DE2507624C2

DE2507624C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Verbindungen mit eng benachbarten Massen und insbesondere zur Isotopentrennung

Info

Publication number: DE2507624C2
Application number: DE2507624A
Authority: DE
Inventors: Fernand Marcel Cannes Devienne
Original assignee: Individual
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-02-21
Publication date: 1984-05-03
Also published as: SE7501936L; DE2507624A1; IT1031946B; ES434941A1; GB1503031A; JPS5231518B2; IL46624A; FR2261802A1; ATA129975A; JPS50152197A; NO750489L; SE412995B; NO144096C; NO144096B; AU499350B2; AT360129B; AU7828975A; LU71889A1; NL7501955A; IL46624A0

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Trennung chemischer Verbindungen mit eng benachbarten Molmassen und besonders zur Trennung von Isotopen chemischer Elemente, insbesondere der Isotope ²³⁵U und ²³⁸U.

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 und 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 eine Produktion von chemischen Elementen, die an einem ihrer Isotope nennenswert angereichert sind, im technischen Maßstab angestrebt ist.

Im wichtigsten Fall der Trennung der Uranisotope wird effektiv lediglich ein einziges Verfahren, das der Anreicherung durch Gasdiffusion, heute industriell angewandt. Dieses Verfahren liefert zwar bemerkenswerte Ergebnisse, jedoch ist der Fachwelt bekannt, daß dieses Verfahren in technologischer Hinsicht außerordentlich schwierig zu realisieren und in wirtschaftlicher Hinsicht mit hohen Kosten verbunden ist, da eine sehr große Anzahl mikroporöser Barrieren vom Uranhexafluorid UFt, durchlaufen werden muß. um eine bedeutende Vorzugsdiffusion des Isotops 235 gegenüber dem Isotop 238 zu erzielen. Das Uranhexafluorid UFt, ist dabei die einzige gasförmige Uranverbindung, die zu diesem Verfahren verwendet werden kann; diese Verbindung bringt jedoch bei der Anwendung große Schwierigkeiten mit sich, da sie außerordentlich korrosiv und im höchsten Maße toxisch ist und nur oberhalb etwa 65°C im gasförmigen Zustand vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Trennung ionisierter Moleküle mit eng benachbarten Massen und insbesondere der Isotope eines chemischen Elements durch sukzessives Filtern eines Strahls positiver oder negativer Ionen, das wesentlich einfacher ist als die auf der Gasdiffusion beruhenden Trennverfahren und eine in wirtschaftlicher Hinsicht mindestens vergleichbare Ausbeute liefert, sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Trennung von Verbindungen mit eng benachbarten Massen und insbesondere von Isotopen eines chemischen Elements durch Erzeugung eines Ionenstrahl und Beschleunigung der Ionen durch Durchlaufen eines elektrischen Feldes ist ty, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(1) Erzeugung eines Strahls positiver oder negativer Primärionen von mindestens einer Verbindung des zu trennenden Gemisches und Beschleunigung der Primärionen durch Durchlaufen der Potentialdifferenz V, auf eine für Schritt (2) ausreichende kinetische Energie,

(2) Hindurchleiten des Primärionenstrahls durch eine Anzahl von in Reihe hintereinander angeordneten, an beiden Enden offenen und auf einem Potential V₂ gehaltenen Kollisionskammern, in denen sich ein unter geringem Druck stehendes neutrales Trägergas befindet, wobei die beschleunigten Primärionen durch unelastische Stöße mit den Teilchen des Trägergases unter Erzeugung von Sekundärionen mindestens zweier unterschiedlicher Massen von Isotopenarten des zu trennenden Elements mit einer ihrer Masse proportionalen kinetischen Energie dissoziieren und wobei das Potential V₂ der Kollisionskammern mit der Ladung der Sekundärionen entgegengesetztem Vorzeichen auf einem Wert gehalten wird, bei dem die kinetische Energie der Sekundärionen der leichteren Masse(n) bzw. Isotopenarte(n) nicht mehr zur Überwindung der Potentialbarriere am Austritt derjenigen Kollisionskammer, in der sie erzeugt wurden, ausreicht.

und

(3) Abtrennung der leichten Masse(n) bzw. lsotopenart(en) durch Kondensation der in den Kollisionskammern eingefangenen Sekundärionen durch Kühlung

oder Abtrennung der schwereren Masse bzw. Isotopenart durch elektrostatische Ablenkung aus dem aus den Kollisionskammern austretenden Sekundärionenstrahl.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens weist eine Ionenquelle auf, die einen Ionenstrahl erzeugt, und ist gekennzeichnet durch

