DE2750340A1 - Verfahren und vorrichtung zur isotopenanreicherung - Google Patents

Description

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Patentanmeldung

Anmelder: EXXON NUCLEAR COMPANY, INC.

777-106 Avenue NE,
Bellevue, Washington, U.S.A.

Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Isotopenanreicherung.

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Beschreibung:

Die Erfindung betrifft die Isotopenanreichung durch Gaszentri fugieren. Sie ist insbesondere anwendbar bei der Anreicherung des Uranisotops U , das in gasförmigem Uranhexafluorid enthalten ist.

Das Abtrennen von zwei nur wenig Masse Unterschied aufweisenden Kernisotopen wie U^ und U erfordert eine aufwendige Vorrichtung und grosse Energiemengen. Obwohl die Gaszentrifugierverfahren zur Erzeugung von mit U. angereichertem Uranhexafluorid (UFg) als Brennstoff für Kernkraftwerke wesentlich weniger Energie als die gegenwärtig verwendeten Gasdiffusionverfahren erfordern, ist doch der Energiebedarf für eine mit Gaszentrifugen arbeitende Urananreicherungsanlage besonders hoch. Isotopenanreicherungsanlagen mit Gaszentrifugen werden daher so ausgelegt, dass sie so leistungsfähig wie nur möglich arbeiten, um die Kosten für den Energieverbrauch zu senken. Ein zweiter wesentlicher wirtschaftlicher Faktor betrifft die Kosten der Anlage. Dementsprechend müssen Gaszentrifugieranlagen so gebaut werden, dass sie möglichst wenig baulichen Aufwand erfordern, wobei jedoch die Betriebssicherheit der Anlage zu berücksichtigen ist.

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Eine Gaszentrifuge zum Anreichern von Uran weist einen Eingang zum Einleiten von gasförmigem Uranhexafluorid sowie einen Aus-

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gang für die leichte Fraktion, über den die mit UF5 angereicherte leichte Fraktion abgezogen wird, und einen Ausgang

235 für die schwere Fraktion auf, über den die an -^UFg verarmte

schwere Fraktion abgezogen wird. Die Leistung einer solchen Gaszentrifuge wird u.a. durch den Trennfaktor QC bestimmt, der sich aus folgender Formel ergibt:

wobei X_T der Molanteil von ^ UF/- in der leichten Fraktion und

L ₂35

X„ der Molanteil von UFg in der schweren Fraktion sind. Falls die Molanteile X_L und X„ erheblich kleiner als 1 sind,

wie es bei der Herstellung von Uranhexafluorid mit etwa 3 Mol%

UFg für mit angereichertem Uran betriebene Reaktoren zur

Erzeugung elektrischer Energie der Fall ist, ist OC annähernd

235 gleich dem Verhältnis des Molanteil von -^UF,- in der leichten

235
Fraktion zum Molanteil von UFg in der schweren Fraktion. Der

Wert von oC hängt bei einer bestimmten Gaszentrifuge sowohl von der Ausbildung der Zentrifuge wie von den Betriebsbedingungen ab.

Die Trennfaktoren der gegenwärtig verwendeten Gaszentrifugen sind bei üblichen Betriebsbedingungen zu klein, um Uranhexafluorid mit einem in der Natur vorkommenden Gehalt an XS ^JJ

in einem einzigen Schritt mittels einer Gaszentrifuge hinsicht-

235

lieh des U ^JJ in dem Maße anzureichern, wie es für einen Brennstoff erforderlich ist, der bei einem mit angereichertem Uran arbeitenden Kernreaktor verwendet wird. Werden jedoch mehrere Gaszentrifugen in Reihenschaltung miteinander verbunden, so dass der Ausgang einer Zentrifuge den Eingang einer anderen Zentrifuge speist, so kann das Uranhexafluorid fortschreitend

bis auf für solche Reaktoren erforderliche Konzentrationen an

235
U angereichert v/erden. Dementsprechend v/erden Gaszentrifugen

bei Anlagen zur Anreicherung von Uran normalerweise kaskaden-

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förmig miteinander verbunden. Eine Kaskade umfasst eine oder mehrere Stufen von Gaszentrifugen, wobei die Bezeichnung Stufe eine Gruppe von parallelgeschalteten Gaszentrifugen bedeutet. Druckregler und Strömungsregler werden verwendet, um den Uranhexafluoridstrom zwischen den Stufen und den Gaszentrifugen zu steuern. Kaskadenlconstruktionen für wirtschaftliche Anlagen zur Urananreicherung enthalten häufig Hunderte oder sogar Tausende von Gaszentrifugen. Allgemein sind die Stufen einer Kaskade so miteinander verbunden, dass jeder Eingang einer Stufe mit Uranhexafluorid von den Ausgängen für die schwere Fraktion der oberhalb angeordneten Stufen und mit Uranhexafluorid von den Ausgängen für die leichte Fraktion von den darunter angeordneten Stufen gespeist v/ird. Das durch eine Kaskade aufwärtsströmende Uranhexafluorid wird somit fortschreitend mit Xr^ angereichert, während das abwärtsströmende Uranhexafluorid fortschreitend an XJ *·* verarmt. Die Stufen der Kaskade lassen sich in zwei Gruppen unterteilen, die als Anreicherungsstufen und als Abscheidungsstufen bezeichnet werden, wobei eine Anreicherungsstufe eine Stufe ist, die mit dem Ausgangsmaterial gespeist wird oder die innerhalb der Kaskade über dieser Stufe angeordnet ist. Die hier verwendete Bezeichnung Kaskade kann sich auf eine einzelne Stufe beziehen. Die Stufe einer einstufigen Kaskade ist dann entsprechend der vorgenannten Definition eine Anreicherungsstufe, da sie mit Ausgangsmaterial gespeist wird.

Da das Anreichern der U ^ -Konzentration im Uranhexafluorid kostspielig ist, stellt das Mischen von zwei Strömen Uranhexafluorid mit unterschiedlichem Anreicherungsgrad einen Aufwand bzw. einen Verlust dar. Kaskaden werden daher normalerweise so ausgelegt, dass sich solche Mischverluste beim Betrieb der Kaskade minimieren. Spezielle Ausgestaltungen solcher mischfreien Kaskaden zum Verbinden verschiedener Bauarten von Gaszentrifugen sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht näher beschrieben. Als Literaturhinweis kann beispiels-

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weise verwiesen werden auf H.R. Pratt, Countercurrent Separation Processes, Elsevier Publishing Co., New York (1967). Es ist jedoch zu bemerken, dass Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen bezüglich des Betriebs einer Kaskade voraussetzen, dass Kaskaden zum Anreichern von in der Natur vorkommendem Uran vorzugsweise mehrere Abscheidungsstufen aufweisen. Daher erzeugen Kaskaden aus Gaszentrifugen zum Anreichern von Uran-

hexafluorid zusätzlich zu der Produktfraktion, die in dem für

235 den Reaktorbrennstoff erforderlichen Maße mit U angereichert wurde, auch eine Abfallfraktion, die an UFg bis auf eine vorbestimmte Konzentration verarmt ist, typischerweise etwa 0,2 bis 0,35 Ι·ϊο1?ό.

Eine wirtschaftliche Anlage zur Urananreicherung muss Uran

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liefern, dass in unterschiedlichem Ausmass mit U ^ angereichert ist, da unterschiedliche Reaktoren Brennstoffe mit sehr

2^5 unterschiedlichen Konzentrationen an U ^ erfordern. Daher

gehören zu einer Gaszentrifugenanlage normalerweise eine Anzahl von Kaskaden, die unterschiedliche Zahlen an Anreicherungsstufen aufweisen, so dass Produkte mit unterschiedlichen Konzentrationen hergestellt werden, wenn die Kaskaden mit Uranhexa:
den.

235 hexafluorid mit einem natürlichen Anteil an U -^ gespeist wer-

Fig. 1 zeigt ein schematisches Strömungsdiagramm einer zum Stand der Technik gehörenden Isotopenanreicherungsanlage 100 zum Anreichern von natürlichem Uranhexafluorid. Die Isotopenanreicherungsanlage 100 wird nachfolgend im einzelnen beschrieben, um das Strömungsdiagramm der Fig. 1 zu erläutern, das auch in Verbindung mit verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend beschrieben v/erden, zur Anwendung kommt. Die dicken vertikalen linien in Fig. 1 stellen Kaskaden aus Gaszentrifugen dar, wobei die vollflächigen auf die Spitze gestellten Vierecke Eingänge zu den Kaskaden und die vollilächigen auf einer Seitenkante stehenden Quadrate Ausgänge darstellen. Dementsprechend besitzt jede Kaskade 112A einen Eingang 114A, einen Ausgang 116A für die schwere Fraktion und einen Ausgang 118A für die leichte Fraktion. Der Eingang

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114Α der Kaskade 112Α ist mit einer Zuführleitung 140 für das Ausgangsmaterial verbunden. Der Ausgang 116A für die schwere Fraktion ist mit einer Abgabeleitung 142 für die Abfallfraktion verbunden, und der Ausgang 118A für die leichte Fraktion ist mit einer Abgabeleitung 144 für eine erste Produktfraktion verbunden. Parallel zur Kaskade 112A sind andere betriebsmässig äquivalente Kaskaden wie die Kaskaden 112J und 112K angeordnet, wobei diese Kaskaden eine erste Unterheit bilden. Ein Eingang 114J der Kaskade 112J ist mit der Zuführleitung 140 für das Ausgangsmaterial verbunden. Die Ausgänge 116J und 118J sind mit der Abgabeleitung 142 für die Abfallfraktion bzw. mit der Abgabeleitung 144 für die erste Produktfraktion verbunden. Die Kaskade 112K und andere zur Gruppe gehörende, in Fig. 1 jedoch nicht dargestellte Kaskaden sind an die Zuführleitung 140 und an die Abgabeleitungen 142 und 144 angeschlossen, wie es für die Kaskaden 112A und 112J geschrieben wurde.

Die in Fig. 1 links eingezeichnete Ordinate zeigt die Konzentrationen an UFg bezogen auf die Konzentration im Ausgangsmaterial in einem logarithmischen Maßstab mit einer Basis an, die dem Trennfaktor OC entspricht. Die Zeichnungen basieren auf Gaszentrifugen mit einem Trennfaktor 1,3. Zwar ändert sich der Trennfaktor einer Gaszentrifuge üblicherweise etwas mit der Anordnung innerhäb einer Kaskade, diese Änderungen sind jedoch normalen/eise ausreichend klein, so dass sie im Zusammenhang mit dem Verständnis der Erfindung vernachlässigt werden können. Aus der Höhenlage der Ausgänge 118A bis 118K für die leichte Fraktion und der Abgabeleitung 144 für die leichte Fraktion lässt sich mittels der Koordinate in Fig. 1 ablesen, dass die Kaskaden der ersten Untereinheit 110 zu einer Produktfraktion führen, die idealerweise mit einem Faktor t£? an U*^ angereichert ist, bezogen auf das Ausgangsmaterial. Bei einem Trennfaktor oC= 1,5 entsprlchtdieses einer Konzentration an "uFg. von etwa 2,4 Mol%. Die Kaskaden der ersten Untereinheit 110 liefern ebenfalls eine Abfallfraktion, die idealerweise mit einem Faktor OC an U^ verarmt ist, wie aus der

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235 Ordinate in Fig. 1 abgelesen werden kann, was einer -^^

Konzentration von etv;a 0,21 M0I5S entspricht. Mit einer Kaskade, die als ein-rauf/ein-runter-Gegenstromkaskade bezeichnet wird, kann die Isotopenanreicherung und Isotopenverarmung mit diesen Faktoren unter Verwendung von sechs Stufen von Gaszentrifugen mit Trennfaktoren OC im Anreicherungsabschnitt und fünf solcher Stufen im Abscheidungsabschnitt erreicht werden. Andere Ka s kade nie ons trukt ionen können eine unterschiedliche Anzahl von Stufen in den beiden Abschnitten erforderlich machen.

