DE2524128B2 - Process for the separation of isotopes - Google Patents
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- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/34—Separation by photochemical methods
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von Isotopen aus gasförmigen Verbindungen, in denen auch die Verbindungspartner in nicht isotopenreiner Gestalt vorliegen, durch selektive Anregung, z. B. mittels Laserstrahlung, und anschließender chemischer oder physikalischer Absonderung des Raktionsproduktes. Die Trennung von Isotopen aus gasförmigen Verbindungen durch selektive Anregung, wobei die Wellenlänge der dafür benötigten Strahlung einer Rotationsschwingungslinie der das gewünschte Isotop enthaltenden Verbindung entspricht, ist bekannt. Der eigentliche Trennvorgang der angeregten Moleküle von den nicht angeregten kann dabei auf physikalischem Wege durchgeführt werden, siehe die DE-OS 23 12 194 und 21 20 401. Jedoch ist auch bereits eine Trennung auf chemischem Wege bekanntgeworden, siehe DE-OS 19 59 767. Diese Technik richtet sich hauptsächlich auf die Anreicherung von Uran, da dieses für die Energieversorgung von größter Wichtigkeit ist und nach Möglichkeiten gesucht werden muß, die bisher außerordentlich teueren Anreicherungsverfahren durch wirtschaftlichere abzulösen.The present invention relates to a method for separating isotopes from gaseous compounds, in which the connection partners are also present in a form that is not isotopically pure, through selective Suggestion, e.g. B. by means of laser radiation, and subsequent chemical or physical separation of the Reaction product. The separation of isotopes from gaseous compounds by selective excitation, where the wavelength of the radiation required for this is a rotational oscillation line of the desired Isotope-containing compound is known. The actual separation process of the excited molecules of the unexcited can be carried out physically, see DE-OS 23 12 194 and 21 20 401. However, a separation by chemical means has already become known, see DE-OS 19 59 767. This technology is mainly aimed at the enrichment of uranium, since this for the energy supply is of the utmost importance and must be looked for possibilities that have hitherto to replace extraordinarily expensive enrichment processes with more economical ones.
Die bisherigen Vorschläge verwendeten als Ausgangsmaterial UF6, da dieses einen verhältnismäßig hohen Dampfdruck besitzt. Es hat außerdem den Vorteil, daß der Verbindungspartner, also das Fluor ein Reinisotopenelement ist. Die für die selektive Anreicherung auszuwählenden Rotationsschwingungslinien entsprechen also nur zwei Isotopenverbindungen, nämlich jenen mit Uran 238 und jenen mit Uran 235.The previous proposals used UF6 as the starting material, as this is a relative one has high vapor pressure. It also has the advantage that the connection partner, i.e. the fluorine, is a Is a pure isotopic element. The rotational oscillation lines to be selected for the selective enrichment correspond so only two isotope compounds, namely those with uranium 238 and those with uranium 235.
Es ist auch bereits bekannt, UCI6 für die Isotopenanreicherung zugrunde zu legen, siehe die GB-PS 12 84 620. Der Verbindungspartner Chlor kommt allerdings entsprechend seinem natürlichen Vorkommen in zwei Isotopenformen vor, so daß durch die Vielzahl der dadurch bedingten Isotopenverbindungen auch eine Vielzahl sich teilweise überlappender • Spektren vorhanden ist. Selektive Abtrennung ist deshalb nur teilweise möglich, wodurch das Verfahren unwirtschaftlich ist. In der GB-PS ist daher vorgeschlagen worden, bei dem UCl6 das Chlor natürlicher Isotopenzusammensetzung durch nur ein Chlor-IsotopIt is also already known to use UCI 6 for isotope enrichment as a basis, see GB-PS 12 84 620. The compound partner chlorine, however, occurs in two isotopic forms according to its natural occurrence, so that due to the large number of isotope compounds caused by it, there are also a large number partially overlapping • spectra are present. Selective separation is therefore only partially possible, which makes the process uneconomical. It has therefore been proposed in GB-PS that the chlorine of natural isotopic composition be replaced by only one chlorine isotope in the case of UCl 6
i" zu ersetzen. Dies muß jedoch nach Durchführung der
ersten Trennstufe aus Wirtschaftlichkeitsgründen zurückgewonnen und wieder den Ausgangsstoffen zugeführt
werden.
