DE2534030A1

DE2534030A1 - Verfahren und vorrichtung zur isotopentrennung

Info

Publication number: DE2534030A1
Application number: DE19752534030
Authority: DE
Inventors: James C Keck
Original assignee: Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Current assignee: Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Priority date: 1974-10-15
Filing date: 1975-07-30
Publication date: 1976-04-22
Also published as: IL47752A0; CA1045725A; JPS5151700A; IT1047790B; FR2330442A1; SE7511467L; GB1521542A; AU500295B2; AU8563575A; US3996470A; IL47752A; ES441747A1; CH616859A5; NL7510239A; BE834501A

Description

Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc. Bellevue, Washington (V. St. A.)

Verfahren und Vorrichtung zur Isotopentrennung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Isotopentrennung, insbesondere zur angereicherten Isotopentrennung aufgrund einer laserinduzierten Änderung des Akkommodationskoeffizienten.

Die derzeit übliche industrielle Urananreicherung, d. h. Trennung

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des U -Isotops, wird mit der sog. "Gasdiffusion" durchgeführt. Bei

diesem bekannten Verfahren werden Uranhexafluoridmoleküle (UF,) unfa

ter Druck durch Folgen kleiner Löcher oder Kanäle in einen Diffusionsschirm geführt, der die Strömung des Uranhexafluoridgases verengt und sehr leicht dessen Durchsatz (Durchflußmenge) entsprechend dem Molekulargewicht beeinflußt. Auf diese Weise hängt der Durchsatz durch die

052-(JNA-33)-Ko-r (8)

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Kanäle von der Isotopenart ab, was eine geringe Anreicherung, mit insbesondere 0,2 % je Stufe, ermöglicht. Die Anreicherung wird vorzugsweise durch Kaskadenschaltung mehrerer Stufen verbessert, indem jeweils zwischen Abfall- und Produkt-Strömen Rückführ- bzw. Rückkopplungssysteme und Hinführ- bzw. Hinkopplungssysteme vorgesehen werden.

Die sehr kleine Massendifferenz zwischen den Atomen der das Uranhexafluoridmolekül bildenden verschiedenen Isotopenarten und die noch kleinere gesamte relative Massendifferenz zwischen den Molekülen insgesamt begrenzen den Unterschied in den Diffusionsraten, die für isotopenverschiedene Moleküle zu erzielen sind. Diese Grenze ist, wie oben erläutert wurde, sehr niedrig und erfordert die Kaskadenschaltung zahlreicher Stufen aus Diffusionskanälen, wenn Uran von seiner natürlich auftretenden Konzentration von ungefähr 0,7 % auf ungefähr 2 bis 4 % zur Verwendung in Leistungsreaktoren angereichert werden soll.

Bei einer vollständig anderen Urananreicherung (vgl. US-PS 3 772 519) werden Unterschiede in der Strahlungsabsorptionsfrequenz zwischen Isotopenarten, insbesondere elementarem Uran, zur Ionisation von Teilchen einer Isotopenart ausgenutzt, so daß eine Trennung elektrisch durchführbar ist.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Diffusionstrenneffekt durch Einwirkung einer fein abgestimmten Strahlungsenergie auf diffundierende Moleküle erhöht, um eine Schwingung in Molekülen mit Atomen einer ausgewählten Isotopenart anzuregen. Die Schwin-