(1) einen ortsfesten, röhrenförmigen Behälter, der auf der einen Seite mit der loner |uelle

und

- auf der anderen Seite mit einem dichten Dekkel verschlossen und

- über eine seitliche Öffnung mit großem Durchmesser mit einem Vakuumpumpensystem verbunden ist,

(2) einen zylindrischen Innenmantel,der

— lösbar in den Behälter' eingeschoben ist und enthält:

— eine Anordnung metallischer Kollisionskammern, die längs einer mit der Ionenquelle gemeinsamen Achse angeordnet sind und jeweils eine Ein- und Austrittsöffnung für den Ionenstrahl aufweisen,

— eine Einrichtung für die parallele Versorgung der einzelnen Kollisionskammern mit einem neutralen Trägergas unter reduziertem Druck.

— eine Einrichtung zum parallelen Anlegen

eines elektrischen Potentials V₂ an die einzelnen Kollisionskammern,

— eine Kühleinrichtung für die Kollisionskammern sowie

— Ablenkvorrichtungen jeweils zwischen den Kollisionskammern.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Isotopentrennung 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.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das im folgenden anhand der Isotopentrennung näher erläutert wird, beruht im wesentlichen auf folgenden physikalischen Vorgängen: wenn man ein neutrales Trägergas (Targetgas), 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 unelastische Stöße mit den Molekülen des Trägergases, und die so gebildeten Sekundärionen besitzen praktisch eine ihrer Masse proportionale kinetische Energie. Wenn also die elektrische Ladung der so erzeugten Sekundärionen bekannt ist, kann ein Potential V₂ mit dieser Ladung 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 Kollisionskammer zu durchbrechen, in der sie gebildet wurden, und sich infolgedessen darin einfangen lassen. Man kann daher, wenn bestimmte derartige als Dissoziationsfragmente erhaltene Sekundärionen die gleiche elektrische Ladung besitzen und in mehreren Isotopenarten vorkommen, einen Spannungswert V₂, auf dem die Kollisionskammer gehalten wird, auswählen, bei dem die der einen (schwereren) Isotopenart entsprechenden Sekundärionen die Kammer durch die Austrittsöffnung verlassen, während die der anderen (leichteren) Isotopenart entsprechenden Sekundärionen im Inneren der Kollisionskammer zurückgehalten werden. Es genügt also, eine Anzahl von Kollisionskammern vorzusehen, die in einer Reihe hintereinander angeordnet sind und sich aüe auf dem gleichen Potential V₂ befinden, um ausgehend von einem Strahl von Primärionen gegebener Energie eine Spaltung sowie ein Einfangen einer bestimmten ZaM von Sekundärionen in Serie in jeder Kollisionskammer 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 Kollisionskammern erhalten, in denen sie eingefangen wurde; soll andererseits die schwere Verbindung gewonnen werden, so ist diese, da sie sich in dem aus jeder Kollisionskammer austretenden Strahl befindet, durch einfache elektrostatische Ablenkung abzuziehen. Es ist außerdem hervorzuheben, daß das erfindungsgemäße 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 Trägergas werden keine besonderen Anforderungen gestellt; Edelgase wie Argon und Helium genügen beispielsweise vollständig.

Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß man die Spannung V₂ aufgrund von vorherigen experimentell erhaltenen Informationen über die Lage und die Fläche der verschiedenen, jedem der in den Kammern gebildeten Sekundärionen entsprechenden Energiepeaks auswählt, wobei man berücksichtigt, daß die chemmische 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 erfindunsgemäßen 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 erfindunsgemäßen Verfahren in qualitativ gleicher Weise in jeder der Kollisionskammern einer Einheit, die sämtlich auf dem gleichen Potential V₂ gehallen sind, wobei die Ionen, die in einer Kollisionskammer nicht dissoziierten, diese Kammer verlassen und in die folgende Kammer eindringen. In jeder der Kollisionskammern gelangt man simultan und in einer einzigen Stufe zur gleichen, festgelegten Endanreicherung. Es genügt infolgedessen, das Material, das den getrennten und in den einzelnen Kollisionskammern 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

so mit r% des in jede Kollisionskammer eintretenden Strahis bezeichnet im, üiü der anfängliche Ionenstrahl aus der n-ten Kammer mit einem Intensitätsverhältnis gleich (1 — r)" bezogen auf den in die erste Kollisionskammer eintretenden Strahl aus. Strenggenommen setzt diese Rechnung voraus, daß raumladungsbedingte Streueffekte des Strahls sowie der zwischen den Ionen des Strahls und den Molekülen bzw. Atomen des Trägergases unvermeidliche Ladungsaustausch vernachlässigbar sind; die Erfahrung bestätigt, daß eine derartige Näherung zur Abschätzung der richtigen Größenordnungen gerechtfertigt ist

