DE2461628A1 - Vorrichtung und verfahren zur plasmateilchentrennung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur plasmateilchentrennung

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DE2461628A1
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DE19742461628
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Gerald M Halpern
George Schmidt
William R L Thomas
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Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
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Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Description

Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc., Adresse ist: Exxon ^clear Co.
Bellevue (Washington), V.St.A.
Vorrichtung und Verfahren zur Plasmateilchentrennung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur selektiven Trennung ionisierter Teilchen aus einem Plasma mittels Magnetfeldern und insbesondere mittels Magnetfeldgradienten zur Beschleunigung geladener Teilchen.
Bei einer herkömmlichen Isotopentrennung, insbesondere bei einer U -Anreicherung, werden selektiv Teilchen einer Isotopenart, wie insbesondere U , in einem Bereich mehrerer Isotopenarten einschließlich beispielsweise U0 photoionisiert, und anschließend wi ei eine magnetohydrodynamische Kreuzfeldkraft (d.h. Kraft aufgrund gekreuzter Felder) an die selektiv photoionisierten Teilchen gelegt, um diese auf
052-(JNA-CRL-66-72)-Ko-r (8)
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Flugbahnen zu beschleunigen, die sie zu Sammelflächen führen, wo sie abgelagert werden. Die Kreuzfeldkräfte beruhen auf gleichzeitiger Einwirkung orthogonaler magnetischer und elektrischer Felder (vgl. die US-PS entsprechend der US-Patentanmeldung 25 605 f eingereicht am 25. 3". 1970).
Es ist Aufgabe der Erfindung, Beschleunigungskräfte auf die selektiv ionisierten Teilchen ohne direkte Erzeugung magnetohydrodynamischer Kräfte einwirken zu lassen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Ionen, insbesondere aufgrund einer selektiven Ionisation einer Isotopenart in einem Plasma aus mehreren Isotopenarten, getrennt von anderen Plasmateilchen durch Einwirkung eines Magnetfeldes mit einem Gradienten in einer Richtung beschleunigtk in die die Teilchen zu beschleunigen sind. Die Magnetfeldstärke ist gesteuert, um adiabatische Bewegungszustände für wenigstens die Plasmaelektronen zu erzeugen, so daß diese zu Zonen geringerer Feldstärke beschleunigt werden, wo Sammelflächen vorgesehen sind. Die Verwendung eines Magnetfeldes allein zur lonenentnahme ermöglicht die Anordnung einer Entnahmeeinrichtung außerhalb des korrodierenden Pläsmabereiches.
Die Erfindung kann zur Ionentrennung allgemein verwendet werden; sie ist insbesondere gut für eine Urananreicherung mittels entweder atomaren oder molekularen Urans einsetzbar. Ein Uran-Dampfstrom v:rJ gebildet, der in einer Zone eines Magnetfeldgradlenten verläuft, Di- ...,:: .-.rc isi in eine Richtung gegen eine oder mehrere Sammelflä~hen für das gewünschte Isotop ausgerichtet. Eine Strahlungsenergie wirkt auf den strömenden Uranbereich in der Magnetfeldzone ein, um
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insbesondere das U -Isotop selektiv zu ionisieren und zu ermöglichen, daß es durch das Magnetfeld beschleunigt wird. Es wird ein eine adiabatische'Bewegung ausreichend starkes Magnetfeld ausgewählt, so daß die Elektronen μηα möglicherweise die Ionen auf geschlossenen Bahnen innerhabl der Abmessungen der Anordnung umlaufen. Dies ermöglicht ihre gesteuerte Beschleunigung in Richtung eines schwächeren Magnetfeldes. Wenn adiabatische Zustände für die Elektronen allein vorliegen, werden die Ionen im Plasma von den Elektronen mitgenommen, um die Forderung der Plasma-Ladungs-Neutralität zu erfüllen.
Die Erfindung sieht also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Trennung ionisierter Teilchen aus einem Plasma sich bewegender Teilchen durch Einwirkung eines Magnetfeldgradienten in einer Richtung vor, in der die ionisierten Teilchen zum Sammeln beschleunigt sind. Durch Erzeugung einer adiabatischen Teilchenbewegung für die geladenen Teilchen im Magnetfeld werden die selektiv ionisierten Teilchen dazu angeregt, den Magnetfeldlinien in Richtung schwächerer Feldstärke zu folgen. Die Richtung dieses Gradienten wird verschieden zur allgemeinen Richtung der Teilchenbewegung eingestellt, um eine Entnahme der Ionen aus dem Plasma zu ermöglichen. Die entnommenen Ionen werden auf einer Sammelfläche in angereicherten Mengen abgelagert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Ionenentnahme mittels eines Feldgradienten,
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für eine Ionenentnahme mittels eines Feldgradienten,
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Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für eine Ionenentnahme mittels eines Feldgradienten,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer gegenüber der Fig. 3 abgewandelten Vorrichtung, und
Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Entnahme von insbesondere auf einer selektiven Ionisation einer Uran-Isotopenart beruhenden Ionen, aus einem diese selektiv erzeugten Ionen sowie neutrale Teilchen enthaltenden Plasma mittels eines Magnetfeldgradienten. Das Uran und andere zu ionisierende Substanzen können in atomarer oder molekularer Form vorliegen und werden vorzugsweise durch eine Laser-Strahlungsenergie (eine oder mehrere Strahlungsfrequenzen) ionisiert, die auf Energieniveauunterschiede eines bestimmten Isotops eingestellt ist.
In der Zeichnung und insbesondere in der Fig. 1 speist eine Uranhexafluorid-Gasquelle 12 einen Dampfstrom in ein Rohr 14. Die Uranhexafluorid-Verbindung hat Uranatome von beiden U- und U -Iso-
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topen. Eine geeignete Wärmesteuerung kann ggf. verwendet werden, um den Uranhaxafluorid-Dampf auf einer gewünschten Temperatur zu halten, so daß er in eine Kammer 16 strömt, die einen zurückgesetzten Bodenteil 18 aufweist, der in einer Boden-Sammelplatte 20 endet, die zum Empfang von Ionen dient, die aus dem Uranhexafluorid-Dampfstrom heraus beschleunigt werden. Der Bereich 16 direkt oberhalb der Sam-
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melplatte 20 beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch eine ionisierende Laser-Strahlungsenergie bestrahlt, die von einem weiter unten beschriebenen Lasergerät aus einwirkt. Die einwirkende Laserstrahlung erzeugt eine oder mehrere Energiestufen in den Uranhexafluorid-Molekülen einer Uranisotopenart mit einer bestimmten Fre- ·■ quenz oder Photonenenergie zur Anregung der Moleküle dieser Isotopenart ohne entsprechende Anregung von Molekülen der anderen Isotopenart. Der Bereich 16, in dem die Ionisation auftritt , hat ein Magnetfeld, das durch Kraftfeld- oder Induktionslinien 22 dargestellt ist, die dort durch eine oder mehrere Wicklungen einer elektrischen Spule 24 einwirken. Die Spule 24 erzeugt nicht nur ein Magnetfeld im Bereich 16, sondern ein Feld abnehmender Feldstärke in Abwärtsrichtung entsprechend einem Gradienten 26. Dieser Gradient erlaubt die Verwendung eines Magnetfeldes allein zusammen mit einem sich bewegenden Teilchenstrom, um das selektiv ionisierte Uranhexafluorid zu beschleunigen. Da die Feldlinien der magnetischen Induktion die Werkstoffe durchdringen, die für die Wände des Rohres 14 vorteilhaft sind, kann die Spule 24 außerhalb des Rohres 14 vorgesehen sein, um eine Verschmutzung der Spule 24 durch den Uranhexafluorid-Dampfstrom zu verhindern und die Kühlung zu erleichtern. Es ist dann möglich, die Spule 24 supraleitend zu betreiben.
Das Plasma, das im Bereich 16 auf der Photoionisation des strömenden Uranhexafluorids beruht, enthält positiv geladene Ionen sowie negativ geladene Elektronen.
Die Elektronen werden zuerst mit einer zusätzlichen Geschwindigkeit senkrecht zum Magnetfeld versehen, indem entweder eine Überschuß-Ionisationsenergie von ca. 1 eV in der auf den Bereich 16 ein-
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-Sr-
wirkenden Strahlung oder ein gepulstes elektrisches Feld vorgesehen wird, das durch nicht dargestellte Elektroden entsteht (vgl. Fig. 4). Die Elektroden unterliegen dann einer Magnetkraft im Bereich 16. Diese bewirkt, daß die Elektronen mit einem Gyro- oder Kreisradius Re umlaufen:
Re -
e B
mit m = Elektronenmasse,
e = Elementar ladung,
V{_ = Komponente der Elektronengeschwindigkeit senkrecht zum Magnetfeld , und
B = Magnetfeldstärke.
Für ein Elektron mit einer Energie von 1 eV und einem Magnet-
-3 feid von 1 kG beträgt der Gyro- oder Kreisradius ungefähr 4 · 10 cm.
Wenn die Abmessungen des Bereiches 16 in der Größenordnung von cm liegen und wenn die Änderung von B klein über der Ausdehnung des Gyro- oder Kreisradius ist, so sind die adiabatischen Bewegungsbedingungen erfüllt, die die Verwendung einer "Führungsrnittelpunkts-Näherung" (guide center approximation) zur Untersuchung rechtfertigen. Mittels dieser Näherung kann die Kraft auf die Elektronen in Richtung des schwächeren Magnetfeldes ausgedrückt'werden durch:
jF| = _|_jgrad
B|. -t
mit L = charakteristische Länge der Magnetfeldänderung und 6 = Elektronenenergie, die als 1 eV angenommen wird.
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Die Beschleunigung des Plasmas selbst kann dann ausgedrückt werden durch:
xm + M ' L
mit M = Ionenmasse.
Diese Ionenbeschleunigung beruht auf Raumladungsüberlegungen, die die Elektronen- und Ionenbewegungen eng verbinden. Dies bedeutet, daß die direkt auf die Elektronen einwirkende Beschleunigung eine kleine Ladungstrennung im Plasma erzeugt, und das sich ergebende elektrische Feld zieht die Ionen mit und hält die Plasmaneutralität insgesamt aufrecht. Mittels der obigen Werte ist es möglich, eine Be-
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schleunigung von ungefähr 4 " 10 m/s zu berechnen.
Vorzugsweise müssen für einen leistungsfähigen Betrieb die Ionen des gewünschten Isotops auf eine Geschwindigkeit gleicher oder höherer Größenordnung wie die Dampfstromgeschwindigkeit beschleunigt werden. Dieses Beschleunigen muß abgeschlossen sein, bevor ein Ladungsaustausch-Stoß mit einem neutralen Teilchen einer anderen Isotopenart er-
14 3
folgt. Wenn eine Dampfdichte von ungefähr 10 Teilchen/cm angenommen wird, die durch die Verdampfungsgeschwindigkeit von einer Quelle 32 gesteuert ist, so liegt die mittlere Zeit für einen Ladungsaustausch-Stoß in der Größenordnung von ungefähr 30 jus. In diesem Fall wird das Ion eine Geschwindigkeit von über 10 cm/s erreichen, bevor ein Ladungsaustausch eintritt. Diese Geschwindigkeit ist insbesondere höher als die thermische Geschwindigkeit der Ionen im Plasma, so daß die Moleküle der gewünschten Isotopenart sich auf der Platte 20 in Anteilen sammeln, die wesentlich größer als ihre Anteile im Dampf sind.
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Das oben anhand der Fig. 1 beschriebene Verfahren kann auch bei anderen Anordnungen verwendet werden, wofür Beispiele in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt sind. Ein Dampf aus elementarem Uran kann anstelle der Uranhexafluorid-Moleküle als Quelle für die zu trennenden Isotopenarten verwendet werden. Dies hat den Vorteil genauerer Isotopenabsorptionslinien als bei Molekülen, wodurch die Selektivität der Ionisation der gewünschten Isotopenart, insbesondere von U , be-
Ci Ö 0
trächtlich erhöht und dadurch die Ausbeute der Vorrichtung verbessert wird. In der Fig. 2 weist eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung in einer im wesentlichen evakuierten Kammer 30 eine Quelle 32 von Urandampf auf, der aus elementarem Uran erzeugt wird. Die Quelle 32 hat einen Tiegel 34 aus Uranmetall, das durch Einwirkung von Wärme oder Strahlungsenergie, wie beispielsweise durch einen Elektronenstrahl, erwärmt wird,- um einen verdampften Uranstrom 36 zu erzeugen. Der Uranstrom 36 wird von der Oberfläche 38 einer Uranmasse 40 weggeleitet und durch Sammelplatten 42 und 44 kollimiert und so in einen Bereich 46 geführt. Ein Lasergerät 48 aus einem oder mehreren abstimmbaren Lasern führt eine photoionisierende Strahlungsenergie in die Kammer 30 über insbesondere ein Fenster 50; die Strahlungsenergie verläßt die Kammer durch ein ähnliches Fenster 50'. Eine Spule 52 aus einer oder mehreren Wicklungen führt einen Strom von einer nicht dargestellten Stromquelle und ist im wesentlichen koaxial zur Mittellinie des Dampfstromes 36 vorgesehen. Eine Spule 52 erzeugt ein zu dem durch die Spule 24 in der Fig. 1 erzeugten Magnetfeld ähnliches Magnetfeld mit magnetischen Induktionslinien und einem Magnetfeldgradienten, die im wesentlichen parallel zur Mittellinie des Uranstroms 36 sind.
Das Lasergerät 48 kann einen oder mehrere Laser aufweisen und
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ist so abgestimmt^ daß es eine Photoionisation von U oder anderen Isotopen im Uranstrom 36 in insbesondere nachfolgenden, selektiven Anregungs- und Ionisationsschritten erzeugt. Die Gesamtenergie dieser Schritte soll gerade das Ionisationspotential des abzuscheidenden Uranisotops in einem Fall überschreiten, in dem die gesonderte Elektronengeschwindigkeit durch ein elektrisches Feld von einer anhand der Fig. 4 erläuterten Elektrodenanordnung übertragen wird. Wenn die gesonderte Geschwindigkeit durch Laserphotonen übertragen wird, soll die Gesamtenergie der Energieschritte für die Ionisation, entsprechend definiert durch die Summe der Photonenenergien von einer oder von mehreren Laser strahlung en, das Ionisationspotential und insbesondere 1 eV überschreiten. Ein dem Gerät 48 entsprechendes Lasergerät kann für die Vorrichtungen·der Fig. 1, 3 und 4 verwendet werden.
Im Bereich 46 wird so ein Plasma mit Elektronen und Ionen erzeugt, die auf einer Photoionisation beruhen. Der Magnetfeldgradient beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist parallel zur Bewegung der Elektronen und Ionen im Dämpfstrom 36 gerichtet und bremst entsprechend der oben erläuterten Theorie demgemäß die gesonderten energiereichen Elektronen ab und beschleunigt sie wieder in einer entgegengesetzten Richtung zu den Sammelplattem 44 und 42 im allgemeinen entlang den Magnetfeldlinien, auf denen sie nach Freigabe von den Ionen verlaufen. Die beschleunigten Elektronen treiben die Ionen im Bereich 46 rnit sich zu den Sammelplatten 44 und 42, wo sie getrennt von den anderen Komponenten des Darnpfstromes 36 gesammelt werden.
Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer im wesentlichen zur Quelle 32 in der
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Fig. 2 ähnlichen Quelle 32' für einen Dampfstrom aus elementarem Uran. Der Urandampf strömt in einen Ionisationsbereich 46' zwischen einer Magnetspule 54 und einer gewölbten Sammelplatte 56, die im wesentlichen so ausgerichtet ist, daß ihre Oberfläche dem Dampfstrom gegenüber und senkrecht zu den magnetischen Induktionslinien vorgesehen ist. Anstelle einer Ablenkung und Beschleunigung der Elektronen und demgemäß der Ionen, die auf einer Photoionisation in einer Abwärtsrichtung wie in den Fig. 1 und 2 beruht, ist der Magnetfeldgradient in der Fig. 3 nach links gerichtet und treibt demgemäß die Elektronen und mit diesen die Ionen in einer Richtung zum Sammeln auf einer Platte 56. Es ist offensichtlich, daß die in der Fig. 3 dargestellte Vorrichtung vorzüglich in die Kammer 30 der Fig. 2 paßt und durch ein ähnliches Lasergerät 48 anregbar ist. Obwohl die Spulen 52 und 51 im Plasmabereich vorgesehen sind, können sie auch wie in der Fig. 1 außerhalb dieses Bereiches angeordnet sein.
Die Vorrichtung der Fig. 3 ist in der Fig. 4 mit einer zusätzlichen ersten und zweiten Folge von Elektroden 60 und 62 versehen, die durch eine Spannungsirnpulsquelle 64 direkt nach der selektiven Ionisation gepulst werden, um ein elektrisches Feld in Richtung des Dampfstromes zu erzeugen. Die Spannung zwischen den Elektroden und 62 ist hoch genug, um die Elektronen auf 1 eV in einer Zeitdauer zu beschleunigen, die vorzugsweise sehr kurz in bezug auf die mittlere Zeit eines Ladungsaustauschs ist. Anschließend wird der Spannungsimpuls vorzugsweise beendet. Die Elektroden 60 und 62 können auch bei den Vorrichtungen der Fig. 1 und 2 verwendet werden, wenn die gesonderte Energie von 1 eV, die auf die Elektronen
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übertragen ist, durch Beschleunigungen in einem elektrischen Feld erzeugt wird.
In der Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm die typischen Verfahrensschritte bei der erfindungsgemäßen Anreicherung und gibt einen Überblick über die obigen Erläuterungen. In einer Anfangsstufe 66 werden elementares Uran, molekulares Uranhexafluorid oder andere Elemente oder Verbindungen als Dampf strom gebildet, der in einer Stufe 68 in den Bereich eines Magnetfeldgradienten geleitet wird, wie beispielsweise in Bereiche 16, 46 oder 46'. In diesen Bereichen wirkt eine Entladung von Laserstrahlung in einer Stufe 70 ein, um eine bestimmte Isotopenart zu ionisieren. Der Magnetfeldgradient beschleu-. nigt die Elektronen und entsprechend die Ionen in einer Richtung für eine getrennte Sammlung in einer Stufe 72. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Ionisierungsstufe 70 die Einwirkung einer nicht nur zur Ionisation der Atome oder Moleküle des in der Stufe 66 erzeugten Dampfstromes, sondern auch zur Übertragung einer gesonderten Energie auf die Elektronen in der Größenordnung von insbesondere ausreichenden Laserphotonenenergie von 1 eV. Bei einem anderen Ausführ ungsbei spiel sind die Laserphotonenenergien für eine isotopenselek-. tive Ionisation allein ausgewählt, und die gesonderte Energie wird durch eine weitere Beschleunigungsstufe 74 mittels eines elektrischen Feldes übertragen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wurde oben anhand einer Vorrichtung zur Isotopentrennung und insbesondere zur Urananreicherung beschrieben. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung auch zur Trennung von Ionen aus einem Plasma verwendet werden kann, das nicht zur Trennung oder Anreicherung gebildet wurde.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Trennung von Teilchen aus einem Plasma, um diese getrennt zu sammeln, gekennzeichnet durch
eine erste Einrichtung (16) zur Erzeugung eines Plasmas mit einem vorbestimmten Strom und ionisierten Teilchen einer vorbestimmten Isotopenart,
einer zweiten Einrichtung (24) zur Einwirkung eines Magnetfeldes auf das Plasma, die ein Glied zur Erzeugung eines Gradienten im einwirkenden Mangetfeld aufweist, wobei die zum Gradienten entgegengesetzte Richtung von der Richtung des Plasmastroms verschieden ist, und wobei der Gradient die ionisierten Teilchen des Plasmas in Richtung des schwächeren Magnetfeldes beschleunigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (24) ein Glied (60, 62) aufweist, das eine zusätzliche Energie auf die Elektronen des Plasmas über die Ionisationsenergie hinaus überträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Energie wenigstens ungefähr 1 eV beträgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (60, 62) zur Übertragung einer zusätzlichen Energie ein Mittel zur Anlegung eines gepulsten elektrischen Feldes an das Plasma hat.
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• to.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Einrichtung (56) zum Sammeln der beschleunigten ionisierten Teilchen des Plasmas ·
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (24) vom Plasmabereich entfernt vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (24) eine supraleitende Spule hat. .
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma Teilchen aus Uranhexafluorid hat.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma Teilchen aus elementarem Uran hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ( 16) aufweist:
ein Glied (12) zur Erzeugung eines Teilchen-Danpfstromes aus mehreren Isotopenarten, und
ein Ionisierungsglied für eine aus den Teilchen des Dampfstromes
ausgewählte Isotopenart,
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
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das Ionisierungsglied ein abgestimmtes Lasergerät (48) für eine isotopenselektive Anregung der Teilchen der ausgewählten Isotopenart hat.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasergerät (48) eine zusätzliche Energie auf die Elektronen des während der Ionisation erzeugten Plasmas überträgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied (12) zur Erzeugung des Teilchen-Dampf strom es ein Mittel (40) zur Verdampfung elementaren Urans hat.
14. Vorrichtung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (24) ein Glied zur Einwirkung magnetischer Induktionslinien im wesentlichen senkrecht zum Dampfstrom hat.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (24) eine Spule hat, die die den Dampf strom zuführenden magnetischen Induktionslinien im wesentlichen parallel zum Dampfstrom umgibt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (24) ein Magnetfeld erzeugt, das für adiabatische Bewegungszustände der Plasmaelektronen ausreicht.
17. Vorrichtung zur Trennung von Teilchen einer Isotopenart aus einem Bereich mit Teilchen mehrerer Isotopenarten, gekennzeichnet dur ch
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eine Kammer (30),
eine Einrichtung (40) zur Erzeugung eines Dampf stromes (36) in der Kammer (30), um den Bereich aus den mehreren Isotopenarten festzulegen,
eine leitende Spule (52), die ein inhomogenes Magnetfeld in der Kammer (30) mit einem im wesentlichen in Richtung der Spule (52) verlaufenden Gradienten erzeugt, dessen entgegengesetzte Richtung nicht parallel zur Richtung des Dampfstromes (36) ist,
ein Lasergerät (48), das periodisch eine Laserstrahlungsenergie zum Dampfstrom (36) der Kammer (30) im Bereich des Magnetfeldgradienten führt, wobei die Laserstrahlungsenergie Photonen einer Energie hat, die eine isotopenselektive Ionisation der Teilchen der einen Isotopenart im Dampf strom (36) bewirkt, und wobei der Magnetfeldgradient die ionisierten Teilchen in einer zum Magnetfeldgradienten entgegengesetzten Richtung beschleunigt, und
eine Einrichtung (56), die die beschleunigten ionisierten Teilchen entfernt vom Dampfstrom (36) im Bereich sammelt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (52) außerhalb der Kammer (46) vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient parallel zum Dampfstrom (?6) ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch
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- W-
mehrere Elektroden (60, 62) im Dampfstrom (36), die dort ein elektrisches Feld erzeugen, und
eine Einrichtung (PULSE), die einen elektrischen Impuls an die Elektroden (60, 62) legt, um eine zusätzliche Energie auf die Elektronen des Bereiches im Anschluß an die Ionis ation der Teilchen der einen Isotopenart zu übertragen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlungsenergie Photonenenergien zur selektiven Photoionisation aufweist, die das Ionisationspotential für die Teilchen der einen Isotopenart um wenigstens'ungefähr 1 eV überschreiten.
22. Verfahren?zur Teilchentrennung aus einem Plasma, um die Teilchen getrennt zu sammeln, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
Erzeugen eines Plasmas mit einem vorbestimmten Strom und mit ionisierten Teilchen einer vorbestimmten Isotopenart,
Einwirken eines Magnetfeldes auf das Plasma, wobei das einwirkende Magnetfeld einen Gradienten hat, dessen entgegengesetzte Richtung vom Strom des Plasmas verschieden ist, so daß der Gradient ionisierten Teilchen des Plasmas in Richtung dds schwächeren Magnetfeldes beschleunigt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei-der Erzeugung des Plasmas eine zusätzliche Energie auf die Elektronen des Plasmas über die Ionisationsenergie hinaus übertragen wird.
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24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Energie wenigstens ungefähr 1 eV beträgt.
25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung der zusätzliche^ Energie ein gepulstes elektrisches Feld am Plasma liegt.
26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die beschleunigten ionisierten Teilchen des Plasmas gesammelt werden .
27. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das einwirkende Magnetfeld vom Bereich des Plasmas entfernt ist.
28. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch eine supraleitende Spule (52) angelegt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma Teilchen aus Uranhexafluorid enthält.
30. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma Teilchen aus elementarem Uran enthält.
31. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß für das Plasma ein Dampfstrom (36) aus mehreren. Isotopenarten gebildet wird, und daß eine ausgewählte Isotopenart aus den Teilchen des Dampfstromes (36) ionisiert wird.
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32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ionisierung der Teilchen eine Laser-Strahlungsenergie erzeugt wird, die zur isotopenselektiven Anregung der Teilchen der ausgewählten Isotopenart abgestimmt ist.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserenergie zusätzliche Energie auf die Elektronen des während der Ionisation erzeugten Plasmas überträgt.
34. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Dampfstromes (36) elementares Uran verdampft wird.
35. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Einwirkung des Magnetfeldes magnetische Induktions linien im wesentlichen senkrecht zum Plasmastrom verlaufen.
36. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Einwirkung des Magnetfeldes magnetische Induktions linien in einer im wesentlichen zum Plasmastrom parallelen Richtung verlaufen, und daß das Magnetfeld in Richtung der Dampfstromquelle (40) abgeschwächt wird.
37. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld für adiabatische Bewegungszustände der Elektronen im Plasma ausreichend stark erzeugt wird.
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38. Verfahren zur Trennung von Teilchen einer Isotopenart aus einem Bereich mit Teilchen mehrerer Isotopenarten, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
Erzeugeneines Dampfstromes (36) in einer Kammer (46) zur Fest-
legung des Bereiches mit den Teilchen mehrerer Isotopenarten,
Einwirken eines inhomogenen Magnetfeldes in der Kammer (46) mit einem Gradienten, der im wesentlichen in Richtung einer Spule (52) verläuft, wobei die zum Gradienten entgegengesetzte Richtung nicht parallel zur Richtung des Dampf strom es (36) ist, ♦
periodisches Einwirken einer Laser-Strahlungsenergie auf den Dampfstrom (36) der Kammer (46) im Bereich des Magnetfeldgradienten, wobei die Laser-Strahlungsenergie Photonen einer für eine isotopenselektive Ionisation der Teilchen der einen Isotopenart im D ampfstrom (36) ausreichende Energie aufweist, und wobei der Magnetfeldgradient die ionisierten Teilchen in der zum Gradienten entgegengesetzten Richtung beschleunigt, und
Sammeln der beschleunigten ionisierten Teilchen entfernt vom Dampfstrom im Bereich.
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient parallel zum Dampfstrorn verläuft.
40. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß ein impulsförmiges elektrisches Feld an Elektroden (60, 62) im Dampfstrom (36) liegt, so daß eine zusätzliche Energie auf die
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Elektronen des Bereiches im Anschluß an die Ionisation der Teilchen der einen Isotopenart übertragen wird.
41. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekonnzeichnet, daß die Laser --Strahlungsenergie Photonenenorgion /.ur selektiven Photoionisation hat, die das Ionisationspoteniial für die Teilchen der einen Isotopenart um wenigstens ungefähr 1 eV überschreiten.
42. Verfahren zur Trennung von Ionen aus cincin Plasma, gekennzeichnet durch die folgenden Verfalirensschritte:
Erzeugen eines Plasmas mit einem vorbestimmten 'I'eilchenst ι om mit ionisierten Teilchen einer vorbestimmten Isotoponart, '
Einwirken eines Magnetfeldes auf das strömende Plasma mit einem Gradienten in einer Richtung, so daß die Ionen des Plasmas im wesentlichen in Richtung des Gradienten beschleunigt werden, und
Ausrichten des Gradienten, so daß die Beschleunigung in einer· von der Plasmastromrichtung verschiedenen Richtung erfolgt.
43. Verfahren zur Trennung von Ionen aus einem Plasma, gok e η η ζ e i c h η e I d u r c h die folgenden Vorfahrenssehritte:
Erzeugen eines Dampfstromes (30) aus leuchen einschließlich Uran,
Leiten des Uran-Dampfstromes in einen Bereich eines Magnetl'oldgradienten,
5 CK-i 8 3 3 / Db 2 0
Photoionisieren vorbestimmten Teilchen des Uran-Dampifstromos (36) im Bereich deis Macjnetfeldyradienten, und
cjetrenntes Sammeln der durch den Magnetfeldejriulienten be>schleunigten Ionen.
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