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gungsanregung erlaubt eine wirksamere Isotopentrennung bei Diffusionsverfahren. Während die Diffusionsrate zum Erzeugen einer Trennung unter den Isotopenarten wirksam ist, können die einwirkende Strahlungsenergie und die si ch ergebende Schwingungsanregung der Gasmoleküle der ausgewählten Isotopenart zur Einstellung des Akkommodationskoeffizienten der Moleküle verwendet werden, die durch die Diffusionskanäle strömen. Die Temperatur des Gases und der Kanäle wird beibehalten, um zu gewährleisten, daß die Moleküle von den Enden der Kanäle weniger als rein elastisch reflektiert werden, aber einen gewissen Grad an Akkommodation oder "Haften" aufweisen. Eine Änderung des Akkommodationskoeffizienten ist zwischen zu Schwingungen angeregten Molekülen und nie ht angeregten Molekülen vorhanden und ändert stark die Diffusionsrate für diese Moleküle aufgrund der Isotopenart. Dies beruht darauf, daß die nicht angeregten Moleküle stärker bei jeder Reflexion haften und daher langsamer durch den Kanal diffundieren. Dies führt zu einem stark verbesserten Trennfaktor zwischen der Produkt- und Abfall-Strömung für eine einzige Diffusionsstufe mit einer isotopenselektiven, laserinduzierten Änderung des Akkom modationskoeff izienten.

Die Erfindung sieht also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Isotopenarten mittels einer isotopenselektiven Schwingungsanregung von Molekülen vor, die wenigstens ein Atom des Elements enthalten, dessen Isotope getrennt werden sollen. Die Schwingungsanregung wird in den Molekülen durch eine fein abgestimmte, schmalbandige Laserstrahlung induziert bzw- verursacht, die auf die Gasströmung der Moleküle einwirkt. Die Isotopentrennung der Moleküle beruht auf dem erhöhten Unterschied in den Diffusionsraten für die Moleküle

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aufgrund einer Änderung des Akkommodationskoeffizienten bei den angeregten Molekülen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer möglichen Stufenanordnung für eine erfindungsgemäße Vielstufen-Isotopentrennung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer einzigen erfindungsgemäßen Stufe, Fig. 3 eine Vorrichtung entsprechend einem Teil der Fig. 2, und Fig. 4 einen Schnitt IV-IV durch die Vorrichtung der Fig. 3.

Die Erfindung ermöglicht eine Verbesserung des Wirkungsgrades von Isotopentrennverfahren und deren entsprechenden Vorrichtungen, indem eine Schwingungsanregung in Molekülen verursacht wird, die Atome einer Isotopenart enthalten. Die Schwingungsanregung wird insbesondere durch Laserbestrahlung einer Gasumgebung aus Molekülen gebildet, die Atome mehrerer Isotopenarten eines üblichen Elements, insbesondere von Uran, enthalten. Die angeregten, schwingenden Moleküle haben eine Eigenschaft, die ein Trennen der Moleküle nach Isotopenarten in einem größeren Ausmaß erlaubt, als dieses ohne die Schwingungsanregung der Moleküle bei z.B. der Gasdiffusion erreicht werden kann.

Die bei der Erfindung zur Erzeugung einer Schwingungsanregung der Moleküle verwendete Laseranregung ist von der las er induzierten

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Anregung von Elektronenenergien in Atomen oder Molekülen (vgl. z. B. US-PS 3 443 087 und 3 772 519) verschieden. Hierbei (US-PS 3 772 519) dient die Laseranregung, insbesondere einer wesentlich höheren Frequenz, zur Erzeugung eines Überganges im Energiezustand z.B. eines Uranatoms, indem ein äußeres Hüllenelektron auf eine noch entferntere Elektronenbahn angehoben wird, und schließlich zum Erzeugen eines ionisierten Zustandes durch Strahlungsabsorption oder ein anderes Verfahren . Bei der Erfindung wird die Laserstrahl ung zum Erzeugen einer Schwingung von Molekülatomen aus einer Energie verwendet, die durch Photonenabsorption auf das Molekül übertragen wird. Die durch das Molekül absorbierte Laserstrahlung verursacht eine Schwingungsanregung der Bestandteile (Elemente) des Moleküls, wie z.B. durch eine Schwingung der Molekül-Bestandteile um deren molekulare Bindungskräfte. In diesem Sinn kann die Laseranregung so betrachtet werden, wie wenn eine genaue mechanische Schwingung des Moleküls verursacht wird. Zu diesem Zweck ist der Laser vorzugsweise wegen seiner Fähigkeit ausgewählt, auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt zu sein, die das Molekül zur Schwingung anregt. Zusätzlich ist der Laser so eingestellt, daß seine Ausgangswellenlänge geeignet begrenzt ist, um in den zu Schwingungen angeregten Molekülen isotopenselektiv zu wirken.