Es ist dazu also ein verhältnismäßig umständliches "> Verfahren notwendig, das einen außerordentlich hohen
apparativen Aufwand erfordert und somit auch nicht die eingangs erwähnte Fordemng nach möglichst großer
Wirtschaftlichkeit erfüllt.i ". However, after the first separation stage has been carried out, this must be recovered for reasons of economy and returned to the starting materials.
For this purpose, a relatively cumbersome process is necessary, which requires an extremely high outlay in terms of equipment and thus does not meet the initially mentioned requirement for the greatest possible economic efficiency.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein wirtschaftlichesThe task was therefore to create an economic
-" Verfahren zu finden, bei dem beide Verbindungspartner in Gestalt mehrer Isotopen vorkommen können.- "Find a procedure in which both connection partners can occur in the form of several isotopes.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einem Verfahren, bei dem eine in den vorliegenden Isotopenarten bestimmt zusammengesetzte VerbindungThis object is achieved according to the invention in a method in which one in the present Isotopic species determines compound compound
·-"> selektiv angeregt wird und der Rest des Verbindungsgemisches nach Absonderung des R.eaktionsproduktes mit einer besonders zugeführten Menge des Verbindungspartners in natürlicher Isotopenzusammensetzung zur Ermoglichung eines Isotopenaustausches in Verbindung· - "> is selectively excited and the rest of the compound mixture after separation of the reaction product with a specially added amount of the compound partner in natural isotopic composition for Enabling an isotope exchange in connection
iü gebracht und anschließend zum erneuten Durchlauf durch die Trennvorrichtung zurückgeführt wird. Dies bedeutet, daß die natürliche Zusammensetzung der Isotopen des Reaktionspartners wieder hergestellt wird und somit beim erneuten Durchlauf durch die iü and then returned to run through the separator again. This means that the natural composition of the isotopes of the reaction partner is restored and thus when it is passed through the again
v' Trenneinrichtung die selektiv anzuregende Verbindung wieder vorhanden ist. v ' separating device, the connection to be selectively excited is available again.
Spezielle ausgestaltende Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 2. Special design measures of the method according to the invention emerge from subclaims 2 and 2.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Abreicherung der Ausgangsmenge der Ausgangsverbindung immer weiter getrieben werden — bis zum erstrebten Abreicherungsgrad braucht also kein neues Natur-Uran in den Prozeß eingeführt zu werden. DerWith the process according to the invention, the starting amount of the starting compound can be depleted be pushed further and further - so no new one is needed until the desired degree of depletion is reached Natural uranium to be introduced into the process. Of the
■'■"' Anwendungsbereich an sich bekannter Isotopentrennverfahren wird somit im Falle der Uranisotopentrennung über die bisher allein vorgeschlagene Verbindung UF6 — mit Fluor als Reinisotop — hinaus auf Verbindungen ausgedehnt, deren VerbindungspartnerIn the case of uranium isotope separation, the application range of isotope separation processes known per se is thus extended beyond the previously only proposed compound UF 6 - with fluorine as the pure isotope - to compounds, their connection partners
'">" kein Reinisotop zu sein braucht, also ebenfalls aus mehreren Isotopen bestehen kann. Dies bedeutet, daß auch relativ kleine Trennfaktoren, hervorgerufen durch einen nur geringen Anteil einer selektiv gut anregbaren Isotopenzusammensetzung der Ausgangsverbindung,'">" does not need to be a pure isotope, so it is also off can consist of several isotopes. This means that even relatively small separation factors caused by only a small proportion of a selectively easily excitable isotopic composition of the starting compound,
Y> im Vergleich zum Stand der Technik wirtschaftlich genützt werden können. Y > can be used economically in comparison to the state of the art.
Eine solche Ausgangsverbindung ist beispielsweise UCl6. Dabei ist das natürliche Chlor im Mengenverhältnis 76 : 24 aus den Isotopen 35CI und 37Cl zusammenge-Such a starting compound is, for example, UCl 6 . The natural chlorine is made up of the isotopes 35 CI and 37 Cl in a ratio of 76: 24.
