zwischen der Achse A der Seiten- oder Mantel-Öffnungen und den Querschnittsebenen des Zylinders kann den Wert Null einnehmen: In diesem Fall liegen die Geschwindigkeitsvektoren V der Einfuhr oder Zufuhr des Gasgemisches in geraden oder senkrechten Querschnittsebenen. Diese Gaszufuhr in den zylindrischen Behälter bewirkt das Entstehen eines Gas-Wirbels im Zylinderinneren, wobei der Gas-Wirbel durch Zentri-

709817/0806

fugationswirkung in Gasphase ermöglicht, die Isotopen-Komponenten unterschiedlicher Masse zu trennen, wie beispielsweise Uran 235 und Uran 238. Durch den ersten Sammler entweicht die Fraktion des Gasgemisches mit geringer . Masse, d. h. im Fall eines Uranisotopengemisches ein angereichertes Gemisch in dem Uran 235 konzentrierter vorhanden ist. Wenn ein zugeführtes Gasgemisch gleichzeitig Uranhexafluorid und Wasserstoff enthält, ist die Fraktion des durch den ersten Sammler entweichenden Gasgemisches gleichzeitig mit Uran 235 und Wasserstoff angereichert. Im Gegensatz dazu entweichen durch die zweite Auslaßöffnung in dem Deckel oder den Deckeln, die die erste Auslaßöffnung umgibt ■ Gemische, die mit verschiedenen Isotopen größerer Masse konzentriert sind, beispielsweise mit Uran 238^,10^ die an Uran 235 und an Wasserstoff verarmt sind. Vorrichtungen zum Ansaugen oder Absaugen der beiden gasförmigen Fraktionen durch die öffnungen können Saugpumpen enthalten. Das Gasgemisch wird durch die öffnungenjder Seiten- oder Mantelwänd geführt, nachdem sie vorzugsweise unter Druck gesetzt sind mittels mindestens einem Kompressor oder Verdichter.

Wie es sich weiter unten ergibt, ist das Netz der Einlaßöffnungen in der Seitenwand des zylindrischen Behälters ein Netz, dessen Maschen ein krummliniges Parallelogramm bilden, das einerseits aus zwei Bögen der kreisförmigen Erzeugenden mit der Länge 2 iTa/n (wobei η ganzzahlig ist und auch 1 sein kann) besteht und andererseits aus entweder Segmenten der Erzeugenden mit derjLänge b oder Anteilen von mindestens einer parallelen Wendel mit der Länge c auf der Mantelfläche nahe den Enden der Kreisbögen besteht. Das zu trennende Gemisch, das entweder z. B. aus Uranhexafluorid oder aus Hexafluorid zusammen mit einem leichten Trägergas, wie z.B. Wasserstoff oder Helium besteht, wird durch die Einlaßöffnungen der Zylinder-Mantelflächein den zylindrischen

709817/0808

Behälter eingeführt, um eine konstante Umfangs-Rotationsgeschwindigkeit oder Drehzahl des Gemisches zu erreichen. Die Einlaßöffnungen der Zylinder-Mantelfläche können auch durch wendeiförmige oder längs der Erzeugenden geradlinige Schlitze gebildet sein. Die Einlaßöffnungen können auch, bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,von Rohrleitungen gebildet sein zur Versorgung mit dem Gasgemisch mit gleicher Achsrichtung wie die Achse A der öffnungen.

Der verwendete Behälter ist vorzugsweise ein gerader Zylinder mit kreisförmiger Erzeugenden. Selbstverständlich ist aber auch jeder andere Behälter mit länglicher Form und kreisförmigem Querschnitt möglich,bei dem an der Seiten- oder Mantelfläche das zu trennende Gemisch eingeführt wird, um an den Enden die verschieden angereicherten Fraktionen abzuführen.

Damit die radiale Trennung leichter Isotopen und schwerer Isotopen gut ist, darf die Turbulenz des Gasgemisches im Zylinderinneren den Wirkungsgrad nicht herabsetzen. Um.dies zu erreichen und um Turbulenz zu verhindern, soll die Reynold'sehe Zahl gegenüber der Drehung des Fluids

Re =

2 a Vp /^U

mit V = Betrag der Drehgeschwindigkeit des Fluids am Umfang des Wirbels (außerhalb der Grenzfläche),

a = Radius des zylindrischen Behälters, P =■spezifische Masse des Fluids,
Ai = Viskosität des Fluids,

kleiner sein als ein Grenzwert,der dem Auftreten von Turbulenz in der Gasströmung entspricht.

709817/0806

Völlig unerwartet wurde festgestellt, daß dieser Grenzwert höher sein kann als anfangs angenommen und daß bis zu Werten in der Größenordnung 30 000 gegangen werden kann, ohne die Gasströmung durch eine Turbulenz zu stören, die eine gute Isotopentrennung beeinträchtigt.

Die überwiegende Zugabe eines leichten Trägergases zum Isotopengemisch von Uranhexafluorid erlaubt bei gegebenem Druck, gegebener Temperatur und gegebener Geschwindigkeit die Herabsetzung des Werts für P gegenüber dem reinen Uranhexaf luorid und demnach eine Erhöhung des Durchmessers 2a des verwendeten zylindrischen Behälters. Darüber hinaus ist, da die Schallgeschwindigkeit in einem leichten Gemisch erhöht ist, es viel leichter eine höhere Einlaßgeschwindigkeit oder Zufuhrgeschwindigkeit zu erreichen. Um Energieverluste und Turbulenzen zu vermeiden, die mit einer Überschallströmung verbunden sind, wird stets mit einer Unterschall-Einführ- oder -Zufuhrgeschwindigkeit V gearbeitet.

Infolge der Zugabe eines leichten Trägergases können Trennelemente, d. h. Elemente der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung^ erreicht werden, für den zylindrischen Behälter und für die verteilte Zufuhr an der Seitenfläche, bei denen die präzisierten größeren Abmessungen eine leichtere industrielle Fertigung ermöglichen.

