DE2452244C3 - Verfahren zur Isotopentrennung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren /um Trennen eines Isotopengemisches durch selektive Anregung von Molekülen einer Isotopenart mit der Strahlung eines Infraroilasers und Trennen der angeregten Moleküle von den nicht angeregten auf chemischem oder physikalischem Wege. Mit Hilfe dieser selektiven Anregung ist es auf chemischem oder physikalischem Wege möglich, die Trennung vorzunehmen, wie es /. B. aus 'en DK-OS 23 12 194. 21 20 401. 20 b5 253. 19 59 767 sowie der DF-PS 12 % 611 bekannt ist.

F.ine solche Isotopentrennung v/ird '. B. fur die Gewinnung der Uranisotope 235 und 2>i. benötigt, ihr Anwendungsbereich ist jedoch nicht darauf beschrankt.

Die Isotopentrennung mit Hilfe von Lasern setzt voraus, daß es eine Wellenlänge des Laserlichtes gibt, bei der nur die Verbindung des einen Isotops Licht absorbiert, die des anderen jedoch mehl. Die Infrarot Absorplionsbanden /weiter Verbindungen, die sich nur durch ein Isotop unterscheiden, wie ²¹H)Fb und -""UIh überlappen sich sehr stark, wenn — wie in diesem Beispiel — der relative Massenunterschied der beiden Verbindungen klein ist. Das hat zur Folge, daß es keine Stelle im Spektrum gibt, an der nur die Verbindung des einen Isotops absorbiert und die des anderen nicht. Der Trenneffeki. der nur auf der unterschiedlichen Absorp tion der beiden Verbindungen beruht, ist dann sehr klein und beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit sehr stark.

Es stellte sich daher die Aufgabe, nach MöglichKCitcn zu suchen, um den Trenneffekt so zu erhöhen, daß nur die eine Isolopenverbindung angeregt wird, die andere jedoch nicht.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Besetzung der Rotationszustände des Isotopengemisches an der Bandkantc des Infrarotabsorptionsspek-Irums durch Aufheizen des Isotopengemisches auf wenigstens 400 K oder Führung desselben durch den Hohlraumresonator eines Mikrowellengenerators erhöht wird und das aufgeheizte Isotopengemisch mit Frequenzen des Infrarotlasers bestrahlt wird, die in der Nähe der der Bandkante zuzuordnenden stoffbedingten Absörplionsfreqzenz liegen. Durch diese Auswahl der

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Bestrahlungsfrequenz ist es möglich, praktisch nur die eine Isotopenverbindung anzuregen, so daß die nachfolgenden eigentlichen Trennvorgänge chemischer oder physikalischer Art nicht nur eine gute Ausbeute versprechen, sondern auch qualitativ hochwertig sind, d. h. daß die abgetrennte tsotopenverbindung nicht noch mit einem mehr oder weniger großen Anteil der anderen Isotopenverbindungen vermischt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf folgenden Überlegungen:

Die Flanke auf der kurzwelligen Seite, dem sogenannten R-Zweig der Infrarotabsorptionsbande der Isotopenverbindung ist steiler als auf der langewelligen, siehe die beiliegende Figur. Man spricht vom Auftrt ;en einer sogenannten »Bandkante«. Die Absorptionsbanden der beiden zu trennenden Isotopenverbindungen überlappen sich sehr stark, so daß nur im Bereich der Bandkante ein schmaler Frequenzbereich verbleibt, mit dem nur das eine Isotop angeregt werden kann. Die Intensität der diese Absorptionsbande bildenden Roiaiionsschwingungsünien ist jedoch an dieser Stelle, der Bandkante, außerordentlich gering, so daß nur sehr wenige Moleküle der abzutrennenden Molekülart durch einen Laserstrahl dieser Frequenz angeregt werden können. Die Besetzung dieser Rotationsschwingungszustände ist also zu gerirg.

Die Besetzung der Rotai.ons/ustände kann durch das vorgeschlagene Verfahren wesentlich erhöht werden, so daß die anschließende Bestrahlung mit Laserlicht entsprechender Frequenz eine wesentlich höhere Anzahl der anzuregenden Moleküle erfaßt. Fur die Frhöhung der Besetzung der Rotationszustände werden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen. Zunächst das Aufheizen des Isotopengemisches auf wenigstens 400 K Im Falle von -''¹UIh bringt ζ B eine Aufhebung auf 600 K eine Frhöhung der Absorption an der Bandkanle des Spektrums um den I aktor 200. Dieser Melhode der Frhöhung der Besetzung der Rotations Schwingungslinien sind n.ich oben "offhevngte Gren zen z. B. durch Zcrset/ungscrsiheinungen gesetzt, so daß hierfür keine allgemein gellendcii Grenzwerte angegeben werden können.

Die Anwendung von Mikrowellen zur Rotalionsanregung ist an sich aus der Mikrowellenspckiroskopie bekannt, siehe Heinz \ Staab: »Finführung in die theoretische organische Chemie«. Verlag Chemie 1959. S. 239 bis 243. jedoch findet sich dort kein Hinweis fur einen außerhalb der Meßtechnik liegi nden Bereich der Technik So wird im vorliegenden Falle von einer weiteren Möglichkeit zur Frhöhung der Besetzung der Rolulionsschwingungslmien. die im wesentlichen ohne größere Temperaturerhöhung auskommt, von der Durchlcilung des Isolopengemisches durch den Hohlraumresonator eines Mikrowellcngcnerators Gebrauch gemacht. Die nachfolgende Bestrahlung benötigt eine Lascreinrichtung. die cmc Wellenlänge in der Nähe der Bandkantc erzeugt. Fur das bereits erwähnte Beispiel UFh liegt die Wellenzahl in Nahe von 1871 cm '. Fs ist dabei auch eine gewisse Bandbreite des Lascrlichles zugelassen, diese darf jedoch nicht so groß scm. daß bereits die Bandkantc der übrigen Isotopenverbindungen mit erfaßt wird. Die hierfür geltenden Grenzen lassen sich durch genaues Ausmesscn hochaüflösendef Infrarotabsorptionsspcktren ermitteln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Trennen eines Isotopengemisches durch selektive Anregung von Molekülen einer Isotopenart mit der Strahlung eines Infrarotlasers und Trennen der angeregten Moleküle von nicht angeregten auf chemischem oder physikalischem Wege, dadurch gekennzeichnet, daß die Besetzung der Rotationszuständedes Isotopengemisches an der Bandkante des Infrarotabsorptionsspektrums durch Aufheizen des Isotopengemisches auf wenigstens 400 K oder Führung desselben durch den Hohlraumresonator eines Mikrowellengenerators erhöht wird und das aufgeheizte Isotopengemisch mit Frequenzen des Infrarotstrahlers bestrahlt wird, die in der Nähe der der Bandkante zuzuordnenden stoffbedingten Absorptionsfrequenz liegep-