DE2153182A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Uran Isotopen Anreicherung mittels Gasdiffusion - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl-ing. H. HAUCK · dipl-phys. W. S

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTBLIiUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NETJEBWAU 41

TEI.. 38 74 28 UND 38 4110

TELEGH. NBGEDAPATENT HAMBURG

MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 23

IEI.938O986

Montecatini EdiSOn S.p.A. telegr. negbdapatent München

31, Foro Buonaparte

Mailand/Italien Hamburg, £5, g^i ^j

Verfahren und Vorrichtung zur Uran-Isotopen-Anreicherung mittels Gasdiffusion

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von Uranhexafluorid (UFg) mit seinem leichtesten Bestandteil (U ^ Fg) mittels Gasdiffusion durch einen Satz poröser Membrane, genannt "Barrieren".

Darüberhinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, also eine: Vorrichtung, die

2*5*5

die Anreicherung von Uran mit U ^J-^> in Menge und Konzentration derart gestattet, daß die laufende Nachfrage des verbrauchenden Marktes zufriedengestellt wird.

Es ist bekannt, daß Uran in der Natur hauptsächlich in Form von zwei Isotopen gefunden wird, und zu etwa 0,71% aus U²³⁵ und zu etwa 99,28% aus U²³⁸ besteht.

209819/0953

2153192

Um Kernbrennstoff für Reaktoren des sogenannten "ange-

2^55

reicherten Urantyps^w herzustellen, muß die U -Konzentration auf einen wesentlich höheren Wert, im allgemeinen auf 2 bis 5% gebracht werden. Ein bekanntes Verfahren, eine solche Anreicherung zu erzielen, basiert auf dem Prinzip, gasförmiges UFg - genauer gesagt, ein Isotopengemisch von natürlichem UFg - durch eine Vielzahl von geeigneten porösen Membranen, genannt "Barrieren¹¹, diffundieren zu lassen.

Im Fall des UFg beträgt die Anreicherung an seiner leichten Komponente, dem U ^ Fg, die durch Gasdiffusion des Isotopengemisches durch eine Barriere erreicht wird, etwa 2 %o (pro mil), so daß das Gemisch den Diffusionsvorgang viele Male durchmachen muß, um die natürliche Konzentration an U ^ auf die für den Gebrauch eforderliche Konzentration zu bringen·

Um dieses Ziel zu erreichen, weisen die Gasdiffusionsanlagen zur Urananreicherung nach der gegenwärtigen Technologie eine sehr hohe Zahl (beispielsweise 1500 bis 2000) elementarer, geeignet miteinander verbundener Diffusionsabschnitte auf.

Jeder Grundabschnitt - wie in der hier beigefügten Fig. 1 zu sehen - besteht aus drei Hauptabschnitten, nämlich:

- 3 209819/0953

dem Kompressorabschnitt A, welcher den Druck des Gasgemisches (wenn mehrere Abschnitte in Kaskadenschaltung untereinander verbunden sind, wie später erklärt wird) von dem Wert nach Austritt aus den Barrieren Xu de» beim Eintritt in die Barrieren erforderlichen Wert bringt; einen Wärmeaustauscher B, welcher die Wärme, die sich infolge der Gasverdichtung entwickelt hat, mittels eines geeigneten Kühlmittels eliminiert; einen zweckentsprechenden Diffuseur C, die fundamentale Einheit der Vorrichtung.

Der Diffuseur besteht aus einem absolut gasdichten Gehäuse, das im Inneren mit einer oder mehreren Rohrwänden versehen ist. Die rohrförmigen Barrieren D, in Sätzen mit geeigneten Abständen gruppiert, sind vollständig gasdicht elastisch mit den Rohrwänden verbunden. Die Barrieren teilen folglich den Diffuseur in zwei Kammern mit relativ hohem und niedrigem Druck.

Das Gas tritt am Ende E in den Diffuseur ein, strömt entlang der rohrförmigen Barrieren, durch welche es zum Teil diffundiert. Das diffundierte Gas sammelt sich in den Niedrdruckkammern, aus welchen es am Punkt F durch eine geeignete Austrittsöffnung entnommen wird. Das Gas, das nicht diffundierte,

19/09 5 3

wird aus dem Diffuseur am anderen Ende G entfernt.

In jedem Grundabschnitt findet nur eine Diffusion durch die Barrieren statt.

Folglich hat der Einspeisestrom, wenn er den Abschnitt verläßt, eine Aufspaltung in einen Strom, der in seiner Konzentration an U Fg um etwa 2 %o angereichert ist, und in einen an U Fg verarmten Strom erfahren.

Die Grundabschnitte sind kaskadenartig miteinander verbunden, z.B. wie im Diagramm der beigefügten Fig. 2 gezeigt.

Vorri chtung-

Das Bezugszeichen H zeigt schematisch die Anlageeinspeisesteile an.

Bei einem allgemeinen Abschnitt wird der diffundierte und folglich angereicherte Strom F zum folgenden Abschnitt geführt, während der nicht diffundierte, verarmte Strom G zum vorangegangenen Abschnitt zurückgeführt wird. Der Einspeisestrom eines allgemeinen Abschnittes besteht daher aus dem angereicherten Strom, der von der vorangegangenen Stufe kommt, und dem verarmten Strom, der von der folgenden Stufe kommt.

209819/0953

Umlaufverdichter, die in regelmäßigen Abständen entlang dem Kaskadenkreis angeschlossen sind, einen für mehrere Stufen, komprimieren das nicht-diffundierte Gas in der Weise, daß der Druckverlust ausgeglichen wird. Der Kaskadenkreis wird an der Stelle H mit einem Strom mit der natürlichen U ^- Konzentration beschickt und liefert beides, den "Produkt-¹¹ Strom und den "Abfall-" Strom mit höherer bzw» niedrigerer Konzentration als der Konzentration des Einspeisestroms. Die Stelle H, wo der Einspeisestrom eingelassen wird, teilt den Kaskadenkreis in zwei Abschnitte, einen Anreicherungsabschnitt und einen Verarmungsabschnitt oder Rückgewinnungsabschnitt, wobei die Einspeiseströme der Grundabschnitte - und folglich auch die diffundierten austretenden Ströme, welche dem Einspeisestrom proportional sind - abnehmen, wenn die Konzentration an einem der Isotope des Gemisches ansteigt.

Die Kaskadenkreistheorie beweist, daß die geringste Arbeit für die Gasverdichtung durch eine "ideale" Kaskade erreicht wird, bei der die Dimensionen der Grundabschnitte . xon Abschnitt zu Abschnitt verschieden und den entsprechenden Strömen genau proportional sind.

Bei einem Betriebsabschnitt ist aus wirtschaftlichen Gründen das Kaskadensystem in einen Satz von Unter-Anlagen, "Stufen" genannt, unterteilt, Alle Stufen der Abschnitte sind unter-

- 6 209819/0953

einander gleich und so dimensioniert, daß sie so weit wie möglich dem theoretischen Verlauf der diffundierten austretenden Ströme entsprechen.

Die Gasdiffusionsanlagen für die Urananreicherung sind so geplant, daß sie kontinuierlich laufen: Alle Berechnungen und Konstruktionsmaßnahmen werden so vorgenommen, daß sie dazu bettragen, den relevanten hohen Ausnutzungskoeffizienten zu sichern.

Darüberhinaus ist das Inbetriebsetzen einer großen Gasdiffusionsanlage eine komplizierte Operation, welche eine Anlaufzeit von Monaten erforderlich macht.

Wenn die Anlage in Betrieb gesetzt ist, nimmt sie eine volle Beschickung natürlichen Uranhexafluorids auf. Dann beginnt eine unproduktive Periode, während welcher jede Zuführung und jeder Abzug abgeschaltet sind, und eine stufenweise Anreicherung und Verarmung des Gasgemisches findet in den verschiedenen Abschnitten statt, bis in den letzten Anreicherungsund Verarmungs-Abschnitten die vorgeschriebenen Konzentrationen erreicht sind.

In diesem Augenblick beginnt das Abziehen des Produktes und das Abgases,und die Anlage wird mit natürlichem Uranhexafluorid beschickt: Eine weitere Zeit ist erforderlich, bis die vorge-

- 7 -209819/0 9 53

wemttngflgeeehwindigkeit erreicht ßiüd.

Der Fachmann weiß, daß die üblichen Isotopentrennungsanlagen zur Erzeugung angereicherten Urans groß dimension!θ> te industrielle Anlagen sind, welche sehr hohe Anlage- und Betriebskosten erforderlich machen, und zu sehr hohen Produktionskapazitäten führen, welche in vielen Fällen die tatsächliche Aufnahmemöglichkeit eines ganzen Marktes, selbst wenn er national ist, überschreiten.

zu Es ist auch bekannt, daß kleine Anlagen nicht/der ihrer verminderten Produktionskapazität entsprechenden Gesamtersparnis führen, sondern im Gegenteil eine merkliche Erhöhung der Kosten pro Produktionseinheit verursachen. Beim gegenwärtigen Stand der Technik ist der Grenzwert der Wettbewerbskapazität an Produktionskosten für eine Diffusionsanlage erreicht, die für eine Produktionskapazität von rund 700 bis 1000 t/Jahr angereichertes Uran ausgelegt ist. Eine solche Produktion übersteigt in vielen Fällen den tatsächlichen Bedarf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anreicherung des Uranisotops zu schaffen, das auf der Gasdiffusion basiert, bei welchem aber die Produktionskapazitäten im Vergleich zu den in den bekannten AnIa-

209819/0953

gen verringert ist, angereichertes Uran mit dem erforderlichen Anreicherungsgrad erzeugt wird und daruberhinaus die Kosten nicht merklich erhöht werden. Daruberhinaus soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, welche eine sehr viel kleinere Zahl von Grundabsöhnitten umfaßt; die Vorrichtung soll in der Lage sein - Abschnitt für Abschnitt entsprechend dem Prinzip der Gasdiffusion arbeitend - in Übereinstimmung mit einem geeigneten Punktionsschema in der Weise zu arbeiten, daß Produktionskapazitäten und Anreicherungsgrade, die dem tatsächlichen Bedarf entsprechen, möglich sind, wobei im Gegensatz zu den bisher bekannten Vorrichtungen sehr geringe Anlage und Bedienungskosten erforderlich sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Uranisotopenanreicherung, bei welchem von Grundabschnitten, die funktionell und strukturell den bekannten, zur Uranisotopenanreicherung durch Gasphasendiffusion verwendeten identisch sind, Gebrauch gemacht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein natürlicher UFg-Strom auf die erforderliche U -^Fg-Konzentration mittels aufeinanderfolgender Teilanreicherungen allmählich ansteigenden Grades angereichert wird, insbesondere dadurch, daß man genau festgelegte Sätze bekannter Grundabschnitte in aufeinander folgenden

209819/0953

2153152

Perioden unterschiedlicher Dauer, entsprechend den darauffolgenden Arbeitspositionen oder Phasen arbeiten läßt unter Zuführung von Strömen mit verschiedenen, im vraus festgelegten Anreicherungsgraden, wobei diese Ströme mit Uranmengen unterschiedlicher und allmählich steigender Anreicherung erhalten werden, indem demselben Satz von Grundabschnitten in jeder folgenden Prozeßphase oder Arbeitsposition der mit U ^ angereicherte Strom und der an U * verarmte Strom (nachfolgend der Einfachheit halber mit angereichertem bzw. verarmtem Strom bezeichnet) aus den beiden benachbarten Arbeitspositinen zugeführt werden, und diese Beschickung wiederholt oder umgewechselt wird, bis die für den angereicherten und den verarmten Strom erforderliche Konzentration erreicht ist.

Genauer gesagt, sieht das Stufen-für-Stufen- oder Phasen-zuPhasen-Anreicherungsverfahren nach der Erfindung für seine Leistung regelmäßigen Betriebsbedingungen und am Ende jeder Arbeitsposition eine Folge von Arbeitsgängen vor, die bestehen aus Anhalten des Diffusionsprozesses, Speichern der angereicherten und der verarmten Ströme getrennt voneinander,Entleeren der Grundabschnitte (das Gas jedes Abschnitts wird getrennt gespeichert), Wiederfüllen der Abschnitte mit Gasmengen vorher hergestellten unterschiedlichen und geeigneten Anreicherungsgrades entsprechend den Graden, die für die Leistung regelmäßigen Betriebsbedingungen in der folgenden Arbeitspositior

erforderlich

- 10 209819/0953

sind, wobei die Folge dieser Arbeitsgänge, an die sich das Umwechseln der Einspeiseströme anschließt, dem regulären Betrieb des Satzes von Abschnitten in allen verschiedenen folgenden Arbeitspositionen zur Erreichung des erforderlichen Endgrades im angereicherten wie im verarmten Strom angemessen ist.

Alle unterschiedlich stark angereicherten Gasmengen, die * nach Betriebssnde von jeder Betriebsposition abgezogen werden, nämlich bei jedem Wechsel des zugeführten, des angereicherten und des verarmten Gasstroms, werden erfindungsgemäß vorzugsweise in flüssiger Form bei geeignetem Druck und geeigneter Temperatur gespeichert.

Die Vorrichtung, die besonders zur Verwirklichung des vorstehend beschriebenen Gasdiffusions-Anreicherungsverfahrens geeignet ist, besteht erfindungsgemäß aus einem Satz von Grundabschnitten bekannter Art, die kaskadenartig mitein- ^ ander verbunden sind derart, daß am Betriebsschluß jede Arbeitsposition mit Mengen von angereichertem und verarmtem Gas versehen sind, einem Einspeisekompressor und einem Wärmeaustauscher, mit jedem Grundabschnitt verbunden, und einem Umlaufverdichter, der mit den Abschnittsätzen verbunden ist; die Vorrichtung ist ferner gekennzeichnet

- 11 -

209819/0953

durch Speicher- void. Arbeitsbehälter für die zeitweilige Speicherung in der Vorrichtung arbeitenden angereicherten und verarmten Gasmengen, einem Satz von Bedienungsbehältern für die zeitweilige Speicherung von Gasmengen unterschiedlichen Anreicherungsgrades in federn Grundabschnitt bei nicht laufender Vorrichtung, Verflüssigungsmittel für die Speicherung der verschiedenen Gasmengen in flüssiger Form, wobei die Grundabschnitte sowie die Arbeits- und Bedienungsbehälter nach einem Arbeitsdiagramm so untereinander verbunden sind, daß der Betrieb der Vorrichtung gemäß seinen vorher festgelegten aufeinanderfolgenden Arbeitspositionen arbeiten kann, bis der angereicherte und der verarmte Strom den für den Bedarf erforderlichen Anreicherungsgrad erreicht hat, mittels aufeinanderfolgendem Wechsel von Anreicherungs- und Verarmungsposition sowie durch Umwechseln von Arbeits- zu Evakuierungsabschnitten und nachfolgendem Füllen derselben mit unterschiedlich angereichertem Gas.

Die Erfindung soll nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform, auf die die Erfindung aber nicht beschränkt ist, genauer beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 einen beispielhaften Grundabschnitt bekannter Art, wie er in Gasdiffusionsanlagen üblicher Arbeitsweise zur Anreicherung von UF_ß benutzt wird.

- 12 -

209819/0953

Fig. 2 eine - beispielhafte Kaskadenverbindung für den Satz von Grundabschnitten, wie er bei den Gasdiffusionsanlagen üblicher Art benutzt wird.

Fig. 3 einen Satz von kaskadenartig untereinander verbundenen Grundabschnitten, aus welchen die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgebaut ist, fertig zum Arbeiten in einer typischen Arbeitsposition, die mit "i" bezeichnet ist.

Fig. 4 im Gegensatz dazu neun aufeinanderfolgende Arbeitspositionen des einfachen Satzes von Grundabschnitten, wobei die Positionen erfindungsgemäß in der Lage sind, am Ende einen angereicherten und einen verarmten Strom, beide mit der erforderlichen Konzentration, zu liefern.

Fig. 5 die Vorrichtung bei der Evakuierungsphase der Abschnitte, und zwar wenn die erste Phase der Vorrichtung von der Arbeitsposition "i" in die folgende Position "i+1" übergeht.

Fig. 6 die gleiche Vorrichtung in der Auffüllphase der Abschnitte, nämlich die zweite Phase der Vorrichtung beim Umwechseln von der Arbeitsposition "i" in die folgende Position "i+1".

- 13 -

-2 09819/0953

Wie bereits gesagt, besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß ein gut abgegrenzter Satz von Grundabschnitten bekannter Art (ein solcher ist vorstehend beschrieben und in den Figuren 1 und 2 gezeigt) zu verschiedenen Zeiten

und mit Beschickungen entsprechend unterschiedlichem, aller
mählich ansteigendem Anre leimungsgrad arbeiten.

Die Zahl der Grundabschnitte, welche die Vorrichtung nach der Erfindung bilden, ist in der Praxis ein Bruchteil (z.B. ein Zehntel) der Zahl von Abschnitten, die zur Erhaltung der erforderlichen Anreicherung bei einer bekannten Anlage nötig wäre.

Fig. 3 zeigt als Beispiel eine Vorrichtung mit 20 kaskadenartig verbundenen Grundabschnitten, wobei jeder Abschnitt, wie schon beschrieben und in Fig. 1 gezeigt, ausgeführt ist. Diese Vorrichtung ist daher für eine einzige■Stufe angelegt (alle Abschnitte sind gleich dimensioniert) und der Rück .-tfüftrungsteil umfaßt, im Fall der Fig. 3, sechs Abschnitte, während der Anreicherungsteil vierzehn Abschnitte einschließt. Die Fig. -3 wird nachstehend genauer beschrieben.

Die vorstehende Erläuterung macht deutlich, daß, wenn die Vorrichtung gemäß Fig. 3 mit einem Strom einer bestimmten U²^F₆-Konzentration gespeist wird, zwei Ströme - mit höherer

- 14 -

209819/0953

bzw. niedrigerer Konzentration - an den Enden erhalten werden. Das Anreicherungsverfahren gemäß der Erfindung sieht eine vorübergehende Speicherung der am Ende erhaltenen Ströme in geeigneten Arbeitsbehältern (wie nachstehend genauer beschrieben) vor, aus welchen das Gas zur Beschickung der gleichen Vorrichtung in den folgenden Phasen abgezogen werden kann; ferner werden die Beschickungs-, Anreicherungsund Verarmungspositionen der Vorrichtung periodisch von bestimmten Betriebsspeicherbehältern zu anderen ähnlichen Behältern, welche geeignet angereichertes Gas enthalten, umgewechselt.

Sollte z. B. die Vorrichtung einen Strom erzeugen, bei welehern die U ^J -Konzentration um ein konstantes Verhältnis K (z.B. 1,2) höher liegt als bei dem ihr zugeführten Strom, und bei welchem entsprechend ein um dasselbe Verhältnis gegenüber dem zugeführten Strom verarmter Strom anfällt, und sollte die Vorrichtung für eine bestimmte Zeit von den Betriebsbehältern, in welchen Uranhexafluorid mit einer um 1% angereicherten U -Konzentration gespeichert sind, gespeist werden, werden ein um 1,2J6 angereicherter und dementsprechend ein um 0,8396 verarmter Strom erhalten und in geeigneten Betriebsbehältern gespeichert.

Nach einer gewissen Zeit, bestimmt durch den Arbeitaausführungsablauf, während der die Vorrichtung unter den oben genau angegebenen Bedingungen arbeitet - und wenn der Beschidcungs betriebsbehälter praktisch evakuiert worden ist, während die

209819/0953 - 15 -

Schluß-Speicherbehälter mehr oder weniger teilweise gefüllt sind -, wird der Betrieb der Vorrichtung angehalten. Ein Umwechseln oder Umschalten wird ausgeführt und die Vorrichtung wird unter neuen Bedingungen in Betrieb gehalten, unter welchen das Uraitexafluorid aus dem "vorher gefüllten" Behälter mit einer 1,20%igen Anreicherung abgezogen wird, während die neuen Endströme in die entsprechenden Betriebsbehälter, einer mit 1,44?ό Anreicherung, der andere mit 1%Anreicherung, geleitet werden. Durch mehrmalige Wiederholung dieses Umwechselvorgpiges kommt eine Arbeitsphase, während der die Vorrichtung Uran mit dem gewünschten Anreicherungsgrad liefert, und umgekehrt eine andere Phase, während welcher die Vorrichtung einen verarmten Strom liefert mit einer Konzentration, die gleich der der verarmten Ströme der üblichen Gasdiffusionsanlagen ist.

Die Notwendigkeit des periodischen Umwechseins zieht die Vorsehung geeigneter Bedienungsbehälter nach sich; die Uranhexafluorid-Mengen, die in den verschiedenen Grundabschnitten enthalten sind, sind tatsächlich nicht vernachlässigbar und gelegentlichtdes Umwechseins könnten sie mit Gas anderen Anreicherungsgrades in Kontakt kommen. Ein Vorgang der Zerstörung mit Bezug auf die Anreicherung würde eintreten,und dies ist generell nicht akzeptabel.