Wenn das Trägergas nicht verwendet wird, sondern lediglich das schwere Isotopengemisch von z. B. Uranhexafluorid^muß notwendigerweise die Abmessung des zylindrischen Behälters stark herabgesetzt sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Isotopentrennung eines Gasgemisches', das eine

709S17/0808

leichte und eine schwere Isotope enthält, weist an mindestens einem der beiden Deckel an den Enden des zylindrischen Behälters drei im wesentlichen konzentrische Zonen auf, wobei die erste der drei Zonen, gesehen von der Mitte des Deckels aus, eine Zone ist, die von einer zentralen Auslaßöffnung P in der Achse des zylindrischen Behälters durchsetzt ist, wobei die öffnung den Radius r^ aufweist, durch die das mit dem leichten Isotop angereicherte Gasgemisch entweicht, wobei die zweite, ringförmige Zone S, von einer ringförmigen öffnung der Größe r₂ durchsetzt ist, die die erste öffnung umgibt, wobei die zweite Zone S₁ im allgemeinen neben der ersten Zone P angeordnet ist und durch die ringförmige öffnung der zweiten Zone S, ein mit dem schweren Isotop angereichertes Gasgemisch entweich^und wobei . schließlich die dritte Zone Sp von mindestens einer öffnung durchsetzt ist, durch die ein Gasgemisch entweicht, dessen Zusammensetzung im wesentlichen der Zusammensetzung des" in den Zylinder durch die seitlichen Einlaßöffnungen zugeführten Gasgemisches entspricht.

Experimentelle und theoretische Untersuchungen ermöglichten die Messung von Profilen der Isotopentrennung, die die Konzentration eines gegebenen Isotops des Gasgemisches abhängig vom radialen Abstand, gemessen von der Achse des zylindrischen Behälters_/und Konnten das Auftreten eines schmalen Peaks der Konzentration der schweren Komponente zeigen. Die Form des Peaks wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Kurve, die das Profil der Isotopentrennung abhängig vom radialen Abstand im zylindrischen Behälter zeigt, ermöglicht die genaue Bestimmung der Idealwerte der Größen.für r-^ und r_2< Da bei einem wesentlichen Teil der Fläche der Deckel die Isotopenkonzentration und die chemische Konzentration des

709817/0806

Gasgemisches der zugeführten Konzentration sehr ähnlich ist, ist darüber hinaus bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer vorteilhaften Weiterbildung eine Recyclingoder Wiederumwälzeinrichtung vorgesehen zum Wiederumwälzen in die Einlaßöffnungen der Seitenwand des mindestens einen zylindrischen Behälters des Gemisches, das durch die mindestens eine in den dritten Zonen S₂ vorgesehenen Öffnungen der diesen Zonen zugeordneten zylindrischen Behälter entweicht.

Dadurch wird der Aufwand zur Wiederverdichtung verringert, da die Strömung,die wieder umgewälzt wird, dem Teil des Fluids entspricht, das entfernt von der Achse des zylindrischen Behälters vorhanden ist und das geringfügig entspannt ist oder geringfügig geringeren Druck aufweist, und darüber hinaus wird der Anteil der Strömung,der durch die Zonen S₁ und P entweicht, verringert, was sehr vorteilhaft ist. Schließlicbjerhöht die Auftrennung der Strömung in drei Teile den Wirkungsgrad der Trennung oder die Trennleistung.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Netz von öffnungen,bei dem die Einlaßöffnungen längs Erzeugenden des zylindrischen Behälters angeordnet sind;

Fig. 2 vergrößert einen Schnitt durch den zylindrischen Behälter;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des zylindrischen Behälters, bei dem die Einlaßöffnungen längs in der

709817/0806

Fläche des zylindrischen Behälters parallelen Wendeln angeordnet sind;

Pig. k schematisch eine Darstellung der Winkel, die die Eintritts- oder Einlaßgeschwindigkeit des Gasgemisches in den zylindrischen Behälter festlegen;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Auslaßöffnungen in den Deckeln des zylindrischen Behälters;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Einlaßöffnungen seitliche Schlitze längs der Erzeugenden des den Behälter bildenden Zylinders sind;

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die öffnungen parallele wendeiförmige in der Zylinderfläche des Behälters vorgesehene Schlitze, sind;

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Einlaßöffnungen längs an der Mantelfläche geführten Wendeln angeordnet sind, wobei ein erster Teil des Netzes Wendeln mit einer Rechtsgängigkeit aufweist und ein zweiter Teil des Netzes durch Wendeln mit einer Linksgähgigkeit gebildet ist;

Fig. 9 bis 11 Ausführungsbeispiele der beiden den zylindrischen Behälter verschließenden Deckel, die die Abtrennung von mit Uran 235 angereicherten und verarmten Fraktionen ermöglichen;

Fig. 12 im Schnitt eine Auslaß-Ausbildung eines Deckels gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 13a, 13b in Seitenansicht zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der öffnungen, die verschiedenen Zonen mindestens eines Deckels des zylindrischen Behälters gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig.

709817/0808

2647A06

entsprechen, in dem die Isotopentrennung stattfindet;

Fig. 14, 15 Profile der Isotopenkonzentration abhängig vom radialen Abstand gegenüber der Achse des zylindrischen Behälters;

Fig. 16 schematisch eine Recyclingeinrichtung

für das aus der Zone Sp des Deckels des zylindrischen Behälters austretende . Gas*..

