DE2728943A1 - METHOD AND DEVICE FOR PARTICLE SEPARATION - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR PARTICLE SEPARATION

Info

Publication number
DE2728943A1
DE2728943A1 DE19772728943 DE2728943A DE2728943A1 DE 2728943 A1 DE2728943 A1 DE 2728943A1 DE 19772728943 DE19772728943 DE 19772728943 DE 2728943 A DE2728943 A DE 2728943A DE 2728943 A1 DE2728943 A1 DE 2728943A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mixture
isotope
flowing
selective
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19772728943
Other languages
German (de)
Inventor
Richard H Levy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Original Assignee
Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc filed Critical Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Publication of DE2728943A1 publication Critical patent/DE2728943A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/24—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by centrifugal force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/10—Separation by diffusion
    • B01D59/18—Separation by diffusion by separation jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/34—Separation by photochemical methods

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

Verfahren und Vorrichtung zur TeilchentrennungMethod and device for particle separation

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Teilchentrennung, vorzugsweise Isotopentrennung, insbesondere mit Laser-Verstärkung der Trennung aufgrund auf Beschleunigung beruhender Isotopenkonzeintrations- und Dichte-Gradienten.The invention relates to a method and a device for particle separation, preferably isotope separation, especially with laser amplification due to the separation isotopic concentration and density gradients based on acceleration.

Ein Gas hat in einem Kraftfeld, wie z. B. dem Schwerkraftfeld, im Gleichgewicht eine Dichte, die sich mit dem Abstand vom Kraftursprung ändert. Die charakteristische Länge (charakteristischer Abstand) ist ein Parameter, der diese Dichteverteilung beschreibt. Sie kennzeichnet den Abstand vom Ursprung, in dem sich die Dichte exponentiell ändert.A gas has in a force field, e.g. B. the gravity field, a density in equilibrium, which is with the Distance from force origin changes. The characteristic length (characteristic distance) is a parameter that describes this density distribution. It marks the Distance from the origin where the density changes exponentially.

052-(JNA-67)-KoSl052- (JNA-67) -KoSl

809808/0611809808/0611

Die charakteristische Länge und die Dichteverteilung ändern sich auch mit der Masse der Gasmoleküle. So liegt in einem Gemisch von Gasen mit jeweils verschiedener Masse eine unterschiedliche charakteristische Länge und Dichteverteilung für jede Komponente oder Gasart im Gemisch vor. Da sich die charakteristischen Längen und Dichteverteilungen ändern, ändern sich auch die relativen Konzentrationen der verschiedenen Gase mit dem Abstand, was zu einer gewissen Trennung der Gase im Gemisch über großen Entfernungen führt.The characteristic length and the density distribution also change with the mass of the gas molecules. So lies in a mixture of gases, each with a different mass, a different characteristic length and density distribution for each component or type of gas in the mixture. Since the characteristic lengths and density distributions change, the relative concentrations of the various gases also change with distance, resulting in a certain amount Separation of the gases in the mixture over large distances leads.

Während die für eine brauchbare Trennung erforderlichen Abstände im Gravitationsfeld für die Praxis ungeeignet groß sind, können diese Abstände verringert werden, indem die einwirkende Kraft durch Ausnutzung von Zentrifugaleffekten vergrößert wird. Derartige Anlagen werden nicht nur zur Trennung chemisch verschiedener Moleküle verwendet, sondern auch zur Trennung von Isotopen, die z. B. in Uran-(oder Schwefel-)Hexafluorid-Molekülen auftreten.While the distances in the gravitational field required for a useful separation are unsuitable for practice these distances can be reduced by reducing the acting force by taking advantage of centrifugal effects is enlarged. Such systems are not only used to separate chemically different molecules, but also for the separation of isotopes which z. B. occur in uranium (or sulfur) hexafluoride molecules.

Ein Beispiel für diese herkömmlichen Anlagen ist die Trenndüse (vgl. US-PS 3 362 151, 3 668 080, 3 708 964, 3 853 529 und 3 877 892). Bei einer derartigen Düsentrennung wird ein Gemisch einer molekularen Uranverbindung, wie ζ. B. Uranhexafluorid-Moleküle in einem Trägergas, wie z. B. Helium oder Wasserstoff, auf einem gekrümmten länglichen Kanal in einen Raum beschleunigt. Eine Abschälblendenkante bzw. Messerschneide im Raum trennt die Bereiche verschiedener Isotopenkonzentration, die durch die Zentrifugalkraft von der Beschleunigung auf dem gekrümmten Kanal aufgebaut wird.An example of these conventional systems is the separating nozzle (cf. US Pat. Nos. 3,362,151, 3,668,080, 3,708,964, 3,853,529 and 3,877,892). With such a nozzle separation is a mixture of a molecular uranium compound, such as ζ. B. uranium hexafluoride molecules in a carrier gas, such as. B. Helium, or hydrogen, accelerated into space on a curved elongated channel. A peel-off aperture edge or knife edge in space separates the areas of different isotopic concentrations caused by centrifugal force is built up from the acceleration on the curved canal.