Die Isotopenanreichungsanlage 100 umfasst ferner eine zweite Untereinheit 120 von Kaskaden und eine dritte Untereinheit 130 von Kaskaden. Die zweite Untereinheit 120 umfasst die Kaskaden 122A bis 122M, die jeweils Eingänge 124A bis 124M, Ausgänge 126a bis I26M für die schwere Fraktion und Ausgänge 128A bis 128M für die leichte Fraktion aufweisen. Die Eingänge 124 A bis 124M sind mit der Zuführleitung 140 für das Ausgangsmaterial verbunden. Die Ausgänge 126A bis 126H sind mit der Abgabeleitung 142 für die Abfallfraktion verbunden. Die Ausgänge 128Λ bis 128M sind mit einer zweiten Produktabgabeleitung 146 verbunden. Die Kaskaden der zweiten Gruppe 120 liefern idealer weise eine Produktfraktion, die mit dem Faktor OC an U angereichert ist, sowie eine Abfallfraktion, die mit dem <?C an diesem Isotop verarmt ist. In ähnlicher Weise liefert die dritte Untereinheit 130 eine Produktfraktion, die mit dem Faktor OC an U^ angereichert ist, sowie eine Abfallfraktion, die im wesentlichen die gleiche Konzentration wie die Abfallfraktionen der ersten und der zweiten Untereinheit 110 bzw. 120 aufweist. Die Kaskaden 132A bis 132N der dritten Untereinheit haben Eingänge 134A bis 134N, die mit der Zuführungsleitung 140 für das Ausgangsmaterial verbunden sind, Ausgänge 136A bis I36N für die schwere Fraktion, die mit der Abfallabgabeleitung 142 verbunden sind, und Ausgänge 138A bis 138N für die leichte Fraktion, die mit einer dritten Produktabgabeleitung 148 verbunden sind. Die Kaskaden der drei Untereinheiten sind mit der gleichen Anzahl von Abscheidungsstufen

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bestückt und liefern dementsprechend idealerweise schv/ere Fraktionen derselben Konzentration an U * . Die Zusammenführung der Abfallfraktionen der drei Untereinheiten führt daher zu keinen ins Gewicht fallenden Mischverlusten. Die drei Gruppen von Kaskaden unterscheiden sich jedoch in der Anzahl der Anreicherungsstufen. Für die vorgenannte ein-rauf/einrunder-Gegenstromkaskade wurden alle drei Untereinheiten jeweils fünf Abscheidungsstufen jedoch sechs bzw. sieben bzw. acht Anreichungsstufen aufweisen. Dementsprechend liefert die Isotopenanreichungsanlage 100, die mit einem aus natürlichem Uranhexafluorid bestehenden Ausgangsmaterial über die Zuführungsleitung 140 beschickt wird, eine Abfallfraktion, die über die Abfallabgabeleitung 142 abgezogen wird, und drei Produktfraktionen mit angereichertem Uran, die über die Produktabgabeleitungen 144, 146 und 148 abgezogen werden. Der Durchsatz, mit dem eine bestimmte Produktfraktion in der Isotopenanreichungsanlage 100 hergestellt wird, ist von der Zahl und der individuellen Kapazität der Kaskaden in den entsprechenden Untereinheiten abhängig.

Es sind jedoch nicht nur Reaktorbrennstoffe von unterschied-

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liehen Konzentrationen an U^ zu einer bestimmten Zeit erforderlich, sondern es ist auch die Wahrscheinlichkeit gegeben, dass mit fortschreitender Zeit sich das Nachfrageprofil für angereicherte Brennstoffe in unterschiedlichen Ausmassen ändert. Dieses wechselnde Nachfrageprofil für Reakterbrennstoffe ergibt sich z.T. daraus, dass Kernreaktoren allgemein

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Brennstoffe von höheren Konzentrationen an U^ für die Nachbeschickung als beim Betriebsbeginn erfordern. Wenn daher, wie es der Wahrscheinlichkeit entspricht, die Abnehmer einer neuen Urananreicherungsanlage in erster Linie neue Kernkraftwerke sind, ändert sich das Nachfrageprofil in Laufe der Zeit zu

235 höheren durchschnittlichen Konzentrationen an U . Ferner kann erwartet werden, dass sich die Entwicklung im Reakterbau fortsetzt, so dass sich mit dem Bau von neuen Reaktoren Änderungen im Nachfrageprofil ergeben.

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Das sich ändernde Nachfrageprofil bezüglich angereicherten Urans stellt ein ernsthaftes Problem bei der Auslegung einer Urananreicherungsanlage dar. Ein Weg, um den Änderungen des Nachfrageprofils entsprechen zu können, besteht darin, die Anlage so zu gestalten, dass sie ein breites Spektrum von Produktfraktionen von unterschiedlichen Konzentrationen an U liefert, indem zahlreiche Untereinheiten von Kaskaden mit unterschiedlicher Zahl von Anreicherungsstufen vorgesehen sind. Uranhexafluorid von bestimmten Konzentrationen lässt sich dann durch Zusammenführen von Produktfraktionen herstellen, und Änderungen des Nachfrageprofils kann dann durch Steuerung der Produktmischungen entsprochen v/erden. Wie ,jedoch bereits dargelegt führt ein solches Mischen zu Verlusten, da ja die Isotopentrennung ein besonders aufwendiges Verfahren

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ist. Ferner kann die mittlere Konzentration an M ^JJ der angereicherten Uranerzeugnisse einer solchen Anlage nur durch Mischung herabgesetzt werden, und dann auch nur durch Zusammenführen einer oder mehrerer Produktfraktionen mit dem Ausgangs-

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material von natürlichem U ^J -Gehalt oder mit der Abfallfraktion, was in jedem Falle zu besonders hohen Mischverlusten führt.

Ein zweiter Weg zum Ändern der Produktkonzentrationen einer Urananreicherungsanlage, mit dem den Mischverlusten begegnet werden kann, besteht darin, die Kaskaden zwischen den verschiedenen Untereinheiten der Anlage umzuverteilen, indem einige der Kaskaden "umgerohrt" werden, um die Zahl der Stufen ihrer Anreicherungsabschnitte zu ändern. Um die mittlere

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Konzentration an -^UF^ im angereicherten Erzeugnis zu erhöhen,

können beispielsweise eine Anzahl von Kaskaden aus einer Untereinheit mit wenigen Anreicherungsstufen in Kaskaden mit mehr Anreicherungsstufen umgerohrt werden. Wenn jedoch die Zahl der Anreicherungsstufen für die meisten Kaskadenkonstruktionen auch nur um eine Stufe geändert wird, so muss die Zahl der Gaszentrifugen in jeder Stufe ebenso wie die Strömungsduehsätze an Uranhexafluorid zwischen allen Stufen geändert v/erden.

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Die Umrohrung einer grossen Kaskade ist dementsprechend eine weitreichende Unternehmung, die eine ausgedehnte Stillstandszeit und beträchtlichen Aufwand bedeutet. Die Schwierigkeiten, die beim Umrohren einer Kaskade auftreten, vermehren sich, wenn die Kaskade radioaktives Material behandelt hat. Wenn ferner eine wirtschaftliche Gaszentrifugenanlage durch Umverteilung von Kaskaden zwischen seinen Untereinheiten einem Wechsel im Nachfrageprofil entsprechen soll, das von der Belieferung einer Gruppe von Reaktoren herrührt, von denen zu einem Zeitpunkt nur 40 % Brennstoff zum erneuten Beschicken erfordern, jedoch 90 9o Brennstoff zum erneuten Beschicken Jahre später erfordern, dann müssen etwa 27 % der Kaskaden in der Anlage umgerohrt v/erden. Die Umrohrung von mehr als einem Viertel der Kaskaden in einer Gaszentrifugenanlage, durch die radioaktives Uranhexafluorid geströmt ist, stellt einen Anwand dar, der in etwa dem anfänglichen Verbinden aller Gaszentrifugen der Anlage entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isotopenanreicherungsanlage mit Gaszentrifugen zu schaffen, die ohne wesentliche Mischverluste betrieben werden kann und deren Verteilung der Erzeugnisse schnell und vergleichsweise billig zur Anpassung an Änderungen des Nachfrageprofils geändert werden kann.

Die diese Aufgabe lösende erfindungsgemässe Isotopenanreicherungsanlage zum Aufteilen eines Ausgangsgasgemisches mit einem Anteil an einem leichten nuklearen Isotop in vorbestimmter Konzentration und einem Anteil eines schweren nuklearen Isotops mit einer vorbestimmten Konzentration in wenigstens zwei Ausgangsfraktionen, von denen die eine eine hinsichtlich des leichten Isotops auf eine vorbestimmte Konzentration verarmte Abfallfraktion und die andere eine Produktfraktion mit hinsichtlich des leichten Isotops auf eine vorbestimmte Konzentration angereicherte Produktfraktion ist,

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umfasst eine erste Gruppe von Kaskaden aus Gaszentrifugen. Jede Kaskade in der ersten Gruppe v/eist wenigstens eine Anreicherungsstufe und wenigstens eine Abscheidungsstufe sowie einen Eingang, einen Ausgang für die leichte Fraktion und einen Ausgang für die schwere Fraktion auf. Diese Kaskaden können das Ausgangsgasgemisch in eine leichte und in eine schwere Gasgemischfraktion aufteilen. Die Isotopenanreicherungsanlage umfasst ferner Einrichtungen zum Zuführen des Ausgangsgasgemisches in jeden Eingang der ersten Gruppe von Kaskaden. Sie umfasst ferner Einrichtungen zum Abziehen wenigstens eines Teils einer Produktfraktion bzw. einer Abfallfraktion über die Ausgänge der ersten Gruppe von Kaskaden. Die Isotopenanreicherungsanlage v/eist ferner eine Hilfskaskade mit einem Eingang, einem Ausgang für die leichte Fraktion und einem Ausgang für die schwert Fraktion auf. Die Hilfskaskade kann mehrere Anreicherungsstufen und Abscheidungsstufen aufweisen oder eine einstufige Kaskade sein. Daher kann wenigstens ein Teil einer Gasgemischfraktion, die von der ersten Gruppe von Kaskaden produziert wurde, mittels der Hilfskaskade weiter in eine leichte und in eine schwere Fraktion aufgeteilt v/erden, wobei die Anlage ferner Einrichtungen zum überführen einer Gasgemischfraktion von einem Ausgang einer ersten Kaskade aus der ersten Gruppe zum Eingang der Hilfskaskade aufweist. Die Einrichtung zum Überführen der Gasgemischfraktion kann beispielsweise einfach eine Rohrleitung mit einem Strömungsregler sein, die den Ausgang der ersten Kaskade mit dem Eingang der Hilfskaskade verbindet. Für bestimmte Fälle eines chargenweisen Betriebs kann es vorteilhaft sein, einen Behälter zu verwenden, der lösbar mit dem Ausgang der ersten Kaskade verbunden ist, um die Gasgemischfraktion im Behälter zu kondensieren, und der ebenfalls lösbar mit dem Eingang der Hilfskaskade verbunden ist, um die Gasgemischfraktion aus dem Behälter zu verdampfen. Die Isotopenanreicherungsanlage umfasst ebenfalls eine Einrichtung zum Abziehen v/enigstens eines Teil der Ausgangsfraktion von einem Ausgang der Hilfskaskade.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat idealerweise eine leichte oder schwere Fraktion, die von der Hilfskaskade erzeugt wurde, die gleiche Konzentration des leichten Isotops wie das Ausgangsgasgemisch. Hier werden der Ausgang der leichten Fraktion einer ersten Kaskade und der Ausgang der schweren Fraktion einer zweiten Kaskade als reziproke Ausgänge bezeichnet, falls die Anzahl der Anreicherungsstufen und der Abscheidungsstufen in den beiden Kaskaden derart sind, dass beim Zuführen der leichten Fraktion vom Ausgang der ersten Kaskade als Speisung der zweiten Kaskade die schwere Fraktion vom Ausgang der zweiten Kaskade im wesentlichen die gleiche Molfraktion an leichtem Isotop wie die Speisung der ersten Kaskade aufweist. Für zwei bekannte ein-rauf/ein-runter-Kaskaden sind der Ausgang an leicher Fraktion der einen Kaskade und der Ausgang an schwerer Fraktion der anderen Kaskade im vorgenannten Sinne reziprok, wenn die Anzahl der Abscheidungsstufen der letzteren Kaskade der Anzahl der um 1 verminderten Zahl der Anreicherungsstufen der ersten Kaskade entspricht. In Überstimmung damit ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Ausgang an schwerer Fraktion der Hilfskaskade und wenigstens ein Ausgang an leichter Fraktion einer oder mehrerer ersten Kaskaden der ersten Gruppe von Kaskaden reziprok, wobei die Hilfskaskade über solche Ausgänge leichter Fraktion gespeist wird. Die von der Hilfskaskade gelieferte schwere Fraktion kann daher mit dem Ausgangsgasgemisch zusammengeführt und der ersten Gruppe von Kaskaden wieder zugeführt werden, ohne dass dabei bedeutsame Mischverluste in Kauf genommen werden müssen. Die mittlere Konzentration des leichten Isotops in den Produktfraktionen, die bei dieser Ausführungsform anfallen, ist wesentlich grosser als die mittlere Konzentration des leichten Isotops in den Produktfraktionen einer vergleichbaren bekannten Isotopenanreicherung sanlage, die eine erste Gruppe von Kaskaden hat, die mit der ersten Gruppe der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung übereinstimmt und eine zusätzliche Kaskade aufweist, die zu einer Kaskade der ersten Gruppe parallel angeordnet ist,

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wobei die zusätzliche Kaskade die gleiche Anzahl von Gaszentrifugen wie die Hilfskaskade der bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsform aufweist. Bekannte Isotopenanreicherungsanlagen können daher in die bevorzugte Ausführungsform umgewandelt werden, um eine Anpassung an eine Änderung des Produktnachfrageprofils in Richtung auf eine wesentliche Erhöhung der mittleren Konzentration des leichten Isotops zu erreichen.

Erfindungsgemäss kann eine Änderung in der Verteilung der Produkte einer Isotopenanreicherungsanlage ohne wesentliche Beeinflussung der Mischverluste der Anlage und ohne Umverteilung eines grossen Teils von Kaskaden zwischen den Untereinheiten erreicht werden. Beispielsweise kann mit einer Umrohrung nur weniger Prozent der Kaskaden einer bekannten Isotopenanreicherungsanlage, die in eine erfindungsgemässe Anlage überführt v/erden soll, die Verteilung der Produktfraktionen in etwa dem gleichen Ausmass geändert v/erden, wie es bei einer Umrohrung von mehr als 25 % der Kaskaden der bekannten Anlage zwecks ihrer Umverteilung zwischen den Untereinheiten der Fall ist. Die Umrohrung relativ weniger Kaskaden zur Schaffung einer erfindungsgemässen Isotopenanreicherungsanlage kann daher wirtschaftlich sinnvoll sein, um Änderungen im Produktnachfrageprofil zu entsprechen, insbesondere zunächst nicht vorhergesehene Änderungen.