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die einen zylindrischen Behälter 2 aufweist, der an seinen beiden Enden durch ebene identische Deckel 4, 6 verschlossen ist. Die Deckel 4, 6 können auch andere Ausbildungen als die dargestellte besitzen, jedoch ist die ebene Ausführung vorzuziehen. Der zylindrische Behälter 2 ist von einer Kammer 8 umgeben, die mit Hochdruck-Gas mittels z. B. eines Verdichters oder Kompressors 10 versorgt ist. Die Deckel 4, 6 sind von einer ersten axialen Auslaßöffnung 20 durchsetzt, die zur Achse 22 des zylindrischen Behälters 2 konzentrisch ist unddurch die die angereicherte Fraktion P austritt oder entweicht (z. B.mit Uran 235 angereichert, wenn das durch den Kompressor 10 zugeführte Gasgemisch ein natürliches Uran im Gaszustand enthaltendes Gemisch ist). Durch in einer zweiten Zone 24 angeordnete Auslaßöffnungen, die die erste Auslaßöffnung 20 umgibt, entweicht die Fraktion W, die (z. B.) an Uran 235 verarmt ist. Die Volumen, die der Strömung der verschieden angereicherten Fraktionen entsprechen, sind geometrisch durch eine Wand 26 voneinander getrennt. Die das Gas fördernden Kompressoren sind nicht dargestellt. Darüber hinaus können Düsen,wie sie durch die Wand 26 beispielsweise dargestellt sind, glockenförmig oder sich erweiternd ausgebildet sein, damit der im Inneren des Zylinders herrschende

709817/0806

Druck am Ausgang wiedergewonnen werden kann. Diese Glockenformen können . . den in den Deckeln 4, 6 des Zylinders eingeschnittenen Öffnungen angepaßt sein, wenn diese geeignete Abmessungen besitzen.

Dabei wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung das Gas mittels Einlaßöffnungen 9, 11, 12, 14, 16, 18 in das Innere des zylindrischen Behälters 2 mit einer Geschwindigkeit gefördert, die bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 in einer zur Zylinder-Achse 22 senkrechten Ebene (Querschnittsebene) angeordnet ist, wobei der Geschwindigkeitsvektor V einen Winkel <b mit der Tangentialebene Ti'' zum Zylinder einnimmt und durch die zugehörige Einlaßöffnung 9, 11, 12, 14, 16, 18 hindurchgeht. Der in Fig. 1 dargestellte Winkel dO kann Werte zwischen 5° und 30° einnehmen.

Bei einem bevorzugten Ausftihrungsbeispiel der Erfindung ist die (zweite) Zone 24, durch die die verarmte Fraktion W entweicht,von z. B. kreisförmigen Öffnungen durchsetzt. Diese Zone 24 besitzt einen Radius, der deutlich kleiner ist als der der kreisförmigen Umhüllenden der Geschwindigkeitsvektoren V (vgl. Fig. 2), d. h. eines Kreises, der der Verlauf des die Geschwindigkeitsvektoren V umhüllenden Zylinders ist. Die kreisförmige Umhüllende J50 besitzt den Radius a-cos« , mit a = Radius der kreisförmigen Erzeugenden des zylindrischen Behälters. Vorzugsweise ist, um die Entstehung des Wirbels maximal zu unterstützen, die Radialerstreckung der mit Öffnungen versehenen Zonen im Deckel auf ein Drittel des Deckelradius begrenzt. . Diese Begrenzung der Radien der Auslaßzonen bezweckt, daß verhindert ist, daß ein zu großer Teil des Gases aus den Auslaßöffnungen austritt. . vor einer Vermischung im Wirbel im Inneren des zylindrischen Behälters 2. Die Auslaßöffnungen können gegenüber dem Deckel normal oder anders gerichtet sein.

709817/0806

Daher ist wegen der Wirbelartigen Bewegung des Gasgemisches im Inneren des zylindrischen Behälters 2 die Fraktion P die mit geringer Masse angereicherte Fraktion (z. B. mit U-235) und ist die Fraktion W die mit (z. B.) U-235 verarmte Fraktion. Die seitlichen Einlaßöffnungen 9, 11, 12, 14, 16, 18 sind unter einem Winkel JL> gegenüber einem Radius des .erzeugenden Kreises geneigt, wie das aus Fig. 2 ersichtlich ist. Das Netz dieser Einlaßöffnungen 9, 11, 12, 14, 16, 18 ist ein Netz mit Maschen A, B, C, D, wobei die Strecken AB und DC Segmente der Erzeugenden mit der Länge b sind und wobei die Strecken AD und BC Kreisbögen mit der Länge 2jYa/n sind, wobei η ganzzahlig ist und beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 beträgt. Die Zahl η sollte ausreichend klein sein, damit bei gegebenem Zylinderradius des Durchmessers der öffnungen die verschiedenen Strahlen sich zu einer wirbeiförmigen Welle integrieren, ohne sich gegeneinander direkt zu stören. Die Abstände Radius a und Länge b werden empirisch bestimmt, abhängig von der mechanischen Durchführbarkeit, vom hydrodynamischen Aufbau der Strömung und auch abhängig von dem jeweiligen Gasgemisch.

In Fig. 2 ist eine Schnittansicht des zylindrischen Behälters 2 gemäß Fig. 1 in einer Ebene senkrecht zur Achse (Fig.l) des zylindrischen Behälters 2. dargestellt, d. h. in einer Querschnittsebene. Der Geschwindigkeitsvektor V zur Gaseinfuhr in das Innere des zylindrischen Behälters 2 nimmt einen Winkel <L· gegen den Verlauf der Tangentialebene Tf am Zylinder ein, die durch die Einlaßöffnung 9 geht, die in die Wand des Zylinders so eingeschnitten ist, daß ihre Ränder oder Kanten ebenfalls einen Winkel oC zur Tangentialebene IT einnehmen.

709817/0806

Selbstverständlich muß der zylindrische Behälter 2,in dem die Einlaßöffnungen 9, 11, 12, 14, 16, 18 angebracht sind, ausreichend dick sein, damit die Länge der Einlaßöffnungen 9, 11, 12, 14, 16, 18 ein Mehrfaches ihrer Durchmesser beträgt.