Der Unterschied zwischen den charakteristischen Längen für die zu trennenden Isotopenmoleküle ist ein Parameter, der den theoretischen Wirkungsgrad des Trennprozesses anzeigt. Da die charakteristischen Längen sich für die ver-The difference between the characteristic lengths for the isotope molecules to be separated is a parameter which shows the theoretical efficiency of the separation process. Since the characteristic lengths are different for the

809808/0611809808/0611

schledenen Uranisotopen lediglich im Verhältnis der Massen der beiden Isotopenmoleküle unterscheiden, nämlich 352:^49 im Hexafluoridmolekül, sind die Unterschiede der charakteristischen Längen sehr gering, was lediglich eine schwache Trennung von einer derartigen Düse bedingt. Wiederholte Anwendungen der Trennung mit einer derartigen Düse in weiteren Stufen aus ähnlichen Düsen führen schließlich zu einem brauchbaren Isotopen-Anreicherungsfaktor.schledenen differentiate uranium isotopes only in the ratio of the masses of the two isotope molecules, namely 352: ^ 49 in the hexafluoride molecule, the differences in characteristic lengths are very small, which is only a weak one Separation from such a nozzle is conditional. Repeated applications of the separation with such a nozzle in further Steps from similar nozzles ultimately lead to a useful isotope enrichment factor.

Da die Unterschiede in der charakteristischen Länge aufgrund der Massenunterschiede lediglich gering sind, ist es Aufgabe der Erfindung, andere Faktoren, die in die charakteristische Länge eingehen, zu verwenden, um einen größeren Unterschied in der charakteristischen Länge für die Isotopenmoleküle zu erzielen, wodurch der Wirkungsgrad bei deren Trennung verbessert wird.Since the differences in the characteristic length are only slight due to the differences in mass, is It is the object of the invention to use other factors that go into the characteristic length to obtain a larger one Difference in the characteristic length for the isotope molecules to achieve, thereby increasing the efficiency in their Separation is improved.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Isotopentrennung vorgesehen, bei der die Trennung abhängig von Unterschieden der charakteristischen Länge vergrößert wird, indem ein Faktor geändert wird, der wahlweise nach Isotopenart die charakteristische Länge beeinflußt. Insbesondere· wird eine Düsenanordnung mit einem Beschleunigungskanal mit optisch gerader Abmessung senkrecht zur Strömung verwendet, die mit abgestimmter Laserstrahlung bestrahlt wird, um Schwingungsanregung einer Isotopenart in dem durch den Kanal geführten Gemisch zu erzeugen. Die Schwingungsanregung wird bei Vorliegen eines wesentlichen Anteiles eines Trägergases in eine thermische Anregung der einen Isotopenart umgewandelt. Die wahlweise thermische Anregung dieser einen Isotopenart kann dazu verwendet werden, um wesentlich den Unterschied in der charakteristischen Länge zwischen den Molekülen der beiden Isotopenarten in einer Düsen-Trennanlage zu erhöhen. Das Ergebnis ist eine wesentliche Vergrößerung des Wirkungsgrades der Trennvorrichtung, wodurch weni-According to the invention a device for isotope separation is provided in which the separation depends on Differences in the characteristic length is increased by changing a factor which is optionally based on isotope type influences the characteristic length. In particular, a nozzle arrangement with an acceleration channel is used optically even dimension perpendicular to the flow used, which is irradiated with tuned laser radiation in order to To generate vibration excitation of an isotope species in the mixture passed through the channel. The vibration excitation is in the presence of a substantial proportion of a carrier gas in a thermal excitation of one isotope type converted. The optional thermal excitation of this one isotope species can be used to significantly the difference in the characteristic length between the molecules of the two types of isotopes in a nozzle separation system to increase. The result is a significant increase in the efficiency of the separation device, which means that less

809808/0811809808/0811

ger Trennstufen benötigt werden, indem der Trennfaktor in jeder DUsenstufe verbessert wird.ger separation stages are required by improving the separation factor in each nozzle stage.

Da sich die Düsenform ohne weiteres auf einem langen, geraden Abstand senkrecht zur Gasströmung erstreckt, wird eine Einwirkung des Laserstrahles auf einer wesentlichen Länge des zu trennenden Materials leistungsfähig erzielt. Zusätzlich erlaubt die Düse eine bestimmte Kühlung des Isotopengemisches, da sich dieses nach der Beschleunigung auf dem gekrümmten Kanal ausdehnt. Dies verbessert die Selektivität, mit der die Schwingungsanregung in die thermische Anregung der einen Isotopenart umgesetzt werden kann.Since the nozzle shape easily extends over a long, straight distance perpendicular to the gas flow, an effect of the laser beam on a substantial length of the material to be cut efficiently achieved. In addition, the nozzle allows a certain cooling of the isotope mixture, since this is after the acceleration expanding on the curved canal. This improves the selectivity with which the vibration excitation in the thermal Excitation of one isotope species can be implemented.

Die Erfindung sieht also ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung des Isotopentrennungs-Wirkungsgrades vor, wobei eine Strömung eines Gasgemisches von Isotopen und ein Trägergas beschleunigt und expandiert werden, und wobei die Strömung in verschiedene Ausgangsleitungen geteilt wird, die isotopenangereicherte und -verarmte Fraktionen oder Teile enthalten. Die Anreicherung wird erzielt, indem die Temperatur der einen Isotopenkomponente im Gemisch durch Schwingungsanregung des Isotops erhöht wird, was zu Schwingungs-Translations-Energieübertragungs-Stößen führt. Die sich ergebende selektive Temperaturerhöhung verbessert den Trennfaktor.The invention thus provides a method and an apparatus for improving the isotope separation efficiency before, wherein a flow of a gas mixture of isotopes and a carrier gas accelerates and expands and where the flow is divided into different exit conduits, the isotopically enriched and -contain impoverished fractions or parts. Enrichment is achieved by changing the temperature of one isotopic component is increased in the mixture due to the excitation of vibrations in the isotope, which leads to vibration-translation-energy transfer collisions leads. The resulting selective increase in temperature improves the separation factor.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt einer Düse für die Erfindung, undFig. 1 is a section of a nozzle for the invention, and

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Düse der Fig. 1.Fig. 2 shows the device according to the invention with the The nozzle of FIG. 1.

