DE2507624A1

DE2507624A1 - Verfahren und vorrichtung zur isotopentrennung

Info

Publication number: DE2507624A1
Application number: DE19752507624
Authority: DE
Inventors: Devienne Fernand Marcel
Original assignee: DEVIENNE FERNAND MARCEL
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-02-21
Publication date: 1975-09-25
Also published as: NO750489L; NO144096C; JPS5231518B2; NO144096B; SE7501936L; ATA129975A; AT360129B; IL46624A; DE2507624C2; IL46624A0; FR2261802B1; CH599804A5; SE412995B; AU7828975A; IT1031946B; LU71889A1; JPS50152197A; BE825810A; FR2261802A1; GB1503031A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Trennverfahren für chemische verbindungen mit eng benachbarten Molmassen, besonders auf die Isotopentrennung verschiedener Elemente; sie bezieht sich insbesondere auf die Trennung der Isotope der Masse 235 und 238 des Elements Uran, ist jedoch nicht darauf beschränkt.

Es gibt derzeit eine Reihe von Verfahren, die für die Trennung von Isotopen chemischer Elemente verwendbar sind; dazu gehören in erster Linie die Massenspektrometrie sowie davon abgeleitete -Verfahren, die sog. Gasdiffusionsverfahren, die elektrolytischen Verfahren oder die Verfahren des sog. bithermen Austauschs sowie die Ultrazentrifugen-Trennverfahren. Diese schon sehr lange und aus verschiedenen Gründen verwendeten unterschiedlichen Verfahren weisen jedoch allesamt eine Reihe von Nachteilen auf, sind sehr kostenintensiv und bringen große Durchführungsschwierigkeiten mit sich, wenn man eine Produktion

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von chemischen Elementen im industriellen Maßstab anstrebt, die an einem der Isotope, aus denen das ursprüngliche natürliche Element zusammengesetzt ist,
in nennenswerter Weise angereichert sind.

Im wichtigsten Fall der Trennung der Uranisotope
wird effektiv lediglich ein einziges Verfahren, das
der Anreicherung durch Gasdiffusion, heute industriell
angewendet. Dieses Verfahren liefert zwar bemerkenswerte Ergebnisse, jedoch ist der Fachwelt bekannt, daß
dieses Verfahren in technologischer Hinsicht außerordentlich schwierig zu realisieren ist und in wirtschaftlicher Hinsicht mit hohen Kosten verbunden ist, da eine sehr große Anzahl mikroporöser Barrieren vom Uranhexafluorid UFg
durchlaufen werden muß, um eine bedeutende Vorzugsdiffusion des Isotopen 2^5 gegenüber dem Isotop 238 zu erzielen. Das Uranhexafluorid UFg ist dabei die einzige gasförmige Uranverbindung, die zu diesem Verfahren verwendet werden kann; diese verbindung bringt jedoch bei der An- . wendung große Schwierigkeiten mit sich, da sie außerordentlich korrosiv, im- höchsten Maße toxisch ist und nur oberhalb etwa 65 ⁰C im gasförmigen Zustand vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verfahren zur Trennung der isotopen eines chemischen Elements durch sukzessives Filtern eines Strahls positiver oder negativer Ionen anzugeben, das wesentlich einfacher ist als die auf der Gasdiffusion beruhenden Trennverfahren und eine in
wirtschaftlicher Hinsicht mindestens vergleichbare Ausbeute liefert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das im einzelnen durch folgende Schritte gekenn-

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zeichnet ist:

1. Erzeugung eines. Strahls positiver oder negativer' Primärionen von zumindest einer Verbindung des Elements,

2. Beschleunigung des Ionenstrahls, Durchtritt durch eine bestimmte Anzahl von an beiden Enden offenen Kollisionskammern, die sich in Reihe hintereinander befinden, .

3. Hervorrufen sukzessiver Dissoziation eines ge-· wissen Prozentsatzes der Primärionen in zumindest zwei Fragmente durch inelastischen Stoß der Ionen mit Molekülen eines neutralen Auffängergases (Targetgas) in jeder der Kammern, die das Gas unter geringem Druck enthalten, wobei das eine Fragment ein Sekundärion ist, das in zumindest zwei in Bezug auf das zu trennende Element unterschiedlichen Isotopenarten vorliegt, sowie

4. Auswahl des Potentials V₂, auf dem die Kollisionskammern gehalten sind, um so ein bevorzugtes Einfangen einer der Isotopenarten zu erreichen, deren Kondensation in jeder Kammer erfolgt.

Nach einer Weiterbildung.des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kammern Auffangeinrichtungen für die Sekundärionen jeder Isotopenart vorgesehen, wobei jede Isotopenart so in einer unabhängigen, zusätzlichen Vorrichtung kondensiert werden kann. Durch eine derartige zusätzlich eingefügte Vorrichtung kann ein transversales elektrisches Feld erzeugt werden, durch das die Ionen geringer Energie abgelenkt und in Bezug auf den Strahl seitlich.abgezogen werden können.

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Das erfindungsgemäße verfahren beruht im wesentlichen auf folgenden physikalischen Vorgängen: wenn man ein neutrales Auffängergas, das sich unter geringem Druck in einer Kollisionskammer befindet, mit einem Primärionenstrahl einer Verbindung des Elements bombardiert, dessen Isotope getrennt werden sollen, dissoziiert ein gewisser Prozentsatz der Primärionen durch inelastische Stöße mit den Molekülen des neutralen Auffängergases, und die so gebildeten Sekundärionen besitzen praktisch eine ihrer Masse proportionale kinetische Energie, wenn also die ■ elektrische Ladung der so erzeugten Sekundärfragmente bekannt ist, kann ein Potential V₂ mit dieser Ladung

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entgegengesetztem Vorzeichen und hinreichend hohem Absolutwert ausgewählt werden, damit die Sekundärionen nicht mehr die notwendige kinetische Energie besitzen, um die entsprechende Potentialbarriere am Austritt der Kammer zu durchbrechen, in der sie gebildet wurden, und sich infolgedessen im Inneren einfangen lassen. Es ist so.verständlich, daß man in dem Fall, wenn bestimmte derartige Dissoziationsfragmente die gleiche elektrische Ladung besitzen und in mehreren Isotopenarten vorkommen, einen Spannungswert V_p auswählen kann, auf dem die Kollisionskammer gehalten wird, daß die der einen (schwereren) Isotopenart entsprechenden Fragmente die Kammer bei der Austrittsöffnung verlassen, während die der anderen (leichteren) Isotopenart entsprechenden Fragmente im Innern der Kammer zurückgehalten werden. Es genügt also, eine Anzahl von Kollisionskammern vorzusehen, die in einer Reihe hintereinander angeordnet sind und sich alle auf dem gleichen Potential V_p befinden, um ausgehend von einem Primärionenstrahl gegebener Energie eine Spaltung sowie ein Einfangen einer bestimmten Zahl von Sekundärionen in Serie in jeder Kammer zu erreichen, die so in Abhängigkeit von ihrer entsprechenden Masse, d.h. im vorliegenden Fall von der Art des Isotops, abgetrennt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren .ist hinsichtlich der Durchführung wie auch seines Anwendungsbereichs von sehr allgemeiner Eignung: die verwendeten Primärionen können unabhängig positiv oder negativ sein, auch können wahlweise sowohl die schwereren als · auch leichteren Isotope, je nach dem vorliegenden Fall, gewonnen werden. Soll beispielsweise die leichtere verbindung gewonnen werden, wird sie durch einfache Kondensation in den Kammern erhalten, in denen sie eingefangen wurde; soll andererseits die schwere verbindung gewonnen werden, so ist diese, da·sie sich in dem aus jeder Kammer austretenden Strahl befindet, durch einfache elektrostatische Ablenkung abzuziehen. Es ist außerdem hervorzuheben, daß das

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erfindüngsgemäße verfahren, das in der vorliegenden Beschreibung im wesentlichen im Hinblick auf die Isotopentrennung beschrieben ist, in gleicher Weise auf die chemische Trennung ionisierter Moleküle mit besonders eng benachbarten Massen zu übertragen ist. An das verwendete neutrale Auffanggas werden keine besonderen Anforderungen gestellt; Edelgase wie Argon und Helium genügen beispielsweise vollständig.

Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß man die Spannung Vp aufgrund von vorherigen experimentell erhaltenen Informationen über die Lage und die Fläche der verschiedenen, jedem der in den Kammern gebildeten Sekundärionen entsprechenden energetischen peaks auswählt, wobei man berücksichtigt, daß die chemische Art und das Verhältnis der in jeder Kammer eingefangenen Sekundärionen durch die Anwesenheit und die Fläche der peaks oder peakteile in dem Spannungsgebiet definiert sind, dessen Absolutwert unterhalb der für V₂ ausgewählten Spannung liegt.

Es wird unmittelbar klar, daß zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem Gasdiffusions-Trennverfahren ein wesentlicher Unterschied besteht. Bei dem letzteren ist die Anreicherung progressiv und geschieht von Stufe zu Stufe sehr langsam über Hunderttausende von in Serie angeordneten Barrieren; im Gegensatz dazu wiederholt sich das physikalische Trennphänomen beim erfindungsgemäßen verfahren in qualitativ gleicher Weise in jeder der Kammern einer Einheit, die sämtlich auf dem gleichen Potential V₂ gehalten sind, wobei die Ionen, die in einer Kammer ρ nicht dissoziierten, diese Kammer verlassen, um in die folgende Kammer ρ + 1 einzudringen. In jeder der Kammern gelangt man simultan und in einer einzigen Stufe zur gleichen, festgelegten Endanreicherung. Es genügt infolgedessen, das Material, das den getrennten und in den einzelnen

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Kammern eingefangenen Sekundärionen entspricht, an den Wandungen der einzelnen Kammern zu kondensieren, um direkt die an einem ihrer Elemente angereicherte chemische verbindung oder ein sie enthaltendes Gemisch zu erhalten.

Eine elementare Rechnung erlaubt die Bestimmung der Spaltungsausbeute des einfallenden Primärionenstrahls sowie die Abschätzung der Verfahrensausbeute, wenn die Ausgangsionen nur einem einzigen Spaltungsschema gehorchen und der Anteil dieser Spaltung mit r % des in jede Kammer eintretenden Strahls bezeichnet ist, tritt der anfängliche Ionenstrahl aus der η-ten Kammer mit einem Intensitätsverhältlich gleich (1 - r)ⁿ bezogen auf den in die erste Kammer eintretenden Strahl aus. (Strenggenommen- setzt diese Rechnung voraus, daß raumladungsbedingte Streueffekte des Strahls sowie der zwischen den Ionen des Strahls und den Molekülen des neutralen Auffanggases unvermeidliche Ladungsaustausch vernachlässigt werden; die Erfahrung bestätigt, daß eine derartige Näherung zur Abschätzung der richtigen Größenordnungen gerechtfertigt ist).

Wenn beispielsweise r = 0,05 und η = 20 sind, beträgt der aus der η-ten Kammer austretende Strahl 35,85 % des Anfangsstrahls, die Spaltung in den Kammern beträgt 64,15 .^. Wird η = 40 gesetzt, beträgt der austretende Strahl nur mehr 12,85 % und die Spaltung 87,15 %.

Aufgrund der Einfachheit des Systems kann beispielsweise als mittlerer Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kammern 8 - W cm gesetzt werden, wobei eine Vorrichtung mit einem Durchmesser von 20 - 25 cm und einer Länge' in der Größenordnung von 2m erhalten wird, die 20 Kammern enthält, die mit einem auswechselbaren Innenmantel versehen sind,.um die eingefangenen und auf ihrer Innenseite kondensier-

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ten Ionen leicht gewinnen zu können. Wenn die Dissoziationsausbeute oberhalb 5 % liegt, kann die Anzahl der Kammern verringert werden. Liegt die Ausbeute andererseits nur bei 2 - j5 fo, kann deren Anzahl vermehrt werden.

Ein zweites charakteristisches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die in einer Kollisionskammer nicht; eingefangenen Sekundärionen aus dieser mit einer sehr geringen und nahe bei O liegenden kinetischen Energie austreten, da ihre Masse·definitionsgemäß sehr nahe an der- · jenigen des einzufangenden Isotops liegt. Es ist infolgedessen seh? leicht^ sie durch' einfache elektrostatische Ablenkung mit Hilfe eines schwachen Felds, das praktisch ohne Einwirkung auf den Primärionenstrahl selbst ist, von diesem Primärionenstrahl abzuziehen, der seinen Weg in die nächste Kollisionskammer fortsetzt.

Im allgemeineren Fail mit mehreren Dissoziationsschemata der Primärionen in Sekundärionen ist die vorstehende Formel nicht mehr gültig, da die Vorgänge komplizierter sind; man erkennt unmittelbar, daß die Endausbeute der angestrebten Isotopentrennung dadurch verringert wird.

Es ist empfehlenswert, den Druck des neutralen Gases in jeder Kollisionskammer so zu wählen, daß einerseits die Disspziationsphänomene auf jede der Kollisionskammern einer Einheit verteilt sind und andererseits die Ladungsaustauschphänomene zwischen dem einfallenden Primärionenstrahl und den Molekülen des neutralen Gases nicht zuviel Bedeutung gewinnen. -Dieses Phänomen kann allerdings nicht gänzlich vermieden werden, ist jedoch im allgemeinen nicht störend, da es nur einen geringen Teil der einfallenden Ionen be-

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OWGINAL INSPECTS*

trifft;..diese verwandeln sich auf diese weise in neutrale Moleküle und setzen ihren Weg durch alle hintereinander liegenden Kammern einer Einheit fort, wobei sie selbstverständlich für die Dissoziationsreaktion und die Isotopentrennung verloren sind.

Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trennung von Isotopen chemischer Elemente, bei dem die eintretenden Primärionen der Ladung e und der Masse M in jede Kollisionskammer mit der Energie ev* eindringen, wobei in jeder Kammer ein Teil zumindest der gebildeten Sekundärionen der zu trennenden Isotopenart der Masse m und der Ladung e zurückgehalten wird und jede Kollisionskammer auf einem Potential Vp mit der Ladung e entgegengesetztem Vorzeichen und einem Absolutwert von mindestens mV,/(M-m) aufgrund'der Energieverteilung der Dissoziationsenergie der Ionen um diesen Wert in engen Grenzen gehalten wird.

In den meisten Fällen wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgehend von einem Primärionenstrahl durchgeführt, dessen Ionen alle die gleiche Ladung (am häufigsten die Einheitsladung positiv) und außerdem dieselbe Energie besitzen, was praktisch unerläßlich ist, wenn industriell verwertbare Ergebnisse erhalten werden sollen.

■ Betrachtet man ein Primärion der Masse M und der Ladung e mit einer dem Zugpotential V-. entsprechenden kinetischen Energie ev,, so wird seine kinetische Energie e«(Vj - V₂), wenn es in eine auf dem Potential Y^ gehaltene Kollisionskammer eintritt. Betrachtet man ein Sekundärion der Masse m mit derselben Ladung e, das ausgehend vom

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vorherigen Ion M gebildet ist, kann in erster Näherung (die die Erfahrung völlig bestätigt) angesetzt werden, da es eine kinetische Energie VOn^ZM)S(V₁ - V₂) besitzt. Die •Bedingung dafür, daß ein solches Sekundärion der Masse m die Kollisionskammer nicht verlassen kann, in der es ent-· standen ist, ist die, daß der letztere wert seiner kinetischen Energie kleiner ist als die elektrische Zugenergie beim Austritt aus der Kammer, wo es eine Barriere vom Potential -Vp durchbrechen muß. Die Einfangbedingung für ein derartiges Sekundärion der Masse m lautet:

< -e

das heißt:

M - m

Theoretisch sind die Verhältnisse so, als ob für ein Sekundärion der gegebenen Masse m, das einem bestimmten zu trennenden Isotop eines chemischen Elements entspricht, ein kritischer Wert des Potentials V₂ existierte, auf dem man die verschiedenen Kollisionskammern hält, oberhalb dessen alle derselben Masse entsprechenden Sekundärionen in den entsprechenden Kammer zurückgehalten werden. Im besonderen, jedoch sehr häufigen. Fall einer erwünschten Trennung zweier Isotopen desselben chemischen Elements rrr'öte es theoretisch möglich sein, sie durch Auswahl eines Potentialwerts V_? für die verschiedenen Kollisionskaimnern zu trennen, der zwischen den jeder Isot-openart der Verbindung entsprechenden kritischen Werten liegt, die ch;_;~ Sekundärion der Masse m bilden. In Wirklichkeit sind die Verhältnisse jedoch nicht so einfach, da die genannten Phänomene aufgrund der verteilung der verschiedenen mög~

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lichen Dissoziationsenergien des gleichen Primärions der Masse M um seinen theoretischen Mittelwert nicht durch •die Potentiallinien, sondern durch die energetischen Spaltungspeaks bestimmt sind, die eine gewisse Breite besitzen und deren.entsprechende Flächen zudem näherungsweise dem Massenanteil der verschiedenen Isotopen des betrachteten Elements entsprechen. Es ist daher verständlich, daß es eine große Zahl möglicher Fälle gibt:

a) Im theoretischen Fall, wo ein Sekundärion der Masse m nur zwei Isotopenarten besitzt, deren entsprechende Energiepeaks der Spaltung völlig voneinander getrennt sind, gelangt man zum vorhergehenden Fall, bei dem die Trennung dadurch genau und vollständig erreicht wird, daß man eine Spannung Vp zwischen diesen beiden peaks wählt;

b) wenn, was den allgemeinsten Fall darstellt, die zwei benachbarten Isotopen entsprechenden energetischen Peaks sich zum Teil überlagern oder wenn, was häufig vorkommt, das Spaltungsschema in Sekundärionen zu einem Gemisch mehrerer Isotopenfragmente verschiedener Massen führt, deren Peaks sich wiederum überlagern können, muß empirisch der günstigste Wert der Spannung V₂ ermittelt werden, in genauer' Abhängigkeit von der jeweils angestrebten globalen Anreicherung.

In manchen Fällen kann diese partielle Überlagerung der Energiepeaks von Vorteil sein, da es durch genaue Wahl des Werts der Spannung V₂ der Kollisionskammern zuweilen möglich ist., a priori eine Spaltung des in den Kammern ΙίΛ bestimmten Isotopenverhältnis zurückgehaltenen Materials zu erreichen, d.h., die angestrebte Anreicherung unmittelbar in einer einzigen Stufe zu erzielen.

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In dem Fall, wenn es nur eine einzige Sekundärionenart gibt, die das zu trennende Element in zwei Isotopenarten der Massen m, und m enthält, ist es zur Durchführung des .erfindungsgemäßen Verfahrens aus praktischer Sicht günstig, den Wert Vp empirisch zwischen den beiden Werten

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und

aufzusuchen, der die erwünschte Anreicherung an einem der Isotope liefertj M₁ und M₂ sind dabei die sehr nahe beieinanäer-lxegenden Isotopenmassen der Primärionen, beispielsweise

235t,,jj und ²^UjJ, wobei in diesem ^aIIe die Bedingung M₂₁ gilt. · ■ '

Die erwünschte Anreicherung kann erforderlichenfalls

in gleicher Vei-se bei steigenden Mengen zur Erzielung eines gegebenen ;,nr oieherungsgrads in mahrer en Stufen vorgenommen werden.» y/obei die Anreicherung nicht von einem bedeutenden Verlust an dem interessierenden Isotop begleitet ist, der eingetreten wäre, wenn rr:an dieselbe Anreicherung in einer ■einzigen Stufe angestrebt hätte. Dies erlaubt beispielsweise die verwendung von prin.'ärionen, die selbst aus doppelten- Iso'sor.engemischen. bestehen -'beispielsweise UBr^, UBr,J, UCl₂₁, CCl,J od.dgl.); deren erhaltene Energiepeaks zahlreich sind und ineinanderfallen.

Es kann'zuweilen interessant sein, den Primärionenstrahl nicht aus einer einzigen verbindung des anzureichernden Elements, sondern aus mehreren zu erzeugen. In allen Fällen der Anwendung des Verfahrens erlaubt die genaue Prüfung -des Spaltungsschemas in Sekundärionen sowie der entsprechenden Energiepeaks, den Vorteil einer solchen Verfahrensweise zu ermitteln und die Spannung V₂ zu bestimmen, die zur Erzielung einer festgelegten Anreicherung auszuwählen ist.

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Bei einer interessanten Weiterbildung des Verfahrens kann es nützlich sein, einige Kammern einer Einheit auf geringfügig verschiedenen Potentialen zu halten, um gleichzeitig Gemische mit verschiedenen Anreicherungsgraden zu gewinnen, die experimentell mit Hilfe der vorherigen Untersuchung der Spannungspeaks bestimmt wurden.

Das erfindungsgernäße Verfahren v/eist gegenüber den gegenwärtig durchgeführten Gasdiffusionsverfahren eine große Zahl .besonderer Vorteile auf, von denen insbesondere folgende erwähnenswert sind;

Die Durchführung ist besonders einfach, da sie im wesentlichen eine Reihe metallischer Kollisionskammern erfordert, die sich alle auf demselben elektrischen Potential befinden und ggf. auf eine- festgelegte Temperatur abgekühlt werden können. Diesen Kammern wird ein neutrales Auffanggas bei niedrigem Druck zugeführt; sie befinden sich in einem Gefäß, in dem ein sekundäres Vakuum aufrechterhalten wird. Bei der praktischen Realisierung einer derartigen Anordnung ist keinerlei neues technologisches Problem zu lösen; außerdem kann eine Trenneinrichtung unter Verwendung dieses Verfahrens fortschreitend aufgebaut werden, was eine zeitliche verteilung der Investitionskosten erlaμbt. jede Kollisionskammer erzeugt eine Menge angereicherten Materials in einer einzigen stufe bei entsprechend vorherbestimmtem Gehalt, und eine Vervielfachung der Anzahl der Kollisionckammern vergrößert nur die Menge des erzeugten angereicherten Materials. Mit dem Verfahren ist es möglich, Uran oder eine Uranverbindung bei gegebener Anreicherung beispielsweise zwischen'] un'd 70 % in einer einzigen Verfahrens stufe zu erzeugen; der Selbstkostenpreis der Anreicherung ist

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dem Anreicherungsgrad genau proportional. Wenn von einem Gehalt von 1 % auf einen Gehalt von 70 % gegangen werden soll, ist keinerlei Modifizierung der Anlage erforderlich. Ausgehend von einem auf einige Prozent angereicherten Uran ist es möglich, auf 99 % angereichertes Uran zu erhalten. Außerdem ist es möglich, die Trennabfälle zu verwenden und beispielsweise auf j5 fo angereichertes Uran zu erhalten.

Störungen, die in einer Isotopentrenneinheit einige einzelne' Kollisionskammern oder eine ganze Einheit derartiger Kammern in Serie betreffen, sind ohne Einfluß auf ■ die Funktion des übrigen Teils der Anlage, jede Kollisionskammer arbeitet unabhängig von ihren Nachbarkammern, und in einer aus mehreren Einheiten bestehenden Anlage ist jede Einheit von den'benachbarten Einheiten in jeder Hinsicht unabhängig. Gegenüber den progressiv in Serie ablaufenden Anreicherungsverfahren stellt dies einen außerordentlichen Fortschritt dar.

In einigen besonders günstigen Fällen kann eine vollständige Trennung in einer einzigen Stufe erzielt werden, wobei das nicht in den Kammern zurückgehaltene Isotop erforderlichenfalls in einfacher Weise am Strahlende gewonnen werden kann. ■ · '

In jedem einzelnen Fall ist es ferner möglich., die Ausgangsverbindungen, aus denen der Primärionenstranl erzeugt wird, zu wählen, was die Möglichkeit eröffnet, Verbindungen mit günstigeren Handhabungsexgenscnaften als Uranhexafluorid einzusetzen, dessen Nachteile bereits erwähnt wurden.

Des weiteren ist es nicht erforderlich, von verbindungen

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mit bereits hohem Reinheitsgrad auszugehen, da "ielm erfindungsgemäßen Verfahren die Bestandteile in Abhängigkeit von ihren verschiedenen Massen ausgewählt werden und Verunreinigungen die Ausbeute lediglich im Verhältnis ihrer eigenen Konzentration beeinflussen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Einrichtungen in einfachen Metallhallen installiert werden können und der nötige Plächenbedarf der Anlage nicht sehr groß ist. Hinsichtlich des Umweltschutzes sind keinerlei besondere Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, und die Risiken einer Verunreinigung sind, entsprechend der chemischen Natur der verwendeten Verbindungen, im allgemeinen gegenüber der Verwendung von Uranhexafluorid in einem außergewöhnlichen Maß reduziert. ■.

Die Erfindung wird im folgenden anhand verschiedener Beispiele für das Isotopentrennverfahren eines chemischen Elements sowie die erfindungs^emäßen Vorrichtungen sowie anhand der Fig. 1-3 der Zeichnung näher erläutert; es zeigen: ·.

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit

der Energiepeaks, die der Veränderung der Masse dm/dv entsprechen, die in jeder Kammer eingefangen wird, vom Potential V₂, auf dem jede Kollisionskammer gehalten ist;

Fig. 2 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Iso-

topentrennvorrichtung im Seitenschnitt; Fig. 2a stellt das Hauptteil der Vorrichtung dar, Fig. 2b eine der Kollisionskammern in Detailansicht;

Fig. j5 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vor-. richtung mit zwölf parallel in derselben Vakuumkammer befindlichen Kollisionskammereinheiten.

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Fig. 1 erläutert «für einen bestimmten Fall die vorangegangenen Erörterungen hinsichtlich der Spannung Vp, auf der die KoIlisionskammern gehalten werden, in Abhängigkeit vom angestrebten Isotopentrennungsgrad. Bei dem besonderen Bei- · spiel der Fig. l liegt der Fall vor, daß zwei verbindungen von benachbarter Isotopenzusair^ensetzung den Spaltungs-Energiepeaks 1 bzw. 2 entsprechen, deren Maxima bei den Spannungen V ' bzw. V" liegen, wobei sich die beiden Spannungspeaks teilweise überlagern. Dies ist beispielsweise bei der

235-Trennung der Ionen von Urantrjodid der Formeln X5JJ> bzw. ²^ U.^T3 der Fall. 7/ur besseren Verdeutlichung ist die Fläche des Peaks S, in Fig. I gegenüber der Fläche des Peaks S„ willkürlich ver-sröflertj wobei ίχε beiden Flächen in Wirklichkeit im Verhältnis- der natürlichen Isotopes stehen. Da dieses Verhältnis sehr klein ist,, ist es zuweilen möglich, daß der peak der einen verbindung nur als einfache, mehr oder-weniger auffällige Irregularität der Isotopentrennkurve des anteilmäßig häufigeren ^Tsotops in Erscheinung tritt und nicht sicher unterschieden werden kann,

Der Wert V₂ der tatsächlich zum Anlegen an die Kollisionskammern ausgewählten Spannung ist in der zeichnung durch die senkrechte Linie 3 angegeben, die mit den Peaks I bzw. 2 die Flächen S₁ fUr ?eak 1 und Sp für Peak 2 begrenzt. Das Isotopenverhältnis der verbindungen in der in den verschiedenen Kollisionskammern zurückgehaltenen Mischung ist gleich dem verhältnis der beiden Flächen S₁ und S₂, die den beiden zu trennenden Isotopen entsprechen. Es ist leicht einzusehen, daß man je nach der gewählten Lage der Geraden 3, d.h. letztlich je nach dem gewählten Spannungswert V₃, entweder das .erste Isotop in reinem Zustand oder ein Gemisch der beiden Isotope mit gegebenem Mengenverhältnis erhalten kann. Aus der zeichnung geht außerdem hervor, daß Spannungs-

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ORfGtNAi INSPECTED

werte V₂ oberhalb des Wertes V^rf'₂ keinen Vorteil mehr bringen, da oberhalb dieses Werts gleichzeitig beide Isotope in den Karr» irn ~ingefangen werden, d.h., oberhalb derer letztlich wieder die ursprüngliche Isotopenzusammensetzung wiedergefunden wird.

Es ist außerdem leicht möglich, die bei Fig. 1 diskutierten Aussagen auf den Fall zu übertragen, bei dem mehr als zwei Energiepeaks verschiedener Massen vorliegen, die ggf. mehrere chemische verbindungen desselben Elements betreffen, die in Form verschiedener Isotopenarten vorkommen. Man muß dabei lediglich in Betracht ziehen, daß die gesamten, in jeder Kammer zurückgehaltenen Massen chemische Eigenschaften und ein Mengenverhältnis in der globalen Mischung besitzen, die durch die Anwesenheit verschiedener Spaltungspeaks sowie die Summe der Flächen der. verschiedenen peaks links von der Geraden 5 in Fig. 1 dargestellt werden. Der Fachmann ist so in jedem einzelnen Fall aufgrund der Untersuchung der Spaltun^sschemata und der Aufstellung des Diagramms der Trennun^speaks ohne weiteres in der Lage, den Abszissenwert V₂ der Geraden 3 auszuwählen, d.h. das Potential der Kollisionskammern in Abhängigkeit vom jeweils angestrebten Ergebnis. '

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäSen Verfahrens detailliert dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen rohrförmigen, auf einem Gestell 4 montierten Behälter 5, der an der einen Seite dicht mit einer Ionenquelle 6 und auf der anderen Seite mit eir.Jm abnehmbaren Deckel 7 versehen ist.. Der rohrförmige Behälter 5 besitzt eine seitliche öffnung 8 mit großem Durchmesser, die den Anschluß an ein Vakuumpumpensystem erlaubt, das aus einer ersten Vakuumpumpe 9 sowie einer zweiten, nachgeschalteten Vakuumpumpe

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besteht-. Mit der in der Zeichnung schematisch dargestellten Anordnung der zwei Pumpen 9 und -10 läßt sich in dem rohrförmigen Behälter 5 ein Vakuum in der Größenordnung von 10"*^ Torr aufrechterhalten.

Im rohrförmigen Behälter 5 befindet sich entsprechend der Erfindung ein herausnehmbarer, verschiebbarer zylindrischer Einsatz 1], auf dem die verschiedenen Kollisionskammern 12, 13, 14,"15 und 16 axial hintereinander angeordnet ' sind« Die verschiedenen Kollisionskammern sind aus Metall ^: gefertigt und werden durch die elektrische Zuleitung IJ parallel auf demselben Potential V₂ gehalten; außerdem sind die Kollisionskammern 12 - 16 noch durch das Leitungssystem l8 mit "*inem neutralen Gas unter geringem Druck von größenordnungsmäßig etwa IQ" ^ Torr versorgt, beispielsweise mit Argon oder Helium. Zwischen jeder der Kammern 12 - 16 befindet sich schließlich Jeweils eine elektrostatische Ablenkvorrichtung, von denen fünf in der zeichnung dargestellt und mit 19, 20, 21, 22 und 2^ bezeichnet sind. Wie bereits erwähnt, sind die Ablenkvorrichtungen dazu vorgesehen, die Isotopenverbindungen der Masse m, die in den Kollisionskaramern nicht °-ingefangen wurden, auf die. Wandung des zylindrischen Einsatzes 11 a':·-ulenken, auf der sie si.ch . niederschlagen. Zu diesem Zweck genügt,- wie ebenfalls bereits erwähnt, eine sehr kleine elektrische Spannung,, da. die entsprechenden Sekundärionen definitionsgemäß mit einer sehr geringen, nahe bei ο liegenden kinetischen Energie aus« ,treten und es infolgedessen möglich ist, sie vom Hauptionen» strahl abzuziehen, ohne daß dadurch nennenswerte Störungen entstehen. - . .

In manchen Fällen kann es erwünscht 3ein, die Auebeute der Kondensation der eingefangenen Sekundärionen zu verbessern, die aufgrund ungenügender Abbremsung die Tendenz haben, die Kollisionskammern zu verlassen. Zu

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diesem Zweck werden erfindungsgemäß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kammern Auffangeinrichtungen für die Sekundärionen vorgesehen. Diese Einrichtungen können beispielsweise aus einer Reihe von Gittern (in der Zahl der zu trennenden Isotopenarten entsprechender Anzahl) bestehen, die im Falle positiver Ionen auf leicht positiven, in Strahlrichtung steigenden Potentialen gehalten werden, wodurch eine genaue Kontrolle der Abbremsung der einzufangenden Ionen möglich ist. Jede Sekundärionenart kann also in einer unabhängigen, nachgeschalteten Vorrichtung durch Erzeugen insbesondere eines örtlichen transversalen elektrischen Feldes eingefangen werden, das dazu dient, die Ionen geringer Energie in Bezug auf den Strahl seitlich abzuziehen.

In Fig. 2b ist eine Kollisionskammer, vgl. 12, vergrößert dargestellt, die aus eineir. Körper 2k und zwei Schraubdeckeln 25 und 26 besteht, die Jeweils eine zentrale öffnung 27 und 28 zum Durchtritt des Strahls aufweisen; der zylindrische Körper 24 ist in gleicher Weise mit einem elektrischen Anschluß 29 zum Anlegen des erwünschten Potentials V₂ an die Anordnung sowie mit einem Stutzen j30 versehen,.der an die Rohrleitung 18 angeschlossen werden kann und so das Innere der Kammer 12 unter schwachem Druck eines neutralen Gases zu halten erlaubt. Das neutrale Gas entweicht ständig durch die öffnungen 27 und 28 der Kollisionskammern ins Innere des rohrförmigen Gefässes 5, aus dem es durch die Pumpen 9 und 3 0 ständig abgepumpt wird.

In Fig. 2b ist am Ausgang der Kammer 12 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung angegeben, die in bestimmten Fällen zur Verbesserung der Kondensationsausbeute an Sekundärionen dient, die aufgrund ungenügender Abbremsung die Tendenz haben, die Kammer zu verlassen. Dazu dient eine

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Ablenkvorrichtung 19 (20, ...), die aus zwei auf Verzögerungs- bzw. Abbremspotentialen gehaltenen Gittern 35 und J54 besteht, zwischen denen in cn sich bekannter Weise, beispielsweise durch die Platten j55, transversale elektrische Felder E- und E₂ erzeugt werden, mit denen die Sekundärionen geringer Energie seitlich abgezogen werden. Diese nur schwachen Felder sind entsprechend praktisch ohne Einfluß auf die nicht gespaltenen Primärionen.

Es ist ferner erforderlichenfalls möglich, die Wandungen jeder der Kammern 12 -' l6 zwecks Kondensation des gasförmigen Materials zu kühlen, das den gebildeten und im Innern jeder Kollisidnskammer zurückgehaltenen Sekundärionen entspricht. Dieser leicht zu realisierende Kühlkreislauf ist in der Fig. 2 aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen.

Die Größe der Fig. 2 entsprechender Vorrichtungen liegt üblicherweise bei Einheiten von 10 Kollisionskammern, die jeweils einen Durchmesser von j5 cm und eine Länge von β - 12 cm aufweisen. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kammern wird ein Zwischenraum von 2 cm gelassen,: der zylindrische Einsatz 11 hat einen Durchmesser von 15 cm.

Nach dem Betrieb der Apparatur über eine zur Kondensation der erforderlichen Massen der reinen oder angereicherten Isotopenverbindung ausreichende zeit genügt es zur Gewinnung der Substanzen, den herausnehmbaren zylindrischen Einsatz 11 aus dem rohrförmigen Behälter 5 in einfacher Weise herauszuziehen und das erhaltene Material direkt auf den Innenflächen der einzelnen Kollisionskammern zu entnehmen. Es sei noch hervorgehoben, daß die Anordnung in gleicher V/eise die Gewinnung desjenigen Massenanteils erlaubt, der den nicht in den Kammern

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eingefangenen Sekundärionen entspricht und sich im Verlauf des Verfahrens auf den kalten Innenwandungen des beweglichen zylindrischen Einsatzes 11 niedergeschlagen hat.

In Fig. 3 sind zwölf Trenneinheiten 30 in einem zylindrischen Behälter 29 dargestellt, der aus zwei Halbschalen 29a und 29b gebildet ist, wobei die Trenneinheiten durch metallische Querverbindungen 31 fixiert sind. Eine derartige Anordnung erlaubt eine Optimierung des Raumbedarfs einer Vorrichtung aus mehreren Einheiten mit kleinstmöglichem Volumen. Die zwei Halbschalen 29a und 29b lassen sich zu Entnahmeoperationen um die Achse 32 aufklappen.

Die vorstehende Anordnung kann beispielsweise zur Trennung von Uranisotopen ausgehend vom Urantetrajodid der Formel UJh verwendet werden, wobei man von den folgenden beiden Spaltungsschemata Gebrauch macht, die im häufigsten Fall gleichzeitig vorliegen:

UJJ —> UJ^ + J und UJJ —> Ujj + J₂

mit entsprechenden Ausbeuten von 8,3 % und 1,2 % an in Bezug auf die Primärionen UJj₁ gebildeten Sekundärionen UJ^ und

Unter diesen Bedingungen wird eine Quelle von Primärionen UJ^ zur Erzeugung des Strahls verwendet, der sich durch die verschiedenen, nr.t einem inerten Gas wie Argon oder Helium gefüllten Kollisionskammern ausbreitet. Das Sekundärion Ujt liegt dann in zwei verschiedenen Arten vor, ²^* d ²^ Ut di ld lthältie

als ²^JJ*- und ²^ Ujt, die folgenden Spaltungsverhältnissen m/M entsprechen:

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^mi ^-Uj, 616

x _a —1_ = 2 - ₌ 0,8291

m₂ 238_U(J
und x_o = -- = -pr-2 = -^Z- = 0,8298.

Zur Realisierung der Trennung dieser beiden Ionen durch

f~) "7 f— 1

bevorzugtes Einfangen- des Ions -^UJ₇ in den verschiedenen ' Kollisionskammern genügt es, an jede Kammer eine zwischen den beiden berechneten Werten V'_? und v"_? liegende Spannung anzulegen, wobei die beiden Werte durch folgende Formel gegeben sind:

- ^xi ^vi

1 - X₁ - ^X2 ^V

was hier einer Spannung zwischen - 4,8503 V, und - 4,8740 entspricht, wobei die erste der beiden Spannungen dem Peak maximum der Verbindung '^"XJJ-,, die zweite dem. Peakmaximum

der verbindung -^ UJ₇. entspricht. ■

Wenn die Spaltung und die Begleitphänornene nicht zu groß sind, werden die Energiepeaks vollständig" getrennt j in' der Mehrzahl der Fälle liegt jedoch aufgrund der Spaltungsenergie eine Überlagerung der beiden peaks vor. Entsprechend dem angestrebten Anreicherungsgrad wird als Kammerspannung ein zwischen den beiden werfen V' und V"₂ liegender Wert ausgewählt.

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Setzt man V₁ = 2OOC Volt, kann die Spannung V₂ zwischen - 9700 Volt und - 97^8 Volt variiert werden. Man ersieht daraus, daß die Spannung v_? bei Kenntnis der Spaltungsverhältnisse empirisch so festgesetzt werden kann, daß die Anreicherung einen bestimmten wert erreicht.

Wenn man zehn Kollisionskammern in Serie verwendet, beträgt die totale Spaltung des Ionenstrahls 1 - (1 - r) = - ( 0,083 + 0,012)"] ¹⁰ = 1 - (0,905)¹⁰ = 1 - 0,369

Unter den genannten experimentellen Bedingungen wird eine nicht vernachlässigbare Menge ujt aufgefunden (etwa 20 % im Strahl von der Quelle); die zugehörigen Spaltungsschemate sind:

Ujt —> UJ₂ + J
Ujt —> UJ⁺ +J₀.

Die entsprechenden Spaltungsausbeuten betragen, bezogen auf den in jede Kollisionskammer eintretenden anfänglichen Ionenstrahl, 0,7 % bzw. 0,3 %.

Bei der Festlegung der Spannung V₂ muß infolgedessen diesen parallel ablaufenden Spaltungen Rechnung getragen werden. Im vorliegenden Fall zeigt die Erfahrung sowie die Prüfung der Energiepeaks von UJ⁺, UJ⁺ und UJ⁺, daß eine Spannung V_? = - 9720 Volt anstelle von beispielsweise - 9724 Volt zu wählen ist (V₃ + V"_o) entsprechender Wert), wenn

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eine Anreicherung von 5 % in einer einzigen Stufe angestrebt ist.

Bei diesem Durchführungsbeispiel können die Kollisionskammern erforderlichenfalls zur Kondensation von UJ, auf den Wandungen auf 15O ⁰C abgekühlt werden.

Andere Halogenverbindungen des Urans eignen sich in gleicher Weise gut für die Abtrennung des Isotops -^u nach dem erfindungsgemäßen verfahren; hier sind beispielsweise die Bromide UBr₂₊, UBr,J und UBr₃J₃ sowie die chloride UCl₂₊, UCl-Br und UCl,J zu nennen.

Bei den Derivaten UBr₂₊,- UBr,J oder UCl^J bringt die Bildung des Sekundärions den Verlust eines Bromatoms im ersten Fall und in den beiden übrigen Fällen den Verlust eines Jodatoms mit sich.; die entsprechenden Energiepeaks sind häufig überlagert. Unter diesen Verhältnissen muß durch vernünftige Wahl der Spannung Vp eine Optimierung zwischen zwei im allg°meinen widersprüchlichen Vorhaben versucht werden, nämlich einerseits einen gegebenen und relativ hohen Anreicherungsgrad in einer einzigen Stufe

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zu erzielen und andererseits, nicht zuviel "^u in verbindungen zu verlieren, die eine, höhere Masse als die in den Kammern zurückgehaltenen Verbindungen besitzen.

Im Fall des Bromids UBr₂₊ entspricht die verwendete Spaltungsreaktion dem Schema:

U⁸¹Br₃ ^Br⁺ —> U ⁸³Br^ ₊ ⁷⁸Br j

^ml 481

für das Uranisotop 2^8 ergibt sich X₁ = = -—- « 0,8589,

¹ M 560

für das Uranisotop 2^5 folgt x_o = jL. = -Kf ^β O,858l.

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Setzt man V₁ = 2000 7, erhält man

= - 12 094 Volt und

1 - χ

γ"

- χ V

_Volt#

Bei Wahl von V₂ = - 12 120 Volt zeigt die Untersuchung der Energiepeaks, daß man ^ine 10 ^ige Anreicherung an -^U erhält. Da die Wahrscheinlichkeit für das Vorkommen der Verbindung U Br., '-Έν im Isotopeng^'rlsch UBr₂, J>/\6 beträgt, wird die effektive .'.nreicherung nur J>/l6 · 10 % - 1,875 % betragen. Zur Erzielung einer Endanreicherung von 3 % sind entsprechend zwei aufeinanderfolgende Operationen erforderlich. -

In jedem einzelnen Fall bestimmt das zu erreichende Trennergebnis, ob eine, zwei oder mehrere Operationen erforderlich sind.

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Claims

- 2β - Patentansprüche

1. Verfahren zur Trennung der Isotopen eines chemischen Elements, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(1) Erzeugung eines Strahls positiver oder negativer Primärionen von zumindest einer Verbindung des Elements,

(2) Beschleunigung des Ionenstrahls zum Durchtritt durch eine bestimmte Anzahl von an beiden Enden offenen Kollisionskammern, ^r-1ie sich in Reihe hintereinander befinden,

(3) Hervorrufen sukzessiver Dissoziation eines gewissen Prozentsatzes der Primärionen in zumindest zwei Fragmente durch inelastischen Stoß der Ionen mit Molekülen eines neutralen Auffängergases in jeder der Kammern, die das Gas unter geringem Druck enthalten, wobei das eine Fragment ein Sekundärion ist, das in zumindest zwei in Bezug auf das zu trennende Element unterschiedlichen Isotopenarten vorliegt, sowie

(4) Auswahl des Potentials Vp, auf dem die Kollisionskammern gehalten werden, zum bevorzugten Einfangen einer der Isotopenarten, deren Kondensation in jeder Kammer erfolgt.

2. Isotopentrennverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kondensation der Sekundärionen jeder Isotopenart mit Hilfe jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kammern eingebrachter unabhängiger Auffangvorrichtungen.

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3. Isotopentrennverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Potential.V₂ aufgrund vorheriger experimenteller Informationen über Lage und Fläche der verschiedenen, jeder in den Kammern gebildeten Sekundärionenart entsprechenden Energiepeaks auswählt, wobei man berüoksiohtigt, daß die chemische Art und das Verhältnis der in jeder Kammer eingefang^nen Sekundärionen durc*¹ die Anwesenheit und die Fläche der Peaks oder Peakteile in dem Spannungsgebiet definiert sind, dessen Absolutwert unterhalb der für V₂ ausgewählten Spannung liegt.

4. Isotopentrennverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich alle Koliisionskamraern derselben Einheit auf dem gleichen Potential V₂ befinden.

5. Isotopentrennverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Kammern aus zumindest derselben Einheit auf leicht unterschiedlichen Potentialen gehalten werden, um Gemische mit gleichermaßen verschiedenen Isotopenzusammensetzungen zu erhalten.

6. Isotopentrennverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man von den in jede Kollisionskammer mit. der Energie βν_χ eindringenden Primärionen der Ladung e und der Masse M in jeder Kammer einen Teil zumindest der gebildeten Sekundärionen der Masse m und der Ladung e dadurch zurückhält, daß man jede Kollisionskammer auf einem Potential V₂ mit der Ladung e entgegengesetztem Vorzeichen und einem mindestens mV,/(M - m) entsprechendem Absolutwert aufgrund der Energieverteilung der Dissoziationsenergie der Ionen um diesen Wert in engen Grenzen hält.

7. Isotopentrennverfähren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man von "den Sekundärionen der Ladung e, die von den in jede Kammer mit der Energie eV. einfallenden Primärionen der Ladung e und der Massen M^ und M₂ gebildet

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werden und in Form zweier Isotopenarten der Masse m, und m₂ (m^ <£ nO vorliegen, in -jeder Kammer einen Teil zumindest der Ionen der Masse m-, bevorzugt einfängt, indem man jede Kollisionskammer auf einem Potential Vg mit der Ladung e entgegengesetztem Vorzeichen und einem Absolutwert zwischen

M m \ M Tn

aufgrund der Energieverteilung der Dissoziationsenergie der Ionen um diesen Wert in engen Grenzen hält.

8. Isotopentrennverfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht eingefangenen Sekundärionen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kammern mit Hilfe schwacher elektrostatischer Felder abgezogen werden, die den Primärionenstrahl praktisch nicht beeinflussen.

9. Isotopentrennverfahren nach einem der Ansprüche 1 - ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollisionskammern zur Kondensation der zurückgehaltenen Ionen gekühlt werden.

10. Isotopentrennverfahren nach einem der Ansprüche 1 - 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Kollisionskammern ein Auffängergas unter einem Druck von größenordnungsmäßig 10 ^ Torr enthalten.

11. Isotopentrennverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Auffanggas unter den Edelgasen Argon und Helium ausgewählt ist.

12. Verfahren %ur Trennung der Uranisotope 238 und 235 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Ionenstrahl

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von Uranjodidioneri UJ^ durch eine bestimmte Anzahl unter niedrigem Druck mit Argon gefüllter Kollisionskammern hindurchtreten läßt, dabei die Spaltungsreaktion UJ⁺-?- Ujt + J benützt und das Potential V₀ jeder Kollisionskammer so wählt, daß ein Teil zumindest der so er-

2^n +
zeugten Ionen ^ UJ-* keine hinreichende kinetische Energie besitzt, um die Kammern zu verlassen, in der sie gebildet wurden.

13.Verfahren zur Trennung der Uranisotope 238 und 235 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Ionenstrahl von Uranjodidionen UJ^ durch eine bestimmte Anzahl unter niedrigem Druck mit Argon gefüllter Kollisionskammern hindurchtreten läßt, dabei die Spaltungsreaktion UJ⁺-* Ujt + J benutzt und die Anreicherung der in jeder Kammer eingefangenen Ionen an ^-⁵U dadurch einstellt, daß man für V₀ einen Wert "ählt, der zwischen .den dem Einfangen von ^-TTJ-T bzw. UJi entsprechenden Peaks liegt.

14. Verfahren zur Trennung der Uranisotope 238 und 235 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzeugung der Primärionen UBr.,, UBr^J, UBr₀J₀, UCl₁, oder UCl,Br verwendet.

15. Verfahren zur Trennung der Uranisotope 238 und 235 nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Verwendung der Spaltungsreaktion ²^_n 8IBr₃ 79_Br+___>23S₁₁ ⁸¹Br₃ + ^79Br'

16. Vorrichtung zur Durchführung des Isotopentrennverfahrens nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß sie innerhalb eines zylindrischen Innenmantels (11) enthält:

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(1) eine Anordnung metallischer Kollisionskatnmern (z.B. 12)y die längs ihrer gemeinsamen Achse angeordnet sind und jeweils eine Ein- sowie Austrittsöffnung (27 und 28) für den Strahl aufweisen,

(2) eine Einrichtung (18) für die parallele Versorgung der einzelnen Kollisionskammern mit einem neutralen Gas unter reduziertem Druck,

(3) eine Einrichtung (17) zum parallelen Anlegen eines elektrischen Potentials V₂ an die einzelnen Kammern,

(k) eine Kühleinrichtung für die Kammern sowie

(5) Ablenkvorrichtungen (z.B. 19) jeweils zwischen den Kammern,

wobei der Innenmantel (11) lösbar in einen ortsfesten, röhrenförmigen Behälter (5) eingeschoben ist, der auf der einen Seite mit einer Ionenquelle, deren Achse ' mit der gemeinsamen Achse der Kollisionskammern zusammenfällt, und auf der anderen Seite mit einem dichten Deckel (7) verschlossen und über eine weite seitliche öffnung (8) mit einem Vakuumpumpsystern (9 und 10) verbunden ist.

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