In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Masche A', B', C, D¹ des Netzes der Einlaßöffnungen 9 aus zwei Bögen der Erzeugenden A^f D' bzw. B' C gebildet ist, die durch zwei Abschnitte A' B' und D' C' von parallelen Wendeln oder Spiralen verbunden sind. Die Neigung der Wendeln ist hier derart, daß die Erzeugende die durch den Maschenpunkt B' geht, in etwa in der Mitte des Bogens A¹ D^f angeordnet ist, wodurch die öffnungen an den Maschenpunkten B', C, usw. gegenüber den öffnungen an den Maschenpunkten A^T , D¹, usw. um einen optimalen Betrag verschoben sind. Als mögliche Weiterbildungen sind bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung Einlaßrohre 13 dargestellt, die in den Einlaßöffnungen 9 sowie den Versorgungen eingesetzt s ind. Das Gasgemisch wird in diesen Einlaßrohren 13 von einer (nicht dargestellten) Druckgas-Quelle zugeführt.

In Fig.4 ist die Tangentialebene IT am zylindrischen Behälter 2 ausführlich dargestellt, wobei eine öffnung 50' mit dem Geschwindigkeitsvektor V und der Querschnittsebene einen Winkel β einnimmt. Bei der Erfindung nimmt die Projektion des Geschwindigkeitsvektors V auf die Querschnittsebene einen Winkel ^_v mit der Tangentialebene IT ein. Der Geschwindigkeitsvektor V der Gaszufuhr am Eintritt in den zylindrischen Behälter 2 ist vorteilhaft außerhalb der Querschnittsebene

709817/0808

angeordnet und unter dem Winkel (^J geneigt, wie das in Fig. 4 dargestellt ist, und zwar dann, wie das weiter unten gezeigt werden wird, wenn das Gasgemisch durch die beiden symmetrischen Deckel 4, 6 geführt wird. Darüber hinaus kann es auch erwünscht sein, die Längsströmungsbewegung durch Neigen der Geschwindigkeitsvektoren V gegen die Achse zu unterstützen, und zwar in einer Richtung für die eine Hälfte des zylindrischen Behälters 2 und in die entgegengesetzte Richtung für die zweite Hälfte des zylindrischen Behälters 2 beiderseits einer Mittelebene P^! (Fig. 8) des zylindrischen Behälters 2.

In Fig. 5 ist einer der Deckel 4, β in Ansicht dargestellt, wobei die angereicherte Fraktion P durch die erste kreisförmige Auslaßöffnung 20 nahe der Mitte des kreisförmigen Deckels 4 entweicht und wobei die verarmte Fraktion W durch mehrere öffnungen 50 in der (zweiten) ringförmigen Zone 24 entweicht. Die Gesamtfläche der Auslaßöffnungen ist so bestimmt, daß der Druckverlust aufgrund der Abfuhr der verarmten Fraktion W vernachlässigbar ist.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel des zylindrischen Behälters 2 gemäß Fig. 1 dargestellt, bei dem die seitlichen Einlaßöffnungen 62 durch zur Erzeugenden parallele Schlitze gebildet sind, deren Ränder oder Kanten einen Winkel <£/ mit der Tangentialebene TT am Zylinder längs diesen Erzeugenden einnehmen. Im in der Fig. 6 dargestellten Beispiel sind drei Schlitzevorgesehen, deren Öffnungsgröße in der Größenordnung einiger Hundertstel Millimeter liegt.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die sOiiÜtze längs auf der Fläche des zylindrischen Behälters 2 angebrachten Wendeln 64, 66 verlaufen. Die den Wendeln zugeordnete Öffnungsgröße liegt in der gleichen Größenordnung wie die den Schlitzen längs der Erzeugenden zugeordneten öffnungen.

709817/0806

In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem das Netz der seitlichen Einlaßöffnungen aus zwei durch die Mittelebene P' getrennten Teilen besteht, deren linker Teil Wendeln 68 mit Linksdrehung und deren rechter Teil Wendeln 70 mit Rechtsdrehung aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel nehmen die Achsen der Einlaßöffnungen 9, 11 ... einen Winkel β mit der Quersohnittsebene ein, wobei deren Geschwindigkeitsvektoren V auf einer Seite der Mittelebene P¹ für die Links-WendeIn JO derart ausgehen, daß das Gas bevorzugt durch die öffnungen des Deckels 4 entweicht, während der Winkel β so ist, daß die Geschwindigkeitsvektoren V auf der anderen Seite der Mittelebene P' antiparallel zu den Geschwindigkeitsvektoren V sind, die denen auf der einen Seite der Mittelebene P^! entsprechen.

In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Abführen der angereicherten bzw. verarmten Gasgemische durch die Auslaßöffnungen der Deckel 4, 6 an den Enden des zylindrischen Behälters 2 dargestellt. In Fig.10 wird die angereicherte Fraktion P mittels eines Rohrs 100 abgeführt, das in das Innere des zylindrischen Behälters 2 ragt. Eine erste verarmte Fraktion Wi , die einer ersten Zone S, zugeordnet ist, wird über eine ringförmige öffnung 102 abgeführt, die im Deckel 4 vorgesehen ist, während eine zweite verarmte Fraktion Wp entsprechend einer zweiten Zone S₂ durch Öffnungen 104 des Deckels 4 entweicht.

In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem die Zone S₁J durch die die verarmte Fraktion W, entweicht, ebenfalls von Auslaßöffnungen durchsetzt ist, durch die das erste verarmte Gemisch entweicht,

709817/0806

wobei diese Öffnungen ggf. von den öffnungen in der Zone Sp verschieden sind,durch die das zweite verarmte Gemisch Wp entweicht. Lediglich das Rohr kleinen Durchmessers nahe der Achse des zylindrischen Behälters kann indessen Inneres eindringen. Darüber hinaus kann auch die die Zone bzw. die Auslaßöffnung20 umgebende ringförmige Zone S, oder Fläche, durch die das erste verarmte Gemisch W, entweicht, fest und ohne öffnung sein.