W) setzt. Das meiste UCl6 liegt folglich als W) sets. Most of the UCl 6 therefore lies as
2MU 35Q5 37C12MU 35Q 5 37C1
vor. Die natürliche Gleichgewichtsverteilung von 35Cl und 37Cl in der Verbindung UCI6 ist in der folgenden '>'"' Tabelle angegeben:before. The natural equilibrium distribution of 35 Cl and 37 Cl in the compound UCI 6 is given in the following table:
U 35CI6
U 3SCl5 U 35 CI 6
U 3 SCl 5
37CI 37 CI
Häufigkeit: 18,6%
Häufigkeit: 36,1%Frequency: 18.6%
Frequency: 36.1%
U 35Cl4 37CI2
U 35CI3 37CI3
U 35CI2 37Cl4
U 35CI 37Cl5
U 37CU
Die VerbindungU 35 Cl 4 37 CI 2
U 35 CI 3 37 CI 3
U 35 CI 2 37 Cl 4
U 35 CI 37 Cl 5
U 37 CU
The connection
Häufigkeit: 29,2%Frequency: 29.2%
Häufigkeit: 12,6
Häufigkeit: 3,3%Frequency: 12.6
Frequency: 3.3%
Häufigkeit: 0,4%Frequency: 0.4%
Häufigkeit: 0,02%Frequency: 0.02%
235U 35Cl5 37Cl
kommt demnach rund 90mal häufiger vor als 235 U 35 Cl 5 37 Cl
is therefore around 90 times more common than
235U 37Cl5 15Cl.
Falls beispielsweise nur das 235 U 37 Cl 5 15 Cl.
For example, if only that
23SU J7C|5 3SQ23SU J7 C | 5 3SQ
selektiv absorbiert, bedeutet dies, daß nur 4% der 23SU-Verbindung nach dem bisherigen Stand der Technik angeregt und getrennt werden kann. Das entspricht einer Absicherung von 0,71% auf o,702% des natürlichen Urans. Da dies nicht ausreiche, müßte das abgereicherte Uran sehr häufig der Trenneinrichtung nach dem Prinzip der genannten GB-PS zugeführt werden, bis der gewünschte Abreicherungsgrad erreicht ist.selectively absorbed, this means that only 4% of the 23S U-connection according to the prior art can be excited and separated. This corresponds to a hedge of 0.71% to 0.702% of the natural uranium. Since this is not sufficient, the depleted uranium would very often have to be fed to the separating device according to the principle of the aforementioned GB-PS until the desired degree of depletion is achieved.
Nach der vorliegenden Erfindung läßt sich dieses Problem aber wesentlich einfacher lösen, indem der nach der selektiven Trennung verbleibende Rest an UCU-Verbindungen derart behandelt wird, daß wi :der die selektiv anregbare VerbindungAccording to the present invention, this problem can be solved much easier by the remainder of the UCU compounds remaining after the selective separation is treated in such a way that wi: the the selectively excitable compound
235U 37Cl5 35Cl 235 U 37 Cl 5 35 Cl
in ursprünglicher Menge vorhanden ist. Dazu wird das restliche aus der Trenneinrichtung kommende UCU zusammen mit Chlor natürlicher Isotopenzusammensetzung erhitzt, so daß gemäß folgender Funktionsgleichung is present in the original quantity. This will be the remaining UCU coming from the separator heated together with chlorine of natural isotopic composition, so that according to the following functional equation
UCI6^UCI4 + Cl2 UCI 6 ^ UCI 4 + Cl 2
ein Isotopenaustausch stattfindet und sich somit wieder die natürliche Mischung an UCU Molekülen einstellen kann.an isotope exchange takes place and thus the natural mixture of UCU molecules is restored can.
Dieses Verfahren läßt sich beispielsweise auch bei der Verbindung U (BH4J4 anwenden, nur daß hier der Isotopenaustausch mit Diboran durchgeführt wird.This method can also be used, for example, with the compound U (BH 4 J 4 , only that here the isotope exchange is carried out with diborane.
Der Ablauf dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Figur schematisch dargestellt. In dem Vorratsgefäß 1 befindet sich der Ausgangsstoff UCl6, er durchströmt in dampfförmiger Gestalt die Trenneinrichtung 2, worin das Isotopengemisch durch einen Laserstrahl 21 selektiv angeregt wird. Die Trennung der ·> angeregten Moleküle erfolgt auf chemischem oder physikalischem Wege in der Einrichtung 3, von wo sie zum Sammelbehälter 31 weitergeführt werden. Die nicht angeregten und damit nicht abgesonderten Moleküle gelangen zur lsotopenausgleichsstrecke 4, dieThe sequence of this method according to the invention is shown schematically in the figure. The starting material UCl 6 is located in the storage vessel 1; it flows through the separating device 2 in vapor form, in which the isotope mixture is selectively excited by a laser beam 21. The separation of the excited molecules takes place chemically or physically in the device 3, from where they are passed on to the collecting container 31. The unexcited and thus not secreted molecules reach the isotope equalization path 4, which
lu mit einer Heizung 41 versehen ist. Aus dem Vorratsbehälter 5 wird gleichzeitig in dieses Gerät Chlorgas natürlicher Isotopenzusammensetzung eingeleitet. Die Beheizung dieses Gerätes wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 120—2000C eingestellt Zur Trennunglu is provided with a heater 41. At the same time, chlorine gas of natural isotopic composition is introduced into this device from the storage container 5. The heating of this unit is preferably to a temperature of 120-200 0 C is set to separate
ιr) von UCU und Chlor wird das Gasgemisch anschließend wechselnd in den Behältern 6 bzw. 7 auf 20—70°C abgekühlt, wobei sich festes UCU abscheidet, während das noch gasförmige Chlor im Behälter 8 kondensiert wird. Hat sich eine genügende Menge UCU im Behälter 6 angesammelt, so wird zur Abtrennung auf Behälter 7 umgeschaltet, Behälter 6 auf die zur Verdampfung des UCU notwendige Temperatur aufgeheizt. Über die Leitung 9 wird die nunmehr wieder auf ihre ursprüngliche Isotopenzusammensetzung zurückgeführte Verbindung der eigentlichen Trenneinrichtung 2 zugeführt, wobei die nunmehr wieder vorhandene spezielle Isotopenverbindung selektiv angeregt wird und diese angeregten Moelküle in der Vorrichtung 3 wieder abgesondert werden. Dieser Kreislauf wird dabei soι r ) of UCU and chlorine, the gas mixture is then alternately cooled in containers 6 and 7 to 20-70 ° C., solid UCU separating out, while the chlorine, which is still gaseous, is condensed in container 8. If a sufficient amount of UCU has accumulated in container 6, the system switches over to container 7 for separation, and container 6 is heated to the temperature necessary for evaporation of the UCU. The compound, which has now been returned to its original isotopic composition, is fed to the actual separating device 2 via the line 9, the special isotope compound now present again being selectively excited and these excited molecules being separated out again in the device 3. This cycle becomes like this
ju lange wiederholt, bis die Abreicherung der ursprünglich zugeführten Menge UCU an dem einen Uranisotop, z. B. 235U den gewünschten Grad erreicht hat. Dann wird wieder aus dem Vorratsbehälter 1 eine weitere Menge UCU ursprünglicher Isotopenzusammensetzung derju long repeated until the depletion of the originally supplied amount of UCU in the one uranium isotope, z. B. 235 U has reached the desired degree. Then another amount of UCU of the original isotopic composition is made from the storage container 1
)5 Trenneinrichtung zugeführt.) 5 separator supplied.
Der bei diesem Verfahren verwendete Kunstgriff des Isotopenaustausches benötigt nur eine verhältnismäßig geringe Energie, der zu seiner technischen Durchfuhrung notwendige Aufwand ist im Hinblick auf die an sichThe trick of isotope exchange used in this process requires only one relatively low energy, the effort necessary for its technical implementation is in terms of itself
■to bekannten Anregungs- und Trenneinrichtungen 2 und 3 praktisch vernachlässigbar.■ to known excitation and separation devices 2 and 3 practically negligible.
Nach Kenntnis des vorgeschilderten Prinzips läßt sich dieses Verfahren durch Auswahl geeigneter Verbindungen und Reaktionspartner selbstverständlich auch aufAfter knowing the above principle, this process can be carried out by selecting suitable compounds and reaction partners, of course
-15 andere Isotopentrennvorgänge sinngemäß anwenden.-15 apply other isotope separation processes accordingly.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
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DE2524128B2 true DE2524128B2 (en) | 1979-09-20 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |