DE2443216B2

DE2443216B2 - Verfahren und vorrichtung zur isotopenanreicherung

Info

Publication number: DE2443216B2
Application number: DE19742443216
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr.rer.nat 8521 Marioffstein Stehle
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-09-10
Filing date: 1974-09-10
Publication date: 1976-09-23
Also published as: US4187157A; ZA755370B; AU8418475A; DE2443216A1; FR2284360B1; FR2284360A1; DE2443216C3; IL47757A; IL47757A0; AU503773B2; GB1499386A; CA1056765A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren geregten Isotop und dem Reaktionspartner stattzur Isotopenanreicherung mit Hilfe einer Laserstrah- findet, befinden sich innerhalb eines Spiegelsystems 9 lung, die von Molekülen des einen Isotops einer zu und bilden damit gemeinsam einen optischen Resotrennenden Isotopenmischung absorbiert wird und nator. Dies ist zur Erzielung einer möglichst hohen diese dadurch angeregten Moleküle zu einer chemi- 50 Bestrahlungsleistung zweckmäßig. Der optische Reschen Reaktion mit einem Reaktionspartner ver- sonator wird dabei mit technisch bekannten Mitteln anlaßt. Ein solches Verfahren ist z. B. aus der deut- auf eine einzelne Spektrallinie des anzuregenden sehen Offenlegungsschrift 2 206 355 bekannt gewor- Isotopenmoleküls abgestimmt. Diese Mittel sowie den. Dabei wird ein Gemisch aus isotopen Mole- v/eitere Einrichtungen zur Frequenzabstimmung külen und einem Reaktionspartner von einem Laser- 55 sind nicht Gegenstand dieser Erfindung und daher strahl einer bestimmten Frequenz durchsetzt, die — auch aus Gründen der Übersichtlichkeit — nicht einer Absorptionsfrequenz des anzuregenden Isotops dargestellt. In einem Vorratsgefäß 1 befindet sich das entspricht. Dieses selektiv angeregte Isotopenmolekül Isotopengemisch UF_r, und im Vorratsgefäß 2 der ist dadurch in der Lage, mit einem geeigneten Re- Reaktionspartner. Beide Gefäße sind mit Dosiereinaktionspartner eine chemische Reaktion einzugehen, 60 richtungen 12 und 22 versehen, die über Ventile 6 so daß im Reaktionsprodukt im wesentlichen nur das und 7 genau dosierte Mengen dieser Stoffe dem Reangeregte Isotop enthalten ist und somit eine Trcn- aktionsgefäß 3 zuführen. Diese Dosiereinrichtungen nung bzw. Anreicherung desselben gegenüber dem können dabei mit einer Heiz- oder Kühleinrichtung Ausgangsisotopengemisch erzielt wird. zur Einstellung der günstigsten Temperatur für die

Neben diesen erwünschten Reaktionen treten aber 65 miteinander reagierenden Stoffe versehen sein. Die auch thermisch aktivierte Reaktionen auf, die nicht 2'uführungsleitungen 11 und 21 zum Reaktionsan die durch die Laserstrahlung angeregten Mole- gefäß 3 werden dabei als sich praktisch über die küle des einen Isotops gebunden sind, so daß da- ganze Länge des Reaktionsgefäßes 3 erstreckende

Suhlitzdüsen gestaltet. Dies ist in F i g. 2 etwas realistischer dargestellt, dort sind auch die Ventile 6 und 7 innerhalb der Dosiereinrichtungen 'J 2 und 22 angeordnet. Die Einrichtungen zur Temperatureinstellung sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das Reaktionsgefäß wird zweckmäßigerweise als ein den Laserstrahl relativ eng umschließendes Rohr ausgebildet, damit ein möglichst großer Anteil der darin befindlichen Stoffe der Wirkung des Laserlichts ausgesetzt wird. Über eine schlitzförmige Düse 31, die über ein Ventil 5, z. B. auf magnetischem Wege, geöffnet werden kann, entspannt sich das bestrahlte Stoffgemisch in die Vakuumkammer 4 und kühlt sich dabei außerordentlich stark ab, so daß keine thermischen Reaktionen mehr stattfinden können. Die Herstellung des Vakuums im Auffanggefäß 4 erfolgt vorzugsweise kryotechr.lsch, also durch Ausfrieren. Die dafür nötige Einrichtung ist schematisch mit 44 bezeichnet. Wenn das Reaktionsprodukt in fester Form ausfällt, verbleibt es im Vakuumgefäß 4 und kann von Zeit zu Zeit durch eine daran angebrachte Klappe 46 entnommen werden. Dieses feste Reaktionsprodukt wird dann in nicht dargestellten Schritten auf chemischem Wege wieder zu UF« mit einem gegenüber dem Ausgangs-UFr, wesentlich erhöhten Anteil an U 235 umgewandelt und dann, z. B. in herkömmlicher Weise, zu UO., verarbeitet.

Der restliche Anteil der Ausgangsstoffe gelangt in bestimmten Zeitabständen zu einem Trenngerät 43, das z. B. nach dem Prinzip der fraktionierten Destillation arbeiten kann. Über Leitungen 42 und 41 können dann die getrennten Anteile des Ausgangsisotopengemisches und des Reaktionspartners in die entsprechenden Vorratsbehälter zurückgeführt werden.

Für den Fall, daß das Reaktionsprodukt nicht in fester Form innerhalb des Vakuumgefäßes 4 ausfällt, wird dieses mit Hilfe de« bereits erwähnten Trenngeräts 43 in ein Konversionsgerät 45 überführt, das das Reaktionsprodukt wieder in den Ausgangsstoff UFi; zurückverwandelt und damit für eine Weiterverarbeitung, z. B. zu UO.,, geeignet macht. Das UF₁; ist dabei an dem bestrahlten Isotop, z. B. Uran 235, angereichert. Sollte der bei einem eininaligen Durchgang erzielte Anreicherungsgrad noch nicht ausreichend sein, so ist es möglich, auch dieses bereits angereicherte UF_(i wieder dem Vorratsgefäß 1 zuzuführen und erneut einem weiteren Trennschritt auszusetzen. Als Reaktionspartner können dabei verschiedene Stoffe Verwendung finden Für dieses Beispiel UFc, können beispielsweise HBr oder HCl verwendet werden.

Der Ablauf dieses Verfahrens wird zweckmäßigerwcise automatisch durch ein Steuergerät geführt, das außerdem für die Hein:- und Kühleinrichtungen die Sollwerte vorgibt. Der innere Aufbau desselben kann in an sich bekannter Weise vorgenommen werden, er ist nicht näher dargestellt, zumal er für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist. Abschließend sei darauf hingewiesen, daß sich dieses Verfahren selbstverständlich nicht nur zur Trennung von Uranisotopen eignet, auch ist es nicht unbedingt nötig, das Reaktionsgefäß in den optischen Resonator zu integrieren, wesentlich ist eine mögliehst hohe Strahlungsenergie, die kurzzeitig zur Verfugung steht. Es können daher technisch bekannte Laserimpulsschaltungen Verwendung finden. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß es selbstverständlich auch möglich ist, höhere Anreichcrungsgrade durch kaskadenförmig angeordnete weitere Trenneinrichtungen zu erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

durch die Selektivität des Verfahrens verschlechtert Patentansprüche: wird. Diese Möglichkeit ^ besonders dann gegeben,

wenn die für die Durchfuhrung der chemischen

I.Verfahren zur Isotopenanreicherung mit Reaktion benötigte Aktivierungsenergie relativ nied-Hilfe einer Laserstrahlung, die von Molekülen 5 rig ist. ,,.,,· · -τ- .tu

des einen Isotops einer zu trennenden Isotopen- Da die Wirtschaftlichkeit eines Trennverfahrens

mischung absorbiert wird und diese dadurch aber sehr stark von der Se ektivitat desselben abhanangeregten Moleküle zu einer chemischen Re- gig ist, stellte s.ch die Aufgabe, eine Verfahrensfuhaktion mit einem Reaktionspartner veranlaßt, rung für diese Art der Isotopentrennung zu finden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver- i. bei der die »thermische Konkurrenz«, also die anfahren diskontinuierlich in drei Arbeitstakten erwünschten Reaktionen durch thermische Aktiviedurchgeführt wird, in dem das Isotopengemisch rung möglichst gering gehalten werden,
sowie der Reaktionspartner in abgemessenen Dieses Ziel wird erfindungsgemaß dadurch erMengen aus Vorratsgefäßen in ein Reaktions- reicht, daß das Verfahren diskontinuierlich in drei gefäß eingelassen werden, dann ein Laserstrahl 15 Arbeitstakten durchgeführt wird, in dem das Isotohoher Dosisleistung kurzzeitig -durch das Re- pengemisch sowie der Reaktionspartner in abgemesaktionsgefäß geschickt und anschließend der In- senen Mengen aus Vorratsgefaßen in ein Reaktionshalt des Reaktionsgefäßes unter adiabatischer gefäß eingelassen werden, dann ein Laserstrahl hoher Entspannung in ein Vakuumgefäß entleert wird. Dosisleistung kurzzeitig durch das Reaktionsgefaß
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- »ο geschickt und anschließend der Inhalt des Reaktionskennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt sowie gefäßes unter adiabatischer Entspannung in ein die Restanteile der Ausgangsstoffe aus dem Vakuumgefäß entleert wird. Das Verfahren wird Vakuumgefäß in ein Trenngerät überführt wer- also in einzelnen Takten gesteuert, wobei die Zeitden, aus dem sie einzeln den Vorratsgefäßen dauer dieser einzelnen Takte, insbesondere des Be- bzw. das Reaktionsprodukt zur Umwandlung in 25 Strahlungstakts, zeitlich so begrenzt werden, daß eine eine angereicherte Ausgangsisotopenmischung thermische Aktivierung der im Bestrahlungsgefäß einem Konversionseerät zugeführt werden. enthaltenen Stoffe und damit unerwünschte Re-
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch aktionen größtenteils vermieden werden. Durch den gekennzeichnet, daß die drei Arbeitstakte des Auslaß des Inhalts der Bestrahlungskammer — nach Einlasses, der Bestrahlung und der Entleerung 30 durchgeführter Bestrahlung — in ein Vakuumgefäß gesteuert werden und diesen Arbeitstakten die findet eine adiabatische Entspannung desselben Nebentakte der Dosierung der Ausgangsstoffe, statt, die mit einer derartigen Abkühlung verbunden der Überführung des Inhalts des Vakuumgefäßes ist, daß thermische Aktivierungen sofort unwirksam in das Trenngefäß und der Weiterleitung der werden.

darin getrennten Stoffe zugeordnet werden. 35 An Hand einer schematischen Darstellung der
4. Vorrichtung zur Durchführung des Ver- Trennung einer Isotopenmischung aus UF_n sei nun fahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch dieses Verfahren beispielsweise näher erläutert. Die gekennzeichnet, daß zur Erzielung der hohen F i g. 1 zeigt schematisch die Zuordnung der für die Dosisleistung des Laserstrahls das Reaktions- Durchführung des Verfahrens benötigten Einrichtungefäß zusammen mit dem aktiven Teil des Lasers 40 gen, die F i g. 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur zu einem optischen Resonator integriert ist. optischen Achse des Bestrahlungsgefäßes, das in

F i g. 1 in Seitenansicht dargestellt ist.

Der aktive Teil eines Lasers 8, z. B. eines CO-

Lasers, und das Reaktionsgefaß 3, in dem die ge-45 wünschte chemische Reaktion zwischen dem an-