Wenn die Zone S, eine öffnungen aufweisende Zone wie bei dem Beispiel gemäß Pig. 9 ist, kann dieser Zone S^ eine Druck-Rückgewinnungseinrichtung zugeordnet sein, indem einer Wand lO^idie die Zonen S, und Sp trennt,durch die die verarmten Gemische W, bzw. W₂ entweichen, tulpenförmig ausgebildet ist, wie das in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist.

In dem Beispiel gemäß Fig. 11 ist wie bei dem gemäß Fig. 9 eine mit öffnungen versehene Zone S₁ vorgesehen, an di_e sich eine dichte, keine Öffnungen aufweisende Zone Sp anschließt.

In Fig.12 ist schematisch im Schnitt eine bevorzugte Abführeinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Diese Abführeinrichtung enthält einen zylindrischen Behälter 102' der an seinen beiden Enden durch identische ebene Deckel 104^f verschlossen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel nehmen die (nicht dargestellten) Einlaßöffnungen einen Winkel von.25° mit der Normalen zur Seitenwand des zylindrischen Behälters 102'ein. Der Deckel 10V ist von verschiedenen Auslaßöffnungen durchsetzt, nämlich einer ersten Auslaßöffnung P durch die die mit einem leichten Isotop, z. B. Uran

709817/0806

angereicherte Fraktion abgeführt wird, einer ringförmigen Auslaßöffnung in der Zone S₁JdUrCh die die mit dem schweren Isotop angereicherte und mit dem leichten Isotop verarmte Isotopenfraktion W₁ entweicht, und einer Auslaßöffnung in der Zone S₂,durch die ein Gasgemisch entweicht, dessen Zusammensetzung, wie weiter unten gezeigt werden wird, der des durch Einführrohre in den Seitenwänden des zylindrischen Behälters 102*zugeführten Gasgemisches sehr ähnlich ist. Die Abfuhr des Gasgemisches· durch die Auslaßöffnung . P wird mittels eines Hohlzylinders erreicht, der etwas in das Innere des zylindrischen Behälters 102' eindringt. Durch die Auslaßöffnung P entweichen Niederdruck (BP-)-Gase, während die durch die ringförmige Auslaßöffnung der Zone S₁ entweichenden Gase einen Mitteldruck MP₁ und die durch die AuslaßÖffnungen der Zone Sp entweichenden Gase einen Mitteldruck MP₂ aufweisen. Winkel Cüund Π definieren den öffnungswinkel der Abführ-Düsen, die der Auslaßöffnung P bzw. der ringförmigen Auslaßöffnung der Zone S₁ zugeordnet sind.

In Fig.15a ist in Aufsicht ein Deckel 104' mit den verschiedenen den Zonen in Fig.12 entsprechenden Auslaßöffnungen dargestellt. Durch die Auslaßöffnung P mit Radius T^ entweicht die mit einem leichten Element oder Stoff angereicherte Fraktion, durch die ringförmige Auslaßöffnuigder Zone S₁ entweicht die mit dem schweren Element oder Stoff angereicherte Fraktion W₁. In Fig.13b ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Deckels 104' gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem die Zone S₁ ebenfalls eine ringförmige Zone der Größe r₂ ist, bei der die mittlere Zone bzw. die Auslaßöffnung P einen Radius v^ besitzt und bei der die Zone Sp von Auslaßöffnungen I06 durchsetzt ist.

709817/0806

In Fig. 14 ist die Kurve 110 des Konzentrationsprofils von Uranhexafluorid UFg im Gasgemisch abhängig vom Verhältnis t/R_q dargestellt,wobei r der Radialabstand im zylindrischen Behälter 2, 102' und R_ der Radius des Leitkreises des zylindrischen Behälters 2, 102' ist. An der Ordinate ist das Verhältnis N₂ (rO/Now dargestellt, wobei N₂ (r) die örtliche Konzentration des Isotops U-238 im Abstand r von der Achse 22 des zylindrischen Behälters 2, 102' ist und wobei N_2F die Konzentration an U-238 in der Versorgung ist. Aus dieser Kurve 110 ergibt sich, daß nahe der Mitte des zylindrischen Behälters 2, 102', d. h. bei geringen radialen Abständen, das Gemisch an U-238 verarmt ist, während die schraffierte Zone, die dem Konzentrationspeak für Uran 238 entspricht, sich in etwa von einem Punkt M zu einem Punkt N erstreckt. Die Gerade 112 in Höhe des Ordonatenwerts Eins schneidet die Kurve 110 im Punkt M. Wie sich aus der Kurve 110 ergibt, ist es vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt notwendig, das Verhältnis r,/R₀, das den Radius r, der Auslaßöffnung P zur Abfuhr des mit einem leichten Element angereicherten Gemisch bestimmt, annähernd gleich der radialen Abszisse des Punktes M zu wählen, während das Verhältnis r₂/R_Q, das die Größe r₂ der Auslaßöffnung der ringförmigen Zone S^ bestimmtj annähernd gleich dem Abstand MN gewählt werden muß. Der Punkt N ist beispielsweise durch den Radialabstand bestimmt, an dem die Konzentration an U-238 gegenüber der Konzentration des eingeführten Gasgemisches lediglich um 10 % höher ist als die Differenz zwischen ihnen und der Konzentration der durch die Zone S₁ strömenden Fraktion.

Dieses Kriterium ist nicht unvereinbar mit dem vorher genannten Kriterium, das die Radialausdehnung der in den Deckeln eingeschnittenen Zonen auf ein Drittel des Radius der Deckel begrenzt. Abhängig von den verschiedenen geometrischen

709817/0806

und physikalischen Parametern wird das geeignetere Kriterium gewählt.

