"Werkwijze voor het verrijken van een isotopisch mengsel aan
minstens één isotoop".
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het
verrijken van een gasvormig isotopisch mengsel aan minstens
één isotoop, meer bepaald op een werkwijze voor het scheiden
van isotopen waarin een IR-fotonabsorptie wordt toegepast voor
het selectief opwekken van één of meerdere isotopen van het isotopisch mengsel en waarin een aan dit of deze isotopen verrijkt mengsel afgezonderd wordt.
<EMI ID=1.1>
een golfgetal van 1077 cm . !
<EMI ID=2.1>
praktische, en meer bepaald een industriële toepassing ervan
<EMI ID=3.1>
schappelijke studie van isotopische effecten op koolstof en maken bovendien geen melding van een verrijking in chloorisotopen.
De tot nog toe economisch meest interessante werkwijze
<EMI ID=4.1>
men tot 90% in 1<3>C verrijkt CO bekomt door distillatie van vloei-
<EMI ID=5.1>
<EMI ID=6.1>
hoog te liggen.
<EMI ID=7.1>
Volgens een andere bijzondere uitvoeringsvorm van de
<EMI ID=8.1>
<EMI ID=9.1>
gevormd COF2 af en voert men een tweede bestraling uit op het na de eerste bestraling reeds in <1><3>C verrijkt resterend CF2C12
<EMI ID=10.1>
<EMI ID=11.1>
<EMI ID=12.1>
In een voorkeursuitvóeringsvorm van de uitvinding, wanneer de bestraling geschiedt aan een optische frequentie overeenstemmend met een golfgetal begrepen in de band.
<EMI ID=13.1>
de gasvoeding nagenoeg geen stikstof bevat e n behoudt men de partiële druk van CF2C12 in het te bestralen mengsel tussen
2 en 4 Torr.
Andere kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hierna volgende meer concrete beschrijving van enkele uitvoeringsvormen volgens de uitvinding; deze beschrij-. ving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet.
Figuur 1 is een grafische voorstelling van de verrijkingsfactoren p voor koolstof- en chloorisotopen in het resterende
<EMI ID=14.1>
Figuur 2 is een grafische voorstelling van de ver- <EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
mengsel.
Figuur 3 is een grafische voorstelling van de ver- <EMI ID=17.1>
<EMI ID=18.1>
partiële druk van CF2C12 in het gasmengsel CF2C12 + 02.
Figuur-4 is een grafische voorstelling, enerzijds,van de verrijkingsfactor p( C/ C) en, anderzijds, van de ver- <EMI ID=19.1> Figuur 5 is een schematische voorstelling van een langs- doorsnede van een onderdeel van de inrichting die gebruikt kan worden voor het toepassen van-de werkwijze volgens de uitvinding .
<EMI ID=20.1>
reik ligt van een C02-laser. Indien men gasvormig freon met een gepulseerde en gefocaliseerde C02-laser bundel bestraalt,
<EMI ID=21.1>
Voor de verschillende isotopische moleculen van freon
<EMI ID=22.1>
<EMI ID=23.1>
wordt, stelt men inderdaad vast dat bij voorkeur een of andere isotopische variëteit van CF2C12 reageert. Men bekomt dus, na
<EMI ID=24.1>
de isotopische samenstelling gewijzigd is ten opzichte van de oorspronkelijke natuurlijke samenstelling.
Bij een volgens de uitvinding specifieke keuze van het stralingsgebied blijkt het energieverbruik ten opzichte van
<EMI ID=25.1>
Metingen hebben aangetoond dat de ontbinding van een CF2C12 molecule ongeveer 200 iR-fotonen van een TEA-C02-laser nodig heeft.
Een laser impuls van 1 Joule kan dus ongeveer
<EMI ID=26.1>
doeltreffendheid van.. de gebruikte laser bedraagt ongeveer 2% zodat 1 Kwh of 3, 6 x 106 Joule primaire' electrische energie, in
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
<EMI ID=29.1>
Volgens dé uitvinding bestraalt men een mengsel van
<EMI ID=30.1>
caliseerde laserbundel aan een optische frequentie overeenstem-
<EMI ID=31.1> <EMI ID=32.1> <EMI ID=33.1>
De werkwijze is gesteund op een reeks experimentele proe-
<EMI ID=34.1>
dus betekent . : de volledige breedte van de halve hoogte van de amplitude, respectievelijk de volledige breedte op de horizon- tale as van de amplitude) .
<EMI ID=35.1>
Mod. 203) waarvan de gasvoeding geen N2 bevat.
Analoge proeven werden eveneens uitgevoerd bij middel van
<EMI ID=36.1>
<EMI ID=37.1>
Typische, nochtans niet noodzakelijk optimale waarden, afhankelijk van de constructie van de gebruikte CO -laser
<EMI ID=38.1>
De absolute waarde van het totaal debiet van deze gasvoeding is in het algemeen gelegen tussen 1 liter tot enkele liters per minuut', waarbij de juiste waarde niet kritisch is en hoofdzakelijk functie is van de repetitie frequentie van de C02-laser van het TEA type en de fabricatie details ervan.
<EMI ID=39.1> <EMI ID=40.1>
<EMI ID=41.1>
terwijl de duur van een dergelijk impuls met een factor van nagenoeg 20 vergroot wordt.
<EMI ID=42.1>
roestvrij staal met NaCl vensters van 3 cm diameter en een totaal gasvolume van 180 cm3. De cel was verbonden langs een naald-
<EMI ID=43.1>
was door distillatie gezuiverd f lesgas, waarbij de bestralingen werden uitgevoerd bij kamertemperatuur.
Voor elk van deze proefnemingen werd de verrijkingsfac-
<EMI ID=44.1>
<EMI ID=45.1>
<EMI ID=46.1>
<EMI ID=47.1>
na bestraling.
Al de resultaten werden genormaliseerd tot een invallende impulsenergie van 1 Joule, een totaal gasvolume van
<EMI ID=48.1>
ofwel 1500 laser impulsen (geval van Fig. 3 en 4).
Resultaten aangaande het effect van de verandering van
<EMI ID=49.1>
<EMI ID=50.1>
<EMI ID=51.1>
<EMI ID=52.1>
<EMI ID=53.1>
<EMI ID=54.1>
Verder kan uit de grafiek van figuur 1. volgens de uitvinding
<EMI ID=55.1>
in de bestralingscel zuurstof aan het freon toegevoegd wordt
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
<EMI ID=58.1>
getalband , maar is nochtans niet onbestaande. Men heeft dus eveneens de reactie volgens de vergelijking :
<EMI ID=59.1>
De probabiliteit per molecule van de reactie volgens vergelijking (2) is ten minste 10 maal lager dan deze van de reactie volgens vergelijking (1).
Aangezien echter normalerwijze in niet bestraald freon de
<EMI ID=60.1>
<1><3>COF2 niet zuiver en is deze verbinding bezoedeld door de raactieproducten volgens de vergelijking (2).
De reactie volgens de vergelijking (2) wordt bevorderd
<EMI ID=61.1>
<EMI ID=62.1>
<EMI ID=63.1>
<EMI ID=64.1> <EMI ID=65.1>
wordt, volgens de uitvinding, gestopt op het ogenblik dat het
<EMI ID=66.1>
keur ongeveer 10% bedraagt.,,
<EMI ID=67.1>
<EMI ID=68.1>
om dan aan een tweede analoge bestraling onderworpen te worden. Opnieuw grijpt de reactie volgens de vergelijking (1)
<EMI ID=69.1>
<EMI ID=70.1>
<EMI ID=71.1>
<EMI ID=72.1>
CF2C12. is de volgende :
<EMI ID=73.1>
2) Het gevormd C02 en het CF2C12 worden door distillatie bij ongeveer - 70[deg.]C van elkaar gescheiden.
3) C02 wordt tot CO 'gereduceerd.
4) Door hydrogenatie van het CO wordt methaan gevormd
<EMI ID=74.1>
5) Het methaan wordt gechloreerd volgens de reactie :
<EMI ID=75.1>
<EMI ID=76.1>
<EMI ID=77.1>
<EMI ID=78.1>
scheiden..
<EMI ID=79.1>
een nieuwe bestraling onderworpen bij middel van een laser dit -
<EMI ID=80.1>
<EMI ID=81.1>
wordt dus op een-selectieve wijze in de hand gewerkt en voor
<EMI ID=82.1>
<EMI ID=83.1>
<EMI ID=84.1>
<EMI ID=85.1> <EMI ID=86.1>
tipen bewerktstelligd kan worden door het uitvoeren van een
<EMI ID=87.1>
Dit is eveneens mogelijk door het uitvoeren van ean bestraling op een analoog mengsel binnen het gebied 1080-1095
-1 cm .
De industriële afscheiding van chloorisotopen in een
<EMI ID=88.1>
straling uit te voeren bij middel van een laser in het gebied
<EMI ID=89.1>
<EMI ID=90.1>
<EMI ID=91.1>
Zij nog vermeld dat in figuur 1, tussen 1060 cm -1 en
<EMI ID=92.1>
gesteld werd. Dit is het gevolg van het feit dat in dit gebied de stralingsenergie van de CO -laser sterk afneemt en
<EMI ID=93.1>
<EMI ID=94.1>
resultaten reeds zeer nuttig te zijn voor een praktische toepassing, zoals trouwens hierna zal blijken bij het beschou-
<EMI ID=95.1>
<EMI ID=96.1>
<EMI ID=97.1>
standdelen van het gasmengsel en de verrijkingsfactor (3 werd eveneens experimenteel bepaald en is weergegeven in de grafieken van de figuren 2 tot 4.
Uit figuur 2, die betrekking heeft op een bestraling,
<EMI ID=98.1>
waarvan de gasvoeding geen N2 bevat en die hierboven reeds bepaald werd, blijkt dat het van belang is de partiële druk
<EMI ID=99.1>
dat de beste resultaten bekomen worden voor een partiële druk van 02 van nagenoeg 1,5 Torr.
Ook blijkt uit deze figuur dat de verrijkingsfactor
<EMI ID=100.1>
in het gasmengsel zodat voor deze verrijkingsfactor de beste resultaten bekomen worden bij een partiële druk van CF2C12 tussen nagenoeg 0,25 en 1 Torr.
Hierbij dient nochtans opgemerkt te worden dat analoge conclusies kunnen getrokken worden wat betreft de verrijkings-
<EMI ID=101.1>
In figuur 3, die betrekking heeft op een bestraling bij
<EMI ID=102.1>
<EMI ID=103.1>
in functie van de partiële druk van CF2C12 in het gasmengsel voorgesteld bekomen door de bestraling met een CO -laser. waarvan de gasvoeding N2 bevat,wat dus overeenstemt met impulsen van relatief lange duur .Hieruit kan afgeleid worden dat deze verrijkingsfactor eveneens afneemt met de toename van de partiële druk
<EMI ID=104.1> <EMI ID=105.1>
bij voorkeur bij nagenoeg 0,5 Torr bekomen worden.
keur bij nagenoeg 0,5 Torr bekomen worden.
Nochtans, zoals eveneens in figuur 3 voorgesteld werd, is dit niet het geval bij een bestraling met een C02 -laser,
<EMI ID=106.1>
kortere duur zijn. Inderdaad, de open punten van de bovenste kurve van figuur 3 bepalen het verloop van de verrijkings-
<EMI ID=107.1>
<EMI ID=108.1>
geleid worden dat de verrijkingsfactor, op een eerder onverwachte wijze, nagenoeg konstant blijft bij een partiële druk van CF2C12 tussen 0,25 en 4 Torr.
Bovendien, bij vergelijking met de onderliggende kurve, die betrekking heeft op de bestraling van hetzelfde gasmeng-
<EMI ID=109.1>
bevat, stelt men nagenoeg een verdubbeling vast van de ver- rijkingsfactor bij een partiële druk van. 0,25 Torr voor CFZC12 .
Dit verschil neemt natuurlijk toe met een toename van deze partiële druk.
Zij nog vermeld dat de kurven van figuur 3 opgesteld
<EMI ID=110.1>
Figuur 4 heeft betrekking op een grafische voorstelling van'analoge proeven als deze volgens figuren 2 en 3, waarbij <EMI ID=111.1>
uitgevoerd werden.
<EMI ID=112.1>
<EMI ID=113.1>
bij middel van een C02-laser, waarvan de gasvoeding N2 bevat, zoals voorgesteld werd door de volle punten, en een bestraling
<EMI ID=114.1>
bevat, zoals voorgesteld werd door de open punten in figuur 4(a)
<EMI ID=115.1>
met een factor van ongeveer 2 vast bij impulsen met gelijke energie'maar van langere duur, die dus bekomen werden met een
<EMI ID=116.1>
Zoals voorgesteld werd in figuur 4(b), is het mogelijk bij
<EMI ID=117.1>
<EMI ID=118.1>
<EMI ID=119.1>
De vermindering, in functie van de partiële druktoename.
<EMI ID=120.1>
aardig aan deze van de verrijkingsfactor p( <1><3> C/ <1><2> C) , terwijl j de relatieve reactiegraad evenredig is met de relatieve hoe-
<EMI ID=121.1>
Vooral uit figuur 3 kan, volgens de uitvinding, afgeleid worden dat, wanneer de bestraling geschiedt in de band
<EMI ID=122.1>
het gasmengsel te behouden tussen 2 en 4 Torr en gebruik te
<EMI ID=123.1>
Op deze wijze wordt dus het rendement van de verrijking in <EMI ID=124.1> <EMI ID=125.1>
<EMI ID=126.1>
<EMI ID=127.1>
<EMI ID=128.1>
Process for enriching an isotopic mixture
at least one isotope ".
The invention relates to a method for the
enriching a gaseous isotopic mixture to at least
one isotope, more specifically on a separation process
of isotopes in which an IR photon absorption is used for
selectively generating one or more isotopes of the isotopic mixture and wherein a mixture enriched in this or these isotopes is isolated.
<EMI ID = 1.1>
a wave number of 1077 cm. !
<EMI ID = 2.1>
practical, and more specifically an industrial application
<EMI ID = 3.1>
study of isotopic effects on carbon and also make no mention of an enrichment in chlorine isotopes.
The most economically interesting method so far
<EMI ID = 4.1>
up to 90% CO, enriched in 1 <3> C, is obtained by distillation of liquid
<EMI ID = 5.1>
<EMI ID = 6.1>
to lie high.
<EMI ID = 7.1>
According to another particular embodiment of the
<EMI ID = 8.1>
<EMI ID = 9.1>
formed COF2 and a second irradiation is carried out on the residual CF2C12 already enriched in <1> <3> C after the first irradiation.
<EMI ID = 10.1>
<EMI ID = 11.1>
<EMI ID = 12.1>
In a preferred embodiment of the invention, when the irradiation is done at an optical frequency corresponding to a wave number contained in the band.
<EMI ID = 13.1>
the gas feed contains virtually no nitrogen and the partial pressure of CF2 Cl2 in the mixture to be irradiated is maintained between
2 and 4 Torr.
Other features and advantages of the invention will become apparent from the following more concrete description of some embodiments according to the invention; these describe. The invention is given by way of example only and does not limit the invention.
Figure 1 is a graphical representation of the enrichment factors p for carbon and chlorine isotopes in the remaining
<EMI ID = 14.1>
Figure 2 is a graphical representation of the <EMI ID = 15.1>
<EMI ID = 16.1>
mixture.
Figure 3 is a graphical representation of the <EMI ID = 17.1>
<EMI ID = 18.1>
partial pressure of CF2C12 in the gas mixture CF2C12 + 02.
Figure-4 is a graphical representation, on the one hand, of the enrichment factor p (C / C) and, on the other hand, of the enrichment <EMI ID = 19.1> Figure 5 is a schematic representation of a longitudinal section of a part of the device which can be used for practicing the method of the invention.
<EMI ID = 20.1>
range of a CO2 laser. If gaseous freon is irradiated with a pulsed and focused CO2 laser beam,
<EMI ID = 21.1>
For the different isotopic molecules of freon
<EMI ID = 22.1>
<EMI ID = 23.1>
indeed, it is found that some isotopic variety of CF2 Cl2 reacts preferentially. So one obtains, after
<EMI ID = 24.1>
the isotopic composition has changed from the original natural composition.
A specific choice of the radiation area according to the invention shows the energy consumption relative to
<EMI ID = 25.1>
Measurements have shown that the dissolution of a CF2 Cl2 molecule requires approximately 200 IR photons from a TEA-CO2 laser.
A laser impulse of 1 Joule is therefore possible
<EMI ID = 26.1>
efficiency of the laser used is approximately 2% so that 1 Kwh or 3.6 x 106 Joule of primary 'electrical energy, in
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
<EMI ID = 29.1>
According to the invention, a mixture of
<EMI ID = 30.1>
laser beam corresponding to an optical frequency
<EMI ID = 31.1> <EMI ID = 32.1> <EMI ID = 33.1>
The method is based on a series of experimental
<EMI ID = 34.1>
thus means. : the full width of half the height of the amplitude, respectively the full width on the horizontal axis of the amplitude).
<EMI ID = 35.1>
Mod. 203) whose gas supply does not contain N2.
Analogous tests were also carried out on
<EMI ID = 36.1>
<EMI ID = 37.1>
Typical, but not necessarily optimal values, depending on the construction of the CO laser used
<EMI ID = 38.1>
The absolute value of the total flow rate of this gas feed is generally between 1 liter to a few liters per minute, the correct value being not critical and is mainly a function of the repetition frequency of the CO 2 laser of the TEA type and its fabrication details.
<EMI ID = 39.1> <EMI ID = 40.1>
<EMI ID = 41.1>
while the duration of such a pulse is increased by a factor of nearly 20.
<EMI ID = 42.1>
stainless steel with NaCl windows of 3 cm diameter and a total gas volume of 180 cm3. The cell was connected by a needle
<EMI ID = 43.1>
was purified bottle gas by distillation, the irradiations being carried out at room temperature.
For each of these experiments, the enrichment factor was
<EMI ID = 44.1>
<EMI ID = 45.1>
<EMI ID = 46.1>
<EMI ID = 47.1>
after irradiation.
All results were normalized to an incident impulse energy of 1 Joule, a total gas volume of
<EMI ID = 48.1>
or 1500 laser pulses (case of Fig. 3 and 4).
Results regarding the effect of the change of
<EMI ID = 49.1>
<EMI ID = 50.1>
<EMI ID = 51.1>
<EMI ID = 52.1>
<EMI ID = 53.1>
<EMI ID = 54.1>
Furthermore, from the graph of Figure 1, according to the invention
<EMI ID = 55.1>
oxygen is added to the freon in the irradiation cell
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
<EMI ID = 58.1>
number band, but is nevertheless not non-existent. One thus also has the reaction according to the equation:
<EMI ID = 59.1>
The probability per molecule of the reaction of equation (2) is at least 10 times lower than that of the reaction of equation (1).
However, since normally in unirradiated freon the
<EMI ID = 60.1>
<1> <3> COF2 is not pure and this compound is contaminated by the reaction products according to equation (2).
The reaction according to equation (2) is promoted
<EMI ID = 61.1>
<EMI ID = 62.1>
<EMI ID = 63.1>
<EMI ID = 64.1> <EMI ID = 65.1>
is, according to the invention, stopped the moment the
<EMI ID = 66.1>
mark is approximately 10%. ,,
<EMI ID = 67.1>
<EMI ID = 68.1>
to then be subjected to a second analog irradiation. Again the reaction according to the equation (1)
<EMI ID = 69.1>
<EMI ID = 70.1>
<EMI ID = 71.1>
<EMI ID = 72.1>
CF2C12. is the following:
<EMI ID = 73.1>
2) The CO 2 formed and the CF 2 Cl 2 are separated from each other by distillation at about -70 [deg.] C.
3) CO2 is reduced to CO '.
4) Methane is formed by hydrogenation of the CO
<EMI ID = 74.1>
5) The methane is chlorinated according to the reaction:
<EMI ID = 75.1>
<EMI ID = 76.1>
<EMI ID = 77.1>
<EMI ID = 78.1>
to separate..
<EMI ID = 79.1>
subjected to new irradiation with a laser this -
<EMI ID = 80.1>
<EMI ID = 81.1>
is thus in a selective manner promoted and for
<EMI ID = 82.1>
<EMI ID = 83.1>
<EMI ID = 84.1>
<EMI ID = 85.1> <EMI ID = 86.1>
tipping can be accomplished by executing a
<EMI ID = 87.1>
This is also possible by performing irradiation on an analogous mixture within the range 1080-1095
-1 cm.
The industrial separation of chlorine isotopes in one
<EMI ID = 88.1>
radiation by means of a laser in the area
<EMI ID = 89.1>
<EMI ID = 90.1>
<EMI ID = 91.1>
It should also be noted that in Figure 1, between 1060 cm -1 and
<EMI ID = 92.1>
was asked. This is due to the fact that in this area the radiant energy of the CO laser decreases sharply and
<EMI ID = 93.1>
<EMI ID = 94.1>
results already prove to be very useful for a practical application, as will moreover appear below when considering
<EMI ID = 95.1>
<EMI ID = 96.1>
<EMI ID = 97.1>
gas mixture contents and enrichment factor (3 was also determined experimentally and is shown in the graphs of Figures 2 to 4.
From Figure 2, which relates to a radiation treatment,
<EMI ID = 98.1>
whose gas feed does not contain N2 and which has already been determined above, it appears that the partial pressure is important
<EMI ID = 99.1>
that the best results are obtained for a partial pressure of O 2 of almost 1.5 Torr.
This figure also shows that the enrichment factor
<EMI ID = 100.1>
in the gas mixture so that for this enrichment factor the best results are obtained at a partial pressure of CF2 Cl2 between almost 0.25 and 1 Torr.
However, it should be noted that analogous conclusions can be drawn with regard to the enrichment
<EMI ID = 101.1>
In Figure 3, which relates to an irradiation at
<EMI ID = 102.1>
<EMI ID = 103.1>
in function of the partial pressure of CF2Cl2 in the gas mixture, obtained by irradiation with a CO laser. of which the gas supply contains N2, which therefore corresponds to pulses of relatively long duration. From this it can be deduced that this enrichment factor also decreases with the increase of the partial pressure
<EMI ID = 104.1> <EMI ID = 105.1>
preferably at close to 0.5 Torr.
approval can be obtained at almost 0.5 Torr.
However, as was also shown in Figure 3, this is not the case with irradiation with a CO2 laser,
<EMI ID = 106.1>
shorter duration. Indeed, the open points of the top curve of Figure 3 determine the course of the enrichment
<EMI ID = 107.1>
<EMI ID = 108.1>
can be guided that the enrichment factor, in a rather unexpected manner, remains substantially constant at a partial pressure of CF2 Cl2 between 0.25 and 4 Torr.
In addition, when compared to the underlying curve, which relates to the irradiation of the same gas mixture
<EMI ID = 109.1>
the enrichment factor is almost doubled at a partial pressure of. 0.25 Torr for CF2Cl2.
This difference naturally increases with an increase in this partial pressure.
It should also be noted that the curves of Figure 3 are drawn
<EMI ID = 110.1>
Figure 4 relates to a graphical representation of analogous tests such as those of Figures 2 and 3, where <EMI ID = 111.1>
were carried out.
<EMI ID = 112.1>
<EMI ID = 113.1>
by means of a CO2 laser, the gas feed of which contains N2, as represented by the full dots, and an irradiation
<EMI ID = 114.1>
as represented by the open points in Figure 4 (a)
<EMI ID = 115.1>
fixed with a factor of about 2 for impulses with the same energy but of longer duration, which were thus obtained with a
<EMI ID = 116.1>
As suggested in Figure 4 (b), it is possible at
<EMI ID = 117.1>
<EMI ID = 118.1>
<EMI ID = 119.1>
The reduction, as a function of the partial pressure increase.
<EMI ID = 120.1>
quite similar to that of the enrichment factor p (<1> <3> C / <1> <2> C), while j is the relative degree of reaction proportional to the relative amount
<EMI ID = 121.1>
Especially from Figure 3 it can be deduced, according to the invention, that when the irradiation takes place in the tire
<EMI ID = 122.1>
keep the gas mixture between 2 and 4 Torr and use too
<EMI ID = 123.1>
In this way, the efficiency of the enrichment in <EMI ID = 124.1> <EMI ID = 125.1>
<EMI ID = 126.1>
<EMI ID = 127.1>
<EMI ID = 128.1>