- 16 -

209819/0953

Um eine solche Zersetzung zu vermeiden, ist es notwendig, daß Gas, das in jedem Grundabschnitt enthalten ist, abzuziehen und in einem geeigneten Bedienungsbehälter bei in Ruhe befindlicherVorrichtung, wenn jeder Vorrichtungsbetrieb vorüber ist, zu speichern.

Danach wird damit begonnen, jeden Grundabschnitt mit Gas zu füllen, das vorher in geeigneten Behältern gespeichert worden ist und einen Anreicherungsgrad hat, der dem für die neue Arbeitsphase erforderlichen Anreicherungsgrad entspricht.

Die Zahl der Bedienungsbehälter, die bei der erfindungsgeraäßen Vorrichtung erforderlich ist, ist etwa gleich der Zahl der Abschnitte, die bei einer üblichen Vorrichtung zur Isotopentrennung durch Gasdiffusion vorgesehen ist, um die gleiche Isotopen-Endkonzentration zu erhalten.

Jeder der Bedienungsbehälter ist so ausgelegt, daß er die Menge, die in jedem Grundabschnitt athalten ist, speichern kann. Die Speicherung des Uranhexafluorids wird vorzugsweise in flüssiger Phase vorgenommen.

Die Speicherung des Gases wird vorzugsweise in flüssiger Phase unter geeignetem Druck und bei geeigneter Temperatur

- 17 - 209819/0953

vorgenommen, auch was die Arbeits- und. Speicher-Behälter betrifft.

Anders als bei den üblichen Vorrichtungen können erfindungsgemäß die Abschnitts-Ströme und -Dimensionen alle gleich sein, weil die Betriebszeiten der Vorrichtung für die verschiedenen Arbeitsphasen oder Positionen variieren. Nachstehend wird eine Vorrichtung, die zur Verwirklichung des Anreicherungsverfahrens nach der Erfindung besonders geeignet ist, als Beigiel gebracht, wobei insbesondere auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.

Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung umfaßt 20 gleiche, kaskadenartig miteinander verbundene Grundabschnitte} die Rückgewinnungs- und die Anreicherungs-Teile umfassen 6 bzw. 14 Abschnitte.

Mit S_w , S_p und S_w sind in den Figuren die Arbeitsbehäl-

*i *i ^wi
ter, die für den Einspeisestrom, den angereicherten und den verarmten Strom in der typischen Arbeitsposition "!"benutzt werden, bezeichnet . F bezeichnet den Einspeisestrom, L die angereicherten Ströme jedes Abschnittes, W den verarmten Strom und P den bis zur gewünschten Konzentxabion angereicher-

2
ten Strom. N, KN, KN ... usw. bedeuten die Anreicherungen,

- 18 -

209819/0953

während K eine Zahl ist, die das Verhältnis zwischen der Isotopenanreicherung und dem Zuführungsstrom sowie der Verarmung bedeutet; dieses Verhältnis ist für alle Arbeitspositionen konstant.

Die verschiedenen Abschnitte sind in Fig. 3* fortlaufend

von 1 bis 20 durchnumeriert und so miteinander verbunden Betrieb

den, daß sie ^.i«-F«eh*4e» der Vorrichtung in einer typischen Position ^Miⁿ zeigen.

Fig. 4 zeigt schematisch neun Arbeitspositionen der Vorrichtung, nämlich neun aufeinanderfolgende Arbeitsphasen der gleichen Vorrichtung unter verschiedenen Anreicherungsabschnitten.

Zur besseren Verdeutlichung ist die Vorrichtung in jeder Arbeitsposition in zwei Teile ⁿAⁿ und "R" unterteilt, welehe den Anreicherungs-Abschnittseatz und den Verarmungssatz darstellen}; in der Fig. sind die Arbeitsbehälter mit S™ »S„ , ...St, bezeichnet, während S_x, und S._T die Abschluß-

^F1 ^F2 ^F9 ^Po ^Wo

behälter für die Speicherung des am Schluß erhaltenen An-

reicherungs- und Verarmungs-Produktes vorgesehen sind. P, W, F und N, KN ...K¹⁰N haben die gleiche Bedeutung, wie oben mit Bezug auf Fig. 3 angegeben.

- 19 -

209819/0953

Die Vorrichtung ist aus den Teilen A und R aufgebaut, bestellend aus 20 Grundabschnitten (wie in Fig. 3 gezeigt untereinander verbunden). Die verschiedenen Arbeitspositionen sind fortlaufend von 1 bis 9, von unten nach oben in der Figur, durchnumeriert.

der regelmäßige Betrieb
Bevor die-^ttdttty-eperation¹¹ der Vorrichtung, nämlich die Reihe der Umwechselungs- oder Umstellvorgänge, die die Vorrichtung unter den neu«i vorgesehenen Arbeitspositionen arbeiten lassen, erklärt wird, sollen ein paar Bemerkungen, von denen einige schon weiter vorn gebracht sind,vorausgeschickt werden.

Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung arbeitet in jeder Arbeitsposition den Einspeisestrom F auf und liefert den angereicherten Strom P und den verarmten Strom W. Das Verhältnis zwischen der Isotopenanreicherung und dem zugeführten Strom bzw. dem verarmten Strom ist für alle Betriebspositionen immer konstant« Es entspricht für die typische Arbeitsposition i:

K = Np /Ν« =Np /N_w *i *i *i ^Wi

worin N_D , N₁-, , N_u die Anreicherungen der oben spezifizier-

*i *i ^wi
ten Ströme bedeuten. _ 20 -

9819/Π95 3

Wie Fig. 4 deutlich zeigt, sind die Vorrichtungsarbeitspositionen in der Weise entworfen, daß

„ +1 _ N_p

^Fi - ^Pi

N_p = N_p
^Fi ^Pi

bei zwei aufeinanderfolgenden Arbeitspositionen erhaltenwerden.

Während eines ganzen Arbätszyklus wird die Vorrichtung, wie weiter vorn bereits erklärt, in allen neun Arbeitspositionen umgeschaltet.

Wie Fig. 4 zeigt, gibt die Vorrichtung in Position T einen verarmten Strom mit der Konzentration N ab, die Position 5 wird von außen mit einem Gas einer Konzentration KN beschickt, Position 9 gibt ein Produkt mit der Konzentration (oder Anreicherung) K N ab. Wie bereits gesagt, variiert die Zeit für die verschiedenen Operationsßhasen von Position zu Position.

Vorausgesetzt, als bauliches Kennzeichen, die Umwechselung von KN stimmt mit der des natürlichen U₁-, überein, so teilt

^F6 die Beschickungsposition 5 (Fig. 4) die Arbeitspositionen in

- 21 -

zwei Felder, eines für die Anreicherung (Positiorai6 bis 9) und das andere für die Rückgewinnung (Positionen 4 bis D.

Wenn die drei folgenden Arbeitspositionen betrachtet werden und ⁿTiⁿ die Zeit für die typische Phase ⁿiⁿ bedeutet, ergibt sich die folgende Gleichung:

^Fi'^Ti "

Läßt man die Vorrichtung in allen vorgesehenen Arbeitspositionen im Nennbetrieb arbeiten, wie bereits angedeutet, so ist es notwendig, einen Satz von Bedienungsbehältern vorzusehen, die die nötigen UFg-Mengen mit dem jeweils geeigneten Anreicherungsgrad enthalten. Auf diese Weise bringt das Umstellen der Vorrichtung von einer Arbeitsposition in die darauf folgende keine Schwierigkeiten hinsichtlich der vorgegebenen Nennbetriebsbedingunpn mit sich. Das Gas, Stufe für Stufe ersetzt, läßt die Vorrichtung immer in den verschiedenen Arbeitspositionen in Nennbetrieb bleiben.

Die UFg-Mengen mit dem geeigneten Anreicherungsgrad werden er- findungsgemäß im Startzeitpunkt der Vorrichtung erhalten, welcher einen vollen Arbeitszyklus einschließt (z. B. neun Arbeitspositionen, wie weiter vorn für den normalen Betrieb angenommen) und der sich über eine Zeit abspielt, die ausreicht, daß sich das Gas in den Bedienungsbehältern in den

-2 2-

2Q9d19/09S3

M_engen und mit dem notwendigen Anreicherungsgrad ansammeln kann, so daß die Vorrichtung danach in allen neun vorgesehenen Arbeitspositionen in Betrieb gehalten werden kann»

Das Starten bzw· Inbetriebsetzen der Vorrichtung kann erfindungsgemäß wie folgt ausgeführt werden·

Wenn die Vorrichtung in Betrieb gesetzt wird, wird sie zuerst evakuiert und alle ihre Abschnitte werden dann vollständig mit Uranhexafluorid mit natürlicher j ^ -Konzentration gefüllt.

Die Vorrichtung wird danach in Betriebsbedingung veraetzt und in dieser Situation so lange laufengelassen, daß die Ansammlung der UPg-Menge, die für den Betrieb der Vorrichtung in beiden benachbarten Arbeitspostfcionen benötigt wird, in den beiden Abschlußarbeitsbehältern gewährleistet ist.

Die Vorrichtung wird angehalten, die Abschnitte werden evakuiert durch Füllen der entsprechenden Betriebsbehälter, welche auf diese Weise für die folgende normale Arbeit bereit sind.

Die Vorrichtung wird wieder mit UEV gefüllt, das von einem der beiden oben angegebenen Arbeitsbehältern (z.B. dem Be-

- 23 -

209819/Ü3S3

hälter S_p ),kommt, und in die Betriebsbedingung für diese neue Arbeitsposition gebracht. Nach einer geeigneten Laufzeit wird die Vorrichtung angdalten und Abschnitt für Abschnitt entleert, so daß neue Betriebsbehälter bereitgemacht werden.

Die Vorrichtung wird dann mit dem in dieser zweiten Arbeitsposition erzeugten UFg gefüllt und die schon beschriebenen Arbeitsweisen werden wiederholt. Durch Beibehalten dieser Aktion werden alle relevanten Bedienungsbehälter mit UFg, das den nötigen Anreicherungsgrad aufweist, gefüllt, sobald die Vorrichtung in allen Arbeitspositionen, die für den Anreicherungsabschnitt vorgesehen sind, aufgehört hat zu arbeiten.

Die gleichen Arbeiten werden wiederholt, indem die Vorrichtung mit dem in den Behältern S„ , S₁-, , S„ , S_w gespeicherist ^F4 ^F3 ^F2 ^F1

ten Gas gespeist wc und man die Vorrichtung in den entsprechenden Rückgewinnungsarbeitspositionen arbeiten läßt.

Am Schluß des ganzen Zyklus ist die Vorrichtung fertig, um mit ihrer Dienstleistung, ihrer Funktion, zu beginnen.

Es ist in der Tat klar, daß, wenn die benötigten Mengen UFg mit dem geeigneten Anreicherungsgrad in den Bedienungsbehäl-

- 24 209819/09S3

tern gespeichert worden sind, die Arbeiten zum Umstellen der Vorrichtung von einer Arbeitsposition auf die folgende keinerlei Betriebseinstellungsprobleme mit sich bringen. Durch den Gasaustausch Stufe für Stufe wird die Vorrichtung betriebsbereit.

Die Gesamtzeit, die benötigt wird, um eine Vorrichtung nach der Erfindung in ihre Betriebsbedingung zu bringen, ist daher die Summe der "una tantunP-Zeiten, die erforderlich sind, um die Betriebsbedingungen in den verschiedenen Arbeitspositionen der Vonichtung herzustellen.

Erinnern wir uns an die bauliche Anordnung (Fig. 3) und das Arbeitsdiagramm der Vorrichtung (Fig. 4) sich vor Augen haltend, bildet sich der reguläre Betrieb der Vorrichtung, wie nachstehend als Beispiel genauer angegeben, aus.

Der Speicherbehälter Sp (Fig. 4) - welcher Gas enthält, das er während des Starts der Vorrichtung erhalten hat und welches eine Anreicherung KN aufweist, nämlich Gas mit einer Konzentration, die um das Kfache höher ist als die Konzentration N, die für den Verarmungs-Endstrom festgelegt ist wird als Beschickung F der Vorrichtung in ihrer ersten Arbeitsposition bereitgestellt.

- 25 -209819/0953

Wenn der Beschickungsbehälter S„ bereit ist, wird die Vorrichtung Abschnitt für Abschnitt mit Gas gefüllt, das aus den vorher gefüllten Bedienungsbehältern entnommen wird und unterschiedlichen Anreicherungsgrad hat, so daß die Vorrichtung ihre Betriebsarbeit entsprechend der Beschickung Sp entwickelt. Die Vorrichtung wird dann so lange in Betrieb gehalten, wie erforderlich ist, um den Beschickungsstrom diffundieren zu lassen. Wenn diese Betriebszeit beendet ist, wird die Vorrichtung angehalten, der diffundierte Strom mit der Konzentration Kl wird im Behälter S„ gesammelt (der schon bereit-

² 2

gestellt ist und Gas mit der Anreicherung KN enthält), während der abgegebene verarmte Strom ¹¹W" mit der Anreicherung "N" in S_w gespeichert und sicher abgelassen

"o
wird. Die verschiedenen Abschnitte werden entleert und das Gas von jedem der Abschnitte in entsprechenden Bedienungsbehältem gespeichert.

Die Vorrichtung wird dann in ihrer zweiten Arbeitsposition laufengelassen, indem zuerst die Abschnitte mit Gasmengen mit den Anreicherungsgraden, die für den Betrieb, der der Beschickung KN des Gases des Behälters S_F entspricht,

*2

gefüllt werden (die Gasmengen werden aus den Bedienungsabgezogen
behältern g«#üll4, die während des Arbeitsbeginns fertig-

- 26 -

209819/0953

gemacht wurden). Unter diesen Bedingungen wird die Vorrichtung in Betrieb gesetzt und angehalten, nachdem die Gasmengen entsprechend dieser Arbeitsposition behandelt worden sind. Alle diese Vorgänge - sie sind schon für das Laufen der Vorrichtung in der ersten Arbeitsposition beschrieben - werden wiederholt.

Die folgenden dritten und vierter. Hrbeitspositionen werden in der gleichen Weise durchgeführt. In dsr fünften Position wird die Vorrichtung nich/¹* nur mit Ga3 aus dem

Behälter S- gefüllt (welches die Lvreicnerung ¥?Jü hat),

^F5
sondern auch mit neuem Naturgas in solchen Mengen, c?ie

ausreichen, das abgelassene Gas (w } der Konzentration N und das fertig angereicherte Gas P mit der Konzentration

10
KN zu kompensieren. Die Vorrichtiing läuft dam, insaer unter Wiederholung der schon beschriebenen Arbeitsweisen, in den Arbeitspositionen 5, 6, 7, 8 und 9. Die letzte Position läßt das Produkt oder den angereicherten Strom mit

1Ω

der Konzentration KN erhalten (der direkt industriell verwertbar is>) und den verarmten oder Abfallstrom KN, welcher im Behälter S_F gespeichert wird.

235
Die Gasmenge, in der das U ^ so angereichert ist, wie es für den Bedarf benötigt wird, und die verarmte Gasmenge

- 27 -

209819/0953

mit der Konzentration N, die gleich der Konzentration, die für den Abgasstrom festgelegt ist, ist, werden am Ende eines vollen Zyklus (neun Arbeitspositionen)erhalten . Es ist möglich, Gasmengen zu erhalten, die so angereichert sind, wie es erforderlich ist und dem Bedarf entspricht, in-dem diese ganzen Zyklen mehrere Male wiederholt werden.

Die Folge der neun Arbeitspositionen, die einen ganzen Arbeitszyklus ausmachen, kann auch z.B. die folgende sein: Die Vorrichtung wird in ihrer fünften Arbeitsposition mit Naturgas, das dem Gas im Behälter S„ zugefügt ist, be-

5 schickt (wobei immer die schon beschriebene Entleerung und Füllung der Abschnitte vorgenommen wird). Dann läßt man die Vorrichtung in der fünften, sechsten, siebten, achten und neunten Arbeitsposition arbeiten. Am Schluß wird ein Gasstrom, der entsprechend dem Bedarf angereichert ist, und ein

verarmter Strom ¥ einer Anreicherung K N erhalten. Dieser zuletzt genannte Strom, in S^ gespeichert, wird zur Beschickung der Vorrichtung in ihrer achten Arbeitsposition benutzt,und das gleiche wird herunter bis zur Arbeitsposition fünf gemacht. So sind zwei Anreicherungshalbkreise verwirklicht (von Position fünf bis neun und von Position neun zu fünf). Der Betrieb wird dann auf Position yier umgestellt, beschickt mit Gas vom .behälter S₁-, , und die Arbeitspositionen 3, 2 und 1 werden, wie bereits gesagt, betrieben. Die Position 5

- 28 -

9-819/0953

wird wieder aufgenommen und mit Gas vom Behälter S„ sowie mit Naturgas beschickt. Die andern beiden Rückgewinnungshalbzyklen werden durch den gleichen Betrieb mit einbezogen, was insgesamt vier Halbzyklen, d.h. zwei Vollzyklen ausmacht.

Die Speicherung der verschiedenen Gasmengen wird für alle Arbeitsphasen in den entsprechenden Behältern in flüssiger Form bei geeigneten Temperaturen und Drücken vorgenommen. Die Speicherbedingungen werden hier nicht beschrieben oder durch Zeichnungen veranschaulicht, da sie dem Fachmann bekannt sind.

Die Entleerungs- und Füll-Phasen sind in den Figuren 5 und 6 gezeigt. Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung, bestehend aus 20 Grundabschnitten, in ihrer typischen Arbeitsposition "i¹,¹ bei welcher das Gas in den Bedienungsbehältern S., 1; S., 2 ... S., 20; S.. _Λ, gespeichert wird.

X 1+ 1,1

Fig. 6 zeigt die Vorrichtungsfüllphase, nämlich die Phase der Umstellung von der Arbeitsposition "i" auf die folgende Position "i-

Ein weiteres Eingehen auf diese Figuren erübrigt sich, da sie sich von selbst erklären.

- 29 -

209819/0953

Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Zahl der Bedienungsbehälter sogar kleiner sein, als das Produkt der mit den Arbeitspositionen multiplizierten Abschnitte. Dies kann durch teilweises Mischen von Gas, das in den verschiedenen Abschnitten enthalten ist, oder durch geeignetes Beteiligen der ganzen Abschnitte zwischen den Anreicherungs- und den Rückgewinnungs-Feldern erreicht werden.

Wie bereits gesagt, wird bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung - ohne irgendwelche strukturelle Änderung - von der Wirkungsweise der Gasdiffusions-Grundabschnitte und vielen Einheiten dieser Abschnitte, z.B.den Abschnitts- und Rückgewinnungs-Verdichtern sowie den Wärmeaustauschern Gebrauch gemacht. Verfahren und Vorrichtung sind trotzdem erfinderisch, gleichgültig, wie die Gastrennungsgrundheit erdacht und verwirklicht ist. Sie kann tatsächlich auch so verwirklicht werden, daß von der Ultrazentrifugentechnik, von Trenndüseneinheiten oder anderen Ausführungsformen, die auf bekannten Abtrennungssystemen basieren, Gebrauch gemacht wird.

Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung werden stationäre Mittel zur Verbindung der verschiedenen Abschnitte mit den Arbeitsund den Bedienungsbehältern vorgesehen. Die Behälter können

- 30 -

209019/0953

so $ber die verschiedenen Abschnitte (entsprechend den

Arbeitspositionen) mittels Drosselventilen, welche eine vorbestimmte Regulierung der Beschickung, Entleerung und Füllung der gleichen Stufen ermöglichen, umgeschaltet werden. Die verschiedenen Behälter können darüberhinaus mit den Abschnitten durch geeignet angeordnete Rohre verbunden werden, es können aber auch Rohre oder Leitungen für die Beschickung, den verarmtem Strom und den angereicherten Strom jedes Abschnitts verwendet werden.

Zur besseren Erklärung werdanachstehend zud, praktische. Beispiele gebracht, auf welche, jedoch die Erfindung leicht beschränkt ist.

Beispiel I

Die Vorrichtung nach der Erfindung wurde in der Weise ausgelegt, daß sie durch Gasdiffusion ein Uranhexafluorid mit einem U²³⁵-Gehalt von 5,3559* und < auf 0,1855$ verarmt ist, erzeugte.

einem U ^ -Gehalt von 5,355# und einen UFg-Abgasstrom, der

Die Vorrichtung bestand aus 208 gleichen Grundabschnitten bekannter Art, die in Kaskadenverbindung untereinander ver-

bunden waren. Jeder Abschnitt hatte eine 1918 m -große Barrierenfläche, die Gesamtoberfläche der Barrieren machte folglich (für 208 Abschnitte) 398 950 m² aus.

- 31 -

209319/0953

Die Barrieren boten eine 1,735 kg UFg/m².h.cm Hg-Durchlässigkeit, ihre Poren hatten einen Durchmesser von 1/100 Mikron. Die Barrieren arbeiteten bei einem Aufströmdruck von 40 cmHg und einem Abströmdruck von 4 cmHg.

Der Beschickungsstrom jedes Abschnittes betrug 66,55 kg UFg/sec, etwa die Hälfte davon diffundierte durch die Barrieren, während die andere Hälfte zurückgeführt wurde.

Die Vorrichtung wurde in neun aufeinanderfolgenden Funktionspositionen (Fig. 4) gehalten. Neun Arbeitsbehälter waren daher für ein Gesamtvolumen von 73 m·' (UFg wurde in Flüssigphase gespeichert) vorgesehen. Die Zahl der Betriebsbehälter betrug 1872, d.h. sie entsprach der Zahl der Abschnitte (208), multipliziert mit den neun Arbeitspositionen, jeder Behälter hatte eine Kapazität, so daß er etwa 116 kg UFg in flüaiger Phase speichern konnte.

Nachdem die Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, gestartet worden war, und nachdem alle Speicherbehälter (Arbeits- und Bedienungsbehälter) vorher vorbereitet worden waren, war lie Vorrichtung in allen neun Arbeitspositionen betriebsbereit. In der ersten Position gab sie

- 32 -

ein Gas mit einer Konzentration von 0,185% ab. In der fünften Position wurde sie mit UFg der natürlichen Konzentration beschickt, während in ihrer letzten Position das abgegebene UFg die gewünschte Anreicherung (5,355%) aufwies.

Die Vorrichtung wurde in jeder Arbeitsposition mit einem Strom von 0,67 kg UFg/sec beschickt, gab einen angereicherten Strom von 0,28 kg UFg/sec ab, während der verarmte Abgasstrom am Schluß mit 0,39 kg UFg/sec bestimmt wurde.

Die Konzentrationen an U -⁷^ hatten immer das konstante Verhältnis Ks 1,4 mit Bezug auf den angereicherten, den verarmten und den Beschickungsstrom.

Um eine Menge natürlichen UFg, die einer Beschickung von 1029,65 t/Jahr entspricht, zu verarbeiten und 104,76 t auf 5,355% an U²·⁵⁵ angereichertem UFg und 924,89 t von

um 0,185% an U ^ verarmtem UFg zu verarbeiten, wurde die Vorrichtung - mit einem Ausnutzungskoeffizienten von 95% - 69 vollen Arbeitszyklen unterworfen, wobei jeder Zyklus 120 Stunden dauerte, und jeder Zyklus durch alle neun Arbeitspositionen ging.

- 33 -

209819/0953

Die Vorrichtung war mit einer geeigneten Anzahl von Abschnitts- und Rückführungskompressoren sowie Wärmeaustauschern (bekannter Art) versehen, um die vorgesehenen Drücke vor und hinter jeder Barriere sicherzustellen.

Beispiel II

Die Vorrichtung nach der Erfindung wurde in der Veise ausgelegt, daß sie durch Gasdiffusion ein Uranhexafluorid mit einem U ^ -Gehalt von 3,8% und einen UFg-Abgasstrom, der auf Ο,199ό verarmt ist, erzeugte.

Die Vorrichtung bestand aus 210 gleichen Grundabschnitten bekannter Art, die in Kaskadenverbindung untereinander verbunden waren. Jeder Abschnitt hatte eine 3087 m -große Barrierenfläche, die Gesamtoberfläche der Barrieren machte folglich (für 210 Abschnitte) 648 862 m² aus.

Die Barrieren boten eine 1,735 kg UFg/m .h.cm. Hg-Durchlässigkeit, ihre Poren hatten einen Durchmesser von 1/100 Mikron. Die Barrieren arbeiteten bei einem Aufstiäbdruck von 40 cmHg und einem Abströmdruck von 4 cmHg.

Der Beschickungsstrom jedes Abschnittes betrug 107,118 kg UFg/sec, etwa die Hälfte davon diffundierte durch die Barrieren, während die andere Hälfte zurückgeführt wurde.

- 33a 209819/09S3

Die Vorrichtung wurde in 12 aufeinanderfolgenden Funktionspositionen (Fig. 4) gehalten. 12 Arbeitsbehälter waren daher für das Gesamtvolumen (UFg wurde in Flüssigphase gespeichert) vorgesehen. Die Zahl der Betriebsbehälter betrug 1365.

Nachdem die Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, gestartet worden war, und nachdem alle Speicherbehälter (Arbeits- und Bedienungsbehälter) vorher vorbereitet worden waren, wa-r die Vorrichtung in allen 12 Arbeitspositionen betriebsbereit. In der ersten Position gab sie ein Gas mit einer Konzentration von 0,19196 ab. In der fünften Position wurde sie mit UFg der natürlidsn Konzentration beschickt, während in ihrer letzten Position das abgegebene die gewünschte Anreicherung (5,85ε)aufwies.

Die Vorrichtung wurde in jeder Arbeitsposition mit einem Strom von 1,2054 kg UFg/sec beschickt, gab einen angereicherten Strom von 0,5241 kg UFg/sec ab, während der verarmte Abgasstrom am Schluß mit 0,6813 kg UFg/sec bestimmt wurde,

Die Konzentratiorman U ^ hatten immer das konstante Verhältnis K = 1,3 mit Bezug auf den angereicherten, den verarmten und den Beschickungsstrom .

- 33b -

209013/0953

Um eine Menge natürlichen UFg, die einer Beschickung von 756,950 t/Jahr entspricht, zu verarbeiten und 70,117 t auf 5,8% an U ^JJ angereichertem UFg und 868,833 t von um 0,191% an U verarmten UFg zu verarbeiten, wurde die Vorrichtung 55 vollen Arbeitszyklen unterworfen, wobei jeder Zyklus 150 Stunden dauerte, und jeder Zyklus durch alle 12 Arbeitspositionen ging.

Die Vorrichtung war mit einer geeigneten Anzahl von Abschnitts- und Rückführungskompressoren sowie Wärmeaustauschern (bekannter Art) versehen, um die vorgesehenen Drücke vor und hinter jeder Barriere sicherzustellen.

Selbstverständlich sind Änderungen, funktionelle und strukturelle Äquivalente bei der vorstehend beschriebenen Erfindung möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

209819/Π9Β3

Claims (14)

Patentansprüche ;

1. Verfahren zur Uranisotopen-Anreicherung, bei welchem von Grundabschnitten bekannter Art, wie sie für die Anreicherung von Uran durch Gasdiffusion verwendet werden, Gebrauch gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein natürlicher Uranhexafluorid-Strom auf die erforderliche U ^V-Tg-Konzentration mittels aufeinanderfolgender Teilanreicherungen allmählich ansteigenden Grades angereichert wird, indem man genau festgelegte Sätze von Grundabschnitten in aufeinanderfolgenden Perioden und unterschiedlichen Zeiten, entsprechend den folgenden Arbeitspositionen mit Beschickungsströmen unterschiedlichen, vorher bestimmten Anreicherungsgraden speist, wobei diese unterschiedlichen und allmählich zunehmenden Anreicherungsgrade durch die

beiden benachbarten Arbeitspositionen erreicht werft

^ den, vorzugsweise das Gas jedes Abschnitts mit anderem Gas einer solchen Konzentration ersetzt wird, daß der Abschnittsatz in jeder seiner Arbeitsposition in Betrieb ixt, und abschließend das Beschicken und das Gasersetzen mehrere Ma*»le wiederholt oder Stufe für Stufe umgewechselt wird, bis die erforderliche Endkonzentration sowohl im angereicherten wie im verarmten Strom erreicht ist.

- 35 209819/0953

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umstellung der Beschickungsströme und das Ersetzen des Gases Abschnitt für Abschnitt am Ende jeder Arbeitsposition vorgenommen wird und darin besteht, daß der Diffusionsprozeß gestoppt wird, die angereicherten und verarmten Ströme getrennt gespeichert werden, alle Grundabschnitte entleert und das Gas jedes Grundabschnitts SBparat gespeichert wird, diese Abschnitte mit Mengen vorher hergestellten Gases mit von Abschnitt zu Abschnitt zunehmenden Anreicherungsgrad, der für den Betrieb der folgenden Funktionsposition erforderlich ist, gefüllt werden, und daß die Folgen von Operationen zusammen mit dem Umstellen von Beschickungen derart vorgenommen wird, daß die reguläre Arbeit der Abschnittsätze in allen vorgesehenen Arbeitspositionen gesichert ist, um den erforderlichen Anreicherungsgrad im Anreicherungsstrom und im Verarmungsstrom zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmengen mit unterschiedlichen Anreicherungen, die nötig sind, um die Umstellungen der Beschickungsströme und den Austausch des Gases in jeder Stufe jeder Arbeitsposition zu gestatten, während der Startphase der Abschnittssätze erhalten und getrennt in geeigneten Behältern gespeichert werden.

- 36 -

209819/0953

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Starten der vorgesehenen Abschnittsätze wie folgt vorgenommen wird: Füllen der Abschnitte mit UFg natürlicher

2^55
U -Konzentration; Arbeitenlassen der Absätze eine Zeit, die ausreicht, um an den Abschnittsenden Gasmengen, von angereichertem und verarmtem Gas, zu sammeln, die für die folgende Arbeit erforderlich sind; Speichern dieser beiden Ströme; Entleeren der Abschnitte und Speichern ihres Inhalts in Behältern; Füllen der Abschnitte mit vorher erhaltenem Gas an einem der beiden Enden; Laufenlassen unter Betriebsbedingungen; Stoppen des Verfahrens; Entleeren der Abschnitte und Sammeln des Gases in anderen Behältern; Wiederholen der Arbeitsfolge für alle vorgesehenen Arbeitspositionen, um reguläre Betriebsbedingungen zu bewirken, d.h. einen vollen Zyklus einer Gesamtdauer, so daß Sammlung von Gas in den Behältern in Mengen und mit einem Anreicherungsgrad ermöglicht ist, daß der reguläre Betrieb der Abschnitte in allen vorgesehenen Arbeitspositionen ermöglicht ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen unterschiedlich angereicherten Gases, die

- 37 -

209819/0953

von den Abschnitten und den Enden der Abschnittssätze kommen und in Speicherbehältern gesammelt werden, wenn der Betrieb in jeder Arbeitsposition beendet ist, vorzugsweise in flüssiger Phase gespeichert werden, wobei die Verflüssigung des Gases in bekannter Weise bei geeigneten Temperaturen und Drücken vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gase in fester Phase gespeichert werden,

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Satz einer gleichen Anzahl von Grundabschnitten das Anreicherungsverhältnis zwischen Beschikkungsstrom, Anreicherungsstrom und Verarmungsstrom für alle vorgesehenen Arbeitspositionen konstant gehalten wird,

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7» gekennzeichnet durch einen Satz von Grundabschnitten, die kaskadenartig in der Weise miteinander verbunden sind, daß sie an ihren beiden Enden, nachdem ein Beschickungsstrom bearbeitet worden ist, Mengen von an U^-^ angereichertem und verarmtem

- 38 -

209619/0953

Gas abgeben, mindestens einen Verdichter (A) und mindestens einen Wärmeaustauscher (B^ die mit jedem Abschnitt verbunden sind, und mindestens einem Rückführungsverdichter, der mit jedem Abschnittsatz verbunden ist, ferner durch Speicher- oder Arbeitsbehälter für die getrennte Speicherung der Mengen angereicherten und verarmten Gases, die von der Vorrichtung in jeder der Arbeitspositionen erarbeitet werden, einem Satz von Bedienungsbehältern für die vorübergehende Speicherung der unterschiedlich ange-

Vorrichtung reicherten Gasmengen, die bei Nichtarbeiten der in jeder Stufe erhalten werden, Verflüssigungs- oder Verfestigungsmittel bekannter Art zur Speicherung der verschiedenen Gasmengen in flüssiger oder fester Phase, wobei die Grundabschnitte sowie die Arbeits- und Bedienungsbehälter untadnander entsprechend einem Arbeitsschema verbunden sind, so daß - mittels folgender Umstellung der Beschickungs-, Anreicherungs- und Verarmungs-Positionen sowie durch Umstellung von Arbeit auf Entüasrung der verschiedenen Abschnitteund nachfolgendes Füllen desselben

regulären

mit unterschiedlich angereicherten Gasen - den/Betrieb der Vorrichtung in allen ihren folgenden vorbestimmten Arbeitspositionen ermöglicht, bis das Endprodukt und der Abgabestrom den gewünschten Anreicherungsgrad erreicht haben.

- 39 -

209819/0953

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenzeichnet, daß sie aus Grundabschnitten besteht, die alle reziprok gleich sind, die ganze Vorrichtung einstufig machend

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaskaden der Grundabschnitte in zwei oder mehr Säze oder Stufen unterteilt sind, wobei jeder Satz aus Abschnitten besteht, die alle gegenseitig gleich sind.

11· Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 und 10, gekennzeichnet durch ein Arbeitsschema, welches die Umstellung von einer Arbeitsposition in die darauffolgende gestattet, bestehend aus einem Satz Pumpen, Ventilvorrichtungen und Leitungen - vorzugsweise getrennt von den Leitungen für den Beschikkungsstrom, den Verarmungsstrom und den Angereicherten Strom -, welche jeden Abschnitt mit den Bedienungs- und Arbeitsbehältern verbinden, die Umschaltung der Behältersätze jedes Abschnitts durch Leitventile ermöglichend, um den Betrieb der VozxLchtung nach jedem Umschalten auf die entsprechende Arbeitsposition zu ermöglichen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, gekennzeichnet durch die Vorsehung einer der Zahl d»er Abschnitte multipliziert ■ mit der Zahl der vorgesehenen Arbeitspositionen gleichen

- 40 -

209819/0953

Anzahl Bedienungsbehälter, und einer Zahl von Arbeitsbehältern, die gleich der Zahl der vorgesehenen Arbeitspositionen ist, zusätzlich zu den zwei Behältern am lande der Verrichtung zur Speicherung des mit U^^- angereicherten Stroms sowie des an U ^ verarmten Stroms.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Bedienungsbehälter kleiner ist als das Multiplikationsprodukt von der Zahl der Abschnitte und der Zahl der Arbeitspositionen·

14. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als separate Trenneinheiten Ultrazentrifugen, Trenndüsen oder andere bekannte Tremivorrichtungen vorgesehen sind.

2Q9819/O9S3

Leerseite