Können Änderungen im Produkt-nachfrageprofil bereits von vorn vorhergesagt werden, dann kann es vorteilhaft sein, Ausführungsformen der Erfindung zu verwenden, die Ventile vorsehen, mit denen eine oder mehrere Kaskaden zwischen zwei oder mehreren wahlweisen Betriebsanordnungen umgeschaltet v/erden können, um die Produktverteilung in wirtschaftlicher Weise ohne Umrohrung irgendwelcher Kaskaden ändern zu können. Dementsprechend sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Ventile und Leitungen vorgesehen, damit der Eingang der Hilfskaskade wahlweise mit einer von zwei Quellen für die Zuführung von Gasgemisch verbunden v/erden kann. Beispielsweise kann eine

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Quelle die Zuführleitung für das Ausgangsgasgemisch zu den Eingängen der ersten Kaskadengruppe und die andere Quelle eine Abgabeleitung für eine leichte Fraktion einer Untereinheit der ersten Gruppe sein. Alternativ kann der Eingang der Hilfskaskade zwischen den Abgabeleitungen für die leichten Fraktionen von zwei verschiedenen Untereinheiten sein, die leichte Fraktionen unterschiedlicher Zusammensetzungen liefern. Bei beiden Ausführungsformen kann die Hilfskaskade in einer von zwei Verfahrensweisen betrieben werden, wobei die Konzentrationen des leichten Isotops in der leichten und in der schweren Fraktion, die von der Hilfskaskade in den beiden Fällen geliefert werden, unterschiedlich sind. Auf diese Weise kann die Konzentration der Produktfraktionen auf einfache Weise geändert werden, um Änderungen im Produktnachfrageprofil durch einfaches Umschalten von Ventilen zu genügen, v/obei die Schwierigkeiten einer Umrohrung von Kaskaden, die radioaktives Material verarbeitet haben, entfallen.

Ferner ist es mit Hilfe der Erfindung vorteilhafterweise möglich, eine grosse Vielzahl von Kaskaden und Gaszentrifugenkonstruktionen zu verwenden, um die Isotopenanreicherungsanlagen aufzubauen. Zusätzlich zu der bereits erwähnten bekannten ein-rauf/ein-runter-Kaskade kann die erfindungsgemässe Isotopenanreicherungsanlage andere weniger bekannte Kaskadenkonstruktionen verwenden, so beispielsweise die. zwei-rauf/zweirunter-Kaskade, beschrieben von D.R.Olander in "Nuclear Technology", Band 29, Seiten 108-112 (April 1976). Vorzugsweise werden Kaskadenkonstruktionen verwendet, welche die Betriebskosten am wirksamsten herabsetzen und die wenigsten Gaszentrifugen erfordern, um ein Ausgangsmaterial mit einem vor gegebenen Durchsatz zu verarbeiten. In entsprechender V/eise werden vorzugsweise Gaszentrifugen der wirtschaftlichsten Bauart für die Erfindung verwendet· Die Einzelheiten der Kaskaden und Gaszentrifugenkonstruktionen sind jedoch nicht erforderlich, um die Erfindung zu verstehen, so dass diese Einzelheiten hier nicht näher erläutert werden.

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Ausführuncsbeispiele der Erfindung v/erden nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das bereits erläuterte Strömungsdiagramm einer bekannten Isotopenanreichungsanlage;

Fig. 2 ein Strömungsdiagranim einer ersten erfindungsgemässen Ausführungsform zur Herstellung von drei Produktfraktionen unterschiedlicher Zusammensetzungen unter Verv/endung einer einstufigen Hilfskaskade;

Fig. 3 ein Strömungsdiagramm einer zweiten erfindungsgemässen Ausführungsform zur Herstellung von vier Produktfraktionen;

Fig. 4 ein Strömungsdiagramm einer dritten erfindungsgemässen

Ausführungsform zur Erzeugung von drei Produktfraktionen;

Fig. 5A und 5B Strömungsdiagramme einer vierten erfindungsgemässen Ausführungsform, wobei die betriebsweise gemäss Fig. 5A zu drei unterschiedlichen Produktfraktionen und die alternative Betriebsweise gemäss Fig. 5B zu vier Produktfraktionen führt;

Fig. 6a und 6B verschiedene Gastaltungen eines bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5A und 5B verwendeten Ventils;

Fig. 7 ein Strömungsdiagramm einer fünften erfindungsgemässen Ausführungsform, die ebenfalls zwei unterschiedliche Betriebsweisen ermöglicht, von denen jedoch nur eine dargestellt ist;

Fig. 8 ein Strömungsdiagramm einer sechsten erfindungsgemässen Ausführungsform, die wiederum eine von zwei möglichen Betriebsweisen veranschaulicht;

Fig. 9 ein Strömungsdiagramm einer siebten Ausführungsform, die eine von zwei möglichen Betriebsweisen veranschaulicht, und

Fig.10 ein Strömungsdiagramm mit einer schematischen Darstellung einer achten erfindungsgemässen Ausführungsform, die eine andere Einrichtung verwendet, um eine Gasgeraischfraktion von einer Untereinheit von Kaskaden einer Hilfskaskade zuzuführen.

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Gemäss Fig. 2 ist eine erste Isotopenanreicherungsanlage 200 mit einem schematischen Strömungsdiagramm dargestellt. Die Anlage 200 weist eine erste Untereinheit 210, eine zweite Untereinheit 220 und eine dritte Untereinheit 230 auf. Die erste Untereinheit 210 umfasst Kaskaden 212A-212J. In entsprechender V/eise umfasst die zweite Untereinheit 220 Kaskaden 222A-222M, und die dritte Untereinheit 230 umfasst Kaskaden 232A-232N. Jede der Kaskaden der drei Untereinheiten 210, 220 und 230 weist mehrere Anreicherungsstufen und mehrere Abscheidungsstufen auf. Die Zahl der Kaskaden einer jeden Untereinheit ist nicht aufgeführt, da sie zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist und, wie dem Fachmann bekannt ist, im Einzelfall vom gewünschten Durchsatz des Leichtfraktionprodukts der Untereineinheit und von der Kapazität der Kaskaden der Unterheit abhängig ist.

Die Kaskaden 212A-212J der ersten Untereinheit 210 sind mit Eingängen 214A-214J, Ausgängen 216A-216J für die schwere Fraktion und Ausgängen 218A-218J für die leichte Fraktion versehen. Die Leichtfraktionsausgänge 218A-218J sind mit einer ersten Abgabeleitung 244 für die Produktfraktion verbunden, durch welche die leichte Fraktion an Uranhexafluorid von der ersten Untereinheit 210 abgezogen wird. Die Eingänge 214A-214J sind mit einer Zuführleitung 240 für das Ausgangsmaterial verbunden, was auch für die Eingänge 224A-224M der Kaskaden 222A-222M der zweiten Untereinheit 220 und die Eingänge 234A-234N der Kaskaden 232A-232N der dritten Untereinheit 230 der Fall ist. Die Zuführleitung 240 für das Ausgangsmaterial ist eine Leitung, durch die Uranhexafluorid den Eingängen der Kaskaden der drei Untereinheiten zugeführt werden kann. Zur Vereinfachung sind die bekannten Druck- und Strömungsregler zum Zumessen des Uranhexafluorids aus der Zuführleitung 240 zu den Kaskaden 212, 222 und 232 in Fig. 2 nicht dargestellt, und ebenso sind die bekannten Steuereinrichtungen für die Abgabeleitungen und andere Zuführlei tungen in dieser oder in den anderen Figuren v/eggelassen. Die Ausgänge

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ORIGINAL INSPECTED

50 061^0340

216A-216J, 226A-226M und 236A-236N für die schv/ere Fraktion der ersten, zweiten und dritten Untereinheiten sind mit einer Abgabeleitung 242 für die Abfallfraktion verbunden. Die Ausgänge 228A-228M der zweiten Untereinheit 220 sind mit einer zweiten Produktfraktion-Abgabeleitung 246 verbunden, und die Ausgänge 230A-238N für die leichte Fraktion sind mit einer drittenProduktfraktionabgabeleitung 248 verbunden.

Von der Ordinate des Strömungsdiagramms in Fig. 2 kann abgelesen v/erden, dass die Kaskaden der ersten Untereinheit idealerweise eine leichte Fraktion liefern, die hinsichtlich des

-^UFg mit einem Faktor 0·. bezogen auf das Uranhexafluorid des Ausgangsmaterials angereichert ist. Die Kaskaden 222A-222M der zweiten Untereinheit liefern eine leichte Fraktion, die idealerweise'mit dem Faktor cC angereichert ist, und die Kaskaden 232A-232N der dritten Untereinheit 230 liefern eine leichte Fraktion, die idealerweise mit dem Faktor CC angereichert ist. Bei einem Trennfaktor <7£* = 1,5 und einem Ausgangsmaterial in Form von natürlichem chemischem UF/- füh-

^ "3 5 4 ren die Anreicherungsfaktoren OC »OC bzw. QC zu Produktfraktionen mit UTV-Konzentrat ionen von etwa 2,40, 2,93 und 3,59 Moiy-o. Die Kaskaden aller drei Untereinheiten liefern

2^55
eine schv/ere Fraktion, die an UFg idealerweise mit dem

Faktor (X"^ verarmt ist, was beiOC = 1>5 einer Abfallfraktion mit ein

spricht

2'35
mit einer Konezntration an UF^ von etwa 0,21 Mol$j entEine erste Hilfskaskade 252 ist mit einem Eingang 254, einem Ausgang 256 für die schwere Fraktion und einem Ausgang 258 für die leichte Fraktion versehen. Eine erste Hilfskaskadenzuführleitung 260 verbindet den Eingang 250 mit der zv/eiten Produktfraktionabgabeleitung 246, die ihrerseits mit den Le ichtfrakti onaus gangen 228A-228M der Kaskaden der zv/eiten Untereinheit 220 verbunden ist. Die zv/eite Untereinheit 220 besitzt eine Kapazität, die zum Erzeugen wenigstens einer solchen Menge an leichter Fraktion ausreicht, die zur Speisung der ersten Hilfskaskade 252 benötigt v/ird. Der Ausgang 256 für

809820/0912 /if

die schwere Fraktion der ersten Hilfskaskade 252 ist mit der ersten Produktfraktionabgabeleitung 244 über eine Schwerfraktionsabgabeleitung 262 der ersten Hilfskaskade verbunden, und der Leichtfraktionsausgäng 258 ist mit der dritten Produktfraktionsabgabeleitung 248 über eine Leichtfraktionsabgabeleitung 264 der ersten Hilfskaskade verbunden.

Die erste Hilfskaslcade 252 ist eine einstufige Kaskade mit einem Trennfaktor von etwa <X>, die Uranhexafluorid in eine leichte Fraktion, die mit -"⁰W/- idealerweise um den Faktor CX' '-* angereichert ist und eine schwere Fraktion aufteilen kann, die an UFg idealerweise um den Faktor OC ' verarmt ist. Wird daher Uranhexafluorid aus der zweiten Produktfraktionsleitung 246, die idealerweise um den Faktor QC angereichertes Uranhexafluorid bezogen auf den natürlichen Urangehalt, zugeführt, so erzeugt die Hilfskaskade 252 eine mit dem Faktor von etwa cC angereicherte leichte Fraktion und eine mit dem Faktor von etwa OC angereicherte schwere Fraktion. Daher kann die von der ersten Hilfskaskade 252 erzeugte leichte Fraktion mit der von den Kaskaden der dritten Untereinheit 230 erzeugten leichten Fraktion zusammengeführt werden, und die schwere Fraktion der ersten Hilfskaskade 252 kann mit der leichten Fraktion der Kaskaden der ersten Untereinheit 210 zusammengeführt werden, ohne dass dadurch wesentliche Mischverluste in Kauf genommen werden müssen.

Die bekannte Isotopenanreicherungsanlage 100 gemäss Fig. 1 kann in eine erfindungsgemässe Anlage gemäss Fig. 2 umgebaut werden. Dazu könnte beispielsweise die Kaskade 212K der Anlage 100 in Fig. 1 umgerohrt v/erden, um eine einstufige Kaskade mit der gleichen Anzahl von Gaszentrifugen zu bilden, und mit den Produktfraktionsabgabeleitungen 141, 146 und 148 in der V/eise verbunden zu sein, wie es die erste Hilfskaskade 252 in Fig. 2 bezüglich der Produktfraktionsabgabeleitungen 244, 246 und 248 ist. Die Durchsatzmengen, mit denen die drei Produktfraktionen einer in dieser Weise umgebauten Isotopenanreicherungsanlage anfallen, weicht erheblich von denen der

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der bekannten Isotopenanreicherungsanlage gemäss Fig. 1 ab, von der beim Umbau ausgegangen wurde. Die von der zweiten Untereinheit gelieferte Strömungsmenge an Produktfraktion verringert sich, während der Strömungsdurchsatz der Produktfraktionen der ersten und der dritten Untereinheiten steigen. Dementsprechend ergibt sich die Möglichkeit, die Verteilung der Produktfraktionen einer bekannten Isotopenanreicherungsanlage, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, durch Umrohrung zu einer erfindungsgemässen Isotopenanreicherungsanlage zu ändern.

