DE102018001445B3

DE102018001445B3 - Spaltprodukt-Transmutator

Info

Publication number: DE102018001445B3
Application number: DE102018001445.3A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2038-01-25

Abstract

Spaltprodukt-Transmutator, der sich zusammensetzt aus einer Ionisationskammer (1), einem angeschlossenen Linearbeschleuniger (3), der mittelschwere Ionen auf 10-30 MeV beschleunigen kann, gefolgt von einer Driftröhre (4), die in einer Reaktionskammer mündet (5), wobei die Reaktionskammer (5) unter einer dem Linearbeschleuniger entgegen gesetzten elektrischen Spannung steht, deren Höhe sich nach der Ladungszahl der abzubremsenden Ionen richtet, und in der sich ein Ablenkmagnet (6) befindet, sowie ein Auslass für Reaktionsprodukte (8), der in einem Beam Dump (9) mündet, gekühlt von einem Kühlmittel (10).

Description

Stand der Technik (Eingabe vom 16.11.2018):
Nukleare Spaltprodukte entstehen bei der Spaltung von Atomkernen in Reaktoren und kerntechnischen Versuchsanlagen sowie in Atombomben. Diese Isotope liegen bei Massenzahlen zwischen etwa 80 und 160. Sie sind in der Regel wegen ihres hohen Neutronenüberschusses radioaktiv mit Halbwertszeiten zwischen wenigen Stunden und vielen Jahren. Diese Spaltprodukte werden nach Aufbereitung der abgebrannten Brennelemente separiert und müssen zwischen- bzw. endgelagert werden. Das ist zurzeit das gängige Endstadium bei der Entsorgung. Da Halbwertszeiten aus physikalischen Gründen nicht verkürzt werden können, besteht die einzige Möglichkeit, die Lagerungszeiten dieser radioaktiven Abfälle zu reduzieren in der Verkürzung der Zerfallsketten durch Reduzierung des Neutronenüberschusses der in Frage kommenden Isotope im Vorfeld. Dazu dient die vorgeschlagene Erfindung In dem man sich die Existenz von Giant Dipole Resonances in Atomkernen zunutze macht, kann die Transmutation zu stabileren Kernen beschleunigt werden. Giant Dipole Resonances führen in Atomkernen mit mittleren oder schweren Massenzahlen zu einer Phasen verschobenen kollektiven Oszillation von allen Protonen gegenüber allen Neutronen. Die zur Erregung erforderliche Energie kann durch einen beliebigen Mechanismus erfolgen. Giant Dipole Resonances entstehen bei Energien zwischen 10 und 30 MeV (D. M. Brink: „Giant Resonances inExcited Nuclei", Vortrag bei der PMIPKS, Dresden (2008), P. Chomaz: „Collective Excitations in Nuclei", Ecole Joliot Curie de Physique Nucleaire (1997)). Die Erfindung des Spaltprodukt-Transmutators basiert auf der Erregung und Erzeugung einer Dipole Resonance durch Bremsenergie und dem dadurch einhergehenden Verlust von überschüssigen Neutronen. Es sind Methoden und Vorrichtungen bekannt, die eine Transmutation von Spaltprodukten unter Zuhilfenahme der Giant Dipole Resonances herbeiführen ( US 2002 / 0 169 351 A1 , US 2013 / 0 163 707 A1 ). Die Erzeugung der Giant Dipole Resonances erfolgt jedoch in einem fixierten Target aus Spaltproduktmaterial durch hochenergetische Gamma- oder Röntgenstrahlung, während diese Erfindung die durch die Spaltprodukte selbst erzeugte Bremsstrahlung verwendet.
Ausgestaltung:
Der Transmutator (s. und ) besteht aus folgenden Elementen: einer Ionisationskammer (1), einem angeschlossenen Linearbeschleuniger (3), der mittelschwere Ionen auf 10-30 MeV beschleunigen kann, gefolgt von einer Driftröhre (4), die in einer Reaktionskammer (5) mündet, die unter einer dem Linearbeschleuniger entgegen gesetzten elektrischen Spannung steht, in der sich ein Ablenkmagnet (6) befindet, einem Auslass für Reaktionsprodukte (8), der in einem Beam Dump (9) mündet, gekühlt von einem Kühlmittel (10). Reaktionskammer, Magnet und Beam Dump sind von einem Beton-Schild (11) umgeben.
Funktionsweise (s. Zeichnung des Reaktionsschemas Abbildung 3):
In der Ionenquelle (1) findet eine Komplettionisation ausgesuchter Spaltprodukte (2) statt. Alternativ kann hier auch ein Gemisch unterschiedlicher Spaltprodukte ohne vorherige Separation vorgenommen werden. Die positiv geladenen Kerne der Spaltprodukte werden in den angeschlossenen Linearbeschleuniger (3) gefüttert. Dort werden die Spaltproduktkerne entsprechend ihrer Massenzahl auf Energien zwischen 10 und 30 MeV beschleunigt. Hinter dem Linearbeschleuniger gelangen die beschleunigten Spaltproduktkerne in eine Driftröhre (4), die vollständig evakuiert ist. Hinter der Driftröhre befindet sich die Reaktionskammer (5). In dieser Kammer werden die beschleunigten Spaltproduktkerne durch ein gegenpoliges elektrisches Feld auf Null-Energie gebremst. Die Bremsenergie führt zu einer Anregung der Spaltproduktkerne und erzeugt eine Dipol-Resonanz mit der einhergehenden Abstoßung eines Teils der überschüssigen Neutronen. Dadurch werden Isotopenkerne mit niedrigerer Massenzahl erzeugt (7), die durch ein magnetisches Feld (6) über einen Auslass (8) in den Beam Dump (9) aus der Reaktionskammer geleitet werden. Die Reaktionsprodukte können dann später aus dem Beam Dump separiert werden.

Claims

Spaltprodukt-Transmutator, der sich zusammensetzt aus einer Ionisationskammer (1), einem angeschlossenen Linearbeschleuniger (3), der mittelschwere Ionen auf 10-30 MeV beschleunigen kann, gefolgt von einer Driftröhre (4), die in einer Reaktionskammer mündet (5), wobei die Reaktionskammer (5) unter einer dem Linearbeschleuniger entgegen gesetzten elektrischen Spannung steht, deren Höhe sich nach der Ladungszahl der abzubremsenden Ionen richtet, und in der sich ein Ablenkmagnet (6) befindet, sowie ein Auslass für Reaktionsprodukte (8), der in einem Beam Dump (9) mündet, gekühlt von einem Kühlmittel (10).
Spaltprodukt-Transmutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionskammer (5) die vorher beschleunigten Spaltproduktkerne durch ein gegenpoliges elektrisches Feld auf Null-Energie gebremst werden, und die Bremsenergie zu einer Anregung der Spaltproduktkerne führen und eine Dipol-Resonanz in ihnen erzeugen.
Spaltprodukt-Transmutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch eine Dipol-Resonanz angeregten Spaltproduktkerne eine Abstoßung eines Teils ihrer überschüssigen Neutronen vornehmen, um in den Grundzustand eines anderen Isotops mit gleicher Ordnungszahl über zu gehen.
Spaltprodukt-Transmutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus Spaltprodukten Isotope nahe dem Tal der Stabilität mit geringem Neutronenüberschuss erzeugt werden.
Spaltprodukt-Transmutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in ihm Spaltprodukte aus Kernspaltungen in Isotope gleicher Ordnungszahl mit geringerem Neutronenüberschuss und anderer Halbwertszeit umgewandelt werden können.
Spaltprodukt-Transmutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den in der Ionisationskammer (1) erzeugte Spaltproduktkernen um reine Isotope derselben Ordnungszahl handelt.
Spaltprodukt-Transmutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den in der Ionisationskammer (1) erzeugte Spaltproduktkernen um ein Gemisch aus unterschiedlichen Spaltproduktkernen handeln kann.
Spaltprodukt-Transmutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät neben der Verarbeitung von Spaltprodukten auch für die Verarbeitung von Atomkernen jeglichen anderen radioaktiven Materials angewendet werden kann.
Spaltprodukt-Transmutator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät neben der Verarbeitung von Spaltprodukten auch für die Verarbeitung von Transuranen angewendet werden kann.