<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anreicherung eines chemischen Elements an einem seiner Isotopen, insbesondere von Uran an seinem Isotop Us35, sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Von den verschiedenen, bekannten Verfahren zur Anreicherung eines chemischen Elements an einem seiner Isotopen kennt man besonders jenes Verfahren, durch das ein anzureicherndes chemisches Element in gasförmigem Zustand durch Entspannen und Abkühlen oder eine Kombination beider Vorgänge eine Enthalpieverminderung erfährt, die zur Verdichtung eines Teiles des Gases führt, und dieser an einem der Isotopen angereicherte Teil alsdann von dem nicht verdichteten Restgas abgetrennt wird.
Dieses Verfahren ist theoretisch durchführbar, aber der in der Praxis benötigte technische Aufwand führt zu grössten, fast unüberwindlichen Schwierigkeiten.
Ähnliche Verfahren sind in den deutschen Auslegeschriften 1091541 und 1245329 und 1061296 beschrieben. Sie bestehen in der Anwendung von Diaphragmen als Abschälblenden für den expandierenden Gasstrahl oder von Zyklonen, in denen eine Trennung der schwereren von den leichteren Bestandteilen der Strömung erfolgen soll. Diese bekannten Verfahren arbeiten ausschliesslich mit einphasigen Systemen ohne Phasenwechsel.
Das erfindungsgemässe Verfahren arbeitet demgegenüber mit Anwendung eines Phasenwechsels, indem ein vorher komprimiertes Gas auf der Basis einer Verbindung des anzureichernden chemischen Elements einer plötzlichen Entspannung unterworfen wird, welche dem sich entspannenden Gas eine Überschall-Strömung verleiht, wodurch eine mindestens teilweise Kristallisation der Verbindung hervorgerufen wird, worauf die festen Teilchen auf physikalischem Wege ausgeschieden und gesammelt werden.
Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die hohe Translationsgeschwindigkeit der Moleküle des in Entspannung begriffenen Gases durch die durch die Entspannung hervorgerufene Verdichtung unter Kristallisation zu einer grösseren Isotopenanreicherung führt.
In dieser Beschreibung bedeutet das Wort "Gas" eine chemische Verbindung des anzureichernden Elements, wie z. B. Uranhexafluorid, in gasförmigem oder dampfförmigem Zustand, wobei diese Verbindung allein oder mit andern Gasen oder Dämpfen gemischt sein kann. Dem erfindungsgemässen Verfahren können sämtliche chemische Elemente unterworfen werden, welche Isotopen besitzen und eine gasförmige chemische Verbindung zu bilden imstande sind. Als wichtigste Elemente seien genannt : Uran, Bor und Wasserstoff.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in einer sehr einfachen Vorrichtung ausgeübt werden. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem eine Verbindung des anzureichernden chemischen Elements in gasförmigem Zustand unter einem bestimmten hohen Druck liefernden Behälter und einem Niederdruckbehälter besteht, welch letzterer unter einem Druck steht, der niedriger als der Druck im ersten Behälter ist, und mit diesem ersten Behälter durch eine Gasentnahme-und-führungsvorrichtung verbunden ist, die beispielsweise aus einer feststehenden Düse oder einer Reaktionsturbine besteht, sowie einen Abscheider enthält, an welchem die gebildeten, festen Teilchen ausgeschieden werden.
Dieser Abscheider für die festen Teilchen kann in an sich bekannter Weise vom mechanischen, auf Trägheitsprinzip beruhenden Typ sein.
Die feststehende Düse kann einen Drehkörper bilden und an ihrem äusseren Umfang, vor der Verengung, eine schraubenförmige Vorrichtung tragen, die beispielsweise aus Flügeln oder Rippen gebildet ist. Die Strömung in der Düse erfährt dann einen Drall.
Der mechanische Abscheider ist vorzugsweise eine die Strömungsrichtung des entspannten Gases ablenkende Vorrichtung, insbesondere ein Zyklon. Dieser Abscheider kann aber auch in an sich bekannter Weise vom elektrostatischen Typ sein.
Der Erfindung wird durch ein dieselbe nicht begrenzendes Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine erfindungsgemässe Anreicherungsvorrichtung darstellt.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Gasbehälter welcher z. B. eine Uranverbindung, wie Uranhexafluorid UF6, enthält, gegebenenfalls vermischt mit einem indifferenten Gas, wie Helium, das während der Entspannung zur Wärmeabsorption dient und auf diese Weise die Kristallisierung eines Teiles des Uranhexafluorids bewirkt, und diese Verbindung unter einem bestimmten Druck in gasförmigem
EMI1.1
Behälter entspannt und diese Entspannung führt zu einer Translation mit Überschallgeschwindigkeit. Der Unterschied zwischen Totaldruck im Behälter--l--und dem in Behälter-2--herrschenden Druck kann willkürlich gewählt werden, so lange dieser Unterschied genügt, um die Überschallgeschwindigkeit zu bewirken.
Die durch die von der Entspannung hervorgebrachte Verdichtung bewirkte Isotopenanreicherung wird überraschenderweise durch die Wirkung einer solchen hohen Geschwindigkeit erheblich vergrössert.
Es bilden sich infolge dieser Verdichtung feste Partikel der Verbindung UF, die durch einen mechanischen Abscheider von dem verbleibenden Gas getrennt werden. In der dargestellten Ausführungsform besteht dieser Abscheider aus schraubenförmigen Flügeln oder Rippen-4-, die vor der einen Drehkörper
<Desc/Clms Page number 2>
bildenden Düse --3-- angebracht sind. Auf diese Weise wird dem in Entspannung begriffenen, sich in Richtung des Niederdruckbehälters-2--bewegenden Gas ebenfalls eine Drehbewegung um die Längsachse der Düse aufgezwungen, und da die festen UF6-Partikel ein grösseres spez.
Gewicht besitzen, stehen sie durch ihre grössere Trägheit stärker unter der Zentrifugalwirkung und sammeln sich auf der Aussenseite des Gasstroms in der Düse bis zu dem Punkt, wo sie abgefangen werden.
Die als Gasentspannungs-und-führungsvorrichtung dienende Düse kann durch eine Turbine ersetzt werden ; in diesem Falle dient die durch die Turbinendrehung erzeugte Zentrifugalkraft zum Abscheiden der festen Partikel.
Die festen Partikel können auch durch irgendeine andere Vorrichtung abgeschieden werden, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass die thermodynamischen Bedingungen der vorhandenen Phasen nicht vor erfolgter Abscheidung geändert werden.
Die oben beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil einer industriellen Verwendbarkeit unter Zuhilfenahme schon bekannter technischer Verfahren und bedingt nur begrenzte Kosteninvestierungen. Die Energierückgewinnung ist ebenso wirtschaftlich wie bei andern bekannten Verfahren.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Anreicherung eines chemischen Elements an einem seiner Isotopen, insbesondere von
EMI2.1
Basis einer Verbindung des anzureichernden chemischen Elements einer plötzlichen Entspannung unterwirft, welche dem sich entspannenden Gas eine Überschall-Strömungsgeschwindigkeit verleiht, wodurch eine mindestens teilweise Kristallisation der Verbindung hervorgerufen wird, worauf die festen Teilchen auf physikalischem Wege ausgeschieden und gesammelt werden.
EMI2.2