Die zweite erfindungsgemässe Isotopenanreicherungsanlage 300 gemäss Fig. 3 umfasst eine erste Untereinheit 310, eine zweiter Untereinheit 320 und eine dritte Untereinheit 330. Die erste Untereinheit umfasst Kaskaden 312A-312J mit Eingängen 314A-314J, Ausgängen 316A-31ÖJ für die schwere Fraktion und Ausgängen 318A-318J für die leichte Fraktion. Die zweite Untereinheit umfasst Kackaden 322A-322H mit Eingängen 324A-324M, Ausgängen 326A-326M für die schwere Fraktion und Ausgängen 328A-32OH für die leichte Fraktion. Die dritte Untereinheit 330 umfasst Kaskaden 332A-332N mit Eingängen 334A-334N, Ausgängen 336A-336N für die schwere Fraktion und Ausgängen 338A-338N für die leichte Fraktion. Die Eingänge 314, 324 und 334 sind mit einer Zuführleitung 340 für das Ausgangsmaterial verbunden. Die Ausgänge 316, 326 und 336 für die schwere Fraktion sind mit einer Abgabeleitung 342 für die Abfallfraktion verbunden. Die Leichtrfraktionausgänge 318 der ersten Untereinheit 310 sind mit einer ersten Produktfraktionabgabeleitung 344 verbunden. Die Leichtfraktionausgänge 328 der zweiten Untereinheit 320 sind mit einer zweiten Produktfraktionabgabeleitung 346 verbunden. Die Leichfraktionausgänge 338 der dritten Untereinheit 330 sind mit einer dritten Produktfraktionabgabeleitung 348 verbunden. Die drei Untereinheiten 310, 320 und 330 liefern Produktfraktionen und eine Abfallfraktion der gleichen Zusammensetzung v/ie die von den entsprechenden Untereinheiten der Ausführungsform gemäss Fig. 2 erzeugten Fraktionen.

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50 061 27503Λ0

Eine zweite Hilfskaskade 352 v/eist einen Eingang 354, einen Ausgang 356 für die schwere Fraktion und einen Ausgang 358 für die leichte Fraktion auf. Der Eingang 354 der zweiten Hilfskaskade 352 ist mit der dritten Produktfraktionabgabeleitung 348 über eine Zuführleitung 360 der zweiten Hilfskaskade verbunden. Eine Schwerfraktionabgabeladung 362 der zweiten Hilfskaskade verbindet den Schwerfraktionsausgäng 356 der zweiten Hilfskaskade 352 mit der ersten Produktfraktionabgabeleitung 344. Die von der zweiten Hilfskaskade 352 gelieferte leichte Fraktion kann über eine Leichtfraktionabgabeleitung 364 der zweiten Hilfskaskade abgezogen werden.

An der Ordinate des Strömungsdiagrammes der Fig. 3 kann abgelesen v/erden, dass die zweite Hilfskaskade 352 Uranhexafluorid in eine leichte Fraktion, die idealerv/eise mit dem Faktor OC"

235
an UFr angereichert ist, und eine schwere Fraktion aufge-

-1 235 teilt v/erden, die idealerweise mit einem Faktor & an UFg verarmt ist. Die zweite Hilfskaskade kann beispielsweise eine ein-rauf/ein-runter-Gegenstromkaskade mit zv/ei Anreicherungsstufen und einer Abscheidungsstufe sein. Wird die zweite Hilfskaskade 252 mit Uranhexafluorid aus den Leichtfraktionsausgängen 338 der dritten Untereinheit 330 gespeist, das mit dem Faktor von etwa OL bezogen auf das natürliche Ausgangsmaterial angereichert ist, so liefert sie eine mit dem Faktor von etwa öC angereicherte leichte Fraktion und eine mit dem Faktor von

etwa OC angereicherte schwere Fraktion. Dementsprechend kann die von der zweiten Hilfskaskade 352 erzeugte schwere Fraktion ohne wesentliche Mischverluste mit der von den Kaskaden der ersten Untereinheit 310 erzeugten leichten Fraktion zusammengeführt werden. Die in dieser Weise von der zweiten Hilfskaskade 35^ erzeugte leichte Fraktion des Uranhexafluorids besitzt eine Konzentration an UFg von etwa 5,39 Mol?S, so dass sie eine stärkere Anreicherung als die von den drei Untereinheiten 310, 320 oder 330 erzeugten leichten Fraktionen aufweist.

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Die in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Erfindung ist eine Isotopenanreicherungsanlage 400 mit einer ersten Untereinheit 410, einer zweiten Untereinheit 420 und einer dritten Untereinheit 430. Die erste Untereinheit umfasst Kaskaden 412A-412J mit Eingängen 414A-414J, Ausgängen 416A-416J für die schwere Fraktion und Ausgängen 418A-418J für die leichte Fraktion. Die zweite Untereinheit umfasst Kaskaden 422A-422M mit Eingängen 424A-424M, Ausgängen 426Λ-426Μ für die schwere Fraktion und Ausgängen 428A-428I1 für die leichte Fraktion. Die dritte Untereinheit 430 umfasst Kaskaden 432A-432N mit Eingängen 434A-434N, Ausgängen 436A-436N für die schwere Fraktion und Ausgängen 438A-438N für die leichte Fraktion. Die Eingänge 414, 424 und 434 sind mit einer Zuführleitung für das Ausgangsmaterial verbunden. Die Ausgänge 416, 426 und 436 für die schweren Fraktionen sind mit einer Abgabeleitung 442 für die Abfallfraktion verbunden. Die Leichtfraktionausgänge 418 der ersten Untereinheit 410 sind mit einer ersten Produktfraktionabgabeleitung 444 verbunden. Die Leichtfraktionausgänge 428 der zweiten Untereinheit 420 sind mit einer zweitenProduktfraktionabgabeleitung 446 verbunden. Die Leichtfraktionausgänge 438 der dritten Untereinheit 430 sind mit einer dritten Produktfraktionabgabeleitung 448 verbunden. Die drei Untereinheiten 410, 420 und 430 erzeugen Produktfraktionen und eine Abfallfraktion der gleichen Zusammensetzung wie die Fraktionen, die von den entsprechenden Untereinheiten der Ausführungsformen gemäss Fig. 2 und 3 erzeugt werden.

Eine dritte Hilfskaska.de 452 ist mit einem Eingang 454, einem Ausgang 456 für die schwere Fraktion und einem Ausgang 458 für die leichte Fraktion versehen. Der Eingang 454 der dritten Hilfskaskade 452 ist mit der ersten Produktfraktionabgabeleitung 444 über eine Zuführleitung 460 verbunden. Eine Abgabeleitung 464 verbindet den Leichtfraktionausgang 458 der dritten Hilfskaskade 452 mit der dritten Produktfraktionabgabeleitung 448. Der Schwerfraktionausgang 456 der dritten Hflfskaskade 452 ist über eine Abgabeleitung 462 mit der Zuführleitung

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ORIGINAL INSPECTED

440 für das Ausgangsmaterial verbunden, um die von der dritten Hilfskaskade 452 erzeugte schwere Fraktion des Uranhexafluorid im Kreislauf zu den Eingängen der anderen Kaskaden der dritten Isotopenanreicherungsanlage 400 zurückzuführen.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen sind die am Auegang 456 der dritten Hilfskaskade 452 anfallende schwere Fraktion und die am Ausgang 418 der Kaskaden 412 der ersten Untereinheit 410 anfallende leichte Fraktion reziprok. Die dritte Hilfskaskade kann Uranhexafluorid in eine leichte Fraktion, die 235_IJF

6 idealerweise mit einem Faktor OC angereichert ist, und eine schwere Fraktion aufteilen, die an UFg idealerweise mit einem Faktor OC ""^verarmt ist. Eine ein-rauf/ein-runter-Gegenstromkaskade mit zwei Anreicherungsstufen und fünf Abscheidungsstufen wird für die dritte Hilfskaskade 452 bevorzugt. Die Kaskaden der ersten Untereinheit 410 besitzen jeweils sechs Anreicherungsstufen, wenn sie die gleiche ein-rauf/ ein-runter-Gegenstromausbildung aufweisen. Somit entspricht die ^zahl der Abseheidungsstufen der dritten Hilfskaskade der Zahl der Anreicherungsstufen -1 der Kaskaden 412 der ersten Untereinheit 410, welche die dritte. Hilfskaskade 452 mit dem angereicherten Uranhexafluorid speist. Wird die dritte Hilfskaskade 452 mit Uranhexafluorid gespeist, das mit einem Faktor von etwa oC gegenüber der natürlichen Konzentration im Uranhexafluorid des Ausgangsmaterials angereichert ist, wie es von der ersten Untereinheit 410 geliefert wird, so liefert die dritte Hilfskaskade 452 eine leichte Fraktion, die mit dem Faktor CC angereichert ist, und eine schwere Fraktion, die im wesentlichen die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials aufweist. Da die -^^UFg-Konzentration in der schweren Fraktion der dritten Hilfskaskade 452 im wesentlichen mit dem natürlichen Gehalt des Uranhexafluorid übereinstimmt, kann es mit dem Ausgangsmaterial gemischt werden, ohne dass wesentliche Mischverluste entstehen.

/23

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Ein Umbau der bekannten Isotopenanreicherungsanlage 100 der Fig. 1 zu einer erfindungsgemässen Anlage geraäss Fig. 4 kann zu einer wesentlichen Änderung der Durchsatzmengen führen, mit denen die drei Produktfraktionen anfallen. Insbesondere

255 kann die mittlere Konzentration an UF,- in den Produktfrak-

tionen in einem vergleichsweise grossen Ausmass erhöht v/erden. Ist es erwünscht, die mittelre Anreicherung von Produktfraktionen in maximalem Ausmass durch Umbau der bekannten Isotopenanreicherungsanlage 100 zu erhöhen, so ist es allgemein zu bevorzugten, dass die Hilfskaskade wenige Anreicherungsstufen aufweint. Beim Steigern der mittleren Anreicherung wirken sich zwei Faktoren gegenläufig aus: erstens, je grosser die Zahl der Anreicherungsstufen einer Hilfskaskade ist, umso stärker v/ird die erzeugte leichte Fraktion angereichert, aber zweitens, je grosser die 2ahl der Anreicherungsstufen ist, umso geringer ist der Durchsatz, mit dem Kaskaden der meisten Bauarten die leichte Fraktion erzeugen. Normalerweise überwiegt der zweite Faktor für die meisten bekannten Kaskadenkonstruktionen, wenn die Anzahl der Zentrifugen unverändert gehalten v/ird, in der Weise, dass das Produkt aus dem Durchsatz, mit dem die leichte

2^55

Fraktion anfällt, und der Konzentration an UFg iⁿ der leichten Fraktion grosser ist, je geringer die Anzahl an Anreicherungsstufen ist, weil weniger Anreicherungsstufen zu mehr Zentrifugen im Abscheidungsabschnitt und dementsprechend zu einem grösseren Anwachsen der mittleren Anreicherung führen.

Fig. 5A und 5B zeigen eine vierte Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen Betriebsweisen. Gemäss Fig. 5A und 5B weist die Isotopenanreicherungsanlage 500 eine erste Untereinheit 510, eine zweite Untereinheit 520 und eine dritte Untereinheit 530 auf. Die erste Untereinheit umfasst Kaskaden 512A-512J mit Eingängen 514A-514J, Ausgängen 516A-516J für die schwere Fraktion und Ausgängen 518A-518J für die leichte Fraktion. Die zweite Untereinheit umfasst Kaskaden 522A-522M mit Eingängen 524A-524M, Ausgängen 526A-526M für die schwere Fraktion und Ausgängen 528Λ-528Μ für die leichte Fraktion. Die

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50 061

dritte Unterheit 530 umfasst Kaskaden 532Λ-532Ν rait Eingängen 534A-534N, Ausgängen 556A-536N für die schwere Fraktion und Ausgängen 538A-538N für die leichte Fraktion. Die Eingänge 514, 524 und 534 sind mit einer Zuführleitung 540 für das Ausgangsmaterial verbunden. Die Ausgänge 516, 526 und 526 für die schwere Fraktion sind mit einer Abgabeleitung 245 für die Abfallfraktion verbunden. Die Leichtfraktionausgänge 518 der ersten Untereinheit 510 sind mit einer ersten Produktfraktionabgabeleitung 544 verbunden. Die Leichtfraktionausgänge 528 der zweiten Untereinheit 520 sind mit einer zweiten Produktfraktionabgabeleitung 546 verbunden. Die Leichtfraktionausgänge 538 der dritten Untereinheit 530 sind rait einer dritten Produktfraktionabgabeleitung 548 verbunden. Die drei Untereinheiten 510, 520 und 530 erzeugen Produktfraktionen und eine Abfallfraktion von der gleichen Zusammensetzung, welche die Fraktionen der entsprechenden Untereinheiten der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen liefern.