Bei Uranhexafluorid ist eine Isotopenselektivität in der Schwingungsanregung der Moleküle aufgrund der leichten Massendifferenz zwischen den U - und den U -Atomen möglich, die ein Atom der sieben Atome des Uranhexafluoridmoleküls umfassen. Die Eigenschaften des Moleküls, die eine mechanische harmonische Schwingung erlauben, werden durch eine Differentialgleichung zweiter Ordnung bezüglich atomarer Massen und molekularer Zwangs- bzw. Bindungskräfte beschrieben. Da die

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Massen der verschiedenen Uranisotope um die Isotopenmassendifferenzen differieren, unterscheiden sich die harmonischen Schwingungsfrequenzen bei der Schwingungsanregung der Moleküle entsprechend. In diesem Fall ist das Uranhexafluoridmolekül von besonderem Interesse, da jedes Molekül lediglich ein Atom des Elements enthält, dessen Isotope zu trennen sind. Wenn mehr als ein Atom des bestimmten Elementes vorliegt, tritt eine Vermehrung der Anzahl der Absorptionslinien ein, wobei die gewünschte Isotopenart in verschiedenen Anteilen in jedem Molekül auftritt, was zu einer weniger klaren Unterscheidung zwischen den Frequenzen für die Absorptionslinien führt.

Nach diesen Überlegungen werden im folgenden Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Insbesondere kann es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßig sein, mehrere kaskadengeschaltete Anreicherungsstufen zu verwenden, deren jeder Gasmoleküle (z. B. UF.) zugeführt werden und deren jede

eine angereicherte Ausgangs- oder Produkt-Strömung sowie eine verarmte oder Abfall-Ausgangs-Strömung erzeugt. Die angereicherte Strömung kann der A nreicherungs stufe der nächsthöheren Ordnung zugeführt werden. Die verarmte Strömung kann der Anreicherungsstufe der nächstniedrigen Ordnung zugeführt werden. Ein derartiger allgemeiner Verfahrens ablauf ist in der Fig. 1 gezeigt. In dieser Figur sind mehrere Stufen 12, 14 und 16 (S , S und S) dargestellt, die lediglich drei Stufen in einer Vielstufen-Anreicherungsanlage darstellen. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, werden die gasförmigen Moleküle über eine Versorgungsleitung 18 (F ) der mittleren Stufe 14 (S ) zugeführt. Die Versorgungsleitung der Stufe 14 ist eine Zusammenfassung der Versorgungsleitung 18 mit einer Abfalleitung W der Stufe 12 (S )

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und mit der Produktl eitung P der Stufe 16 (S ). Der Produkt-Ausgang der Stufe 14 (P_n) wird weiter der Stufe 12 (S ) der nächsthöheren Ordnung zusammen mit dem verarmten Ausgang W der nicht dargestellten, vorausgehenden Stufe S der nächsthöheren Ordnung züge-

dt

führt. Die Versorgungsleitung F zur Stufe 12 (S ) ist die Zusammenfassung der Abfall-Ausgangsleitung W der Stufe 14 und der Produkt-Ausgangsleitung P der nicht dargestellten Stufe S . Es können so viele Stufen auf jeder Seite der Stufe 14 vorgesehen sein, wie dies für die gesamte Anreicherungsvorrichtung zweckmäßig ist. Die gesamte Anreicherung ist das Produkt aus dem Anreicherungsfaktor einer einzelnen Stufe, der entsprechend der Anzahl der Stufen in der Kette potenziert wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat jede Stufe der in der Fig. 1 dargestellten Kette die in der Fig. 2 gezeigten Bauteile. Die Abfall- und Produkt-Versorgungseingänge der benachbarten Stufe, die allgemein mit dem Bezugszeichen W. und P. versehen sind, werden zu jeweiligen verschiedenen Öffnungen eines Kompressors 20 geführt. Die P. -Gasströmung hat insbesondere einen niedrigeren Druck als die W. -Strömung und wird demgemäß dem Kompressor 20 bei unterschiedlichen Druckwerten zugeführt, um eine Ausgangsströmung F. in einer Leitung 22 zu erzeugen, die eine Mischung der Abfall- und Produkt-Eingangsströmungen beim geeigneten Druck darstellt. Die Strömungsleitung 22 führt zu einer Kühlstufe 24, die insbesondere eine Warmeaustauschschlange enthalten kann, die so ausgebildet ist, daß eine Ausgangsströmung in einer Leitung 26 auf einer festgelegten Temperatur für alle Stufen erhalten wird. Die Temperatur in dieser Leitung 26 wird gesteuert, um einen gasförmigen Zustand für die angeregten

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und nicht angeregten Mol eküle aufrechtzuerhalten, die in der Leitung 26 strömen, und um einen wirksamen Akkommodationskoeffizienten für beide Molekülarten in einer folgenden Diffusionsstufe 28 zu gewährleisten. Dieses Kriterium ist stärker herausgestellt als die Anforderung nach dem Beibehalten einer ausreichend hohen Temperatur, um eine Kondensation aller Moleküle zu vermeiden, während gleichzeitig die Temperatur ausreichend niedrig gehalten wird, um eine merkliche Besetzung der tieferliegenden Energiezustände zu sichern, insbesonde-

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re des Grundenergiezustandes für die U F^-Moleküle. Eine Temperatur von 200 K ist für diesen Zweck vorteilhaft und gewährleistet eine vierprozentige theoretische Besetzung des Grundzustandes.

Die Vorrichtung mit der Diffusionsstufe 28 ist in ihrem inneren Aufbau in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Wie in diesen Figuren dargestellt ist (vgl. insbesondere die Fig. 3), wird die gekühlte Gasversorgung in der Leitung 26 zu einem Rohr 30 geführt, das entlang der Diffusionsstufe 28 verläuft. Das Rohr 30 verteilt Eingangsgas auf eine Folge von Kanälen 32, die entlang der Länge des Rohres 30 beabstandet und durch Kanal-Trennglieder oder -Sperren 34 begrenzt sind. Die Kanal-Trannglieder 34 enthalten Kühlöffnungen oder -schlitze 36, durch die eine Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser, strömt, um die in der Vorrichtung durch Laserstrahlung erzeugte Wärme abzuführen und um die Temperatur der Strömung auf dem gleichen Wert wie in der Leitung 26 zu halten. Die Kanal-Trennglieder 34 haben Kanalwände 38, die als Begrenzungen der Kanäle dienen. Das Gas, das durch die Kanäle 32 strömt, tritt in ein A us gang s rohr 40 ein, das mit einer Produkt-Ausgangsleitung 42 in Verbindung steht. Die Ausdehnung des Rohres 30 hinter den Bereichen der Kanäle 32 zu einer Leitung 44 enthält die Abfall-Ausgangsströmung.

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Der Bereich der Kanäle 32 zwischen den Wänden 38, der durch Strichlinien als ein fester Abstand 46 mit rechteckförmigen Abmessungen bestimmt ist, wird durch Laserstrahlung von mehreren Lasergeräten 48 bestrahlt, die in der Figur 4 entlang den Schnittlinien in Fig. 3 gezeigt sind. Wie besser in der Fig. 4 dargestellt ist, wird das zu den Durchgängen 36 geführte Kühlmittel durch ein Eingangsrohr 50 zu- und durch ein Ausgangsrohr 52 abgeführt. Die oben angeführten Überlegungen zur Temperatur gelten hier auch. Die untere Grenze der Temperatur ist der Fall, in dem die nicht angeregten Moleküle kondensieren oder ihre Phase ändern, nachdem sie an den Wänden der Kanäle 32 reflektiert werden. Die Lasergeräte 48 können insbesondere kontinuierliche Lasergeräte sein. Die Anregungsfrequenzen liegen vorzugsweise bei ca. 624 cm und 825 cm . Die Lasergeräte, die zur Erzeugung dieser Strahlung verwendbar sind, können vorzugsweise Bleisalz-(Pb Se)Diodenlaser für die erste Frequenz oder CS -Dampf las er für die zweite Frequenz sein. Für

13 den CS -Laser wird der Dampf aus dem C -Isotop von Kohlenstoff ge-

² _1

bildet, um auf die 825-cm -Absorptionslinie abzustimmen.

Die auf die rechteckförmigen Bereiche 46 einwirkende Laserstrahlung ist in der Bandbreite durch bereits beschriebene frequenzselektive Mittel begrenzt, um eine selektive Anregung der Moleküle zu bewirken,

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die bei diesem Beispiel Uranhexafluorid mit U als Uranatom des Moleküls sind. Wenn die Temperatur des Gases in den Kanälen 32 so gesteuert ist, wie dies oben erläutert wurde, stoßen die unangeregten Moleküle oder reagieren mit den Wänden 38 und haften für eine kurze Zeitdauer. Diese Zeitdauer hängt stark von der Temperatur ab. Für eine rein elastische Reflexion (Rückprall) der angeregten Teilchen ist vorzugswei-

-13
se ein Zeitraum von 10 s oder eine Schwingungsperiode vorgesehen,

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-12 so daß für ein "Haften" eine Größenordnung oder 10 s ausreichend ist. Dieses als Akkommodation bezeichnete Haften wird durch den Akkommodationskoeffizienten oC beschrieben. Der schnellere Durchgang der zu Schwingungen angeregten Moleküle durch die Kanäle 32 führt zu einer Anreicherung der Moleküle der angeregten Isotopenart in der Ausgangsöffnung 40 im Vergleich zum Eingangsrohr 30 und bewirkt eine Verarmung des angeregten Isotops in der Abfalleitung 44.

Dieser Effekt kann quantitativ aus der gleichung für die Diffusionsrate Γ ermittelt werden:

Ii / h c~ s dn Γ = nu = — 1-^) — ,

mit η = Gasdichte,

u = Geschwindigkeit durch den Kanal,

c" = mittlere Geschwindigkeit der Moleküle, <X = Akkommodationskoeffizient, und

dn/dx = Gradient der Teilchendichte entlang des Kanals.

Wenn zur Bezeichnung der Terme für das U - und das U -Isotop jeweils die Indizes A und B verwendet werden, ergibt sich nach einigen Umformungen:

n. Produkt n» Zufuhr

A I · J A

n_o Produkt · n_D Zufuhr

D JIb

mit m = Molekülmasse.

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-ii- 253403Q

Auf diese Weise hängen die Dichteverhältnisse am Produkt- und Zufuhrpunkt beide mit der Quadratwurzel vom Isotopenmassenverhältnis sowie vom Verhältnis der Akkommodationskoeffizienten ab. Die Massenverhältnisse bilden die Grundlage zur Trennung bei der herkömmlichen Diffusionstechnik und sind auf einen maximalen Trennfaktor von ungefähr 1,004 je Stufe für Uran wegen der eng benachbarten Isotopenmassen beschränkt. Der Akkommodationskoeffizient ändert sich jedoch um einen Faktor 2 oder mehr, was zu einem Trennfaktor von zwei oder höher führt, was einen beträchtlichen Vorteil darstellt.

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Wenn U -Uranmoleküle angeregt werden, beeinflussen die Massendifferenzen und Unterschiede der Akkommodationskoeffizienten die Diffusion in gleicher Richtung, so daß sich die beiden Effekte verstärken.

Mit den Bezugszeichen H und L der Abmessungen für den jeweiligen Abstand und Länge der Wände 38 in den Kanälen 32 legen die Forderungen nach einer wirkungsvollen Anreicherung entsprechend der Laseränderung des Akkommodationskoeffizienten Beschränkungen für die Abmessungen H und L fest. Da es erforderlich ist, daß die diffundierenden Moleküle einige Reflexionen an den Wänden bei jedem Durchgang durch die Kanäle 32 ausführen, muß die Länge L wesentlich größer als der Abstand H sein. Der Abstand H muß auch wesentlich kleiner als die mittlere freie Weglänge zwischen Molekül-Zusammenstößen sein, um eine wesentlich höhere Wahrscheinlichkeit für Molekül-Wand-Reflexionen oder -Zusammenstöße als für Molekül-Molekül-Zusammenstöße zu gewährleisten. Dies vermeidet einen Verlust an Schwingungsanregung sowie Selektivität der Anregung.

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Zusätzlich muß der Abstand H größer als die Anregungs-Laserwellenlänge sein, um deren Fortpflanzung durch die Kanäle 32 zu erlauben. Schließlich beruhen die Überlegungen auf Strömungsgeschwindigkeiten, die nicht den Unterschallbereich überschreiten.

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Claims

253A030 Patentansprüche

1. Verfahren zur Isotopentrennung bei Molekülen mit mehreren Isotopen bezüglich eines Atoms, bei dem eine Strömungsumgebung der Moleküle gebildet wird, die ein Atom in verschiedenen Isotopenarten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine isotopenselektive Schwingungsanregung der Moleküle der Strömungsumgebung verursacht wird, um eine molekulare Schwingung der Moleküle mit einem Atom vorbestimmter Isotopenart ohne entsprechende Anregung einer Schwingung von Molekülen mit einem Atom einer anderen Isotopenart zu bewirken, und daß die strömenden Moleküle auf wenigstens einem Körper reagieren, um ihre Strömung abhängig von der Schwingungsanregung der Moleküle zu ändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reagieren der strömenden Moleküle mit mindestens einem Körper ihr Einwirken auf eine Oberfläche (38) eines Kanals (32) einschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Diffusionssperre (34) mit mehreren Kanälen (32).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle eine gasförmige Verbindung von Uran aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Verbindung von Uran eine Halogenverbindung ist.

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6- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung UF, ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Oberfläche (38) so gesteuert wird, daß eine Reflexions-Reaktion der Moleküle mit der Oberfläche (38) mit einem Akkommodationskoeffizienten (cC) für die Reflexions-Reaktion abhängig von der Schwingungsanregung der reflektierenden Moleküle auftritt und daß der Akkommodationskoeffizient (oC) für die zu Schwingungen angeregten Moleküle mit Atomen der vorbestimmten Isotopenart eine schnellere Strömung von diesen entlang der Oberfläche (38) erzeugt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung der Moleküle im Unterschallbereich erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß beim Erzeugen der Schwingungsanregung der Moleküle Strahlungsenergie auf die Strömungsumgebung mit einer Frequenz und Bandbreite einwirkt, die eine isotopenselektive Schwingungsanregung der Moleküle der Strömung verursacht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzei chnet, daß als Strahlungsenergie Laserenergie einwirkt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie eine kontinuierliche Strahlung von einem Bleisalz-Diodenlaser (48) einschließt.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

die Moleküle UF_£ sind, und daß der Bleisalz-Laser (48) auf eine Ab-

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sorptionslinie für U F in der Nähe der Wellenzahl 624 abgestimmt

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß iserenergie (
(48) einschließt.

die Laserenergie eine kontinuierliche Strahlung von einem CS -Laser

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

die Moleküle UF, aufweisen, und daß der CS -Laser (48) auf eine Ab-

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sorptionslini e für U F in der Nähe der Wellenzahl 825 abgestimmt

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsanregen und Reagieren der im vorbestimmten Isotop angereicherten Moleküle wiederholt durchgeführt wird, und daß das Schwingungsanregen und Reagieren der im vorbestimmten Isotop verarmten Moleküle getrennt wiederholt durchgeführt wird.

16. Verfahren zur Trennung molekularer Teilchen mit mindestens einem Atom mit mehreren Isotopenarten, bei dem eine Strömungsumgebung der Moleküle mit einem Atom in der Umgebung in mehreren Isotopenarten gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingungsanregung der Moleküle der Strömungsumgebung isotopenselektiv verursacht wird, um eine molekulare Schwingung der Moleküle mit dem Atom der einen Isotopenart ohne entsprechendes Verur-

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Sachen einer Schwingung von Molekülen mit dem Atom der anderen Isotopenart zu bewirken, daß die Strömung der Moleküle der Umgebung in mehrere Diffusionskanäle (32) geleitet wird, und daß die Temperatur der Wände (38) der Kanäle (32) gesteuert wird, damit die Moleküle der Strömungsumgebung von den Wänden (38) der Kanäle (32) mit einem Akkommodationskoeffizienten («^ ) reflektiert werden, der sich mit der Schwingungsanregung der Moleküle in der Strömung ändert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle von den Strömungen, die durch die Kanäle (32) und die nicht durch die Kanäle (32) verlaufen, wiederholt getrennt dem Schwingungsanregen und Ausrichten unterworfen werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle UF aufweisen, und daß beim Schwingungsanregen eine Infrarot-Laserstrahlung auf die strömenden Teilchen einwirkt.

19. Verfahren zum Erzeugen einer Trennung molekularer Teilchen mit mindestens einem Uranatom in mehreren Isotopenarten, bei dem eine Strömungsumgebung der Moleküle mit dem Uranatom in mehreren Isotopenarten gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Strömung sum gebung auf eine Temperatur oberhalb des Kondensationspunktes, aber ausreichend niedrig gesteuert wird, damit ausreichende Besetzungen der Moleküle in niedrigen Schwingungsenergiezuständen erzeugt werden, daß die Strömungsumgebung auf eine Folge von Kanälen (32) einwirkt, daß die Kanäle (32) mit elektromagnetischer Strahlung eines Spektrums zur Schwingungsanregung der Mo-

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leküle mit U -Atomen ohne entsprechende Anregung der Moleküle mit einer anderen Uran-Isotopenart bestrahlt werden, daß die bestrahlten Kanäle (32) gekühlt werden, daß die durch die Kanäle (32) geströmten Moleküle in einer Produkt-Leitung von Molekülen gesammelt

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werden, die mit U -Atomen angereichert sind, und daß die nicht durch diese Kanäle geströmten Moleküle in einer Abfall-Strömung

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gesammelt werden, die in U -Atomen verarmt ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (32) breiter als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung sind.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Kanäle (32) klein gegenüber der mittleren freien Weglänge der Moleküle in den Kanälen (32) ist.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (32) so bemessen sind, daß die Moleküle von den Kanalwänden (38) beim Durchgang durch die Kanäle (32) mehrmals reflektiert werden.

23. Vorrichtung zur Isotopentrennung von Molekülen mit mehreren Isotopen eines Atoms, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Strömungsumgebung aus den Molekülen mit einem Atom in mehreren Isotopenarten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verursachen einer isotopenselektiven Schwingung s anregung der Moleküle der Strömungsumgebung, um eine molekulare Schwingung der Moleküle

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mit einem Atom der vorbestimmten Isotopenart ohne entsprechendes Verursachen einer Schwingung der Moleküle mit einem Atom einer anderen Isotopenart zu bewirken, wobei mindestens ein Körper mit den strömenden Molekülen reagiert, um deren Strömung abhängig von der Schwingungsanregung der Moleküle zu ändern.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Körper eine Oberfläche (38) eines Kanals (32) umfaßt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine Diffusionssperre (34) mit mehreren Kanälen (32).

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle eine gasförmige Verbindung von Uran sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24) zum Aufrechterhalten der Temperatur der Oberfläche (38), um eine Reflexions-Reaktion der Moleküle mit der Oberfläche (38) mit einem Akkommodationskoeffizienten (oO für die Reflexions-Reaktion zu ermöglichen, der von der Schwingungsanregung der reflektierenden Moleküle abhängt, wobei der Akkommodationskoeffizient (°^-) für die zu Schwingungen angeregten Moleküle mit Atomen der vorbestimmten Isotopenart eine schnellere Strömung von diesen Molekülen entlang der Oberfläche (38) bewirkt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Strömung der Moleküle im Unterschallbereich erfolgt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einwirken von Strahlungsenergie auf die Strömungsumgebung mit einer Frequenz und einer Bandbreite, die eine isotopenselektive Schwingungs anregung der Moleküle der Strömung verursacht.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einwirken von Strahlungsenergie ein Lasergerät (48) ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasergerät (48) ein Bleisalz-Diadenlaser ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß

die Moleküle UF umfassen, und daß der Bleisalz-Diodenlaser (48)

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auf eine Absorptionslinie für U F^ in der Nähe der Wellenzahl 624 abgestimmt ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasergerät (48) ein CS -Laser ist.

Cd

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß

die Moleküle UF. umfassen, und daß der CS -Laser (48) auf eine Ab-

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sorptionslinie für U F in der Nähe der Wellenzahl 825 abgestimmt

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35. Vorrichtung zum Erzeugen einer Trennung molekularer Teilchen mit mindestens einem Atom in mehreren Isotopenarten, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Strömungsumgebung aus den Molekülen mit einem Atom in der Umgebung in mehreren Isotopenarten, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Verursachen einer isotopenselektiven Schwingungsanregung der Moleküle der Strömungsumgebung, um eine molekulare Schwingung der Moleküle mit dem Atom der einen Isotopenart ohne entsprechendes Verursachen einer Schwingung der Moleküle mit dem Atom der anderen Isotopenart zu bewirken,

mehrere Diffusionskanäle (32),

eine Einrichtung zum Leiten der Strömung der Moleküle der Umgebung in die mehreren Diffusionskanäle (33), und

eine Einrichtung (24) zum Steuern der Temperatur der Wände (38) der Kanäle (32), um ein Reflektieren der Moleküle der Strömungsumgebung von den Wänden (38) der Kanäle (32) mit einem Akkommodationskoeffizienten (<Ό zu ermöglichen, der sich mit der Schwingungsanregung der Moleküle in der Strömung ändert.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Moleküle UF,. sind, und daß die eine Schwingungsanregung verursachende Einrichtung ein Mittel (48) aufweist, das eine Infrarot-Laserstrahlung auf die strömenden Teilchen richtet.

37. Vorrichtung zum Trennen molekularer Teilchen mit mindestens

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" ²¹ " 2 5 34 03

einem Uranatom in mehreren Isotopenarten, mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Strömungsumgebung der Moleküle mit dem Uranatom in mehreren Isotopenarten, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Steuern der Temperatur der Strömungsumgebung auf eine Temperatur oberhalb des Kondensationspunktes, aber ausreichend niedrig, damit eine merkliche Besetzung der Moleküle in nieddrigen Schwingungsenergiezuständen erfolgt.

eine Folge von Kanälen (32), auf die die StrömungsUmgebung gerichtet ist,

eine Einrichtung (48) zum Bestrahlen der Kanäle (32) mit elektromagnetischer Strahlung eines Spektrums, das eine Schwingungsanregung

235

der Moleküle mit U -Atomen ohne entsprechende Anregung der Moleküle mit anderen Uranisotopen bewirkt,

eine Einrichtung (24) zum Kühlen der bestrahlten Kanäle (32),

eine Einrichtung zum Sammeln der durch die Kanäle (32) strömenden

235 Moleküle in einem Produkt-Strom von Molekülen, die mit U -Atomen angereichert sind, und

eine Einrichtung zum Sammeln der nicht durch die Kanäle (32) strö-

235 menden Moleküle als Abfall-Strömung, die bezüglich U -Atomen verarmt ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (32) weiter als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung sind.

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2 5 3 A O 3 O

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der Kanäle (32) in bezug auf die mittlere freie Weglänge der Moleküle in den Kanälen (32) klein ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (32) so bemessen sind, daß die Moleküle von den Kanal wänden (38) beim Durchgang durch die Kanäle (32) mehrfach reflektiert werden.

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