Die besondere Form der Kurve 110 des Konzentrationspro-

der fils des Isotops U-238 ebenso wie die/Kurve 111 der weiter unten näher erläuterten Fig. 15 sind abhängig von den folgenden Betrachtungen verständlich:

Relativ nahe der Achse ist die Drehgeschwindigkeit oäer Drehzahl des Wirbels hoch, wobei diese Drehgeschwindigkeit sich wesentlich abhängig von l/r ändert wegen des Gesetzes von der Erhältung des Dralls unter Vernachlässigung der Viskositätserscheinungen. An der dem Zylinder eigenen Achse wird die diefociehgeschwindigkeit zu Null wegen der Viskositätserscheinungen. Die zu V /r proportionale Zentrifugalkraft ist sehr hoch und ändert sich wesentlich mit l/r , wodurch die Isotopenkonzentration für schwerere Elemente mit Entfernung von der Achse zunimmt, was eine Anreicherung von leichten Elementen nahe der Achse nach sich zieht für v./R^·=. T₁ZRq.

Bei ausreichender Entfernung von der Achse 22 des zylindrischen Behälters 2_f 102' überwiegen die Transport- oder Strömungserscheinungen aufgrund der durch die Seitenwände des zylindrischen Behälters 2,102'eingeführten Strömung, wobei die Zentrifugalkräfte relativ sehr niedrig werden. Über den Punkt N hinaus ist die Konzentration des schweren Elements des Fluids nahe dem der Versorgung.

Die anhand des schraffierten Peaks in Fig. 14 erläuterte . Erscheinung bewirkt, daß entfernt vom oder außerhalb des Punkts N die Abnahme des Fluids bei einer Konzentration erfolgt, die nahe der der Versorgung ist, was eine einfache und wirkungsvolle Wieäerumwälzung oder ein Recycling gestattet.

709817/0806

Die Zone Sp ist nämlich so gewählt, daß sie zwischen dem Punkt N und einem Punkt F angeordnet ist, der dem Radius R_ zugeordnet ist. Das Konzentrationsprofil zeigt nur in einem Abstand ein abruptes Verhaltender dem 0,2-fachen des Radius fides zylindrischen Behälters 2_/102'entspricht. In Fig. 15 ist ein Isotopentrenn-Profil an der Kurve 114 dargestellt, wobei längs der Ordinaten aufgetragen ist:

N₁ (r)
(r) - ^T^

^N2F

mit N, = Konzentration von U-235 in Uranhexafluorid, Np = Konzentration des Isotops U-238 im Uranhexafluorid; wobei der Index F den Konzentrationen in der Versorgung entspricht. Ebenso wie in Fig. 14 wird das Verhältnis cks (r) im wesentlichen gleich Eins ,entsprechender Versorgung, für r/R₀> 0,2.

Im allgemeinen wird es als zweckmäßig erachtet, durch die verschiedenen Auslaßöffnungen so zu entnehmen, daß diese möglichst nahe (im übrigen möglichst bei gleichen Verhältnissen) der Mitte angeordnet sind,damit der Wirbel ausreichenden Abstand besitzt, damit er sich ohne Störung entwickeln kann, die durch die verschiedenen Entnahmen auftritt, die an den Auslaßöffnungen des Deckels vorgenommen werden.

In Fig .16 ist schematisch das Wiederumwälzen oder Recycling gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung err läutert. Die aus dem zylindrischen Behälter 102'

709817/0806

austretende Fraktion Wp, in dem sich die Wirbeltrennimg vollzieht, wird nach Wiederverdichtung mittels eines Verdichters oder Kompressors II9 über eine Leitung II6 über eine Versorgung 118 den Einlaßöffnungen zugeführt oder wieder_wumgewälzt, die das Gasgemisch an den Seitenwänden des zylindrischen Behälters 102' einführen. Ein Teil der Versorgung des zylindrischen Behälters 102'wird auch über eine Rohrleitung 120 zugeführt, die mit einer (nicht dargestellten) Quelle des Gasgemisches verbunden ist, das die verschiedenenjunterschiedlichen Isotopen enthält. Die Fraktion W₁ entweicht über eine durch den Pfeil 122 dargestellte Rohrleitung und die durch die öffnung P entnommene Fraktion entweicht gemäß dem Pfeil 124.

Ausführungsbeispiele

Die Zufuhr erfolgt mittels 112 Einlaßöffnungen mit 0,2 mm Durchmesser, die längs einer Wendel mit Schrittweite 2 cm (20 Einlaßöffnungen pro Windung, 5*6 Windungen) verteilt sind. Der Einführwinkel beträgt 25°, die Länge des zylindrischen Behälters 12 cm, der Durchmesser des zylindrischen Behälters 1,5cm und die Wanddicke 1 mm.

Die Abführeinrichtung enthält die öffnung P, die durch eine Düse mit Innenradius r gebildet ist (Innendurchmesser 0,6 mm, Außendurchmesser 0,7 mm, Eindringtiefe in den zylindrischen Behälter 5 mm), die sich um einen Scheitelwinkel oder Eckwinkel von 15° nach außerhalb des zylindrischen Behälters (Winkel OJ in Fig. 12) erweitert. Der Winkel (J gemäß Fig. 12 beträgt 30°.

709817/0806

- se- -

Erste Beispielsgruppe

Bei d^iesen Beispielen ist die Zone S^ eine ringförmige Auslaßöffnung mit Innenradius 0,7 mm und mit Außenradius 1,6 mm (r₂ = 0,45 mm). In der Zone S₂ sind keine Auslaßöffnungen vorgesehen.

Temperatur: 20 ⁰C

Zusammensetzung des Eintrittsgases: 10,5 % Argon

89,5 % Helium;

Versorgungs-Hochdruck: 2,7 bar

Niederdruck am angereicherten Austritt: 1,1 bar.

Bei der ersten Beispielsgruppe werden die beiden Isotopen von Argon getrennt, wobei das Helium als Trägergas wirkt.

Der Fall 1 entspricht .der maximalen Trennung, die mittels den Versuchen erhalten worden ist und der Fall 2 entspricht dem optimalen Verhältnis von Energieverbrauch und Trennleistung,

Fall 1 Fall 2

Mitteldruck am verarmten Austritt 1,55 bar 1,85 bar

reale Hochdruck-Durchflußmenge 0,613 l/s 0,540 l/s

reale Mitteldruck-Durchflußmenge 1,000 l/s 0,703 l/s

reale Niederdruck-Durchflußmenge 0,058 l/s 0,105 l/s

■ U,l % 10,85 %

N_ABp 4,2 % 4,8 %

*O ' 1,121 1,100

mit N_ABp Argon-Molenbruch der angereicherten (leichten) Niederdruck-Fraktion,

N^-AMP ~ ^Arson-Molenbruch der verarmten (schweren) Mitteldruck-Fraktion,

dL/= Isotopen-Trennfaktor (angereicherte Niederdruck-Fraktion gegenüber der Hochdruck-Versorgung).

709817/0806

Die tatsächlichen oder realen Versuche haben die Ergebnisse der Berechnungen bestätigt. Für die Isotopentrennung von Uranhexafluorid zeigt die OptimierungVier Rechnungen eine optimale Konzentration von 1,7 % IXBV und 98,3 % H₂* wobei die vorteilhaften Drücke betragen;Hochdruck; 2,4 bar, Mitteldruck: 2 bar und Niederdruck: 1,3 bar.

Zweite Beispielsgruppe

Bei der zweiten Beispielsgruppe ist die Zone S₁ eine ringförmige Öffnung mit Innenradius 0,7 mm und Außenradius 1,3 mm (r_? = 0,3 mm) und ist die Zone S_? von 8 Öffnungen unter 45 mit 0,5 mm Durchmesser durchsetzt, wobei die Mitten dieser Auslaßöffnungen 1,45 mm von der Mitte des Deckels beabstandet sind.

Temperatur: 20 ⁰C,

Zusammensetzung' des Eintrittsgases: 13,8 ^ Argon

86,2 % Helium.

Fall 1 und Fall 2 entsprechend den gleichen Optimierungen wie bei der ersten Beispielsgruppe

Hochdruck der Versorgung

Niederdruck am angereicherten Ausgang

Mitteldruck MP₀ am Austritt für

Mitteldruck MP₁ am Austritt für

reale Hochdruck-Durchflußmenge

Fall 1	Fall 2
2,7 bar	2,7 bar
1,1 bar	1,1 bar
2,27 bar '	2,36 bar
1,65 bar	1,85 bar
0,522 l/s	0,470 l/s

709817/0806

reale zweite Mitteldruck-Durchflußmenge (MP₂)

reale erste Mitteldruck-Durchflußmenge (MP₁)

reale Niederdruck-Durchflußmenge 0,09.3 1/s 0,125 1/s

13,9 * IM

N_AMp 14,4 % 14,8 ^

N_ABp 6,85 % 8,6 #

1,083 1,056

709817/0806

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Abtrennen der Bestandteile eines Gasgemisches, bei der das Gasgemisch durch einen Behälter mit Drehachse strömt, wobei in ihm ein Wirbel erzeugt ist, dessen Achse mit der des Behälters zusammenfällt,

dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gasgemisch-Einlaßöffnungen (9, 11, 12, 14, 16, 18; 50'; 62, 64, 66) über der gesamten seitlichen Fläche des Behälters (2, 102') verteilt sind, und

daß Abführeinrichtungen für die mit einem der Bestandteile des Gasgemisches verschieden angereicherten Fraktionen (P, W₁, W₂) an der Achse (22) des Behälters (2, log¹) zentriert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,

daß der Behälter (2, 102¹) fest, hohl und im wesentlichen zylindrisch ist, dessen Zylindererzeugende ein Kreis mit Radius a ist und an seiner Mantelfläche mit einem Netz der Einlaßöffnungen (9, 11, 12, 14, 16, 18) versehen ist, die das Innere des zylindrischen Behälters (2, 102¹) mit einer Druck-Gasgemisch-Quelle (8, 10; 118, 120) verbinden, wobei die Projektion der Achse (A, B, C, D) jeder der Einlaßöffnungen (9, 11, 12, 14, 16, 18) auf einem geraden Abschnitt des Zylinders im wesentlichen einen konstanten Winkel dO mit der Tangentialebene(^Jtr'/^am zylindrischen Behälter." (2, 102') einnimmt und wobei <äie Achse (A, B, C, D) einen im wesentlichen konstanten Winkel β gegenüber der Querschnittsebene einnimmt (Fig. 4),

daß der zylindrische Behälter (2, 102') an seinen Enden durch (zwei) Deckel (4, 6; 104^T) verschlossen ist,

7ÖÖ817/08Ö6

ORIGINAL INSPECTED

- 26 -

daß ein erster Sammler eine erste Fraktion des Gasgemisches sammelt, die durch mindestens eine erste Auslaßöffnung (20, P) in mindestens einem der Deckel (4, 6; 104' ) ausströmt, wobei die erste Auslaßöffnung (20, P) nahe der Achse (22) des zylindrischen Behälters (2, 102¹) angeordnet ist, und

daß ein zweiter Sammler das Gas sammelt/ das durch mindestens eine zweite Auslaßöffnung (24, 50, 102, 104, 106, S₁, S₂) zwischen der ersten Auslaßöffnung (20, P) und dem Rand des Deckels (4, 6; 104') ausströmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in den zylindrischen Behälter (2, 102') eingeführte Gasgemisch verschiedene Isotopen einer Uranverbinckmg und/oder ein leichtes Trägergas enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J>_s dadurch gekennzeichnet,daß die Grundmasche des Netzes der Einlaßöffnungen (9, 11, 12, 14, 16, 18) auf der Mantelfläche des zylindrischen Behälters (2, 102^f ) ein krummliniges Parallelogramm ist, das aus zwei Bögen der kreisförmigen Erzeugenden mit der Länge 2.1Fa/n und aus zwei Segmenten der Erzeugenden mit der Länge b gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet,daß die Grundmasche des Netzes der Einlaßöffnungen (9, 11, 12, 14, 16, I8)auf der Mantelfläche des zylindrischen Behälters (2, 102') eitherummliniges Parallelogramm ist, das aus zwei Bögen der kreisförmigen Erzeugenden mit

