DE1259603B - Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation einer Gasmenge, insbesondere zur Isotopentrennung - Google Patents
Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation einer Gasmenge, insbesondere zur IsotopentrennungInfo
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- B04B—CENTRIFUGES
- B04B5/00—Other centrifuges
- B04B5/08—Centrifuges for separating predominantly gaseous mixtures
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
GOIn
Deutsche KL: 421-3/09
Nummer: 1259 603
Aktenzeichen: L 29147IX b/421
Anmeldetag: 23. November 1957
Auslegetag: 25. Januar 1968
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation einer Gasmenge, insbesondere
zur Isotopenanreicherung in einer ruhenden Zentrifugentrommel, bestehend aus einem vorzugsweise
rotationssymmetrischen Gehäuse mit axial symmetrischer Anordnung eines elektrischen Stromes einer
Gasentladung und eines zu diesem mindestens mit einer nicht verschwindenden Komponente senkrecht
stehenden magnetischen Feldes, wobei die mit hoher Umlaufgeschwindigkeit sich bewegenden geladenen
Teilchen aus der Gasentladung im Magnetfeld durch teilweise Weitergabe ihrer Energie durch Stoß an die
ungeladenen Teilchen die Gesamtgasmasse in Rotation versetzen.
Es ist bereits eine Einrichtung zur Erzeugung von Überschall-Windgeschwindigkeit bekannt, die eine
zylindrische Kammer aus einem Isolierstoff, welche von einem der Zylinderachse parallelen Magnetfeld
durchsetzt wird, besitzt. Eine zylindrische Elektrode befindet sich in der Zylinderachse, eine zweite Elektrode
wird von einem Ring gebildet, der die Zylinderelektrode in ihrem mittleren Teil umgibt. Die Kammer
ist mit Luft von einer Dichte gefüllt, bei welcher die mittlere Stoßzeit von Elektronen viel größer als
ihre Zyklotronperiodizität und die mittlere Stoßzeit von Ionen viel kleiner als ihre Zyklotronperiodizität
ist. Die beiden Elektroden werden an eine so hohe Spannung angeschlossen, daß zwischen ihnen eine
Bogenentladung auftritt. In einer solchen Einrichtung wird im Betrieb eine Rotation der Luftfüllung der
Kammer hervorgebracht, welche Windgeschwindigkeiten größer als die Schallgeschwindigkeit erzielen
lassen soll.
Nachstehend wird die Erfindung auf dem Anwendungsgebiet der Isotopenanreicherung näher erläutert.
Zur Isotopentrennung ist eine Vorrichtung bekannt, welche mit elektrischen und magnetischen Feldern
nach dem Prinzip des Massenspektrographen arbeitet. Grundlage der Trennungswirkung sind bei dieser Vorrichtung
also die ungestörten Bahnen von Ionen in elektrischen und magnetischen Feldern. Eine solche
bekannte Vorrichtung zur Trennung ionisierter Teilchen weist eine zylindrische Spulenanordnung auf,
welche ein axiales Magnetfeld erzeugt. Innerhalb dieses Feldes befinden sich drei konzentrische zylindrische
Elektroden, deren Zylinderachsen parallel zur Magnetfeldrichtung sind. Die beiden inneren Zylinderelektroden
besitzen in ihrem mittleren Teil längs ihres Umfanges Schlitze für den Durchtritt ionisierter
Teilchen. Alle Elektroden sind in eine zu evakuierende Kammer eingeschlossen.
