DE3438502C2

DE3438502C2 -

Info

Publication number: DE3438502C2
Application number: DE19843438502
Authority: DE
Inventors: Horst-Eckart Dr.-Ing. 8521 Moehrendorf De Vollmar
Original assignee: Uranit GmbH
Current assignee: Uranit GmbH
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1993-04-01
Also published as: DE3438502A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung der Mole küle eines gasförmigen UF₆-Isotopengemischs gemäß dem Ober begriff von Patentanspruch 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.

Aus der US-PS 43 34 883 ist es bekannt, ein gasförmiges UF₆-Isotopengemisch über eine Düse mit Überschallgeschwindigkeit adiabatisch in einen Kanal zu entspannen und das so abgekühlte Isotopengemisch mit Laserlicht zu bestrahlen. Dabei wird der Laser so eingestellt, daß das Laserlicht selektiv Moleküle anregt, die nur eine bestimmte Art von Isotopen enthalten. Die angeregten Moleküle werden mit physikalischen oder chemischen Mitteln von den nicht angeregten Molekülen getrennt. Durch diese Art der Verfahrensführung wird die Selektivität gegenüber einer Bestrahlung bei Raumtemperatur erhöht.

Aus der DE-OS 24 47 762 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem die über Photodissoziation oder über eine photoaktivierte Reaktion aus den angeregten Molekülen erzeugten Produkte, z. B. UF₅, UF₄, auf einer Auffangplatte abgelagert werden. Die Auffangplatte ist innerhalb einer Vakuumkammer dem Bestrahlungsbereich in größerem Abstand nachgeschaltet. Die übrigen Moleküle des Gasstrahles werden abgesaugt.

Bei einer derartigen Abtrennung der Produkte ist nicht aus zuschließen, daß im Anschluß an den Bestrahlungsbereich durch Sekundärprozesse Verluste auftreten, die die Ausbeute des Verfahrens mindern. Solche Sekundärprozesse sind bei spielsweise der Fluoraustausch oder die Rückreaktion des Fluorradikals mit UF₅ oder Reaktionen des UF₆ mit Radikalfängern.

Ausgehend von einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbe griffes des Anspruches 1 und weiterhin ausgehend von einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 4 liegt der Er findung die Aufgabe zugrunde, die Isotopentrennung von gas förmigem UF₆ so auszugestalten, daß die bei der isotopen selektiven Dissoziation oder der photoaktivierten chemischen Reaktion der UF₆-Moleküle erzielte Selektivität bis zur Abtrennung der Produkte möglichst wenig beeinträchtigt wird und daß diese Abtrennung in Anpassung an die kontinuierliche Produkterzeugung ebenfalls kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich abläuft.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist verfahrenstechnisch vorge sehen, daß man die Ablagerung der Produkte unmittelbar im Anschluß an die Bestrahlung durchführt, die Ablagerungs flächen mit den abgelagerten Produkten in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Folge in eine zweite Vakuumkammer transportiert und dort die Produkte durch Auffluorierung in gasförmiges UF₆ zurückverwandelt und die gasförmigen UF₆- Moleküle absaugt, nachfolgend in einer dritten Vakkuum kammer die erste Ablagerungsfläche mit einem Spülgas behandelt und abschließend in die erste Vakuumkammer zurückführt. Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, daß

a) die Ablagerungsflächen aus einer Vielzahl dünnwandiger Bleche bestehen, die unter Bildung von Kanälen in Richtung des Gasstrahles oder unter einem Winkel von maximal 30° schräg zum Gasstrahl angeordnet sind,
b) die dünnwandigen Bleche in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Folge gemeinsam senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Gasstrahles bewegbar sind,
c) den dünnwandigen Blechen in Bewegungsrichtung eine zweite Vakuumkammer zugeordnet ist, die mit einer Einlaßöffnung für die Auffluorierungsmittel und einer Absaugöffnung für auffluorierte Produkte versehen ist, und
d) den dünnwandigen Blechen in Bewegungsrichtung im Anschluß an die zweite Vakuumkammer eine dritte Vakuumkammer zugeordnet ist, die mit einer Einlaßöffnung und einer Absaugöffnung für ein Spülgas versehen ist.

