DE2443216C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Isotopenanreicherung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur IsotopenanreicherungInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/34—Separation by photochemical methods
Description
Schlitzdüsen gestaltet. Dies ist in F i g. 2 etwas realistischer dargestellt, dort sind auch die Ventile 6
und 7 innerhalb der Dosiereinrichtungen 12 und 22 angeordnet. Die Einrichtungen zur Temperature] η stellung
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 kryotechnisch, 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 UFe mit einem gegenüber dem Ausgangs-UFe wesentlich erhöhten Anteil an U 235 umgewandelt
und dann, z. B. in herkömmlicher Weise, zu UOa
verarbeitet.
Der restliche Anteil der Ausgangsstoffe gelangt ■in bestimmten Zeitabständen zu einem Trenngejät
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 des bereits erwähnten Trenngeräts 43 in ein Konversionsgerät 45 überführt,
das das Reaktionsprodukt wieder in den Ausgangsstoff UFn zuriickverwandelt und damit für eine
Weiterverarbeitung, z. B. zu UO2, geeignet macht. Das UF(i ist dabei an dem bestrahlten Isotop, z. B.
Uran 235, angereichert. Sollte der bei einem einmaligen Durchgang erzielte Anreicherungsgrad noch
nicht ausreichend sein, so ist es möglich, auch dieses bereits angereicherte UFfi wieder dem Vorratsgefäß 1
zuzuführen und erneut einem weiteren Trennschritt auszusetzen. Als Reaktionspartner können dabei verschiedene
Stoffe Verwendung finden. Für dieses Beispiel UFi; können beispielsweise HBr oder HCl verwendet
werden.
Der Ablauf dieses Verfahrens wird zweckmäßigerweise automatisch durch ein Steuergerät geführt, das
außerdem für die Heiz- 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
as 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 Verfügung steht. Es können daher technisch bekannte
Laserimpulsschaltungen Verwendung finden. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß es selbstverständlich
auch möglich ist, höhere Anreicherungsgrade durch kaskadenförmig angeordnete weitere Trenneinrichtungen
zu erreichen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Isotopenanreicherung mit Reaktion benötigte Aktivieiungsenergie relativ nied-Hilfe
einer Laserstrahlung, die von Molekülen 5 rig ist.
des einen Isotops einer zu trennenden Isotopen- Da die Wirtschaftlichkeit eines Trennverfahrens
mischung absorbiert wird und diese dadurch aber sehr stark von der Selektivität desselben abhänangeregten
Moleküle zu einer chemischen Re- gig ist, stellte sich die Aufgabe, eine Verfahrensfühaktion
mit einem Reaktionspartner veranlaßt, rung für diese Art der Isotopentrennung zu finden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ver- io bei der die »thermische Konkurrenz«, also die unfahren
diskontinuierlich in drei Arbeitstakten erwünschten Reaktionen durch thermische Aktiviedurchgeführt
wird, in dem das Isotopengemisch rung möglichst gering gehalten werden,
sowie der Reaktionspartneir in abgemessenen Dieses Ziel wird erfindungsgemäß 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 J?.eaktionspartner in abgemesaktionsgefäß geschickt und anschließend der In- senen Mengen aus Vorratsgefäßen in ein Reaktionshalt des Reaktionsgefäßes unter adiabatischer gefäß eingelassen werden, dann ein Laserstrahl hoher Entspannung in ein Vakuumgefäß entleert wird. Dosisleistung kurzzeitig durch das Reaktionsgefäß
sowie der Reaktionspartneir in abgemessenen Dieses Ziel wird erfindungsgemäß 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 J?.eaktionspartner in abgemesaktionsgefäß geschickt und anschließend der In- senen Mengen aus Vorratsgefäßen in ein Reaktionshalt des Reaktionsgefäßes unter adiabatischer gefäß eingelassen werden, dann ein Laserstrahl hoher Entspannung in ein Vakuumgefäß entleert wird. Dosisleistung kurzzeitig durch das Reaktionsgefäß
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ao 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 as Strahlungstakts, zeitlich so begrenzt werden, daß eine
eine angereicherte Ausgangsisotopenmischung thermische Aktivierung der im Bestrahlungsgefäß
einem Konversionsgerät 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 diesem 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 UFr, sei nun
fahrens nach den Ansprüchen I 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. I in Seitenansicht dargestellt ist.
Der- aktive Teil eines Lasers 8, z. B. eines CO-
Lasers, und das Reaktionsgefäß 3, in dem die ge-45
wünschte chemische Reaktion zwischen dem an-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren geregten Isotop und dem Reaktionspartner statt-
zur 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 Reso-
trennenden Isotopenmischung absorbiert wird und nator. Dies ist zur Erzielung einer möglichst hohen
diese dadurch angeregten Moleküle zu einer chemi- 50 Bestrahlungsleistung zweckmäßig. Der optische Re-
schen Reaktion mit einem Reaktionspartner ver- sonator wird dabei mit technisch bekannten Mitteln
anlaßt. Ein solches Verfahren ist z. B. aus der auf eine einzelne Spektrallinie des anzuregenden
DE-OS 19 59 767 bekannt geworden. Dabei wird ein isotopenmoleküls abgestimmt. Diese Mittel sowie
Gemisch aus isotopen Molekülen und einem Reak- weitere Einrichtungen zur Frequenzabstimmung
tionspartner von einem Laserstrahl einer bestimmten 55 sind nicht Gegenstand dieser Erfindung und daher
Frequenz durchsetzt, die einer Absorptionsfrequenz — auch aus Gründen der Übersichtlichkeit — nicht
des anzuregenden Isotops entspricht. Dieses selektiv dargestellt. In einem Vorratsgefäß 1 befindet sich das
angeregte IsotopenmolekU! ist dadurch in der Lage, Isotopengemisch UF« und im Vorratsgefäß 2 der
mit einem geeigneten Reaktionspartner eine chemische Reaktionspartner. Beide Gefäße sind mit Dosierein-
Reaktion einzugehen, so daß im Reaktionsprodukt im 6o richtungen 12 und 22 versehen, die über Ventile 6
wesentlichen nur das angeregte Isotop enthalten ist und 1 genau dosierte Mengen dieser Stoffe dem Re-
und somit eine Trennung bzw. Anreicherung dessel- aktionsgefäß 3 zuführen. Diese Dosiereinrichtungen
ben gegenüber dem Ausgangsisotopengemisch erzielt können dabei mit einer Heiz- oder Kühleinrichtung
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 Zuführungsleitungen 11 und 21 zum Reaktions-
an 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 Rcaktionsgcfäßcs 3 erstreckende
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