Eine erste ümschaltbare Hilfskaskade 552 v/eist einen Eingang 554, einen Ausgang 556 für die schwere Fraktion und einen Ausgang 558 für die leichte Fraktion auf. Mit dem Eingang 554 ist ein Anschluss eines Zweiwegespeiseventils 570 verbunden. Ein erster Zweigkanal des SpeiseVentils 570 ist mit einem Ende einer Schwachspeisung-Zuführleitung 560 verbunden, und ein zweiter Zweigkanal des Speiseventils 570 ist mit einem Ende einer Starkspeieung-Zuführleitung 561 verbunden. Das andere Ende der Schwachspeisung-Zuführleitung 560 ist mit der Zuführleitung 540 für das Ausgangsmaterial verbunden, und das andere Ende der Starkspeisung-Zufuhrleitung 561 ist mit der ersten Produktfraktionabgabeleitung 544 verbunden. In entsprechender V/eise ist der Leichtfraktionausgang 558 mit einem Zweiwegeabgabeventil 572 für die leichte Fraktion verbunden, das mit einer Abgabeleitung 564 für eine ärmere Leichtfraktion und mit einer Abgabeleitung 565 für eine reichere Leichtfraktion in Verbindung steht. Die Abgabeleitung 564 für die ärmere Leichtfraktion ist ebenfalls mit der ersten Produktfraktionabgabeleitung 544 verbunden. Die reichere Leichtfraktion kann

609820/0912 '

⁵⁰⁰⁶¹

von der Isotopenanreicherungsanlage 500 über die Abgabeleitung 565 abgezogen werden. Der Schwerfraktionausgang 556 der ersten umsehaltbaren Hilfskaskade 552 ist mit einem Zweiwegeabgabeventil 574 für die schwere Fraktion verbunden, das mit einer Abgabeleitung 562 für eine ärmere Gchvrerfraktion und mit einer Abgabeleitung 563 für eine reichere Schwerfraktion in Verbindung steht. Die Abgabeleitung 562 ist ferner mit der Abgabeleitung 542 für die Abfallfraktion verbunden. Die Abgabeleitung 565 ist mit der Zuführleitung 540 für das Ausgangsmaterial verbunden.

Das Zweiwegespeiseventil 570 und die Zweiwegeabgabeventile 572 und 574 sind in den Fig. 5A und 5B schematisch als vollflächige Dreiecke dargestellt. Ein für die Erfindung bevorzugtes Zweiwegeventil 576 mit drei Kanälen ist mit Einzelheiten in Fig. 6a dargestellt. Ein Anschluss 578 zum Verbinden des Ventils mit einem Eingang oder einem Ausgang der uraschaltbaren Hilfskaskade 552 ist über einen Verbindungskanal 581 mit einem Ventilorgan 580 verbunden. Das Ventilorgan 580 steht ferner mit einer Hauptzweigleitung 582 und mit einer Ersatzzweigleitung 584 über einen Hauptzweigkanal 583 bzw. einen Ersatzzweigkanal 585 in Verbindung. Der Verbindungskanal 581 steht mit dem Eingang bzw. Ausgang der Hilfskaskade 552 in engerer Verbindung als die beiden Zweigkanäle 583 und 585. Wie in Fig. 6A dargestellt steht die Anschlussleitung 578 über einen Kanal 586 mit der Ersatzzweigleitung 584 in Verbindung. Wird das Ventilorgan 580 im Gegenuhrzeigersinn um 90° gedreht, so steht die Anschlussleitung 578 mit der Hauptzweigleitung 582 in Verbindung. Jederzeit ist nur eine der beiden Zweigleitungen 582 und 584 in Verbindung mit der Anschlussleitung 578.

Ein zweites Beispiel eines Zweiwegeventils ist eine T-förmige Leitung mit einem Absperrventil in jedem der T-Arme, wie es in Fig. 6b dargestellt ist. Die Anschlussleitung 578 kann wahlweise mit der Hauptzweigleitung 582 oder der Erwatzzweigleitung 584 verbunden werden, indem ein erstes Absperrventil

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in

590 und ein zweites Absperrventil 592 geöffnet bzw. geschlossen werden, die der Hauptzweigleitung 582 bzw. der Ersatzzweigleitung 584 in Reihenschaltung zugeordnet sind.

Gemäss Fig. 5Λ erzeugt die erste umschaltbare Hilfskaskade 552 eine leichte und eine schwere Fraktion, die idealer_weise mit dem gleichen Faktor wie die Kaskaden 512 der ersten Unter-

2*55
einheit 510 an UFg angereichert sind. Wenn daher das Zweiwegespeiseventil 570 und die Zweiwegeabgabeventile 572 und 574 den Eingang 554 mit der Schwachspeisung-Zuführleitung 560, den Leichtfraktionausgang 558 mit der Abgabeleitung 564 für die ärmere Fraktion und den Schwerfraktionausgang 556 mit der Abgabeleitung 562 für die ärmere Schwerfraktion verbinden, arbeitet die umschaltbare Hilfskaskade 552 parallel zu den Kaskaden 512 der ersten Untereinheit 510. Diese "schwache" Betriebsweise der vierten erfindungsgemässen Anlage 500 ist in Fig. 5 A dargestellt. Bei dieser Betriebsweise können die Leichtfraktion und die Schwerfraktion, die von der umschaltbaren Hilfskaskade 552 erzeugt v/erden, mit den leichten und schweren Fraktionen, die von der ersten Untereinheit 510 hergestellt werden, ohne wesentliche Mischverluste zusammengeführt werden.

V/erden jedoch das Zweiwege speis event il 570 und die Zweiwegeabgabeventile 572 und 574 umgeschaltet, so dass der Eingang 554 der umschaltbaren Hilfskaskade 552 mit der Starkspeisung-Zuführleitung 561, der Leichtfraktionausgang 558 mit der Abgabeleitung 565 für die reichere Leichtfraktion und der Schwerfraktionausgang 556 mit der Abgabeleitung 563 für die reichere Schwerfraktion verbunden werden, so arbeitet die Anlage 500 in der in Fig. 5B dargestellten "starken" Betriebsweise. Es ist zu bemerken, dass bei dem Strömungsdiagramm der Fig. 5B die umschaltbare Hilfskaskade 552 in einer höheren Vertikalstellung als in Fig. 5A angeordnet ist, um anzuzeigen, dass die Gasgemische am Eingang und an den Ausgängen der Kaskade reichhaltiger in dem Sinne sind, dass sie höhere Konzentrationen an UF₆ aufweisen. So wird beispielsweise bei der starken

809820/0912 ^/27

⁵⁰⁰⁶¹

Betriebsweise der ersten umschaltbaren Hilfskaskade 552 Uranhexafluorid zugeführt, das idealerweise mit dem Faktor OC^ an UFg angereichert ist, während bei der schwachen Betriebsweise Uranhexafluorid von natürlicher Reichhaltigkeit zugeführt wird.

Der Schwerfraktionausgang 556 der ersten umschaltbaren Hilfskaskade 552 und die Leichtfraktionausgänge 518 der Kaskaden 512 der ersten Untereinheit 510 liefern reziproke Produkte. Dementsprechend hat die bei der starken Betriebsweise gemäss Fig. 5B erzeugte schwere Fraktion der Kaskade idealerweise die gleiche Zusammensetzung wie das Ausgangsmaterial von natürlicher Reichhaltigkeit. Die von der umschaltbaren Hilfskaskade 552 bei dieser Betriebsweise erzeugte leichte Fraktion ist mit einem Faktor von im wesentlichen flC an UFr angereichert. Je nach der Betriebsweise produziert die vierte

erfindungsgemässe Anlage 500 somit entweder drei oder vier

2o5

Produktfraktionen. Die mittlere Konzentration an UF/- in den vier Produktfraktionen ist bei der starken Betriebsweise wesentlich grosser als die mittlere Konzentration der drei Produktfraktionen bei der schwachen Betriebsweise. Die Mischverluste bei den beiden Betriebsweisen sind im wesentlichen gleich und können sehr niedrig gehalten v/erden.

In Fig. 7 ist eine erfindungsgemässe Isotopenanreicherungsanlage dargestellt, die eine umschaltbare Hilfskaskade umfasst und zur gleichen Anzahl von Produktfraktionen sowohl bei der starken wie bei der schwachen Betriebsweise führt. Gemäss Fig.7 umfasst die Anlage 600 erste, zweite und dritte Untereinheiten 610, 620 und 630. Die erste Untereinheit 610 kann Uranhexafluorid idealerweise mit einem Faktor OC anreichern, die zweite Untereinheit 620 mit einem F&ktor QC und die dritte Untereinheit 630 mit einem Faktor <X . Die Kaskaden dieser drei Untereinheiten und ihre Eingänge sov/ie Ausgänge sind in Fig. 7 in einer den drei Untereinheiten der vorhergehenden Ausführung sformen genau entsprechenden Weise bezeichnet, so dass

auf eine Erläuterung an dieser Stelle verzichtet wird.

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-aar- 50061 _27503A0

Eine zv/eite umschaltbare Hilfskaskade 652 ist mit einem Eingang 654, einem Ausgang 656 für die schwere Fraktion und einem Ausgang 658 für die leichte Fraktion versehen. Mit dem Eingang 654 ist ein Anschluss eines Zweiwegespeiseventils 670 verbunden, tarn den Eingang 654 über eine von zwei Zweigkanälen entweder mit einer Schwachspeisung-Zuführleitung 660 oder mit einer Starkspeisung-Zuführleitung 661 zu verbinden. Die Schwachspeisung-Zuführleitung 660 ist ebenfalls mit einer Zuführleitung 640 für das Ausgangsmaterial verbunden, und die Starkspeisung-Zuführleitung 661 ist mit einer ersten Produktfraktionabgabeleitung 644 verbunden, die ihrerseits mit den Leichtfraktionausgängen der Kaskaden der ersten Untereinheit 610 verbunden ist. Der Leichtfraktionausgang 658 der zweiten umschaltbaren Hilfskaskade 652 ist mit einem Zweiwegeabgabeventil 672 für die leichte Fraktion verbunden, um eine Verbindung entweder zu einer Abgabeleitung 664 für die ärmere Leichtfraktion oder mit einer Abgabeleitung 665 für die reichere Leichtfraktion herzustellen. Die Abgabeleitung 664 ist ebenfalls mit der ersten Produktfraktionabgabeleitung 644 verbunden. Die Abgabeleitung 665 ist mit einer Abgabeleitung 648 für die dritte Produktfraktion verbunden, die ihrerseits mit den Ausgängen für die leichte Fraction der Kaskadender dritten Untereinheit 630 verbunden ist. Der S chv/erf rakt ionausgang 656 der zv/eiten umschaltbaren Hilfskaskade 652 ist mit einem Zweiwegeabgabeventil 674 für die schwere Fraktion verbunden, um den Ausgang 656 entweder mit einer Abgabeleitung 662 für die ärmere schwere Fraktion oder mit einer Abgabeleitung 663 für die reichere schwere Fraktion zu verbinden. Die Abgabeleitung 662 für die ärmere schwere Fraktion ist ebenfalls mit einer Abgabeleitung 642 für die Abfallfraktion verbunden, an die auch die Schwerfraktionausgänge der Kaskaden der drei Untereinheiten 610, 620 und 630 angeschlossen sind. Die Abgabeleitung 663 für die reichere Schv/erfraktion ist mit der Zuführleitung 640 für das Ausgangsmaterial verbunden. Das Zweiwegespeiseventil 670 und die Zweiwegeabgabeventile 672 und 674 können Ventile der in Fig.6A und 6b gezeigten Bauart sein.

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UU

Die zweite umschaltbare Hilfskaskade 652 erzeugt eine leichte

-ζ.

Fraktion, die mit einem Faktor von im wesentlichen OC an

Fg angereichert ist, und eine schwere Fraktion, die mit einem Faktor von im wesentlichen QC""^ verarmt ist. Die Anreiche rungs- und Verarmungsfaktoren der umschaltbaren Hilfskaskade 652 sind idealerweisc mit jenen der Kaskaden der ersten Untereinheit 610 gleich. Somit wird bei der in Fig. 7 nicht dargestellten schwachen Betriebsweise die zv/eite umschaltbare Hilfskaskade 652 parallel zu den Kaskaden der ersten Untereinheit 610 betrieben, in einer der schwachen Betriebsweise der ersten umschaltbaren Hilfskaskade 552 gemüss Fig. 5Λ entsprechenden V/eise. Bei der in Fig. 7 dargestellten starken Betriebsweise v/erden das Zweiwegespeiseventil und die Zweiwegeabgabeventile so eingestellt, dass der Eingang 654 der zv/eiten umschaltbaren Hilfskaskade 652 mit angereichertem Uranhexafluorid aus der von der ersten Untereinheit 610 erzeugten leichten Fraktion beschickt wird und die von der umschaltbaren Hilfskaskade 652 erzeugte leichte und schwere Fraktionen mit der leichten Fraktion der dritten Untereinheit 630 in der dritten Produktabgabeleitung 648 bzw. dem Ausgangsuranhexafluorid in der Ausgangszuführleitung 640 zusammengeführt v/erden. Der Schwerfraktionsausgang 656 der zv/eiten umschaltbaren Hilfskaskade 652 und die Leichtfraktionausgänge 618 der Kaskaden 612 der ersten Untereinheit 610 liefern reziproke Produkte. Daher ergeben sich beim Zusammenführen der von der zweiten umschaltbaren Hilfskaskade 652 erzeugten schweren Fraktion riit dem Ausgangsuranhexafluorid keine wesentlichen Mischverluste. In entsprechender Weise ergeben sich beim Zusammenführen der von der zv/eiten urns ehalt bar en Ililfskaskade 652 erzeugten leichten Fraktion mit der von der dritten Untereinheit 63Ο erzeugten leichten Fraktion keine wesentlichen Ilischverluste, v/eil die Hilfskaskade das bereits mit einem Faktor von idealerweise °^ angereicherte Uranhexafluorid idealerweise um einen zusätzlichen Faktor OC ^J anreichert, was zu einem Gesamtanreicherungsfaktor von im wesentlichen OC führt, was im wesentlichen der gleiche Anreicherungsfaktor ist, der für die Kaskaden der dritten Untereinheit 63Ο gilt.

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-3f- 5ο US

Eine sechste erfindungsgemässe Anreicherungsanlage 700 ist in Fig. 8 dargestellt. Sie umfasst erste, zweite und dritte Untereinheiten 710, 720 und 730, die jeweils Uranhexafluorid mit den ßle ichen Faktoren wie die entsprechenden Untereinheiten der vorbeschriebenen fünften Anreicherungeanlage 600 anreichern können. V/ie bei Fig. 7 v/erden die entsprechenden Bezugszeichen für die Kaskaden der drei Untereinheiten und ihre Eingänge sowie Ausgänge hier nicht besonders erläutert.

Eine dritte uraschaltbare Hilfskaskade 752 weist einen Eingang 754, einen Ausgang 756 für die schwere Fraktion und einen Ausgang 758 für die leichte Fraktion auf. Der Eingang 754 kann wahlweise mit einer Zuführleitung 740 für das Ausgangsmaterial oder mit einer dritten Produktfraktion..abgabeIeitung 748 über ein Zweiwegespeiseventil 770 und Zufuhrleitungen 760 und 761 für die Schwachspeisitng bzw. Starkspeisung verbunden werden. Ein Zweiwegeabgabeventil 772 für die leichte Fraktion verbindet den Leichtfraktionausgang entweder mit einer ersten Produktfraktionabgabeleitung 744 über eine Abgabeleitung 764 für die ärmere Leichtfraktion oder mit einer Abgabeleitung 765 für die reichere Leichtfraktion, wodurch die von der dritten umschaltbaren Hilfskaskade 752 erzeugte leichte Fraktion bei der starken Betriebsweise abgezogen werden kann. Der Ausgang 756 für die schwere Fraktion kann über ein Zweiwegeabgabeventil 774 für die schwere Fraktion v/ahlweise mit den Abgabeleitungen 762 und 763 für die ärmere bzw. reichere Schwerfraktion mit einer Abfallfraktionabgabeleitung 742 und der ersten Produktfraktionabgabeleitung 744 verbunden werden. Bei der in Fig. dargestellten starken Betriebsweise kann die Anlage 700 vier Produktfraktionen liefern, wobei eine der Produktfraktionen die leichte Fraktion ist, die von der dritten umschaltbaren Hilfskaskade 752 erzeugt v/ird. Bei der nicht dargestellten schv/achen Betriebsweise arbeitet die dritte umschaltbare Hilfskaskade 752 parallel zu den Kaskaden der ersten Untereinheit 710. In diesem Falle werden nur drei Produktfraktionen erzeugt. Da die Schwerfraktion der dritten umschaltbaren Hilfskaskade

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^5oo6i750340

752 nicht rait den Ausgangsgasgemisch zusammengeführt und zu den Kaskaden der drei Untereinheiten 710, 720 und 730 zurückgeführt wird, wenn mit der starken Betriebsweise gearbeitet

2^55 wird, ist der Anstieg der mittleren Konzentration von UFr in den Produktfraktionen beim Umschalten von der schwachen zur starken Betriebsweise vergleichsweise gering im Vergleich mit der entsprechenden Änderung bei den vorbeschriebenen vierten und fünften Anreicherungsanlagen 500 und 600. Obwohl die Änderung in der mittleren Konzentration an \SFr relativ klein sein kann, ist die Änderung in der Produktverteilung trotzdem wesentlich und kann für verschiedene Anwendungsfülle nützlich sein.

In Fig. 9 ist eine siebte Isotopenanreicherungsanlage 800 dargestellt, die erste, zweite und dritte Untereinheiten 810, 820 und 830 umfasst, die jeweils Uranhexafluorid mit den gleichen Faktoren wie die entsprechenden Untereinheiten der vorbeschriebenen vierten Anreicherungsanlage 500 anreichern können. \!ie im Falle der Fig. 7 sind die Bezugszeichen für die Kaskaden der drei Untereinheiten sowie ihre Eingänge und Ausgänge hier nicht im einzelnen erläutert.

Eine vierte umschaltbare Hilfskaskade 852 ist als einstufige Kaskade ausgeführt und v/eist einen Eingang 854, einen Ausgang 856 für die schwere Fraktion und einen Ausgang 858 für die leichte Fraktion auf. Der Eingang 854 kann wahlweise mit einer zweiten oder einer dritten Produktfraktionabgabeleitung 846 bzw. 848 über ein Zweiwegespeir.eventil 870 und Schwachspeisung- bzw. Starkspeisung-Zufiihrleitungen 860 bzw. 861 verbunden v/erden. Ein Zv/eiwegeabgabeventil 872 für die leichte Fraktion verbindet den Leichtfraktionausgang 858 entweder mit einer dritten Produktfraktionabgabeleitung 848 über eine Abgabeleitung 864 für die schwächere Leichtfraktion oder mit einer Abgabeleitung 865 für die reichere Leichtfraktion, wodurch die von der dritten umschaltbaren Hilfskaskade 852 erzeugte leichte Fraktion bei der starken Betriebsweise abgezogen werden kann.

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Der Ausgang 856 für die schwere Fraktion kann über ein Zweiwegeabgabeventil 874 sowie Abgabeleitungon 862 und 863 für die ärmere bzw. reichere Schwerfraktion wahlweise mit der ersten oder der zweiten Produktfraktonabgabeleitung 844 bzv/. 846 verbunden v/erden. Bei der in Fig. 9 dargestellten schwachen Betriebsweise kann die Anlage 800 drei Produktfraktionen erzeugen. Bei der nicht dargestellten starken Betriebsweise werden vier Produktfraktionen erzeugt.

Man kann auch eine vierte Untereinheit von Kaskaden vorsehen, die eine Produktfraktion erzeugt, die idealerweise mit einem

4 5
Faktor OC ' angereichert ist und eine Abfallfraktion liefert, die wit dem Faktor OLT ^J verarmt ist und einen Teil der siebte Ausführungsform gemäss Anlage 800 bildet, wobei die Abgabeleitung 865 für die reichere leichte Fraktion mit der Abgabeleitung verbunden ist, die an die Leichtfraktionausgänge der Kaskaden der vierten Untereinheit angeschlossen ist. In diesem Falle werden vier Produktfraktionen erzeugt, unabhängig von der Betriebeweise, der umschaltbaren Hilfskaskade 852. Die Durchsatzmengen, mit denen die vier Produktfraktionen anfallen, lassen sich leicht und ohne wesentliche Ilischverluste variieren, indem die einstufige I.ilfskaskade 852 zwischen der starken und der schwachen Betriebsweise umgeschaltet wird.

Während des Betriebs trennen die vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen im wesentlichen kontinuierlich einen zugeführten Strom von Uranhexafluorid mit natürlichem Gehalt an

2*55
^J UF _r in wenigstens vier Ausgangsfraktionsströme, die eine Abfallfraktion, die an Xr^JJ auf etwa 0,2 Mol?j verarmt ist, und

2 '35 drei oder mehr Produktfraktionen aufweisen, die an U auf grob 3 Mol'.?S angereichert sind, so dass die Eignung als Kernreaktorbrennstoff gegeben ist. Ein Strom von Uranhe:cafluorid

2*55
mit natürlichem Gehalt an U "^ wird Jedem Eingang einer ersten Gruppe von Kaskaden aus Gaszentrifugen über eine Zuführleitung für Ausgangsmaterial zugeführt, so dass das Uranhexafluorid in die Kaskaden eintritt. Die Ströme werden durch Zentrifugieren

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^ 7 b 0 3 Λ Ο

mit Anreicherungsstufen und Abscheidungsstufen der Kaskaden in Leichtfro.kt ions ströme und Schwerfraktionsströrae aufgeteilt. Ein erster Strom einer leichten Gasgemischfraktion, die von einer ersten Gruppe von Kaskaden erzeugt wird, wird in den Eingang einer Hilfskaskade von Gaszentrifugen geleitet und in die Ililfskaskade eingeführt. Dieser erste Leichtfraktionstrom wird innerhalb der Hilfskaskade zentrifugiert und dabei in eine Hilfsleichtfraktionstrom und einen Hilfsschwerfraktionstrom

2^55
aufgeteilt. Der Holanteil des U im Hilfsleichtfraktionstrom entspricht etwa der Molfraktion des U "^ in einer Produktfrak-

2 ο"5
tion, und der Iiolanteil des U -^ im Hilfsschwerfraktionstrom

entspricht etwa dam Holanteil des Uranisotops in einer der Produktfraktionen, in der Abfallfraktion oder im Ausgangsgemisch mit natürlichem Gehalt. Ein Produktfraktionsstrom wird wenigstens zum Teil vom Hilfsleichtfraktionstrom abgezogen. Der Abfallfraktionstrom wird von den Schwerfraktionströmen der ersten Gruppe von Kaskaden abgezogen. Produktfraktionströme v/erden wenigstens z.T. von den Leichtfrektionströmen der ersten Gruppe von Kaskaden abgezogen. Die grosse Flexibilität hinsichtlich einer Änderung der Produktverteilung für diese Ausführungsformen wird ohne wesentliche Mischverluste erreicht, da die Ströme, von denen die Produkt- und Abfallfraktionströme abgezogen v/erden, an U ^ etwa mit den Molfraktionen der entsprechenden Produkt- und Abfallfraktionen angereichert bzw. verarmt ist. Es ist festzuhalten, dass andere Ausführungsformen des erfindungsgemüssen Konzepts für andere Anwcndungsfäl-Ie den Vorzug erhalten können, insbesondere für Anwendungsfälle bei denen andere Kernisotope als U ^J und U ^J vorhanden sind. Bei Uran oder anderen Isotopen kann es in bestimmten Anwendungsfallen vorteilhaft sein, Flexibilität im Hinblick auf die Anreicherung der Abfallfraktionen zu schaffen, indem eine Hilfskaskade mit einer schweren Gasgemischfraktion anstatt mit einer leichten Gasgemischfraktion gespeist wird.

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Fig. 10 zeigt eine achte Isotopenanreicherungsanlage 900, die sowohl für einen im wesentlichen kontinuierlichen Betrieb wie für einen clargenweisen Betrieb geeignet ist und erste, zweite und dritte Untereinheiten 910, 920 und 930 umfasst, die jeweils Uranhexafluorid mit den gleichen Faktoren wie die entsprechenden Untereinheiten der vorbeschriebenen vierten Isotopcnanreichorungsanlagc 500 anreichern können. Die Bezugszeichen dieser drei Untereinheiten v/erden wiederum im Interesse einer übersichtlichen Darstellung nicht erläutert.

Eine fünfte umsehaltbare Hilfskaskade 952 ist mit einem Eingang 954, einem Ausgang 956 für die schwere Fraktion und einem Ausgang 958 für die leichte Fraktion versehen. Der Schwerfraktionausgang 956 der umschaltbaren Hilfskaskade 952 und die Leichtfraktionausgänge 918 der Kaskaden 912 der ersten Untereinheit 910 liefern reziproke Produkte. Um den Anstieg der mittleren Konzentration des leichten Isotops in den Produktfraktionen zu maximieren, weist die Hilfskaskade 952 nur eine Anre.icherungsstufe auf.

Eine erste Produktfraktionabgabeleitung 944 ist mit einem Kondensator 980 zum Verdichten der gasförmigen Produktfraktion in einem Druckbehälter 984 in einem festen oder flüssigen Zustand verbunden. Der Druckbehälter 984 ist lösbar mit dem Kondensator 980 über eine Leitung 982 verbunden. Kompressorkühlmaschinen zum Kondensieren von gasförmigem Uranhexafluorid in Druckbehältern in einem festen Zustand v/erden bei Gasdiffusionsanlagen verwendet und sind bevorzugte Kondensatoren 980 für diese Ausführungsform. Der Eingang 954 der fünften umschaltbaren Hilfskaskade 952 ist über eine Leitung 960 mit einem Verdampfer 981 verbunden, mit dem der Druckbehälter 984 über eine Leitung 983 lösbar verbunden werden kann. Der Verdampfer 981 sublimiert bzw. verdampft die im Druckbehälter enthaltene feste oder flüssige Produktfraktion. Im Falle von Uranhexafluorid ist der Verdampfer 981 vorzugsv/eise eine Heizvorrichtung, wie sie üblicherweise in Gasdiffusionsanlagen zum Sublimieren von festem Uranhexafluorid aus Vorratsbehältern

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verwendet v/erden. Dadurch, dass zunächst Produktfraktionen von der ersten Untereinheit mit dem Kondensator 980 in den Druckbehälter 984 verdichtet wird, der Behälter 904 zum Verdampfer 981 transportiert und der Inhalt des Behälters 984 mit Hilfe des Verdampfer 981 verdampft und der verdampfte Inhalt dem Eingang 954 der fünften umschaltbaren Kilfskaskade 952 zugeführt wird, wird Produktfraktion der ersten Untereinheit 910 von dieser im Eingang 954 der Hilfskaskade 952 zugeführt und in die Hilfskaskade eingeführt. Dieses Verfahren zum überführen einer Gasgemischfraktion von einer ersten Gruppe von Kaskaden zu einer Hilfskaskade kann auch in anderen Ausführungsformen der Erfindung verwendet v/erden.

Beispiel:

Das in der nachfolgenden Tabelle I enthaltene Rechenbeispiel vergleicht die Verwendung der Erfindung zum Ändern der Produktverteilung einer Gaszentrifugenisotopenanreicherungsanlage für Uranreaktorbrennstofζ mit dem bekannten Verfahren zum Ändern der Produktverteilung durch Umrohrung von Kaskaden. Die Gaszentrifugen des Beispiels weisen Trennfaktoren (X= 1,5 auf und sind somiteinander verbunden, dass sie ein-rauf/ein-runter-Kaskaden bilden. Die Verteilungen der Produktdurchsätzc und der Zentrifugen zwischen verschiedenen Arten von Kaskaden für drei Anlagen, die jeweils eine Gesamtkapazität von 1000000 kg SWU/ Jahr aufweisen, sind in der Tabelle I aufgeführt.

Der Fall 1 der Tabelle I betrifft eine typische Urananreicherungsanlage zur Erzeugung von drei Produktfraktionen mit drei Arten von Kaskaden. Die Kaskaden mit der Bezeichnung A haben sieben Anreicherungsstufen, die mit der Bezeichnung B fünf Anreicherungsstufen und die mit der Bezeichnung C drei Anreicherungsstufen. Alle Kaskaden haben vier Abscheidungsstufen und werden mit Uranhexafluorid mit einem natürlichen Gehalt

2o5

an U ^ gespeist.

Im Fall 2 wird die Produktvorteilung geändert, indem 13,3 % der C-Kaskaden aus Fall 1 in nit D bezeichneten Ililfskaskaden über-

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50 061

führt v/erden. 4 % der Zentrifugen der Anlage sind in den Hilfskaskaden D inkorporiert. Die Hilfskaskaden D haben die gleiche Anzahl von Anreicherungsstufen und Abscheidungsstufen v/ie die Kaskaden C, werden jedoch mit der leichten Fraktion der Kaskaden B anstatt mit natürlichem Uranhexafluorid gespeist. Die Schwerfraktionausgänge der Hilfskaskaden D und die Leichtfraktionsausgänge der Kaskaden B liefern reziproke Produkte, und

2 "5 5 dementsprechend beträgt die MolSo-Zalil an UFg in der von den Hilfskaskaden D erzeugten schweren Fraktion etwa 0,711 , was dem Wert von natürlichem Uran entspricht. Im Fall 2 wird die von den Hilfskaskaden D erzeugte schwere Fraktion dem Ausgangsmaterial aus Uranhexafluorid mit natürlichem Gehalt an U"-⁵ ^ zugeführt und den Eingängen der Kaskaden A,B und C wieder zugeführt.

Fall 3 v/eist dieselbe Produktverteilung wie im Fall 2 auf, jedoch wird die Änderung der Produktverteilung durch Umrohrung einer Anzahl von B-und C-Kaskaden in Kaskaden mit acht Anreicherungsstufen und vier Abscheidungsstufen erreicht, die in der Tabelle I mit E bezeichnet sind. Es zeigt sich, dass zur Erzielung der gleichen Produktverteilung v/ie im Fall 2 Kaskaden mit 26,5 ^c/o der Zentrifugen der Anlage umgerohrt v/erden müssen, v/as eine bedeutsame Unternehmung darstellt. Diese Änderung der Produktverteilung wird demgegenüber erfindungsgemäss durch einfaches Umschalten von Ventilen erreicht, wodurch C-Kaskaden mit nur 4 ⁽/o der Zentrifugen der Anlage in D-Hilfskaskaden umge\-/andelt v/erden.

Es können Abweichungen von den vorbeschriebenen speziellen Ausführungsformen vorgenommen v/erden, ohne dass dadurch die Erfindung verlassen wird. Beispielsweise können mehr als eine Hilfskaskade mit einem Gasgemisch von einer Gruppe von Kaskaden gespeist v/erden. Umschaltbare Hilfskaskaden können zwischen drei oder mehr alternativen Betriebsweisen umgeschaltet werden. Es könen auch Gacgemischc von anderen Isotopen als U und mittels der Erfindung getrennt werden.

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	Kaskaden	Anzahl der	Molprozent	u-6	;)Schwere	Tabelle	1	1	Anteil d.
	bezeich	Stufen		ι)Leichte	Fraktion	Fall -	Anfängliche Produkt	Zentrifu
	nung			Fraktion		verteilung	gen
		Anreiche	ε	b) Speisung	2,874		( ίί )
		rung/Ab		C	0,711	Produkt
		sehe idung			I 0,259	durch
				) 1,935	satz
			a)	I 0,711	(kg/Jahr)	25,0
co ο			to]	) 0,259
CO			c>	) 1,298
00	A	7/4	a]	) 0,711		45,0
ro ο				) 0,259	71642
			c;	3,497
ο	B	5/4	a]	1,935		30,0
CO			to	0,711	256057
rs*			C,	) 3,497
	C	3/4	a	) 0,711		0,0
			b	) 0,259	417542
			C
	D	3/4			0,0
			b	0
			C
	E	8/4
			0

Fall 2

Produktionsverteilungsänderung
mittels Hilfskaskaden

Fall 3

Produktionsvert e ilungs ande rung mittels bekannter Umrohrung

Produkt- Anteild. Produkt- Anteil d.

durch- Zentri- durch- Zentrifu-

satz fugen satz gen

(kg/Jahr) ( % ) (kg/Jahr) ( % )

71642 25,0

71642 25,0

128028 45,0 128028 22,5

361875 26,0 361875 26,0

56243 4,0 0 0,0

0 0,0 56243 26,5

7029

cn O co

Claims (1)

1. Ansprüche :

   1. Verfahren zur Isotopenanreicherung, bei dem ein Ausgangsgemisch mit einem Anteil eines leichten Kernisotops von vorgestimmter Konzentration und einem Anteil eines schweren Isotops von vorbestimmter Konzentration aus Zentrifugen gebildeten Kaskaden wenigstens einer ersten Kaskadengruppe zugeführt und in den Anreicherungsstufen und Abscheidungsstufen der Kaskaden durch Zentrifugieren in wenigstens eine mit dem leichten Isotop angereicherte leichte Fraktion und eine am leichten Isotop verarmte schwere Fraktion aufgeteil wird und wenigstens zwei Ausgangsfraktionen abgezogen werden, die eine auf eine bestimmte Konzentration angereicherte Produktfraktion sowie eine auf eine bestimmte Konzentration verarmte Abfallfraktion umfassen, dadurch gekennzeichnet , dass eine erste Gasgemischfraktion von der ersten Gruppe von Kaskaden einer Hilfskaskade aus Gaszentrifugen zugeführt und durch Zentrifugieren in eine Hilfsleichtfraktion und in eine Hilfsschv/erfraktion aufgeteilt wird, wobei der Molanteil des leichten Isotops in der Hilfsleichtfraktion etwa dem Molanteil des leichten Isotops in einer Produktfraktion, einer Abfallfraktion oder dem Ausgangsgasgemisch entspricht und der Molanteil des leichten Isotops in der Hilfsschv/erfraktion etwa dem Molanteil der leichten Isotops in einer Produktfraktion, einer Abfallfraktion oder im Ausgangsgasgemisch entspricht, dass eine Ausgangsfraktion wenigstens teilweise der Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschv/erfraktion entnommen wird, dass eine Abfallfraktion wenigstens teilweise der Schwerfraktion der ersten Kaskadengruppe, der Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschv/erfraktion entnommen wird, v/obei diese entnommene Schwerfraktion hinsichtlich des leichten Isotops annähernd auf den Molanteil der Abfallfraktion verarmt ist, und

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   _5OO61 27ÖU340

   dass cine Produktfraktion wenigstens teilweise von wenigstens einer Leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe, der Ililfsleichtfraktion oder der Hilfsschv/erfraktion entnommen wird, wobei die entnommene Leichtfraktion hinsichtlich des leichten Isotops auf annähernd den Molanteil der Produktfraktion angereichert ist.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Gasgemischfraktion eine Leichtfraktion ist, dass die Molanteile des leichten Isotops in der Ililfsleichtfraktion und in der Hilfsschwerfraktion einzeln annähernd dem Ilolanteil des leichten Isotops in einer der Produktfraktionen und im Ausgangsgasgemisch entsprechen, dass die Ausgangsfraktion eine Produktfraktion ist und dass die Abfallfraktion wenigstens teilweise aus der Schworfraktion der ersten Kaskadengruppe abgezogen v/ird.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass das Auegangsgasgemisch Uranhexafluorid mit natürlichem IsotoOengehalt ist und dass die Produkt- und Abfallfraktionen an U angereichert bzw. verarmt sind.

   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Ilolanteil des leichten Isotops in der Hilfsschworfraktion etwa der Molfraktion des leichten Isotops in einer zweiten Leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe entspricht.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsschwerfraktion mit der zweiten Leichtfraktion zusammengeführt v/ird.

   6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Molanteil des leichten Isotops in der Hilf sschv/erfraktion etwa der Molfraktion des leichten Isotops im Ausgangsgasgemisch entspricht.

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   - 3 - 50 o6i

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsschwerfraktion mit dem Ausgangsgasgemisch zusammengeführt wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Molanteil des leichten Isotops in der Hilfsleichtfraktion annähernd dem Ilolanteil des leichten Isotops in einer zweiten Leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe entspricht.

   9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsleichtfraktion mit der zweiten Leichtfraktion zusammengeführt wird.

   10. Verfahren zur Isotopenanreicherung, bei dem ein Ausgangsgemisch mit einem Anteil eines leichten Kernisotops von vorbestimmter Konzentration und einem Anteil eines schweren Kernisotops von vorbestimmter Konzentration aus Zentrifugen gebildeten Kaskaden wenigstens einer ersten Kaskadengruppe zugeführt und in den Anreicherungsstufen und Abseheidungsstufen der Kaskaden duroh Zentrifugieren in wenigstens eine mit dem leichten Isotop angereicherte leichte Fraktion und eine am leichten Isotop verarmte schwere Fraktion aufgeteilt wird und wenigstens zwei Ausgangsfraktionen abgezogen v/erden, die eine auf eine bestimmte Konzentration angereicherte Produktfraktion sowie eine auf eine bestimmte Konzentration verarmte Abfallfraktion umfassen, dadurch gekennzeichnet , dass eine Gasgemischfraktion aus der ersten Kaskadengruppe einer Hilfskaskade aus Zentrifugen zugeführt und durch Zentrifugieren in der Hilfskaskade in eine Hilfsleichtfraktion und eine Hilfsschwerfraktion aufgeteilt wird, wobei der Ilolanteil des leichten Isotops in einer ersten Hilfsfraktion annähernd dem Molanteil des leichten Isotops im ■"usgangsgasgemisch entspricht und der Molanteil des leichten Isotops in einer zweiten Hilfsfraktion annähernd dem Molanteil des leichten Isotops in einer Ausgangsfraktion entspricht, dass

   /4 809820/0912

   061

   wenigstens ein Teil einer Ausgangsfraktion von der Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschv/erfraktion abgezogen wird, dass wenigstens ein Teil einer Abfallfraktion von wenigstens der Schwerfraktion der ersten Kaskadengruppe,der Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschv/erfraktion abgezogen wird, wobei diese abgezogene Schwerfraktion hinsichtlich des leichten Isotops auf annähernd die Holfraktion der Abfallfraktion verarmt ist, und dass wenigstens ein Teil einer Produktfraktion von wenigstens einer Leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe der Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschv/erfraktion abgezogen wird, wobei diese abgezogene Fraktion hinsichtlich des leichten Isotops auf annähernd den Molanteil der Produktfraktion angereichert ist.

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Gasgemischfraktion eine Leichtfraktion ist, dass der Holanteil des leichten Isotops in der Hilfsleichtfraktion annähernd der Holfraktion des leichten Isotops in einer Produktfraktion entspricht und der Molanteil des leichten Isotops in der Hilfsschv/erfraktion annähernd dem Holanteil des leichten Isotops im Ausgangsgasgemisch entspricht, dass die Ausgangsfraktion wenigstens teilweise von der Hilfsleichtfraktion oder der Ililfsschwerfraktion als Produktfraktion abgezogen wird und dass ein Teil der Abfallfraktion von der Schwerfraktion der ersten Kaskadengruppe abgezogen wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass das Ausgangsgasgemisch Uranhexafluorid mit natürlichem Isotopengehalt ist und dass die Produkt- und Abfallfraktionen an Ό ^^J angereichert bzw. verarmt sind.

   13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsschv/erfraktion mit dem Ausgangsgasgemisch zusammengeführt wird.

   809820/0912

   14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass der Molanteil des leichten Isotops in der Hilfsleichtfraktion annähernd dem Molanteil des leichten Isotops in der zweiten Leichtfraktion der ersten Kaskaden-Gruppe entspricht.

   15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfsleichtfraktion mit der zweiten Leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe zusammengeführt wird.

   16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Gasgeinischfraktion der ersten Kaskadengruppe der Hilfskaskade dadurch zugeführt wird, dass eine Menge der ersten Gasgemischfraktion einem Behälter zugeführt wird und dass erste Gasgemisch aus dem Behälter in die Hilfskaskade abgegeben wird.

   17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gasgemischfraktion verdichtet und im Behälter in fester oder in flüssiger Form gespeichert wird und dass die feste oder flüssige Fraktion vor dem Einleiten in die Hilfskaskade verdampft wird.