Zur Trennung von positiv geladenen Teilchen, Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation einer
Gasmenge, insbesondere zur Isotopentrennung
Gasmenge, insbesondere zur Isotopentrennung
Anmelder:
Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
6000 Frankfurt, Theodor-Stern-Kai 1
Als Erfinder benannt:
Dr. phil. Karl Steimel,
6240 Königstein-Johanniswald
Dr. phil. Karl Steimel,
6240 Königstein-Johanniswald
welche in der Symmetrieachse der Elektroden- und Magnetfeldanordnung erzeugt werden, erhält die innere
Zylinderelektrode das Potential der Ionenquelle, während die mittlere und die äußere Zylinderelektrode
das gleiche negative Potential erhalten. In dieser Weise wird ein elektrisches Feld in radialer Richtung, also
senkrecht zu dem magnetischen Feld erzeugt. Die negative Vorspannung der mittleren und der äußeren
Zylinderelektrode wird durch die Masse der zu trennenden Ionen und die Feldstärke des Magnetfeldes
bestimmt. Die Ionen gelangen von dem Erzeugungsraum durch die Schlitze der inneren Elektrode in den
Raum zwischen der mittleren und der äußeren Elektrode. Sind das elektrische und das magnetische Feld
bezüglich ihrer Größe aufeinander abgestimmt, werden die Ionen mit größerer Masse (schwerere Isotope
eines Elementes) auf der Innenseite der äußeren Elektrode und die Ionen mit kleinerer Masse (leichtere
Isotope eines Elementes) auf der Außenseite der mittleren Elektrode aufgefangen. Der Massendurchsatz
einer solchen Einrichtung ist schon wegen der Notwendigkeit der Trennung der Stoffmenge im höchsten
Vakuum außerordentlich klein. Außerdem ist die zu trennende Stoffmenge in Ionen zu überführen.
Eine Einrichtung zur Gewinnung von Isotopen, welche in einer Kammer eine in bezug auf die Achse
der Kammer axialsymmetrische Anordnung eines elektrischen Stromes einer Gasentladung und eines zu
diesem mindestens mit einer nicht verschwindenden Komponente senkrecht stehenden magnetischen Feldes
besitzt und eine Gasmasse mit einem Druck enthält, bei dem die mittlere Stoßzahl der Gasteilchen
pro Zeiteinheit größer als die doppelte Frequenz der Periodizität der Bewegung eines Gasions ist, die dieses
in einem Magnetfeld von der gleichen Richtung bei Abwesenheit aller übrigen Gasteilchen ausführen
würde, ermöglicht die Isotopenanreicherung indem
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die mit hoher Umfangsgeschwindigkeit auf die in Ro- Scheibenebene parallel zur Symmetrieachse durch-
tation gebrachte Gasmasse wirkende Zentrifugalkraft setzendes Magnetfeld erzeugt.
ausgenutzt wird, welche eine Anreicherung des schwe- An der wulstf örmigen Erweiterung des Entladungs-
reren Isotops gegen die Kammerwand hin und dem- gefäßes ist ein Gasauslaß angebracht, der durch den
entsprechend eine Anreicherung des leichteren Iso- 5 Ringtorus des Magneten hindurchgeführt ist. Wird an
tops gegen die Kammerachse hin hervorruft. die beiden Elektroden eine genügend hohe Spannung
Bei derartigen Einrichtungen droht der elektrische angelegt, so fließt zwischen diesen ein elektrischer
Strom der Gasentladung, insbesondere dann, wenn Strom, und zwar senkrecht zu dem axial gerichteten
der Gasdruck nicht optimal eingehalten wird, sich zu- Magnetfeld. Die entstehende Rotation der in dem
sammenzuschnüren und im Magnetfeld zu rotieren. io scheibenförmigen Entladungsgefäß befindlichen Gas-
Beispielsweise findet man bei einer rotationssymme- menge bringt in der wulstförmigen Erweiterung des
taschen Anordnung eines axialgerichteten Magnet- Scheibenrandes eine Druckerhöhung und in der Sym-
feldes und eines senkrecht zu diesem verlaufenden metrieachse eine Druckerniedrigung hervor, welche
elektrischen Stromes einer Gasentladung zwischen z. B. zum Abpumpen einer Gasmenge eines an den
einer kreisringförmigen und einer axialen, zylindri- 15 Pumpstutzen anzuschließenden Behälters dienen
sehen Elektrode, daß die Entladung sich zusammen- kann.
schnürt und wie eine Speiche eines Rades im Magnet- Nachfolgend werden drei Beispiele für Vorrichtun-
feld rotiert. gen zur Isotopenanreicherung beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- F i g. 1 zeigt in zum Teil schematischer Darstellung
gründe, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Ro- 20 einen Teil eines Schnittes einer Einrichtung nach
tation in einer Gasmenge, insbesondere zur Isotopen- einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
anreicherung in einer ruhenden Zentrifugentrommel Die Elektrodenanordnung für die elektrische Gas-
zu schaffen. entladung besteht bei diesem Beispiel aus einer
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch peripheren kreiszylindermantelförmigen Elektrode 1,
gelöst, daß mindestens eine der Elektroden der Gas- 25 welche erfindungsgemäß längs des Kreisumfanges in
entladung in Segmente aufgeteilt ist und in den Strom- Stücke, also in Segmente, unterteilt ist, in deren
Zuleitungen zu den Segmenten jeweils ein Vorwider- Stromzuleitungen jeweils ein Vorwiderstand oder/und
stand oder/und eine Drosselspule liegt. Durch diese eine Drosselspule liegt, sowie aus einer zentralen
erfindungsgemäße Anordnung der Elektroden und Elektrode! mit zwei zueinander parallel und zur
der Stromzuführung für eine elektrische Entladung 30 Symmetrieachse konzentrischen Ringscheiben. Diese
kann bei einer Einrichtung mit axialsymmetrischer Ringscheiben 2 sind symmetrisch zu einer Ebene
Anordnung eines elektrischen Stromes einer Gas- senkrecht zur Symmetrieachse angeordnet, wobei in
entladung und eines zu diesem mindestens mit einer dieser Ebene der elektrische Strom der Gasentladung
nicht verschwindenden Komponente senkrecht stehen- fließt. Das magnetische Feld wird durch die beiden
den magnetischen Feldes eine gleichmäßige Vertei- 35 kreisringförmigen und zur Symmetrieachse konzentrilung
des elektrischen Stromes der Entladung auf den sehen Magnetpole 3 und 4 erzeugt. Es steht senkrecht
gesamten Stromraum erreicht werden. Wenn der zu dem radial fließenden Entladungsstrom. Diese AnStrom
in einer der Zuleitungen zu den Segmenten Ordnung ermöglicht eine besonders günstige Stabiliinfolge
einer Störung in dem Entladungsstromraum sierung der elektrischen Entladung, wobei die periabzunehmen
droht, steigt die Spannung an dem be- 40 phere kreiszylindermantelförmige Elektrode 1 durch
treffenden Segment an und zieht wieder einen größe- ihre Unterteilung in Segmente und die Ausbildung der
ren Strom auf dieses Segment. Diese Homogenisie- Stromzuleitungen zu den Segmenten eine azimutale
rung der elektrischen Entladung ist besonders für eine Homogenisierung hervorbringt. Außerdem bewirken
Vorrichtung zur Isotopenanreicherung von Vorteil, die zentralen kreisringscheibenförmigen Elektrodenbei
welcher zum Zentrifugieren erne Gasmasse in Ro- 45 teile 2 durch ihre symmetrische Lage zu der genanntation
versetzt wird. Sie ermöglicht eine Steigerung ten Ebene senkrecht zur Symmetrieachse und gegebedes
Durchsatzes durch eine Erhöhung der Anreiche- nenfalls in den Stromzuleitungen zu den beiden Elekrung,
indem eine Verwirbelung der rotierenden Gas- trodenteilen2 vorzusehende Vorwiderstände oder/und
masse verringert und die Umfangsgeschwindigkeit Drosselspulen eine axiale Gleichmäßigkeit der Stromvergrößert
werden kann. 5" verteilung der Gasentladung.