809808/0611809808/0611

Die Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergrößerung des charakteristischen Längenunterschieds in einer Anlage zur Isotopentrennung vor, bei der ein strömendes Gemisch aus mehreren Isotopen auf einem gekrümmten Kanal beschleunigt wird, um eine große Zentrifugalkraft auf das Gemisch einwirken zu lassen. Die Erfindung ist vorzugsweise bei Trennanlagen verwendbar, die eine Trenndüse haben.The invention provides a method and a device for increasing the characteristic difference in length in a system for isotope separation, in which a flowing mixture of several isotopes on one curved channel is accelerated in order to allow a large centrifugal force to act on the mixture. The invention can preferably be used in separating systems that have a separating nozzle.

Eine Düse istjz. B. in Fig. 1 dargestellt. Selbstverständlich können auch verschiedene Düsen für die Erfindung verwendet werden (vgl. die oben genannten US-PS'en). Die in Fig. 1 dargestellte Düse hat eine Einlaßleitung 12, die mit einem Gasgemisch versorgt wird, das bei der Urananreicherung vorzugsweise 5 Mol.-% Uranhexafluorid (UF/-) und 95 Mol.-# Wasserstoff oder Helium enthält.One nozzle is B. shown in Fig. 1. Of course, different nozzles can also be used for the invention (cf. the above-mentioned US patents). The nozzle shown in FIG. 1 has an inlet line 12 which is supplied with a gas mixture which, in the case of uranium enrichment, preferably contains 5 mol % uranium hexafluoride (UF / -) and 95 mol% hydrogen or helium.

Für den Einlaß-Versorgungsdruck ist ein Druck von 100 oder einigen 100 mmHg vorteilhaft. Die Leitung 12 steht mit einem gekrümmten Kanal 14 in Verbindung, der, wie in Fig. 1 dargestellt ist, in einer Richtung 16 länglich ausgebildet ist, die insbesondere senkrecht zur Strömung des Gasgemisches durch den gekrümmten Kanal 14 ist. Das Gasgemisch wird durch den gekrümmten Kanal 14 gepumpt und beschleunigt.For the inlet supply pressure, a pressure of 100 or several 100 mmHg is advantageous. The line 12 communicates with a curved channel 14 which, as shown in FIG. 1, is elongated in a direction 16 is formed, which is in particular perpendicular to the flow of the gas mixture through the curved channel 14. The gas mixture is pumped through the curved channel 14 and accelerated.

Der gekrümmte Kanal 14 hat eine innere Grenzwand 18 aus einem Glied 20 und eine äußere Grenzwand 22 aus einem Glied 24. Die Wand 22 hat vorzugsweise einen Krümmungsradius von 0,1 mm, und der Abstand der Wände 18 und 22 beträgt vorzugsweise 50 bis I50 mittlere freie Weglängen. Der Krümmungsradius der Grenzwand l8 ist kleiner dargestellt als der Krümmungsradius der Grenzwand 22. Die Grenzwand l8 des Gliedes 20 endet plötzlich an einem Punkt 26 in einer senkrechten oder sich im wesentlichen radial erstreckenden The curved channel 14 has an inner boundary wall 18 composed of a limb 20 and an outer boundary wall 22 composed of a limb 24. The wall 22 preferably has a radius of curvature of 0.1 mm and the spacing of the walls 18 and 22 is preferably 50 to 150 average free path lengths. The radius of curvature of the boundary wall 18 is shown smaller than the radius of curvature of the boundary wall 22. The boundary wall 18 of the link 20 suddenly ends at a point 26 in a perpendicular or substantially radially extending manner

809808/0611809808/0611

-ßr--ßr-

Fläche 28 des Gliedes 20, die einen Raum 30 freilegt, der radial nach außen durch die Fläche 22 begrenzt ist. Jede Komponente des expandierten Gasgemisches im Raum 30 kann durch einen als "charakteristische Länge" bezeichneten Parameter bestimmt werden, der eine Entfernung darstellt, in der sich die Dichte des Gases exponentiell verhält. Mathematisch ist die charakteristische Länge jeder Komponente gegeben durch:Surface 28 of the limb 20, which exposes a space 30, the is delimited radially outward by the surface 22. Each component of the expanded gas mixture in space 30 can be determined by a parameter called "characteristic length", which represents a distance, in which the density of the gas behaves exponentially. Mathematically, the characteristic length of each component is given by:

charakteristische Länge = r · kT/mv ,characteristic length = r kT / mv,

mit r = Radius der gekrümmten Strömung, T = Temperatur,
m = Teilchenmasse,
ν = Teilchengeschwindigkeit,
k = Konstante.with r = radius of the curved flow, T = temperature,
m = particle mass,
ν = particle speed,
k = constant.

Der Parameter der charakteristischen Länge kann die Größe der Dichteverteilung der verschiedenen Komponenten im beschleunigten Gemisch festlegen und damit den Grad der Trennung, der mit dem Zentrifugalkraftfeld zu erzielen ist. Demgemäß ist in einer Strömung aus einem Gemisch von Isotopen, wie z. B. der U Fg- und U ^ Fg-Isotope des Uranhexafluoridmoleküls, deren Trennung im Kraftfeld umso größer und die Konzentration der schweren Fraktion des Gemisches auf der Außenwand 22 umso höher sowie die Konzentration der leichten Fraktion in den Bereichen radial nach innen von der Wand 22 umso höher, je größer der Unterschied der charakteristischen Länge zwischen den Molekülen ist.The parameter of the characteristic length can be the size of the density distribution of the various components set in the accelerated mixture and thus the degree of separation that can be achieved with the centrifugal force field is. Accordingly, in a flow of a mixture of isotopes, such as. B. the U Fg and U ^ Fg isotopes of the Uranium hexafluoride molecule, whose separation in the force field the greater and the concentration of the heavy fraction of the The higher the mixture on the outer wall 22 and the concentration of the light fraction in the radial areas inwardly from the wall 22, the higher the greater the difference in the characteristic length between the molecules is.

Eine Abschälblende 32 mit einer Abschälblendenkante 34, die sich auch senkrecht zur Strömung in der Richtung erstreckt, ist im Raum 30 vorgesehen, um die Strömung oderA peel-off shutter 32 with a peel-off shutter edge 34, which is also perpendicular to the flow in the direction extends, is provided in the space 30 to the flow or

809808/0611809808/0611

verschiedene Bereiche der Strömung in Ausgangsleitungen 36 und 38 zu teilen. Die Ausgangsleitung 38 enthält eine merklich höhere Konzentration der schwereren Isotopenteilchen, nämlich der U2^ Fg-Teilchen, und die Leitung 36 enthält eine relativ leichtere Fraktion mit einer höheren Konzentration der U JF,--Teilchen als in der Eingangsleitung 12.to divide different areas of flow in exit conduits 36 and 38. The output line 38 contains a markedly higher concentration of the heavier isotopic particles, namely the U 2 ^ Fg particles, and the line 36 contains a relatively lighter fraction with a higher concentration of the U J F , particles than in the input line 12.

Eine Untersuchung der obigen Gleichung für die charakteristische Länge zeigt, daß in der beschriebenen Anlage der Unterschied in der charakteristischen Länge im wesentlichen auf einem Unterschied der Massen der Teilchen der Uranhexafluoridmoleküle beruht, die in den Raum 30 beschleunigt sind. Dieser Unterschied, drei Masseneinheiten aus 352, kann als sehr gering angesehen werden, und demgemäß ist der Grad, in dem die Trennung entlang des Dichtegradienten und ggf. in den getrennten Ausgangsleitungen 36 und 38 auftritt, ebenfalls gering. Eine wirksame Isotopentrennung erfordert daher eine Kaskade von sehr zahlreichen Stufen einzelner Düsen-Trenneinrichtungen der oben beschriebenen Art.Examination of the above equation for the characteristic length shows that in the described plant the difference in the characteristic length is essentially due to a difference in the masses of the particles of the Uranium hexafluoride molecules are based, which are accelerated into the space 30. This difference, made up of three units of mass 352, can be viewed as very slight, and accordingly is the degree to which the separation is along the density gradient and possibly occurs in the separate output lines 36 and 38, likewise low. An effective isotope separation therefore requires a cascade of very numerous stages of individual nozzle separators of those described above Art.

Die Erfindung ermöglicht eine Verbesserung der Trennung jeder einzelnen Düse der in Fig. 1 dargestellten Art, indem der Parameter der charakteristischen Länge für ein gewähltes Isotop vergrößert wird, vorzugsweise für das U *cr Molekül, um den Unterschied zwischen den charakteristischen Längen für die beiden Isotopenteilchen zu vergrößern und dadurch den Grad von deren Trennung entlang den im Raum 30 aufgebauten Kraftlinien zu verbessern. Dies wird erreicht, indem die Temperatur für die U ^n?,--Teilchen erhöht wird, was (vgl. die obige Gleichung) den Unterschied der charakteristischen Länge vergrößert, der lediglich auf den Massenunterschieden beruht. Der Temperaturanstieg wird erzielt, indem selektiv die U "f Teilchen in <jer Strömung durch laserinduzierte Schwingung dieser Teilchen angeregt werden.The invention enables an improvement in the separation of each individual nozzle of the type shown in FIG. 1 by increasing the parameter of the characteristic length for a selected isotope, preferably for the U * cr molecule, by the difference between the characteristic lengths for the two isotopic particles to increase and thereby improve the degree of their separation along the lines of force established in space 30. This is achieved by increasing the temperature for the U ^ n?, Particles, which (cf. the above equation) increases the difference in the characteristic length, which is based solely on the mass differences. The temperature rise is achieved by the U "f particles i n <j he flow are excited by laser-induced vibration of said particles selectively.

809808/0611809808/0611

Die Schwingung wird dann in eine Translation oder einen Temperaturanstieg in diesen Teilchen umgesetzt, wenn sie mit den Molekülen des Trägergases zusammenstoßen.The oscillation is then converted into a translation or a rise in temperature in these particles when they collide with the molecules of the carrier gas.

Bei diesem Verfahren zur angereichterten Isotopentrennung sind verschiedene Eigenschaften der Düsen-Trennung vorteilhaft verbessert. Zunächst kann die Düse einen optisch geraden Weg in der Einlaßleitung 12 direkt oberhalb des Kanales 14 in der Richtung 16 senkrecht zur Gasströmung haben. Ein Bereich 40 der Laserbestrahlung erstreckt sich über eine wesentliche Entfernung, vorzugsweise mehrere m, in der Richtung 16, um eine lange Säule der Teilchen zu bestrahlen, wie z. B. von Teilchen 42 aus U F/--und von Teilchen 44 aus U00F6-In this process for enriched isotope separation, various properties of the nozzle separation are advantageously improved. First, the nozzle can have an optically straight path in the inlet line 12 directly above the channel 14 in the direction 16 perpendicular to the gas flow. A region 40 of the laser irradiation extends a substantial distance, preferably several meters, in the direction 16 in order to irradiate a long column of the particles, e.g. B. of particles 42 from UF / - and from particles 44 from U 00 F 6 -

Die Zentrifugalbeschleunigung der Strömung durch den Kanal 14 führt zu verschiedener Dichteverteilung für jede Teilchenart entlang radialer Abmessung, wobei die leichteren Teilchen 42 stärker nach innen und die schwereren Teilchen 44 stärker nach außen konzentriert sind. Die wahlweise auf die Teilchen 42 einwirkende erhöhte Temperatur verstärkt diesen Effekt merklich, indem für diese Teilchen die charakteristische Länge und die Dlchtevertellung geändert werden. Es ist eine theoretische Verbesserung des Trennfaktors um 2 oder mehr möglich.The centrifugal acceleration of the flow through channel 14 results in different density distributions for each Particle type along the radial dimension, with the lighter particles 42 more inward and the heavier particles 44 are more focused on the outside. The elevated temperature optionally acting on the particles 42 is amplified this effect is noticeable by changing the characteristic length and the roof distribution for these particles will. A theoretical improvement in the separation factor of 2 or more is possible.

Der auf den Bereich 14 einwirkende Laserstrahl zur Erzeugung der Schwingungsanregung wird vorzugsweise von einem IR-Laser abgegeben, der mit einer 16 /um-Absorptionslinie für UF6 (oder 10,6 ,um für SFg) arbeitet.The laser beam acting on the area 14 for generating the oscillation excitation is preferably emitted by an IR laser which operates with a 16 μm absorption line for UF 6 (or 10.6 μm for SFg).

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Anreicherung durch laserbedingte Verstärkung der Düsen-Trennwirkung dargestellt. Ein Laser 50 gibt einen Strahl an eine Düse 54 mit den oben in Fig. 1 dargestellten Komponenten ab. Der Strahl kann ggf. über Fenster zugeführt2 shows the device according to the invention for enrichment by laser-induced amplification of the nozzle separating effect shown. A laser 50 emits a beam to a nozzle 54 having the components illustrated in FIG. 1 above away. If necessary, the beam can be fed through a window

809808/0611809808/0611

werden und erstreckt sich über die wesentliche Länge des offenen Einlaßrohres 12, die z. B. 2 m betragen kann. Der anregende Strahl 52 von der Düse 54 kann vorzugsweise noch ausreichende Energiedichte haben, um für weitere Vergrößerung der charakteristischen Länge vorteilhaft zu sein, und er kann demgemäß erneut durch eine oder mehrere zusätzliche Düsen 5^ geführt werden, die z. B. in bereits beschriebener Art angeordnet sind (vgl. die obigen US-PS'en;.are and extends over the substantial length of the open inlet pipe 12, the z. B. can be 2 m. Of the stimulating jet 52 from nozzle 54 can preferably be added have sufficient energy density to be advantageous for further enlargement of the characteristic length, and it can accordingly be guided again through one or more additional nozzles 5 ^ which, for. B. in already described Art are arranged (see the above US-PS'en ;.

809808/061 ' 809808/061 '

Claims (32)