Wenn beispielsweise /-=0,05 und π=20 sind, beträgt die Intensität des aus der η-ten Kollisionskammer austretenden Strahls 35,85% von der des Anfangsstrahls, die Spaltungsausbeute in den Kollosionskammern beträgt 64,15%. Wird π=40 gesetzt, hat der austretende Strahl nun mehr 12,85% der anfänglichen Intensität, und die Spaltungsausbeute ist 87,15%.

Aufgrund der Einfachheit des Systems kann beispielsweise der mittlere Abstand zwischen den Mittelpunkten der Kollisionskammern 8 bis 10 cm betragen, wobei eine Vorrichtung mit einem Durchmesser von 20 bis 25 cm und einer Länge von etwa 2 m erhalten wird, die 20 Kollisionskanimeni enthält, die mit einem auswechselbaren Innenmamel versehen sind, um die eingefangenen und auf ihrer Innenseite kondensierten Ionen leicht gewinnen zu können. Wenn die Dissoziationsausbeute oberhalb 5% liegt, kann die Anzahl der Kollisionskammern verringert werden. Liegt die Ausbeute andererseits nur bei 2-3%, 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 0 liegenden kinetischen Energie austreten, da ihre Masse definitionsgemäß sehr nahe an derjenigen des einzufangenden Isotops liegt. Es ist infolgedessen sehr 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 allgemeinen Fall, wenn die Primärionen nach mehreren Diisoziationsschemata in Sekundärionen übergehen, 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 Trägergases in jeder Kollisionskammer so zu wählen, daß einerseits die Dissoziationsphänomene auf jede der Kollisionskammern einer Einheit verteilt sind und andererseits der Ladungsaustausch zwischen dem einfallenden Primärionenstrahl und dem Trägergas nicht zuviel Bedeutung gewinnt. Dieses Phänomen kann allerdings nicht gänzlich vermieden werden, ist jedoch im allgemeinen nicht störend, da es nur einen geringen Teil der einfallenden ionen betrifft; diese verwandeln sich auf diese Weise in neutrale Moleküle und setzen ihren Weg durch alle hintereinander liegenden Kollisionskammern einer Einheit fort, wobei sie selbstverständlich für die Dissoziationsreaktion und die Isotopentrennung verloren sind.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren treten die Primärionen der Ladung e und der Masse M in jede Kollisionskammer mit der Energie eV, ein, wobei in jeder Kollisionskammer zumindest ein Teil der gebildeten Sekundärionen der zu trennenden Isotopenart der Masse m und der I .arlnng e zurückgehalten wird und jede Kollisionskammer auf einem Potential V₂ mit der Ladung e entgegengesetztem Vorzeichen gehalten wird, dessen Absolutwert aufgrund der Energieverteilung der Dissoziationsenergie der Ionen in engen Grenzen um mindestens den Wert in V^Z(M-m)liegt.

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 unerläßich ist, wenn industriell verwertbare Ergebnisse erhalten werden sollen.

Betrachtet man ein Primärion der Masse M und der Ladung e mit einer der Potentialdifferenz Vi entsprechenden kinetischen Energie eVi, so wird seine kinetische Energie e ■ (V\— V₂), wenn es in eine auf dem Potential V₂ gehaltene Kollosionskammer eintritt Betrachtet man ein Sekundärion der Masse in mit dergleichen Ladung e, das ausgehend vom vorherigen lon M gebildet ist, kann in erster Näherung (die die Erfahrung völlig bestätigt) angesetzt werden, daß es eine kinetisehe Energie von (m/M) e (V] — V₂) besitzt. Die Bedingung dafür, daß ein solches Sekundärion der Masse m die Kollisionskammer nicht verlassen kann, in der es entstanden 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 - V₂ durchbrechen muß. Die Einfangbedingung für ein derartiges Sekundärion der Masse m lautet:

das heißt;

(m/M) e (V] -V₂) < -e V₂,

mV_x

M-m

Theoretisch sind die Verhältisse 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 Kollisionskammern zurückgehalten werden. Im besonderen, je- doch sehr häufigen Fall einer erwünschten Trennung zweier Isotopen des gleichen chemischen Elements müßte es theoretisch möglich sein, sie durch Auswahl eines Potentialwerts V₂ für die verschiedenen Kollisionskammern zu trennen, der zwischen den jeder Isotopenart der Verbindung entsprechenden kritischen Werten liegt, die das Sekundärion der Masse m bilden. In Wirklichkeit sind die Verhältnisse jedoch nicht so einfach, da die genannten Phänome aufgrund der Verteilung der verschiedenen möglichen Dissoziationsenergien des gleichen Primärions der Masse M um seinen theoretischen Mittelwert nicht durch die Potentiaüinien, sondern durch die Energiepeaks der Spaltung 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 V₂ zwischen diesen beiden Peaks wählt;

b) wenn, was den allgemeinsten Fall darstellt, die zwei benachbarten Isotopen entsprechenden Energiepeaks 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 der günstigste Wert der Spannung V₂ in genauer Abhängigkeit von der jeweils angestrebten globalen Anreicherung empirisch ermittelt werden.

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 Kollisionskammern bestimmtem Isotopenverhältnis zurückgehaltenen Materials zu erreichen, d. h., die angestrebte Anreicherung unmittelbar in einer einzigen Stufe zu erzielen.

In dem Fall, wenn es nur eine einzige Sekundärionenart gibt, die das zu trennende Element in zwei Isotopenarten der Massen m\ und m₂ enthält, ist es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus praktischer Sicht günstig, den Wert V₂ empirisch zwischen den beiden Werten

_ W₂K₁

M₂ -m₂

aufzusuchen, der die erwünschte Anreicherung an einem der Isotope liefert; M\ und M₂ sind dabei die sehr nahe beieinanderliegenden Isotopenmassen der Primärionen, beispielsweise ²³⁵UJ₄ ⁺ und ²³⁸UJ₄ ⁺ , wobei in diesem Falle die Bedingung M₂ = Mi + 3 gilt.

Die erwünschte Anreicherung kann erforderlichenfalls in gleicher Weise bei steigenden Mengen zur Erzielung eines gegebenen Anreicherungsgrads in mehreren Stufen vorgenommen werden, wobei die Anreicherung nicht von einem bedeutenden Verlust an dem interessierenden Isotop begleitet ist, der eingetreten wäre, wenn man dieselbe Anreicherung in einer einzigen Stufe angestrebt hätte. Dies erlaubt beispielsweise die Verwendung von Primärionen, die selbst aus doppelten Isotopengemischen bestehen (beispielsweise UBr₄, UBn], UCl₄, UCI3J od. dgl.), deren resultierende Energiepeaks zahlreich sind und einander überlagern.

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. eine vorteilhafte Verfahrensweise zu ermitteln und die Spannung K₂ zu bestimmen, die zur Erzielung einer festgelegten Anreicherung auszuwählen ist.

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

Das erfindungsgemäße Verfahren weist 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 Trägergas bei niedrigem Druck zugeführt; sie befinden sich in einem Gefäß, in dem ein Vakuum aufrechterhalten wird. Bei der praktischen Realisierung einer derartigen Anordnung sind keinerlei technische Probleme zu lösen; außerdem kann eine Trenneinrichtung unter Anwendung dieses Verfahrens fortschreitend aufgebaut werden, was eine zeitliche Verteilung der Investitionskosten erlaubt. Jede Kollisionskammer erzeugt eine Menge angereicherten Materials in einer einzigen Stufe bei entsprechend vorherbestimmtem Gehalt, und eine Vervielfachung der Anzahl der Kollisionskammern vergrößert nur die Menge des erzeugten angereicherten Materials. Mit dem Verfahren ist es möglich, in einer einzigen Verfahrensstufe Uran oder eine Uranverbindung beispielsweise um 1 bis 70% anzureiehern: der Selbstkostenpreis der Anreicherung ist dem Anreicherungsgrad 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 ange-

reicherten Uran ist es möglich, auf 99% angereichertes Uran zu erhalten. Außerdem ist es möglich, die Trennabfälle zu verwenden und beispielsweise auf 3% 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 Primärionenstrahl erzeugt wird, frei zu wählen, was die Möglichkeit eröffnet. Verbindungen mit günstigeren Handhabungseigenschaften als Uranhexafluorid einzusetzen, dessen Nachteile bereits erwähnt wurden.

Des weiteren ist es nicht erforderlich, von Verbindungen mit bereits hohem Reinheitsgrad auszugehen, da beim erfindungsgemäßen Verfahren die Bestandteile in Abhängigkeit von ihren verschiedenen Massen ausgewählt werden und Verunreinigungen die Ausbeule Iediglich im Verhältnis ihrer eigenen Konzentration beeinflussen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Einrichtungen in einfachen Metallhallen installiert werden können und der nötige Flächenbedarf 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

Verschiedene Beispiele für die Trennung der Isotopen eines chemischen Elements sowie die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden im folgenden anhand der F i g. 1 — 3 der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Energiepeaks, die der Veränderung der Masse ami d V entsprechen, die in jeder Kammer eingefangen wird, vom Potential V₂, auf dem jede Kollisionskammer gehalten ist;

Fig. 2 eine Teilansicht einer erfindunsgemäßen Isotopentrennvorrichtung im Seitenschnitt, wobei F i g. 2a das Hauptteil der Vorrichtung und Fig.2b eine der

Kollisionskammern in Detailansicht darstellen, und

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwölf parallel in der gleichen Vakuumkammer befindlichen Kcllisionskammereinheiten.

F i g. I erläutert für einen bestimmten Fall die vorangegangenen Erörterungen hinsichtlich der Spannung V₂, auf der die Kollisionskammern gehalten werden, in Abhängigkeit vom angestrebten Isotopentrennungsgrad. Bei dem besonderen Beispiel der F i g. 1 liegt der Fall vor. daß zwei Verbindungen von benachbarter Isotopenzusammensetzung den Spaltungs-Energiepeaks 1 bzw. 2 entsprechen, deren Maxima bei den Spannungen V₂' bzw. V₂" liegen, wobei sich die beiden Peaks teilweise überlagern. Dies ist beispielsweise bei der Trennung der Ionen von Urantrijodid der Formeln ²³⁵Uh bzw. ²³⁸Uh der Fall. Zur besseren Verdeutlichung ist die Fläche des Peaks Si in F i g. 1 gegenüber der Fläche des Peaks S₂ willkürlich vergrößert, wobei die beiden Flächen in Wirklichkeit im Verhältis der natürlichen Isotope 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 Isotops in Erscheinung tritt und nicht sicher unterschieden werden kann.

Der Wen V₂ der tatsächlich zum Anlegen an die Kollisionskammern ausgewählten Spannung ist in der Zeichnung durch die senkrechte Gerade 3 angegeben, die mit den Peaks 1 bzw. 2 die Flächen S, für Peak I und S₂ für Peak 2 begrenzt. Das Isotopenverhältnis der Verbindungen in der in den verschiedenen Kollisionskammern zurückgehaltenen Mischung ist gleich dem Verhältnis der beiden Flächen S, 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 V₂, entweder das erste Isotop in reinem Zustand oder ein Gemisch der beiden Isotope mit gegebenem Mengenverhältis erhalten kann. Aus der F i g. 1 geht außerdem hervor, daß Spannungswerte V₂ oberhalb des Wertes V₂'" keinen Vorteil mehr bringen, da oberhalb dieses Werts gleichzeitig beide Isotope in den Kammern eingefangen werden, d. h.. oberhalb derer letztlich wieder die ursprüngliche Isotopenzinammensetzung 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 chemischer Eigenschaften und ein Mengenverhältnis in der globalen Mischung besitzen, die durch die Anwesenheit verschiedener Energiepeaks der Spaltung sowie die Summe der Flächen der verschiedenen Peaks links von der Geraden 3 in F i g. 1 dargestellt werden. Der Fachmann ist so in jedem einzelnen Fall aufgrund der Untersuchung der Spaltungsschemata und der Aufstellung des Peakdiagramms ohne weiteres in der Lage, den Abszissenwert V₂ der Geraden 3, d. h. das Potential der Kollisionskammern in Abhängigkeit vom jeweils angestrebten Ergebnis auszuwählen.

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens detailliert dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen röhrenförmigen, auf einem Gestell 4 montierten Behälter 5, der an der einen Seite dicht mit einer Ionenquelle 6 und auf der anderen Seite mit einem 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 10 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 1,33 · IO-³ Pa (10-⁵Torr) aufrechterhalten.

Im Behälter 5 befindet sich entsprechend der Erfindung ein herausnehmbarer, verschiebbarer zylindrischer Innenmantel 11, 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 17 parallel auf dem gleichen Potential V₂ gehalten; außerdem sind die Kollisionskammern 12-16 noch durch die Einrichtung 18 (Leitungssystem) mit einem neutralen Trägergas unter geringem Druck von größenordnungsmäßig etwa 0,133 Pa (10~³Torr) 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 23 bezeichnet sind. Wie bereits erwähnt, sind die Ablenkvorrichtungen dazu vorgesehen, die Isotopenverbindungen der Masse m, die in den Kollisionskammern nicht eingefangen wurden, auf die Wandung des zylindrischen Innenmantels 11 abzulenken, auf der sie sich 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 Null liegenden kinetischen Energie austreten und es infolgedessen möglich ist, sie vom Hauptionenstrahl abzuziehen, ohne daß dadurch nennenswerte Störungen entstehen.

In manchen Fällen kann es erwünscht sein; die Ausbeute der Kondensation der eingefangenen Sekundärionen zu verbessern, die aufgrund ungenügender Abbremsung die Tendenz haben, die Kollisionskammern zu verlassen. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemaß 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 12 vergrößert dargestellt, die aus einem Körper 24 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 30 versehen, der an das Leitungssystem 18 angeschlossen werden kann und so das Innere der Kammer 12 unter schwachem Druck eines Trägergases

zu halten erlaubt Das Trägergas entweicht standig durch die öffnungen 27 und 28 der Kollisionskammern ins Innere des Behäkars 5, aus dem es durch die Vakuumpumpen 9 und 10 ständig abgepumpt wird.

In Fig. 2b ist am Ausgang der Kammer 12 eine Vorrichtung schematisch dargestellt, die in bestimmten Fällen zur Verbesserung der Kondensationsausbeute an Sekundärionen vorgesehen ist, die aufgrund ungenügender Abbremsung die Tendenz haben, die Kammer zu verlassen. Dazu dient eine Ablenkvorrichtung 19,20, 21, 22, 23 .... die aus zwei auf Verzögerungs- bzw. Abbremspotentialen gehaltenen Gittern 33 und 34 besteht, zwischen denen in an sich bekannter Wei?e, beispielsweise durch die Platten 35, transversale elektrische Felder 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 Kollisionskammern 12—16 zur Kondensation des gasförmigen Materials zu kühlen, das den gebildeten und im Innern jeder Kollisionskammer zurückgehaltenen Sekundärionen entspricht. Dieser leicht zu realisierende Kühlkreislauf ist in der Fig.2 aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen.

Die Größe Fig. 2 entsprechender Vorrichtungen liegt üblicherweise bei Einheiten von 10 Kollisionskammern, die jeweils einen Durchmesser von 3 cm und eine Länge von 6—12 cm aufweisen. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kollisionskammern 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 Innenmantel 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 Weise die Gewinnung desjenigen Massenanteils erlaubt, der den nicht in den Kammern eingefangenen Sekundärionen entspricht und sich im Verlauf des Verfahrens auf den kalten Innenwandungen des zylindrischen Innenmantels 11 niedergeschlagen hat.

In F i g. 3 sind zwölf Trenneinhei'en 30 in einem zylindrischen Behälter 29 dargestellt, der aus zwei Halbschelen 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 29i> lassen sich zu Entnahmeoperationen um die Achse 32 aufklappen.

Die vorstehende Anordnung kann beispielsweise zur Trennung von Uranisotopen ausgehend vom Urantetrajodid der Formel Uj₄ verwendet werden, wobei man von den folgenden beiden Spaltungsschemata Ge-

brauch macht, die im häufigsten Fall gleichzeitig vorlie gen:

UJ₄ ⁺-UJ₃ ⁺-I-J und UJ₄ ⁺-UJ₂ ⁺-I-J₂;

die entsprechenden Ausbeuten betragen 8,3% bzw 1,2% an in Bezug auf die Primärionen UJ₄ gebildetei Sekundärionen UJ₃ ⁺ bzw. UJ₂ ⁺.

Unter diesen Bedingungen wird eine Quelle von Pri märionen UJ₄ ⁺ zur Erzeugung des Strahls verwendet der sich durch die verschiedenen, mit einem inerten Trä gergas wie Argon oder Helium gefüllten Koilisonskam mern ausbreitet Das Sekundärion Uj₃ ⁺ liegt dann ir zwei verschiedenen Arten vor, als ²³⁵UJ₃ ⁺ und ²³⁸UJ₃ ⁺ die folgenden Spaltungsverhältnissen m/M entspre chen:

616

743

= 0,8291

und

Zur Realisierung der Trennung dieser beiden Ionei durch bevorzugtes Einfangen des Ions ²³⁵UJ₃ ⁺ in der verschiedenen Kollisionskammern genügt es, an jed( Kollisionskammer eine zwischen den beiden berechne ten Werten V₂' und V₂" liegende Spannung, anzulegen wobei die beiden Werte durch folgende Formel gege bensind:

y =

_ -X₂V₁

was hier einer Spannung zwischen —4,8503 V\ un< — 4,8740 Vi entspricht, wobei die erste der beiden Span nungen dem Peakwert des Molekülions ²³⁵UJi⁺ und di zweite dem Peakwert des Molekülions ²³⁸UJ^ ⁺ ent spricht.

Wenn die Spaltung und die Begleitphänomene nich zu groß sind, werden die Energiepeaks vollständig ge trennt; in der Mehrzahl der Fälle liegt jedoch aufgrun der Spaltungsenergie eine Überlagerung der beiden Pe aks vor. Entsprechend dem angestrebten Anreiche rungsgrad wird als Spannung V₂ ein zwischen den bei den Werten V₂'und V₂" liegender Wert ausgewählt.

Setzt man Vi =2000 Volt, kann die Spannung V₂ zwi sehen -9700VoIt und -9748VoIt variiert werder Man ersieht daraus, daß die Spannung V₂ bei Kenntni der Spaltungsverhältnisse empirisch so festgelegt wer den kann, daß die Anreicherung einen bestimmten Wer erreicht.

Wenn man zehn Kollisionskammern in Serie verwen det, beträgt die gesamte Spaltung des Ionenstrahls

1 -(I -r)¹⁰ = 1 -[I -(0,083+0,012)]'° = 1 -(0,905)'° = 1 -0,369 = 0,631.

Unter den genannten experimentellen Bedingungen wird eine nicht vernachlässigbare Menge Uj3⁺ aufgefunden (etwa 20% im Strahl von der Quelle); die zugehörigen Spaltungsschemata sind:

UJ₃ ⁺-UJ₂-+]

UJ₃ ⁺-UJ⁺+J₂.

Die entsprechenden Spaltungsausbeuten betragen, bezogen auf den in jede KolHsionskamiTier 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 UJ₃ ⁺, UJ₂ ⁺ und UJ⁺, daß eine Spannung V₂= -9720 Volt anstelle von beispielsweise —9724 Volt zu wählen ist

entsprechender Wert

■)·

U⁸¹Br₃ ⁷⁹Br⁺ —> U⁸¹Br₃ ⁺ + ⁷⁹Br;
für das Uranisotop 238 ergibt sich

■ °·⁸⁵⁸⁹·

für das Uranisotop 235 folgt

X₂ = -^- = — = 0,8581.

Setzt man Vi = 2000 Volt, erhält man

1 -

16
= -12174VoIt.

to Bei Wahl von V₂= -12 120 Voll zeigt die Untersuchung der Energiepeaks, daß man eine 10%ige Anreicherung an ²³⁵U erhält. Da die Wahrscheinlichkeit für das Vorkommen der Verbindung U⁸¹Br₃ ⁷⁹Br im Isotopengemisch UBr₄ 3/16 beträgt, wird die effektive Anreicherung nur 3/16 · 10% = 1,875% betragen. Zur Erzielung einer EnJanreicherung 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.

15

20

wenn eine Anreicherung von 3% in einer einzigen Stufe angestrebt ist.

Bei diesem Durchführungsbeispiel können die Kollisionskamrnern erforderlichenfalls zur Kondensation von UJ₃ auf den Wandungen auf 150⁰C abgekühlt werden.

Andere Halogenverbindungen des Urans eignen sich in gleicher Weise gut für die Abtrennung des Isotops ²³⁵U nach dem erfindungsgemäßen Verfahren; hier sind beispielsweise die Bromide UBr₄, UBr₃J und UBr₂J: sowie die Chloride UCI₄, UCl₃Br und UCI₃J zu nennen.

Bei den Verbindungen UBr₄, UBr₃J oder UCI₃J bringt die Bildung des Sekundärions den Verlust eines Bromatoms im ersteren 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 V₂ eine Optimierung zwischen zwei im allgemeinen gegensätzlichen Vorhaben versucht werden, nämlich einerseits, einen gegebenen und relativ hohen Anreicherungsgrad in einer einzigen Stufe zu erzielen, und andererseits, nicht zuviel ²"U in Verbindungen zu verlieren, die eine höhere Masse als die in den Kammern zurückgehaltenen Verbindungen besitzen.

Im Fall des Bromids UBr₄ entspricht die verwendete Spaltungsreaktion dem Schema:

50

55

60 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

= -12094 Volt

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Trennung von Verbindungen mit eng benachbarten Massen und insbesondere von Isotopen eines chemischen Elements durch Erzeugung eines Ionenstrahls und Beschleunigung der Ionen durch Durchlaufen eines elektrischen Feldes,

gekennzeichnet d urch

folgende Schritte:

(1) Erzeugung eines Strahls positiver oder negativer Primärionen von mindesten? einer Verbindung des zu trennenden Gemisches und Beschleunigung der Primärionen durch Durchlaufen der Potentialdifferenz V\ auf eine für Schritt (2) ausreichende kinetische Energie,

(2) Hindurchleiten des Primärionenstrahls durch eine Anzahl von in Reihe hintereinander angeordneten, an beiden Enden offenen und auf einem Potential V₂ gehaltenen Kollisionskammern, in denen sich ein unter geringem Druck stehendes neutrales Trägergas berindet, wobei die beschleunigten Primärionen durch unelastische Stöße mit den Teilchen des Trägergases unter Erzeugung von Sekundärionen mindestens zweier unterschiedlicher Massen bzw. Isotopenarten des zu trennenden Elements mit ei- to ner ihrer Masse proportionalen kinetischen Energie dissoziieren und wobei das Potential V₂ der Kollisionskammern mit der Ladung der Sekundärionen entgegengesetztem Vorzeichen auf einem Wert gehalten wird, bei dem die kinetische Energie der Sekundärionen der leichteren Masse(n) bzw. Isotopenart(en) nicht mehr zur Überwindung der Potentialbarricre am Austritt derjenigen Kollisionskammer, in der sie erzeugt wurden, ausreicht,

und

(3) Abtrennung der leichten Masse(n) bzw. Isotopenart(en) durch Kondensation der in den KoI-losionskammern eingefangenen Sekundärionen durch Kühlung

oder Abtrennung der schwereren Masse bzw. Isotopenart durch elektrostatische Ablenkung % aus dem aus den Kollosionskammern austretenden Sekundärionenstrahl.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeute der leichten Isotopenart(en) durch Abtrennung in zwischen aufeinanderfolgenden Kollisionskammern befindlichen Auffangeinrichtungen, die auf in Strahlrichtung ansteigenden elektrischen Potentialen gehalten werden, vcr- bo vollständigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß alle Kollisionskammern einer Trenneinheit auf dem gleichen Potential V₂ gehalten werden. _b-,

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß Kollosionskammern aus einer oder mehreren Trenneinheiten auf leicht unterschiedlichen Potentialen V₂ gehalten werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht eingefangenen Sekundärionen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kollosionskammern mit Hilfe schwacher elektrostatischer Felder abgezogen werden, die den Primärionenstrahi nicht beeinflussen.

6. Verfahren nach einem, der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas in den Kollosionskammern unter einem Druck von größenordnungsmäßig 0,133 Pa (10-³ Torr) gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Argon oder Helium eingesetzt wird.

8. Verfahren zur Trennung der Uranisotope ²³⁵U und ²³⁰U nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Primärionen Uranjodidionen UJ-I⁺ erzeugt. Argon als Trägergas verwendet und das Potential V₂ der Kollisionskammern so gewählt wird, daß die durch die Spaltungsreaktion

U]₄- -UJ₃-J

gebildeten Sekundärionen ²³⁵UJ₃ ⁺ in den Kollisionskammern eingefangen und abgetrennt werden.

9. Verfahren zur Trennung der Uranisotope ^2ä5U und ^2JSU nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Primärionen UBr₄, UBr₃J, UBr₂Jj. UCI, oder UCI₃Br verwendet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Spaltungsreaktion

gebildeten Sekundärionen -'"'U¹¹¹BrI⁺ cingefangen und abgetrennt werden.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Ionenquelle, die einen Ionenstrahl erzeugt.

gekennzeichnet durch

(1) einen ortsfesten, röhrenförmigen Behälter (5), der

- auf der einen Seite mit der Ionenquelle (6) und

- auf der anderen Seite mit einem dichten Deckel (7) verschlossen und

- über eine seitliche öffnung (8) mit großen Durchmesser mit einem Vakuumpumpensysiem (9,10) verbunden ist,

(2) einen zylindrischen Innenmantel (11), der

- lösbar in den Behälter (5) eingeschoben ist und enthält:

- eine Anordnung metallischer Kollisionskammern (12-16), die längs einer mit der Ionenquelle (6) gemeinsamen Achse angeordnet sind und jeweils eine Ein- und Austrittsöffnung (27, 28) für den Ionenstrahl aufweisen.

- eine Einrichtung (18) für die parallele Versorgung der ein/einen Kollisionskammern mit einem neutralen Tragergas unter reduziertem Druck.

- eine Einrichtung (17) zum parallelen

Anlegen eines elektrischen Potentials V2 an die einzelnen Kollisionskammern,

eine Kühleinrichtung fü- die Kollisionskammern sowie Ablenkvorrichtungen (19 — 23) jeweils zwischen den Kollisionskammern.