Mit einer solchen Einrichtung, bei welcher in einer Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung
rotationssymmetrischen Anordnung eine Gasmenge in wird an Hand der F i g. 2 erläutert, welche in zum
Rotation versetzt wird, kann ferner eine Pumpwirkung Teil schematischer Darstellung einen Teil einer Einauf
eine Gasmenge oder eine Uberschall-Wind- richtung gemäß der Erfindung in einem Schnitt senkgeschwindigkeit
der Gasmenge erzeugt werden. Eine 55 recht zur Symmetrieachse der Anordnung zeigt. Die
Einrichtung für diesen Zweck besitzt vorzugsweise ein Elektrodenanordnung weist eine periphere, beispielsscheibenförmiges
Entladungsgefäß mit einem senk- weise kreiszylindermantelförmige Elektrode 5 und
recht zur Scheibenebene in der Symmetrieachse her- eine ringscheibenförmige zentrale Elektrode 6 auf, die
ausgeführten Pumpstutzen. Das Entladungsgefäß nach der Erfindung in Segmente unterteilt ist, in deren
weist am Scheibenrand eine wulstförmige Erweiterung 60 Stromzuleitungen jeweils ein Vorwiderstand oder/und
auf, in welcher sich ein als Elektrode dienender Me- eine Drosselspule liegt. Das magnetische Feld steht
tallring befindet. Eme zweite, bolzenförmige Elek- senkrecht zu dem radial fließenden Entladungsstrom
trode ist in der Symmetrieachse des Entladungs- und kann durch zwei kreisringförmige und zur Symgefäßes
angeordnet. Durch einen Magneten von der metrieachse konzentrische Magnetpole erzeugt wer-Form
eines Ringtorus, der die wulstförmige Erweite- 65 den, von welchen F i g. 2 lediglich einen, mit 7 berung
des Entladungsgefäßes einschließt und einen zeichneten, zeigt. Eine günstige Ausbildung dieser
kreisringförmigen, die Scheibenebene des Entladungs- Anordnung kann dadurch erhalten werden, daß die
gefäßes aufnehmenden Spalt aufweist, wird ein die Elektrodenanordnung eine periphere Zylindermantel-
förmige Elektrode 5 sowie zwei zentrale ringscheibenförmige,
parallele, konzentrische, in Segmente unterteilt und symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zur
Symmetrieachse angeordnete Elektroden 6 aufweist, wobei in den Stromzuleitungen zu den beiden Segmenten
der zentralen Elektroden 6 jeweils ein Vorwiderstand oder/und eine Drosselspule liegt.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Elektrodenanordnung für die Gasentladung einer Einrichtung
zur Erzeugung der Rotation einer Gasmenge ist nicht daran gebunden, daß die Gasentladung radial brennt
und das Magnetfeld axiale Richtung besitzt. Vielmehr kann das Magnetfeld radiale (axialsymmetrische)
Richtung haben und der elektrische Strom der Gasentladung in axialer Richtung fließen sowie jede Kornbination
von Magnetfeld und Stromrichtung vorgesehen werden, sofern die Richtungen von Magnetfeld
und elektrischem Strom vorwiegend senkrecht zueinander stehen und axiale Symmetrie der Gesamtanordnung
von elektrischem Strom der Gasentladung und zu diesem mindestens mit einer nicht verschwindenden
Komponente senkrecht stehendem magnetischem Feld vorliegt.
Ein zweckmäßiges Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das magnetische Feld radiale Richtung
und Rotationssymmetrie hat und der elektrische Strom der Gasentladung in axialer Richtung und
axial- oder rotationssymmetrisch, also senkrecht zum magnetischen Feld fließt, zeigt Fi g. 3.
Die Elektrodenanordnung dieses Beispiels besitzt zwei parallele, zur Symmetrieachse konzentrische,
ringscheibenförmige Elektroden 8 und 9, welche beide in Segmente, also Kreisbogenstücke, aufgeteilt sind.
In den Stromzuleitungen zu den Segmenten der Elektroden 8 und 9 liegt jeweils ein Vorwiderstand oder/
und eine Drosselspule. Das magnetische Feld wird durch eine ringförmige Anordnung von sektorförmigen
Magneten hervorgebracht. Der gleiche Pol, z. B. der S-PoI 10, der Magneten bildet den zentralen Pol
und der andere Pol, als in diesem Beispiel der N-PoI 11 des Magneten, bildet den peripheren Pol der Magnetanordnung.
Claims (7)
1. Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation einer Gasmenge, insbesondere zur Isotopenanreicherung
in einer ruhenden Zentrifugentrommel, bestehend aus einem vorzugsweise rotationssymmetrischen
Gehäuse mit axialsymmetrischer Anordnung eines elektrischen Stromes einer Gasentladung
und eines zu diesem mindestens mit einer nicht verschwindenden Komponente senkrecht
stehenden magnetischen Feldes, wobei die mit hoher Umlaufgeschwindigkeit sich bewegenden
geladenen Teilchen aus der Gasentladung im Magnetfeld durch teilweise Weitergabe ihrer Energie
durch Stoß an die ungeladenen Teilchen die Gesamtgasmasse in Rotation versetzen, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden der Gasentladung in Segmente aufgeteilt
ist und in den Stromzuleitungen zu den Segmenten jeweils ein Vorwiderstand oder/und
eine Drosselspule liegt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung eine
zylindermantelförmige, insbesondere periphere Elektrode aufweist und diese Elektrode in Segmente
aufgeteilt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung eine
ringscheibenförmige, insbesondere zentrale Elektrode aufweist und diese Elektrode in Segmente
aufgeteilt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung eine
periphere und in Segmente unterteilte Elektrode sowie solche zentrale, scheiben- oder ringscheibenförmige
zueinander parallele und zur Symmetrieachse konzentrische Elektroden aufweist, in
deren Stromzuleitungen jeweils ein Vorwiderstand oder/und eine Drosselspule liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen scheiben- oder
ringscheibenförmigen Elektroden symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zur Symmetrieachse angeordnet
sind, wobei in dieser Ebene der Entladungsstrom senkrecht zum magnetischen Feld oder zu einer nicht verschwindenden Komponente
des magnetischen Feldes verläuft.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung eine
periphere zylindermantelförmige Elektrode sowie zwei zentrale ringscheibenförmige, parallele, konzentrische,
in Segmente unterteilte und symmetrisch zu einer Ebene, senkecht zur Symmetrieachse
angeordnete Elektroden aufweist und in den Stromzuführungen der beiden zentralen Elektroden
jeweils ein Vorwiderstand oder/und eine Drosselspule liegt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung zwei
parallele, zur Symmetrieachse konzentrische, scheibenförmige Elektroden aufweist und beide
Elektroden in Segmente aufgeteilt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 724 056, 2 724 057;
Physical Review, 79 (1950), S. 186.
USA.-Patentschriften Nr. 2 724 056, 2 724 057;
Physical Review, 79 (1950), S. 186.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 720/236 1.68 © Bundesdruckerei Berlin
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEL29147A DE1259603B (de) | 1957-10-30 | 1957-11-23 | Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation einer Gasmenge, insbesondere zur Isotopentrennung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1215694X | 1957-10-30 | ||
DEL29147A DE1259603B (de) | 1957-10-30 | 1957-11-23 | Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation einer Gasmenge, insbesondere zur Isotopentrennung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1259603B true DE1259603B (de) | 1968-01-25 |
Family
ID=25985152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEL29147A Pending DE1259603B (de) | 1957-10-30 | 1957-11-23 | Einrichtung zur Erzeugung einer Rotation einer Gasmenge, insbesondere zur Isotopentrennung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1259603B (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2724057A (en) * | 1944-01-21 | 1955-11-15 | Westinghouse Electric Corp | Ionic centrifuge |
US2724056A (en) * | 1942-06-19 | 1955-11-15 | Westinghouse Electric Corp | Ionic centrifuge |
-
1957
- 1957-11-23 DE DEL29147A patent/DE1259603B/de active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2724056A (en) * | 1942-06-19 | 1955-11-15 | Westinghouse Electric Corp | Ionic centrifuge |
US2724057A (en) * | 1944-01-21 | 1955-11-15 | Westinghouse Electric Corp | Ionic centrifuge |
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