272HÜA3 Ansprüche272HÜA3 claims 1. Verfahren zum Trennen verschiedenartiger Teilchen, bei dem ein strömendes Gasgemisch der Teilchen in1. A method for separating different types of particles, in which a flowing gas mixture of the particles in einem gekrümmten Kanal zu einer Abschälblende beschleunigt wird,a curved canal is accelerated to a peelable diaphragm, wobei die Beschleunigung im gekrümmten Kanal eine Zentrifugalkraft auf das Gemisch einwirken läßt, dadurch gekennzeichnet,whereby the acceleration in the curved channel causes a centrifugal force to act on the mixture, characterized, daß eine gewählte Teilchenart im Gemisch selektiv erwärmt wird,that a selected type of particle is selectively heated in the mixture, daß das an einer Außenfläche der Abschälblende (32) vorbeiströmende Gemisch in einer ersten Ausgangsleitung (38 mit einer verringerten Konzentration der Teilcher der gewählten Art aufgefangen wird, undthat the mixture flowing past an outer surface of the peeling diaphragm (32) in a first outlet line (38 is collected with a reduced concentration of the particles of the selected species, and daß das an einer Innenfläche der Abschälblende (32) vorbeiströmende Gemisch in einer zweiten Leitung (36) mit einer erhöhten Konzentration der Teilchen der gewählten Art aufgefangen wird.that the mixture flowing past an inner surface of the peeling diaphragm (32) in a second line (36) with an increased concentration of the particles of the selected type is collected. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,2. The method according to claim 1,
characterized, daß das Gemisch ein Gemisch mehrerer Isotopenarten ist, undthat the mixture is a mixture of several types of isotopes, and daß die gewählte Teilchenart eine gewählte Isotopenart ist.that the type of particle chosen is a type of isotope chosen. 3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,3. The method according to claim 2,
characterized, daß der Kanal (14), in dem das Gemisch beschleunigt wird, sich auf einem optisch geraden Weg in einer Richtung (16) im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Strömung des beschleunigten Gemisches erstreckt, undthat the channel (14), in which the mixture is accelerated, is on an optically straight path in one direction (16) extends substantially perpendicular to the direction of flow of the accelerated mixture, and 809808/061 1809808/061 1 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED daß bei der selektiven Erwärmung elektromagnetische Strahlungsenergie (52) in einer Richtung parallel zum optisch geraden Weg senkrecht zur gerichteten Strömung des beschleunigten Gemisches einwirkt.that in the selective heating electromagnetic radiation energy (52) in a direction parallel to acts optically straight path perpendicular to the directed flow of the accelerated mixture. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,4. The method according to claim 3, characterized in that daß die elektromagnetische Strahlungsenergie (52) IR-Laserstrahlung ist.that the electromagnetic radiation energy (52) is IR laser radiation. 5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch ein Uran-Isotopen-Gemisch enthält.5. The method according to claim 2, characterized in that that the mixture contains a uranium isotope mixture. 6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung abgestimmt wird, um isotopen-6. The method according to claim 5 »characterized in that that the laser radiation is tuned to be isotopic 2"51S selektive Anregung des U ^ -Isotops im Gemisch zu erzeugen,2 "5 1 S to generate selective excitation of the U ^ -isotope in the mixture, 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,7. The method according to claim 6, characterized in that daß die Uranisotope als Uranhexafluorid-Moleküle verwendet werden.that the uranium isotopes are used as uranium hexafluoride molecules. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlung für selektive Schwingungs-8. The method according to claim 7, characterized in that the laser radiation for selective vibration 2~55
anregung des U Fg-Moleküls abgestimmt wird.2 ~ 55
excitation of the U Fg molecule is matched. 9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,9. The method according to claim 2, characterized in that daß das Gemisch ein Schwefelhexafluorid-Isotopen-Gemisch enthält.that the mixture is a sulfur hexafluoride isotope mixture contains. 10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,10. The method according to claim 2, characterized in that 809808/061 1809808/061 1 daß beim selektiven Erwärmen die Isotope im Gemisch erwärmt werden, um den Trennfaktor um wenigstens einen Faktor 2 zu erhöhen.that in the case of selective heating, the isotopes in the mixture are heated to the separation factor by at least one Increase by a factor of 2. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,11. The method according to claim 1, characterized in that daß das strömende Gemisch Moleküle mit Komponenten einer ersten Isotopenart zusammen mit einem Trägergas geringerer Kasse hat.that the flowing mixture molecules with components of a first isotope type together with a carrier gas has a lower cash register. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,12. The method according to claim 11, characterized in that daß das Trägergas ca. 95 Mol.-# des strömenden Gemisches beträgt.that the carrier gas is about 95 mol. # of the flowing mixture amounts to. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,13. The method according to claim 1, characterized in that daß das strömende Gemisch durch Expansion beim Beschleunigen im gekrümmten Kanal (14) gekühlt wird.that the flowing mixture is cooled by expansion when accelerating in the curved channel (14). 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,14. The method according to claim 1, characterized in that daß beim selektiven Erwärmen eine artselektive Schwingungsanregung mit einer sich daraus ergebenden Umwandlung der Schwingungsenergie in artselektive Translationsenergie erzeugt wird.that with selective heating there is a kind of selective vibration excitation with a resulting conversion of the vibration energy into art-selective translational energy is produced. 15. Vorrichtung zum Trennen verschiedenartiger Teilchen mit einem gekrümmten Kanal, mit einer Abschälblende hinter dem gekrümmten Kanal, mit einer Beschleunigungseinrichtung zum Beschleunigen15. Device for separating different types of particles with a curved channel, with a peeling screen behind the curved channel, with an accelerator to accelerate eines strömenden Gemisches der verschiedenartigen Teilchen im gekrümmten Kanal zur Abschälblende, wobei die Beschleunigung im gekrümmten Kanal einea flowing mixture of the different types of particles in the curved channel to the peeling diaphragm, where the acceleration in the curved channel is a Zentrifugalkraft auf das Gemisch einwirken läßt,Allows centrifugal force to act on the mixture, 809808/0611809808/0611 gekennzeichnet durchmarked by eine Einrichtung (50) zur selektiven Erwärmung einer gewählten Teilchenart des Gemisches,means (50) for selectively heating a selected type of particle of the mixture, eine erste Ausgangsleitung (38), die das an einer Außenfläche der Abschälblende (j52) vorbeiströmende Gemisch in verringerter Konzentration der gewählten Teilchenart auffängt, unda first outlet conduit (38) which carries the mixture flowing past an outer surface of the peeling diaphragm (j52) collects the selected particle type in a reduced concentration, and eine zweite Ausgangsleitung (36), die das an einer Innenfläche der Abschälblende (32) vorbeiströmende Gemisch in erhöhter Konzentration der gewählten Teilchenart auffängt .a second outlet line (36) which collects the mixture flowing past an inner surface of the peeling diaphragm (32) in an increased concentration of the selected particle type. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15»
dadurch gekennzeichnet,16. Device according to claim 15 »
characterized, daß das Gemisch ein Gemisch mehrerer Isotopenarten ist, undthat the mixture is a mixture of several types of isotopes, and daß die gewählte Teilchenart eine gewählte Isotopenart ist.that the type of particle chosen is a type of isotope chosen. 17. Vorrichtung nach Anspruch l6,
dadurch gekennzeichnet,17. The device according to claim l6,
characterized, daß der Kanal (14), in dem das Gemisch beschleunigt wird, sich in einem optisch geraden Weg in einer Richtung (16) im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Strömung des beschleunigten Gemisches erstreckt, undthat the channel (14), in which the mixture is accelerated, is in an optically straight path in one direction (16) extends substantially perpendicular to the direction of flow of the accelerated mixture, and daß die Einrichtung (50) zur selektiven Erwärmung Mittel (52) zur elektromagnetischen Bestrahlung in einer Richtung parallel zum optisch geraden Weg und senkrecht zur gerichteten Strömung des beschleunigten Gemisches hat.that the device (50) for selective heating means (52) for electromagnetic radiation in a Has direction parallel to the optically straight path and perpendicular to the directed flow of the accelerated mixture. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17»
dadurch gekennzeichnet,18. Device according to claim 17 »
characterized, daß die Mittel (52) zur elektromagnetischen Bestrahlung eine IR-Laserstrahlungsquelle haben.that the means (52) for electromagnetic irradiation have an IR laser radiation source. 809808/0611809808/0611 19. Vorrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch ein Uranisotopen-Gemisch hat.19. The device according to claim l6, characterized in that the mixture has a uranium isotope mixture. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,20. Apparatus according to claim 19, characterized in that daß die Laserstrahlung abgestimmt ist, um isotopenselek tive Anregung des U ^ -Isotops im Gemisch zu erzeugen.that the laser radiation is tuned to generate isotopenselek tive excitation of the U ^ isotope in the mixture. 21. Vorrichtung nach Anspruch PO, dadurch gekennzeichnet,21. The device according to claim PO, characterized in that daß die Uranisotope als Uranhexafluorid-Moleküle vorliegen. that the uranium isotopes are present as uranium hexafluoride molecules. 22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,22. The device according to claim 21, characterized in that daß die Laserstrahlung zur selektiven Schwingungsanregung des U ^F ,--Moleküls abgestimmt ist.that the laser radiation for selective vibration excitation of the U ^ F, molecule is matched. 23. Vorrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet,23. The device according to claim l6, characterized, daß das Gemisch ein Schwefelhexafluorld-Isotopen-Gemisch hat.that the mixture has a sulfur hexafluoride isotope mixture. 24. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,24. The device according to claim 16, characterized in that daß die Einrichtung (50) zur selektiven Erwärmung Mittel zum Erwärmen der Isotopen im Gemisch hat, um den Trennfaktor um wenigstens einen Faktor 2 zu erhöhen.that the means (50) for selective heating means for heating the isotopes in the mixture to the Increase the separation factor by at least a factor of 2. 25. Vorrichtung nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet,25. Device according to claim I5, characterized, daß das strömende Gemisch Moleküle mit Komponenten einer ersten Isotopenart zusammen mit einem Trägergas geringerer Masse hat.that the flowing mixture molecules with components of a first isotope type together with a carrier gas lesser Has mass. 809808/0611809808/0611 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,26. The device according to claim 25, characterized in that daß das Trägergas ca. 95 Mol.-% des strömenden Gemisches hat.that the carrier gas has approx. 95 mol. % of the flowing mixture. 27. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch27. The device according to claim 15, characterized by eine Kühleinrichtung zum Kühlen des strömenden Gemisches durch Expansion beim Beschleunigen durch den gekrümmten Kanal (14).a cooling device for cooling the flowing mixture by expansion when accelerating through the curved channel (14). 28. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet,28. The device according to claim 15 »characterized in that daß die Einrichtung (50) zur selektiven Erwärmung Mittel für artselektive Schwingungsanregung mit anschließender Umwandlung der Schwingungsenergie in artselektive Translationsenergie aufweist.that the device (50) for selective heating means for type-selective vibration excitation with subsequent Conversion of the vibration energy into art-selective translational energy. 29. Vorrichtung zur Isotopentrennung,29. device for isotope separation, mit einer gekrümmten Leitung zu einem Raum, der durch eine Fortsetzung der radialen Außenwand der Leitung begrenzt ist, undwith a curved duct to a space delimited by a continuation of the radial outer wall of the duct is and mit einer Einrichtung zum Beschleunigen eines strömenden Gemisches von Teilchen mehrerer Isotopenarten durch die Leitung in den Raum, um verschiedene Dichteverteilung für jede Isotopenart im Gemisch im Raum zu erzeugen,with a device for accelerating a flowing mixture of particles of several types of isotopes through the line into the room to generate different density distributions for each type of isotope in the mixture in the room, wobei die Isotope größerer Masse aui1 dem radial äußeren Teil des Raumes angesammelt werden, gekennzeichnet durchwherein the isotopic greater mass aui 1 the radially outer part of the space are accumulated, characterized by eine Einrichtung (50) zur isotopenselektiven Erwärmung eines Isotops des Gemisches, um den Unterschied in der Dichteverteilung im Raum (30) zu erhöhen, unda device (50) for isotope-selective heating an isotope of the mixture to increase the difference in density distribution in space (30), and eine Abschälblende (32), die so ausgerichtet ist, daß sie das Gemisch der mehreren, durch den Raum (30) strömenden Isotopenarten in Fraktionen mit relativ schwereren und leichteren Isotopenkomponenten trennt.a peeling baffle (32) which is oriented so that the mixture of the plurality of flowing through the space (30) Separates isotopic species into fractions with relatively heavier and lighter isotopic components. 809808/0611809808/0611 30. Vorrichtung nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet,30. Apparatus according to claim 29,
characterized, daß die Einrichtung (50) zur isotopenselektiven Erwärmung Mittel (52) zur elektromagnetischen Bestrahlung des Gemisches aufweist.that the device (50) for isotope-selective heating means (52) for electromagnetic radiation of the mixture. 31. Vorrichtung nach Anspruch 30,
dadurch gekennzeichnet,31. Apparatus according to claim 30,
characterized, daß die Mittel (52) zur elektromagnetischen Bestrahlung einen IR-Laser haben.that the means (52) for electromagnetic irradiation have an IR laser. 32. Vorrichtung nach Anspruch 3I»
dadurch gekennzeichnet,32. Device according to claim 3I »
characterized, daß sich die gekrümmte Leitung (14) in einem optisch geraden Abstand in einer Richtung (16) senkrecht zur Strömung des beschleunigten strömenden Gemisches erstreckt, undthat the curved line (14) is at an optically straight distance in a direction (16) perpendicular to the flow the accelerated flowing mixture extends, and daß der Laser einen Strahl elektromagnetischer Strahlung an das Gemisch in einer Richtung parallel zum optisch geraden Abstand abgibt. that the laser emits a beam of electromagnetic radiation to the mixture in a direction parallel to the optically straight distance. 809808/0611809808/0611
DE19772728943 1976-08-18 1977-06-27 METHOD AND DEVICE FOR PARTICLE SEPARATION Withdrawn DE2728943A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US71540476A 1976-08-18 1976-08-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2728943A1 true DE2728943A1 (en) 1978-02-23

Family

ID=24873892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19772728943 Withdrawn DE2728943A1 (en) 1976-08-18 1977-06-27 METHOD AND DEVICE FOR PARTICLE SEPARATION

Country Status (14)

Country Link
JP (1) JPS5324999A (en)
AU (1) AU512308B2 (en)
BE (1) BE855645A (en)
BR (1) BR7704253A (en)
CA (1) CA1077885A (en)
CH (1) CH618616A5 (en)
DE (1) DE2728943A1 (en)
ES (1) ES460893A1 (en)
FR (1) FR2361931A1 (en)
GB (1) GB1583166A (en)
IL (1) IL52195A (en)
IT (1) IT1080073B (en)
NL (1) NL7707153A (en)
SE (1) SE7706430L (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4255404A (en) * 1977-12-22 1981-03-10 Westinghouse Electric Corp. Isotopic separation
JPS58170526A (en) * 1982-03-31 1983-10-07 Japan Atom Energy Res Inst Separation of isotope compound

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2311584A1 (en) * 1973-03-08 1975-04-30 Siemens Ag SEPARATION PROCESS
US3996470A (en) * 1974-10-15 1976-12-07 Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc. Laser alteration of accommodation coefficient for isotope separation

Also Published As

Publication number Publication date
CH618616A5 (en) 1980-08-15
JPS5324999A (en) 1978-03-08
SE7706430L (en) 1978-02-19
IL52195A (en) 1981-03-31
BE855645A (en) 1977-10-03
BR7704253A (en) 1978-06-06
NL7707153A (en) 1978-02-21
AU2798177A (en) 1979-02-22
FR2361931A1 (en) 1978-03-17
AU512308B2 (en) 1980-10-02
GB1583166A (en) 1981-01-21
ES460893A1 (en) 1979-10-01
CA1077885A (en) 1980-05-20
IT1080073B (en) 1985-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1959767C2 (en) Process for isotope separation
DE1296611B (en) Method and device for the separation of a gaseous isotope mixture
DE3244158A1 (en) Process and apparatus for isotope separation
DE1052955B (en) Method and device for separating gaseous or vaporous substances, in particular isotopes
WO2000002653A1 (en) Method and device for increasing the pressure or enthalpy of a fluid flowing at supersonic speed
US3626665A (en) Process for separating uranium isotopes
DE2653795A1 (en) LASER ISOTOPE SEPARATION
DE1519971A1 (en) Method and device for separating a gas mixture by scattering it on a moving wall
EP0098919A2 (en) Method of manufacturing separating nozzles for gaseous or vaporous mixtures, which consist of separators with stop plates
DE2243730A1 (en) PROCESS AND DEVICE FOR SEPARATING GAS OR STEAM SUBSTANCES, IN PARTICULAR ISOTOPES
DE2728943A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR PARTICLE SEPARATION
DE856980C (en) Device for deflecting and evenly distributing a flowing medium
DE2233741C3 (en) Method for separating a molecular beam
DE2855365A1 (en) PROCESS AND DEVICE FOR ISOTOPE SEPARATION
DE2834531A1 (en) PROCESS AND DEVICE FOR ISOTOPE SEPARATION
DE2536940C3 (en) Device for separating isotope mixtures
DE2534030A1 (en) PROCESS AND DEVICE FOR ISOTOPE SEPARATION
DE19529717A1 (en) Method and device for preparing an inorganic or organic sample for isotope ratio analysis
DE2923811A1 (en) DEVICE FOR SEPARATING GASEOUS MATERIAL MIXTURES
DE2939506A1 (en) DEVICE FOR ISOTOPE SELECTIVE RADIATION OF ISOTOPE MIXTURES
DE2936105A1 (en) HEAT EXCHANGER SYSTEM
DE2621345A1 (en) PROCESS FOR SEPARATION OF ISOTOPES WITH THE AID OF A LASER AND EQUIPMENT FOR CARRYING OUT THE PROCESS
DE2805958B2 (en) Nozzle for the adiabatic expansion of gases
DE3011495A1 (en) DEVICE FOR THE SUBSTANCE-SPECIFIC RADIATION OF A GASEOUS SUBSTANCE MIXTURE RELAXED IN A SLOT-SHAPED NOZZLE
DE2349832C3 (en) Spinning chute

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee