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Die Zündung exothermer chemischer Reaktionen wird im allgemeinen wie folgt durchgeführt :
Wenn man nicht kontinuierlich arbeitet, beispielsweise bei Reaktionen der Aluminothermie, ordnet man auf dem oberen Teil der Reaktionsmasse eine kleine Menge eines kräftigen Oxydationsmittels, wie Natriumperoxyd oder Bariumperoxyd, an, das mehr oder weniger innig mit einem geringen Anteil eines reagierfähigen bzw. brennbaren und vorher pulverisierten Stoffes gemischt ist und entzündet sodann diese Mischung.
Eine derartige Anordnung gibt befriedigende Resultate, wenn die Reaktion sich in freier Luft abspielt ; um die Mischung zu entzünden, genügt es, ihr einen Bunsen - oder Schweissbrenner bzw, eine Lötlampe zu nähern, die die sauemoffhaltige Mischung entzündet.
Wenn jedoch die Reaktion in einem geschlossenen Gefäss stattfinden soll, beispielsweise in einem Gefäss, das die Form einer Glocke hat und ausserdem gezwungenermassen in einer Atmosphäre aus inertem Gas, wie z. B. Argon, oder im Vakuum oder schliesslich bei stark verringertem Druck, ergeben sich bei der Zündung, die den exothermen Reaktionsvorgang einleiten soll, gewisse Schwierigkeiten.
Es ist klar, dass ein inertes Gas die Verbrennung nicht unterhält und man infolgedessen nicht ein bereits entzündetes Objekt der Zündmischung nähern kann.
Man kann in solchen Fällen eine elektrische Zündvorrichtung benutzen, die aus zwei miteinander über einen Widerstand (Zünddraht) verbundenen Elektroden besteht, deren Widerstand an dem oberen Teil der Reaktionsmischung angeordnet ist. Aber man muss dann vorher in einer Vorbereitungsphase zunächst eine Zündmischung herstellen und derart anordnen, dass sie die eigentliche Reaktion zum Anlaufen bringt, wenn die Elektroden an Spannung gelegt werden.
Diese vorbereitende Operation bedingt, dass ausser einer normalen Rohreinführung, über die das zur Durchführung der Reaktion bestimmte Material bzw. die zur Durchführung dieser Reaktion bestimmte Mischung in das geschlossene Gefäss eingeführt wird, noch eine weitere zusätzliche Zugangsöffnung vorhanden ist, die am oberen Teil der Glocke angeordnet und genü- gend gross sein muss, um die Zündmischung einzubringen und sie in geeigneter Weise zwischen dem elektrischen Heiz-oderZünddraht und der Reaktionsmischung anzuordnen. Dies bedingt ferner, dass an dem Verschluss dieser zweiten Zugangsöffnung eine Abdichtung vorgesehen werden muss, die z. B. durch stromendes Wasser gekühlt wird.
Wenn man in einem ununterbrochenen Verfahren und unter Ausschluss von Luft arbeitet, beispielsweise in einer Verbrennungskammer, in der sich eine Verbrennungsreaktion zwischen einem brennbaren festen Stoff und einem festen oder flüssigen Körper abspielt, der der Träger des verbrennenden bzw. die Verbrennung bewirkenden Stoffes ist, heizt man zuerst die wärme- oder hitzebeständigen Wände der Brennkammer bis auf eine so hohe Temperatur auf, dass unter dem dann herrschenden Druck die Bestandteile der Mischung aus Brennstoff und verbrennendem Stoff miteinander reagieren können. Dieses Aufheizen erfolgt mit Hilfe einer Zündmischung, beispielsweise einer Mischung aus Magnesiumnitrat, Magnesium und Aluminium, die bereits auf Grund der Wirkung eines Detonationszünders oder eines elektrischen Funkens verbrennt und eine erhebliche Hitze entwickelt.
Zu diesem Zweck verwendet man im allgemei-
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nen eine Hülle bzw. einen Behälter aus schmelz-und brennbarem Material, der mit der Zündmischung gefüllt wird. Dieser Behälter bildet im Inneren der Brennkammer einen nur vorhergehend abgegrenzten Zündraum, dessen Abgrenzung aber nur provisorisch ist, da der den Behälter bildende Stoff bzw. seine Hülle bei der Verbrennung verschwinden.
Wenngleich die Anordnung eines solchen Behälte : s prinzipiell nur ein einziges Mal notwendig ist, wenn in kontinuierlichem Verfahren gearbeitet wird, weist eine derartige Anordnung dieselben Unbequemlichkeiten auf wie irgendeine andere, die man bei unstetiger Arbeitsweise benutzen muss.
Man muss in dem Gefäss, in dem die exotherme Reaktion stattfinden soll, die Zündmischung-u. zw. in manchmal recht erheblichen Mengen-vorbereiten und an eine geeignete Stelle bringen ; zu diesem Zweck ist es notwendig, in dem Reaktionsgefäss eine besondere Zugangsöffnung vorzusehen, die genügend grosse Abmessungen hat, damit man die erwähnte Zündmischung und gegebenenfalls ihren Behälter einführen und ausserdem diejenigen mechanischen Organe anordnen kann, die für dasZündeneÜ1esdetoniere den Zünders notwendig sind, oder gross genug, um die elektrischen Elemente einzuführen, die unbedingt gebraucht werden, um die Mischung zu entzünden.
Alle diese Verfahren, ob sie absatzweise oder stetig durchgeführt werden, haben ausserdem den Nachteil, dass in die Mischung der Reaktionsteilnehmer der exothermen Reaktion Verunreinigungen in Mengen eingebracht werden, die sich schwer kontrollieren lassen und die aus unterschiedlichen Elementen der Zündvorrichtung (der detonierenden Zündladung oder des Zünddrahtes sowie der Zündmischung oder ihres Behälters) bestehen.
Die vorliegende Erfindung. betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Fernzündung exother- mer chemischer Reaktionen. Dieses Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass man einen kleinen Teil der zur Durchführung der Reaktion bestimmten Reaktionsmischung in einem gewissen Abstand von der Masse der Reaktionsmischung entflammt, wobei diesem Teil gegebenenfalls ein Stoff beigefügt sein kann, der sein Entflammen erleichtert ;
dass man sodann diesen Teil in die Masse der Reaktionsmischung hineinschleudert, wobei die Zündung und das Hineinschleudern mit Hilfe einer Vorrichtung durchgeführt werden. die eine einerJagdpatrone \1hnliche Patrone enthält, welche aber mit dem vorher erwähnten Teil der Reaktionsmischung gefüllt ist und bei der die Zündung dieser Patrone durch einen Schlag auf die Zündvorrichtung der Patrone erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Fernzündvorrichtung exothermer chemischer Reaktionen, wie sie den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, ist die Hülse der Patrone, die aus geeignetem Material, beispielsweise aus nicht oxydierendem Stahl, besteht, in ihrem Bodenteil mit einem genau kalibrierten Loch versehen. In dieses Loch wird mit starkem Druck eine geschlossene Zündkapsel hineingedrückt, wie sie beispielsweise als "Zentral-ZilndhUtchen" bei Gewehr- oder Pistolenpatronen verwendet wird. Diese Zündkapsel kann Knallquecksilber oder Trinitroresorcinat des Bleis enthalten. Im Innern der Hülse befindet sich die Zündmischung, der man etwas Natriumperoxyd zugegeben hat.
Das Zünden der geschlossenen Zündkapsel erfolgt mit Hilfe eines Schlagbolzens, dessen Vortrieb durch eine Feder ge- schiet. Diese Vorrichtung ist auf ein rohrförmiges Ansatzstück des geschlossenen Behälters aufgebaut, der die Reaktionsmischung enthält, welche gezündet werden soll.
Um die Reaktion einzuleiten oder zu zünden, nachdem das geschlossene Gefäss luftleer gepumpt oder mit einer inerten Atmosphäre gefüllt wurde, genügt es, die Feder des Schlagbolzens zu spannen und wieder loszulassen.
Eine derartige Vorrichtung ist ausserordentlich einfach und sehr leicht zu bedienen, denn sie bedingt lediglich das Vorhandensein eines verhältnismässig kleinen rohrförmigen Ansatzes im oberen Teil des ge- schlossenenreaktionsgefässes und die Patrone ist leicht herzustellen bzw. zu "laden. " und in ihre Gebrauchsstellung zu bringen.
Ausserdem gestattet eine genaue Dosierung der Bestandteile der kleinen Portion der Reaktionsmischung (Zündmischung), die in die Patrone eingefüllt wird, die Menge des als Zusatz beizufügenden Natriumperoxyds oder eines ändern zur Beschleunigung der Wirkungsweise der Zündladung bestimmten Stoffes auf das unbedingt notwendige Minimum zu verringern. Als derartige Zusätze können auch andere Peroxyde oder gewisse Nitrate Verwendung finden. Die Wahl dieser Zusatzstoffe trifft man jeweils entsprechend der Art der für die Reaktion bestimmten Reaktionsmischung. Weiterhin bleibt die Zündvorrichtung nach dem Zünden unbedingt dicht, wenn man eine geschlossene Zündkapsel verwendet. Infolgedessen gibt es auch keine Störung der Bedingungen, unter denen sich die exotherme Reaktion abspielt.
Dieses erfindungsgemässeVerfahrenist besonders interessant für die Zündung einer Reaktion, bei der metallisches Uran durch einen"Verbrennungsprozess"von Urantetrafluorid gewonnen wird. Die hiezu benötigten Stoffe, die das Metall freisetzen, sind nur in verhältnismässig geringen Mengen zu verwenden und
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absorbieren anderseits auch keine Neutronen.
Unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen der Zeichnungwird nunmehr emAusführungs- beispiel der Erfindung beschrieben, das die Erfindung jedoch nur erläutern, aber in keiner Weise einschrän- ken soll. Die beschriebenen Vorrichtungen und Massnahmen sind als Teile der erfinderischen Offenbarung anzusehen ; es dürfte jedoch klar sein, dass alle äquivalenten Massnahmen und Anordnungen Verwendung finden können, ohne den Umfang der Erfindung zu überschreiten. Es stellen dar : Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemässe Zündvorrichtung ; Fig. 2 eioe Schnittdarstellung durch eine geschlossene Reaktions-Brennkammer, die mit einer solchen Zündvorrichtung ausgestattet ist.
Die Fig. 1 zeigt die Hülse 1 der Zündpatrone, die aus nicht oxydierendem Stahl besteht. Im Bodenteil dieser Hülse sitzt eine geschlossene Zündkapsel 2, die Knallquecksilber oder Trinitroresorcinatdes Bleis enthält, die Hülse selbst ist mit Reaktionsmischung 3 gefüllt. Die Patronenhülse 1 sitzt in einer Flanschbucme 4, die weiterhin eine Stützvorrichtung 5 für den Schlagbolzenmechanismus trägt. Die Flanschbuchse 4 und die Stützvorrichtung 5 sind an dem rohrförmigen Ansatz 6 des Reaktionsgefässes mittels einer Überwurfmutter 7 befestigt, die sich auf ein Gewinde des rohrförmigen Ansatzes 6 aufschrauben lässt. Die Abdichtung erfolgt durch die Dichtungseinlage 8.
Der Schlagbolzenmechanismus, der in der Fig. 1 in gespanntem Zustand dargestellt ist, umfasst einen Schlagbolzen 9, an dessen Ende ein Spannring 10 angebracht ist, und eine Schlagbolzenfeder 11, die den Schlagbolzen auf die Zündkapsel 2 schlägt, wenn er aus seiner gespannten Lage gelöst wird.
Der Schlagbolzen 9 wird in seiner gespannten Lage durch den Haltestift 12 verriegelt, der ebenfalls mit einem Betätigungsring 13 versehen ist. Der Stift 12 greift unter dem Druck seiner Feder 14 in die Halterille 15 des Schlagbolzens 9 ein. Die Fig. 2 zeigt im Schnitt den oberen Teil einer Reaktions-Brennkam- mer, die mit der erfindungsgemässen Zündvorrichtung versehen ist. Die Kammer enthält den Reaktionstiegel 16, der durch die Glocke 17 abgedeckt ist. Die Glocke 17 trägt an ihrem rohrförmigen Ansatz
6 die in ihren Einzelheiten in der Fig. 1 dargestellte Zündvorrichtung. Die Rohrleitung 18 ist an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen, die Rohrleitung 19 dient zur Zuführung eines inerten Gases, z. B. Argon.
Ferner sind ein Vakuum- Manometer 20 und eine Ablenkvorrichtung 21 an der Glocke vorgesehen ; die zuletzt genannte Ablenkvorrichtung besteht aus einem kegelstumpfförmigen Bandstreifen, der an der Innenwand der Glocke 17 in der Weise angeordnet ist, dass Spritzer, die während der Reaktion der Reaktionsmasse 22 aus dem Reaktionstiegel 16 hochspringen können, nicht zwischen die Wände dieses Tiegels 16 und die Aussenwand der Reaktions-Brennkammer gelangen können.
Die Verwendung des Tiegels 16 ist zwar die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, ist aber nicht zwingend notwendig ; wenn es sich um die Behandlung leicht entfernbarer Substanzen handelt, kann direkt in der Kammer gearbeitet werden.
Die soeben beschriebene Vorrichtung wirkt in folgender Weise :
Die Patronenhülse 1 wird mit ihrer geschlossenen Zündkapsel 2 versehen und mit der Reaktionsmischung 3 gefüllt. Das Herausfallen dieser Reaktionsmischung wird dadurch vermieden, dass man die Patronenhülse 1 durch einen Deckel 23 aus reinem Aluminium oder Magnesium abschliesst.
Die so vorbereitete Patrone wird dann in ihre durch die Flanschbuchse 4 gebildete Halterung eingesetzt ; weiterhin wird der Schlagbolzenmechanismus in ungespannter Stellung aufgesetzt und mittels der Überwurfmutter 7 das Ganze auf dem rohrförmigen Ansatz 6 dichtend festgeschraubt.
Nun wird in der Brennkammer über die Leitung 18 ein Vakuum erzeugt. Dann bringt man die Kammer unter einen Teildruck von Argon. Man spannt den Schlagbolzenmechanismus, indem man an dem Ring 10 des Schlagbolzens 9 zieht, bis die Halterille 15 von dem Stift 12 erfasst worden ist.
Um den Mechanismus auszulösen, zieht man an dem Ring 13 des Stiftes 12, dieser geht aus der Ha terille 15 heraus und gibt den Schlagbolzen 9 frei, welcher nunmehr unter der Wirkung seiner Feder 11 auf die geschlossene Zündkapsel 2 schlägt. Durch diesen Schlag detoniert das Knallquecksilber oder der andere detonierende Zündstoff der Zündkapsel und entzündet seinerseits die Reaktionsmischung 3, welche durch den Explosionsdruck der Zündmasse gleichzeitig in den Tiegel 16 hineingeschleudert wird. Die in der Zündvorrichtung begonnene Zündreaktion setzt sich sodann in dem Tiegel 16 fort.
Das gesamte System der Reaktions-Brennkammer bleibt dauernd dicht, da die geschlossene Zündkapsel durch den Schlagbolzen nicht durchschlagen wird, weil ein einfacher Schlag ausreicht, um den Zündstoff in dieser Zündkapsel zum Detonieren zu bringen.
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