709817/0908

- Off -

- 3*

der Länge 2 Tfa/n und aus zwei Abschnitten von parallelen Wendeln der Länge c nahe den Enden der Kreisbögen gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet,daß das Netz der Einlaßöffnungen (9, 11, 12, 14, 16, 18) aus zwei durch eine Mittelebene (P') senkrecht zur Achse (22) des zylindrischen Behälters (2, 102') getrennten Teilen besteht, und daß im ersten Teil die Abschnitte der Wendeln Wendeln in einer Wendelrichtung und im zweiten Teil die Abschnitte der Wendeln Wendeln in entgegengesetzter Wendelrichtung entsprechen (Fig. 8).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet 4&ß die Achsen (A, B, C, D) der Einlaßöffnungen (9. 11, 12, 14, 16, 18 ) in Ebenen senkrecht zur Achse (22) des zylindrischen Behälters (2, 102') angeordnet sind, was einem Winkel jB = 0 entspricht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß in einem Teil auf eiia? Seite der Mittelebene (P') senkrecht zur Achse (22) des zylindrischen Behälters (2, 102') der Winkel β so ist, daß die Abschnitte der Achsen (A, B,C,D) der Einlaßöffnungen (9, H₃ 12, 14, 16, 18, 50') innerhalb des zylindrischen Behälters (2, 102') im Volumen zwischen der Mittelebene (P') und dem dem einen Teil zugeordneten Deckel (4, 6, 104') sind_/und daß im anderen Teil die Achsen (A, B, C, D) der Einlaßöffnungen (9, 11, 12, 14, 16, 18, 50) bezüglich der Mittelebene (P') antiparallel zu denen des einen Teils sind.

709817/0800

- 2-β- -

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz der Einlaßöffnungen (62) durch eine Reihe von zur Erzeugenden des Zylinders parallelen Schlitzen gebildet ist (Fig. 6).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ~5, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz der Einlaßöffnungen (64, 66) durch eine Reihe von spiralförmigen Schlitzen gebildet ist, die untereinander parallel sind (Fig. 7).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet,daß jeder Einlaßöffnung (9, 11, 12, 14, 16,

18) eine Gaszufuhr-Zuführleitung (13) mit der Achse (A, B, C, D) zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,daß die erste Auslaßöffnung (20, P) in jedem Deckel (4, 6; 104^f) des zylindrischen Behälters (2, 104') ein ringförmiges Rohr (26, 100) aufweist, das in das Innere des Behälters (2, 102') ragt und dessen Achse mit der Achse (22) des zylindrischen Behälters (2, 102') im wesentliehen zusammenfällt (Fig.10).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die mittige kreisförmige Auslaßöffnung (20) des Deckels (4, 6; 104' ) umgebende Fläche des Deckels (4, 6; 104') in zwei kreisringförmige konzentrische Zonen (S,, Sp) aufgeteilt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet 4aß die (erste) Zone (24, S^)neben der mittigen kreisförmigen

7Q9817/08Ö6

Auslaßöffnung (20, P) von kleinen voneinander getrennten Auslaßöffnungen (50) durchsetzt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die (erste) Zone (S, ) neben der mittigen kreisförmigen Auslaßöffnung (20, P) des Deckels (4, 6; 10¹I-') eine ringförmige Auslaßöffnung ist (Fig. 10, 11).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis I5, dadurch gekennzeichnet, daß die (zweite) ringförmige Zone (Sp) keine Auslaßöffnung aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet ,daß die (zweite) ringförmige Zone (Sp) von kleinen Auslaßöffnungen (104) durchsetzt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Deckel (1O4* ) an dem Ende des

zylindrischen Behälters (102') von drei im wesentlichen konzentrischen Zonen gebildet jst,

daß deren erste Zone von einer mittigen Auslaßöffnung (P) in der Achse des zylindrischen Behälters (102') mit Radius T₁ durchsetzt ist, durch die ein mit einem leichten Isotop angereichertes Gasgemisch entweicht,

daß deren zweite Zone (S, ) von einer ringförmigen öffnung der Gröpe r_g durchsetzt ist, die die erste, mittige Auslaßöffnung (P) umgibt und durch die ein mit einem schweren Isotop angereichertes Gasgemisch entweicht, und

daß deren dritte Zone (Sp) von mindestens einer Auslaßöffnung (106) durchsetzt ist, durch die ein Gasgemisch entweicht, das im wesentlichen identisch dem zusammengesetzt ist, das in den zylindrischen Behälter (102') durch die seitlichen Einlaßöffnungen eingeführt ist (Fig. 12, IJa, 13b).

709817/0806

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Ij5 bis 15, 17, 18, gekennzeichnet durch eine Recyclingeinrichtung (116, 119) zum Wiederumwälzen in das mindestens eine Netz der Einlaßöffnungen in der Wand des mindestens einen zylindrischen Behälters (102') des Gasgemisches, das durch mindestens eine Auslaßöffnung (1θ6) in der mindestens einen dritten Zone (Sp) des mindestens einen zylindrischen Behälters (102') entweicht (Fig, 16).

709817/0808