Bei einer derartigen Ausgestaltung des Trennverfahrens und der Trennvorrichtung ist in Strömungsrichtung des Gas strahles unmittelbar anschließend an denjenigen Bereich, in dem durch Bestrahlung mit Laserlicht der aus Verbindungen mit vermindertem Dampfdruck bestehende Produktstrom erzeugt wird, eine aus einer Vielzahl dünnwandiger Bleche be stehende Produktfalle angeordnet. An dieser Produktfalle wird der überwiegende Anteil des Produktstromes in Form einzelner Moleküle oder kleiner Cluster abgeschieden. Dabei werden durch die möglichst frühzeitige Abtrennung der Produkte von dem übrigen Gasstrom die Sekundärprozesse, welche die Selektivität und die Ausbeute der Produktab trennung mindern könnten, minimiert. Zweckmäßig werden dabei Länge und Form der durch die dünnwandigen Bleche ge bildeten Kanäle so an die Gasströmung angepaßt, daß die adiabatische Abkühlung des Verfahrensgases stromaufwärts erhalten bleibt und ein Teil der kinetischen Energie der Strömung durch schräge Verdichtungsstöße in eine Drucker höhung gewandelt wird. Die zur Produktabtrennung vorge sehenen dünnwandigen Bleche können dabei durch eine ent sprechende Formgebung oder durch Querverbindung mit Stütz blechen Strömungskanäle mit rechteckigem oder sechseckigem Querschnitt bilden.

Bezüglich der kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Ausgestaltung des Abtrennprozesses kann man derart vor gehen, daß die Abtrennbleche in einer gewissen zeitlichen Staffelung durch eine Art Schleuse in eine benachbarte Vakuumkammer bewegt werden, wobei gleichzeitig ein neuer Satz Abtrennbleche in die erste Vakuumkammer eingeführt wird. Zur Auffluorierung der Produkte in der zweiten Vakuumkammer werden zweckmäßig als Auffluorierungsmittel JF₇ oder F₂ verwendet. Die Auffluorierung kann dabei durch Aufheizung der Ablagerungsflächen in der zweiten Vakuum kammer oder durch eine Photoaktivierung des Auf fluorierungsmittels, also beispielsweise eine Laserbe strahlung, beschleunigt werden.

Wenn man in Weiterbildung der Erfindung die aus dünn wandigen Blechen aufgebauten Ablagerungsflächen auf einer Kreisbahn anordnet, ergibt sich eine besonders günstige Ausgestaltung der Abtrennvorichtung. Dabei besteht die Mög lichkeit, mehrere Entspannungsdüsen mit zugeordneten Vakuumkammern radialsymmetrisch anzuordnen, wobei die Gas zufuhr für die Entspannungsdüsen im Zentrum der Anordnung angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der neuen Trennvorrichtung ist in der Figur schematisch im Querschnitt dargestellt.

Die Figur zeigt einen Vakuumbehälter 1, in dem vier erste Vakuumkammern 2 radialsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Jeder Vakuumkammer 2 ist im Zentrum der Anordnung eine adiabatische Entspannungsdüse 3 zugeordnet, der ein Bestrahlungsbereich 4 für eine Laserbestrahlung zugeordnet ist. Anschließend an den Bestrahlungsbereich 4 sind in radialer Richtung nach außen die Ablagerungsflächen in Form von dünnen Blechen 5 angeordnet, die sich unter Bildung von Kanälen in radialer Richtung erstrecken. Die dünnwandigen Bleche 5 sind insgesamt auf einer Kreisbahn angeordnet, welche die zwischen den Vakuumkammern 2 angeordneten Ge häuse 6 durchsetzt. In jedem Gehäuse 6 sind zwei weitere Vakuumkammern angeordnet, von denen die Vakuumkammer 7 mit einer Einlaßöffnung 10 für ein Auffluorierungsmittel und eine Absaugöffnung 11 für auffluorierte Produkte versehen ist, während eine Vakuumkammer 8 mit einer Einlaßöffnung 12 und einer Absaugöffnung 13 für ein Spülgas versehen ist. Die einzelnen Kammern sind dabei über Schleusen miteinander verbunden, durch die die dünnwandigen Bleche auf einer Kreisbahn hindurch bewegt werden.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird im Zentrum der Anordnung das gasförmige Isotopengemisch F (Feed) eingespeist und über die Entspannungsdüsen 3 adiabatisch entspannt. Der sich dabei ergebende Gasstrahl wird im Bereich 4 mit Laser licht bestrahlt. Die dabei erzeugten Produkte P lagern sich auf den als dünnwandige Bleche ausgebildeten Ablagerungs flächen 5 ab und werden durch die Bewegung der Ablagerungs flächen auf einer Kreisbahn in die Vakuumkammer 7 transpor tiert und dort unter der Einwirkung des über die Einlaß öffnung 10 eingespeisten Auffluorierungsmittels A in gas förmiges UF₆ rückgewandelt und über die Absaugöffnung 11 abgesaugt. Beim Weitertransport der Ablagerungsflächen werden diese in der Vakuumkammer 8 mit Hilfe eines Spül gases S gespült und damit von Verunreinigungen gereinigt, die sich beim anschließenden Einsatz der Ablagerungsflächen in der nächsten Vakuumkammer 2 als nachteilig erweisen würden. Der am Ende der Vakuumkammer 2 verbleibende Rest strom T (Tails) des Gasstrahles wird über hier nicht näher dargestellte Pumpen ebenfalls abgesaugt.

Die gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene kontinu ierliche Produktwandlung zu UF₆ in den Vakuumkammern 7 hat den Vorteil, daß bei einer Kaskadenschaltung mehrerer Trennstufen auf einen Puffer für die Produktströme verzich tet werden kann, wodurch das gesamte U-Inventar der Trenn bzw. Anreichungsanlage gering gehalten werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Trennung der Moleküle eines gasförmigen UF₆- Isotopengemisches, bei dem man dieses zunächst in eine Vakuumkammer adiabatisch entspannt, den sich hinter der Entspannungsdüse ergebende Gasstrahl (Feed-Strom) mit Laserlicht bestrahlt, die über Photodissoziation oder über eine photoaktivierte chemische Reaktion erzeugten Produkte (Produkt-Strom) an Ablagerungsflächen ablagert und die übrigen Moleküle des Gasstrahls (Tails-Strom) absaugt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ablagerung der Produkte unmittelbar im Anschluß an die Bestrahlung durchführt,
die Ablagerungsflächen mit den abgelagerten Produkten in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Folge in eine zweite Vakuumkammer transportiert und dort
die Produkte durch Auffluorierung in gasförmiges UF₆ zurückverwandelt und die gasförmigen UF₆-Moleküle absaugt,
nachfolgend in einer dritten Vakuumkammer die erste Ab lagerungsfläche mit einem Spülgas behandelt und ab schließend in die erste Vakuumkammer zurückführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Auffluorierungsmittel JF₇ oder F₂ einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ablagerungsflächen in der zweiten Vakuumkammer aufheizt oder das Auffluorierungsmittel photoaktiviert.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer ersten Vakuumkammer mit einer An ordnung von Entspannungsdüsen zur Erzeugung eines ausge dehnten Bestrahlungsbereichs, sowie in Strömungsrichtung nachgeschalteten Ablagerungsflächen für die Produkte und mit Absaugkanälen für Restgase, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Ablagerungsflächen (5) aus einer Vielzahl dünn wandiger Bleche bestehen, die unter Bildung von Kanälen in Richtung des Gasstrahles oder unter einem Winkel von maximal 30° schräg zum Gasstrahl angeordnet sind,
b) die dünnwandigen Bleche in kontinuierlicher oder dis kontinuierlicher Folge gemeinsam senkrecht zur Aus breitungsrichtung des Gasstrahles bewegbar sind,
c) den dünnwandigen Blechen in Bewegungsrichtung eine zweite Vakuumkammer (7) zugeordnet ist, die mit einer Einlaßöffnung (10) für ein Auffluorierungsmittel und einer Absaugöffnung (11) für auffluorierte Produkte ver sehen ist, und
d) den dünnwandigen Blechen in Bewegungsrichtung im An schluß an die zweite Vakuumkammer eine dritte Vakuum kammer (8) zugeordnet ist, die mit einer Einlaßöffnung (12) und einer Absaugöffnung (13) für ein Spülgas ver sehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandigen Bleche (5) auf einer Kreisbahn angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnwandigen Bleche Strömungskanäle mit rechteckigem oder sechseckigem Querschnitt bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine radialsymmetrische Anordnung mehrerer Entspannungs düsen (3) mit zugeordneten Vakuumkammern (2), wobei die Gaszufuhr für die Entspannungsdüsen im Zentrum der An ordnung angeordnet ist.