DE1959767C2 - Verfahren zur Isotopentrennung - Google Patents
Verfahren zur IsotopentrennungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isotopentrennung,
Insbesondere von Uranisotopen, bei dem die Isotopen In Verbindungen überführt werden, deren Moleküle
eine Absorbtlonsllnle (Rotatlons-Schwingungsllnle) besitzen, die einer Emissionslinie eines Lasers entspricht,
wobei die Isotopen an der Molekülschwingung beteiligt sind und bei dem die Moleküle einer Isotopenart durch
Bestrahlung mit dem Laser selektiv angeregt werden und die Moleküle dieser Isotopenart auf chemischem Wege
von den nicht angeregten Molekülen getrennt werden.
Im Prinzip Ist aus DE-AS 12 56 611 bekannt, daß man
Moleküle Isotopenspezlflsch anregen und die unterschiedlichen
Reaktionsgeschwindigkeiten zur Trennung ausnutzen kann. In Spalte 1, Zellen 25-36 dieser Auslegeschrift
wird beschrieben, daß bei Ausnutzung der unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten des angeregten
Moleküls auf der einen Seite und des nicht angeregten Moleküls auf der anderen Seite die zu erwartenden
Trennungsfaktoren äußerst gering sind, well die Reaktionsgeschwindigkeiten
des angeregten und des nicht angeregten Moleküls nur sehr wenig verschieden sind.
Daher wird vorgeschlagen, die angeregten Moleküle zusätzlich zu ionisieren und die Ionisierten Moleküle aus
dem Gemisch - durch Anlegen eines elektrischen Feldes - abzutrennen. Dies führt jedoch nicht zu einer zufriedenstellenden
Isotopentrennung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Isotopen, insbesondere U235 und U238, In einfachster Welse zu trennen,
als das mit den bisher bekannten Verfahren möglich Ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch Zuführung eines oder mehrerer Reaktionspartner ein Reak-Uonsgemlsch
hergestellt und auf eine Temperatur gebracht wird, bei der ohne Laserbestrahlung gerade noch
keine merkliche chemische Reaktion stattfindet, worauf das Reaktionsgemisch der Laserstrahlung ausgesetzt
wird, und daß nach chemischer Reaktion der angeregten Teile ües Reaktionsgemisches die vorliegenden unterschiedlichen
Stoffe voneinander getrennt werden. Zur Trennung von Uranisotopen wird vorzugsweise auf die
Anwesenheit eines zusätzlichen Reaktionspartners verzichtet und eine Uranverbindung verwendet, die sich bei
Energiezufuhr zersetzt.
Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß die Schwingungsenergie eines Moleküls wesentlich von der
ie Masse der beteiligten Atome abhängt. Für viele Moleküle
gilt eine Formel der Art (dvlv) = d μ/2 μ), d. h. die relative
Änderung der Frequenz Ist gleich V 2 der relativen Änderung der reduzierten Masse μ. Die Definition der
reduzierten Masse μ hängt von der Art des Moleküls ab.
Man kann sich auch auf die Masse des betrachteten Isotops
beziehen. Für bestimmte Normalschwingungen, bei denen sich das Isotop an der Schwingung beteiligt, gilt
dann: Die relative Frequenzänderung ist In der Größenordnung annähernd gleich der relativen Massenänderung.
Die Dopplerbreite der Molekül-Spektrallinien (Absorptlonsllnlen)
liegt je nach der Molekülmasse nur bei einigen zehn Megahertz. Das bedeutet z. B. für das Molekül
UF6, daß die Frequenzverschiebung bei Übergang zum
anderen Uranisotop um zwei bis drei Zehnerpotenzen größer ist als die Linienbreite. Bei Einstrahlung monochromatischen
Lichts In die eine Absorptlonsllnle werden also nur Moleküle mit der betreffenden Isotopemsorte
angeregt, nicht jedoch die anderen Moleküle. Die Anregung ist somit Isotopenspezlflsch.
In dem betrachteten Spektralbereich (nahes bis m Ittleres
Infrarot) stehen Laser mit mehr als 1000 Linien zur Verfügung. Allein der CO2-Laser emittiert Im Spektralberelch
zwischen 9 und 11,5 μπι über 300 Linien, wenn
man die Möglichkeit In Betracht zieht, COrLaser aus
verschiedenen Kohlenstoff- und Sauerstofflsotoperi für den Laser zu verwenden. Der Laser kann In geeigneter
Anordnung selektiv auf jede dieser Linien abgestimmt werden.
Ferner besitzen die Moleküle, von denen ein bestimmtes
Atom nach Isotopen getrennt werden soll, ebenfalls eine große Zahl Linien; es sind zahlreiche Übergänge
zwischen den vielen Rotatlons-Schwlngungs-Nlveaus möglich. Ein bestimmtes Molekül hat je nach dem Aufbau
bis zu einigen hundert Absorptlonsllnlen. Außerdem kann man für die erfindungsgemäße Isotopentrennung
viele unterschiedliche Moleküle in Betracht ziehen, z. B.
UF6 oder UF5CI... oder UCl6.
In Betracht kommen viele anorganisch: oder organl-
w sehe Moleküle. Insgesamt gilt, daß die Absorptionslinien
aller möglichen Moleküle sehr dicht liegen. Der mittlere Abstand der Linien ist weit kleiner als das 300-fache der
mittleren Linienbreite. Das bedeutet, daß mit Sicherheit einige Emlsslonsllnlen der Laser (Insbesondere des CO2-Lasers)
auf bestimmten Absorptlonsllnlen geeigneter Gase liegen.
Die Absorption eines Lichtquants stellt nun eine Energiezufuhr dar, und eine solche Energiezufuhr hat In
bezug auf die Einleitung bestimmter chemischer Reak-Honen denselben Effekt wie eine Temperaturerhöhung.
Absorption bedeutet Schwingungsanregung, Temperaturerhöhung die Zufuhr von kinetischer Energie. Die
Absorption eines Lichtquants von 10,6 μπι Wellenlänge entspricht dabei einer Temperaturerhöhung von ca.
fei 1000 C. Bei Anwesenheit geeigneter Reaktionspartner
erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit. Dieser Prozeß betrifft dann nur die angeregten Moleküle und damit nur
die Moleküle mit einer bestimmten Isotopensorte.
Erfindungsgemäß wird das Reaktionsgemisch vor Einstrahlen des Laserlichtes bereits auf eine definierte, z. B.
erhöhte oder reduzierte Temperatur gebracht. Die Temperatur
soil so gewählt werden, daß gerade noch keine merkliche Umsetzung stattfindet. Die Umsetzung wird
dann durch die Lasereinstrahlung bewirkt und ist isotopenspezlflsch.
Nach Trennung der Moleküle kann man In bekannter Welse wieder das Uranmetall zurückgewinnen.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß man auf die Beimischung eines Zusatzgases
verzichtet und die Tatsache ausnutzt, daß sich die Moleküle
bestimmter Uranverbindungen bei Energiezufuhr
zersetzen. Hler kommen z. B. Verbindungen aus der Gruppe der Uranyle In Betracht, d. h. Verbindungen der
Forme! UO2AB mit UQ2 als zweiwertigem Kalicn und
zwei eventuell gleichen anorganischen oder organischen Anlonen A und B, wobei zu dem Uranylmolekü! noch
ein neutraler Llgand hinzutreten kann. Auch hier kann nach Trennung der zersetzten und nicht zersetzten Moleküle
wieder das Uranmetall zurückgewonnen werden.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Vorteil besteht insbesondere in einer Verbilligung der
Anreicherung von Metallen bestimmter Isotopen, wie z. B. der Anreicherung von U235 für Brennelemente der
Kernenerglegewlnnung.
Claims (2)
1. Verfahren zur Isotopentrennung, Insbesondere von Uranisotopen, bei dem die Isotopen In Verbindungen
überführt werden, deren Moleküle eine Absorbtlonsllnie (Rotatlons-Schwlngungslinle) besitzen,
die einer Emissionslinie eines Lasers entspricht, wobei die Isotopen an der Molekülschwingung beteiligt
sind und bei dem die Moleküle einer Isotopenart durch Bestrahlung mit dem Laser selektiv angeregt
werden und die Moleküle dieser Isotopenart auf chemischem Wege von den nicht angeregten Molekülen
getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zuführung eines oder mehrerer Reaktionspartner
ein Reaktionsgemisch hergestellt und auf eine Temperatur gebracht wird, bei der ohne Laserbestrahlung
gerade noch keine merkliche chemische Reaktion stattfindet, worauf das Reaktionsgemisch der
Laserstrahlung ausgesetzt wird, und daß nach chemischer Reaktion der angeregten Teile des Reaktionsgemisches
die vorliegenden unterschiedlichen Stoffe voneinander getrennt werden.
2. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Trennung von Uranisotopen, dadurch gekennzeichnet,
daß man auf die Anwesenheit eines zusätzlichen Reaktionspartners verzichtet und eine Uranverbindung
verwendet, die sich bei Energiezufuhr zersetzt.
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