   10. Verfahren zur Isotopenanreicherung, bei dem ein Ausgangsgemisch mit einem Anteil eines leichten Kernisotops von vorbestimmter Konzentration und einem Anteil eines schweren Kernisotops von vorbestimmter Konzentration aus Zentrifugen gebildeten Kaskaden wenigstens einer ersten Kaskadengruppe zugeführt und in den Anreicherungsstufen und Abscheidungsstu-

   in fen der Kaskaden durch Zentrifugieren/wenigstens eine mit dem leichten Isotop angereicherte leichte Fraktion und eine am leichten Isotop verarmte schwere Fraktion aufgeteilt wird und wenigstens zwei Ausgangsfraktionen abgezogen werden, die eine auf eine bestimmte Konzentration angereicherte Produktfraktion

   /6 809820/0912

   _5OO51 27bO3AO

   sowie eine auf eine bestimmte Konzentration veramrte Abfallfraktion umfassen, dadurch gekennzeichnet , dass eine Gasgemischfraktion aus der ersten Kaskadengruppe einer Hilfskaskade aus Zentrifugen zugeführt und durch Zentrifugieren in eine Hilfsleichtfraktion und eine Hilfsschwerfraktion aufgeteilt v/ird, wobei der Molanteil des leichten Isotops in der Hilfsleichtfraktion annähernd dem Molanteil des leichten Isotops in einer der Produktfraktionen, einer Abfallfraktion oder dem Ausgangsgasgemisch entspricht und nicht grosser als etwa der Molanteil des leichten Isotops in der leichten Fraktion der ersten Kaskadengruppe ist, welche den grüssten Ilolanteil an leichten Isotop aufweist, und wobei der I-iOlanteil des leichten Isotops in der Ililfsschwerfraktion annähernd dem Holanteil des leichten Isotops in einer der Produktfraktionen, einer Abfallfraktion oder dem Ausgangsgasgemisch entspricht und nicht kleiner als etwa der Molanteil des leichten Isotops in der Schwerfraktion der ersten Kaskadengruppe ist, die den niedrigsten Ilolanteil an leichtem Isotop aufweist, dass wenigstens ein Teil einer Ausgangsfraktion von der Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschwerfraktion abgezogen wird, dass wenigstens ein Teil einer Abfallfraktion von wenigstens einer Schwerfraktion der ersten Kaskadengruppe, der Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschwerfraktion abgezogen v/ird, wobei diese abgezogene Fraktion hinsichtlich des leichten Isotops annähernd auf den Molanteil der Abfallfraktion verarmt ist, und dass wenigstens ein Teil einer Produktfraktion von wenigstens von wenigstens einer Leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe, der Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschwerfraktion abgezogen v/ird, wobei diese abgezogene Fraktion hinsichtlich des leichten Isotops auf annähernd den Molanteil der Produktfraktion angereichert ist.

   19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Gasgemischfraktion eine Leichtfraktion ist, dass der Molanteil des leichten Isotops in der Ililfsleichtfraktion annähernd dem Molanteil des leichten Isotops in einer Produktfraktion entspricht und der MoI-

   809820/091? /7

   anteil des leichten Isotops in der Hilfsschwerfraktion annähernd dem Ilolanteil des leichten Isotops in einer Produktfraktion oder im Ausgangsgasgemisch entspricht, dass die von der ^Hilfsleichtfraktion oder der Hilfsschwerfraktion abgezogene Ausgangsfraktion eine Produktfraktion ist und dass der Teil der Abfallfraktion von der Schwerfraktion der ersten Kaskadengruppe abgezogen wird.

   20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e ke η η zeichnet , dass das Ausgangsgasgemisch Uranhexafluorid mit natürlichem Isotopengehalt ist und dass die Pro-

   2 "'55
   dukt- und Abfallfraktionen an U angereichert bzw. verarmt

   sind.

   21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass der Molanteil des leichten Isotops in der Hilfsschwerfraktion annähernd dem Ilolanteil des leich-

   tenlsotops in einer zweiten leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe entspricht.

   22. Vorfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, · dass die Hilfsschwerfraktion mit der zweiten Leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe zusammengeführt wird.

   23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , dass der Molanteil des leichten Isotops in der Hilfsleichtfraktion annähernd dem Molanteil des leichten Isotops in einer dritten Leichtfraktion der ersten Kaskadengruppe entspricht.

   24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsleichtfraktion mit der dritten Leichofraktion der ersten Kaskadengruppe zusammengeführt wird.

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   25. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Gasgemischfraktion der ersten Kaskcdengruppc der Ililfakaskade dadurch zugeführt wird, dass eine Menge der ersten Gasgemischfraktion in einem Behälter angesammelt und dann der Hilfskaskade aus diesem Behälter zugeführt wird.

   26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Gasgenischfraktion der ersten Kaskadengruppe verdichtet v/ird und in fester oder flüssiger Form im Behälter gespeichert v/ird und dass die feste oder flüssige Fraktion aus dem Behälter verdampft und der Hilfskaskade zugeführt wird.

   27. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1 bis 26 mit einer ersten Gruppe von aus Zentrifugen gebildeten Kaskaden, die jeweils v/enigstens eine Anrcicherungsctufe und eine Abseheidungsstufe sowie einen Eingang, einen Leichtfraktionausgang und οinoiSchwerfraktionausgang aufweisen, einer an die Eingänge der ersten Kaskadengruppe angeschlossenen Zuführleitung für ein Ausgangsgasgemisch, einer an die Leichtfraktion-ausgänge der ersten Kaskadengruppe angeschlossene Abgabe leitung zum Entnehmen v/enigstens eines Teils einer Produktfraktion und eine an die Schwerfraktionausgange der ersten Kaskadengruppe angeschlossene Abgabeleitung zum Entnehmen wenigstens eines Teils einer Abfallfralction, gekennzeichnet durch eine Hilfskaskade (252) mit einem Eingang (254), einem Leichtfraktionausgang (258) und einem Schwerfraktionausgang (256), durch eine erste Leitung (260), die zwischen einem Ausgang (228) einer ersten Kaskade (222) der ersten Kaskadengruppe (220) und dem Eingang (254) der Hilfskaskade (252) angeordnet ist und eine Leitung (262,264) zum Entnehmen wenigstens eines Teils einer Ausgangsfraktion von einem Ausgang (256,258) der Hilfskaskade.

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   28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfskaskade (252) eineeinstufige Kaskade ist.

   29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass der Ausgang (228) der ersten Kaskade (2.22), mit der die erste Leitung (2öO) in Verbindung steht, ein Leichtfraktionausgang der ersten Kaskade (222) ist.

   30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , dass die Anreicherungsstufen der ersten Kaskade (422) und die Abscheidungsstufen der Hilfskaskade (452) so bemessen und ausgelegt sind, dass am Auegang (428) der ersten Kaskade (422) und am Ausgang (456) der Hilfskaskade (452) reziproke Fraktionen anfallen.

   31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass die Zahl der Abseheidungsstufen der Ililfskaskado (452) der Zahl der Anreicherungsstufen der ersten Kaskade (422) -1 entspricht.

   32. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtfraktionausgang (258) der Hilfskackadc (252) über eine zweite Leitung (264)an eine Produkt abgabe leitung (248) der ersten Kaskadengruppe (200) angeschlossen ist.

   33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Anreicherungsstufen der ersten Kaskade (412) und die Abscheidungsstufen der Hilfskaskade (452) so bemessen und ausgelegt sind, dass am Ausgang (418) der ersten Kaskade (412) und am Schi/erfraktionausgang (456) der Hilfskaskade (452) reziproke Fraktionen anfallen, und dass eine dritte Leitung (462) vorgesehen ist, die den Schv/erfraktionausgang (456) der Hilfskaskade (452) mit der Zuführleitung (440) für das Ausgangsgemisch verbindet.

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   34. . Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass die Zahl der Abscheidungsstufen der Ililfskaskade (452) der Zahl der Anreicherungsstufen der ersten Kaskade (412) -1 entspricht.

   35. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass der ersten Leitung (460), der zweiten Leitung (464) und der dritten Leitung (462) Strömungsregler zugeordnet sind.

   36. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass dem Hilfskaskadeneingang (554) ein Eirigangsventil (570,576,588) zugeordnet ist, das einen Anschluss (578) sowie einen Hauptzweigkanal (560,582) und einen Ersatzzweigkanal (561,584) auf v/eist, wobei der Anschluss (578) und der Hauptzweigkanal (560,582) in Reihe mit der dem HiIfskaskadeneinjgang (554) zugeordneten ersten Leitung angeordnet sind und der Anschluss (578) dem Hilfskaskadeneingang (554) näher als die Zweigkanäle (582,534) angeordnet sind, und dass der Ersatzzweigkanal (584) über eine Ersatzleitung (561) mit einer Ersatzquelle für eine Gasgemischfraktion in Verbindung steht.

   37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , dass der Ausgang (828) der ersten Kaskade (822), die mit der Hilfskaskade (852) zugeordneten ersten Leitung verbunden ist, ein Leichtfraktionausgang ist und dass die Ersatzquelle für eine Gasgemischfraktion ein Leichtfraktionausgang (838) einer zweiten Kaskade (832) der ersten Kaskadengruppe (800) ist, wobei die Anzahl der Anreieherungsstufen der zweiten Kaskade (832) von der Anzahl der Anreicherungsstufen der ersten Kaskade (822) verschieden ist.

   38. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , dass die Hilfskaskade (852) eine einstufige Kaskade ist, dass den Leichtfraktionausgängen (818,828, 838) der ersten Kaskadengruppe (800) eine erste Produktfraktion-

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   abgabeleitung (844), eine zweite Produktfraktionabgabeleitung (846), eine dritte ProduktfraktionabgabeIeitung (848) und eine vierte Produktfraktionabgabeleitung zugeleitet sind, \/obei die zugehörigen vier Kaskaden (812,822,832) unterschiedliche Zahlen von Anrei ehe rungs stufen aufweisen, dass der Schwerfraktionausgang (356) der Hilfskaskade (852) über eine zweite Leitung (862) mit der ersten Produktfraktionleitung (844) verbunden ist, wobei ein dem Schwerfraktionausgang (856) zugeordnetes zweites Ventil (874) mit einem Anschluss, einer Hauptzweigleitung (862) und einer Ersatzzweigleitung (363) vorgesehen ist, wobei der Anschluss und die HauptZweigleitung mit der zweiten Leitung in Reihe angeordnet sind und der Anschluss dem Hilfskaskadenausgang (856) näher benachbart ist als die Zweigkanäle (862,863), dass der Ersatzzweigkanal des zweiten Ventils (874) über eine zweite Eräatzleitung (363) mit der zweiten Produktfraktionabgabeleitung (846) verbunden ist, dass eine dritte Leitung (872) zwischen d.en Leichtfraktionausgang (858) der Hilfskaskade (852) und der dritten Produktfraktionabgabeleitung (848) angeordnet ist, dass ein drittes Ventil (872) vorgesehen ist, das einen Anschlusskanal sowie einen Hauptzweigkanal und einen Ersatzzweigkanal aufweist, wobei der Anschluss und der Hauptzweigkanal in Reihe mit der dritten Leitung angeordnet sind und der Anschluss dem Hilfskaskadenausgang (858) näher benachbart ist als die Zweigkanäle, und dass eine dritte Ersatzleitung (865) den Ersatzzweigkanal des dritten Ventils (842) mit der vierten Produktfraktionabgabeleitung verbindet.

   39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , dass das erste Ventil (870), das zweite Ventil (874) und das dritte Ventil (872) Zweiwegeventile (576,588) mit drei Kanälen (581,583,585) sind.

   40. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (870), das zweite Ventil (874) und das dritte Ventil (872) Ventile (588) mit einer T-förmigen Leitung sind, in deren zwei T-Arme jeweils

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   Absperrventile (590,592) eingebaut sind.

   41. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet , dass der Ausgang (518) der ersten Kaskade (512), mit dem die dem Hilfskaskadeneingang (554) zugeordnete erste Leitung verbunden ist, ein Leichtfraktionausgang (518) ist und dass die Alternativquelle für eine Gasgemischfraktion die Zuführleitung (540) für das Ausgangsgemisch zu den Kaskaden (512,522,532) der ersten Kaskadengruppe (500) ist,

   42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Kaskade (512) und die Hilfskaskade (552) so ausgelegt sind, dass am Ausgang der ersten Kaskade (512) und am Schwerfraktionausgang (556) der Kilfskaskade (552) reziproke Fraktionen anfallen, dass die Hinrichtung zum Abziehen wenigstens eines Teils einer Ausgangsfraktion vom Hilfskaskadenausgang (556) eine zweite Leitung umfasst, die zwischen dem Schwerfraktionausgang (556) der Hilfskaskade (552) und der Zuführleitung (540) für das Ausgangsgemisch zu den Kaskaden (512,522,532) der ersten Kaskadengruppe (500) angeordnet ist, dass ein zweites Ventil (574) vorgesehen ist, das einen Anschluss, einen Hauptzweigkanal und einen Ersatzzweigkanal aufweist, wobei der Anschluss und der Hauptzweigkanal in Reihe mit der zweiten Leitung angeordnet sind und der Anschluss näher am Hilfskaskadenausgang (556) angeordnet ist als die Zweigkanäle, und dass eine zweite Ersatzleitung (562) den Ersatzkanal des zweiten Ventils (574) mit der Abgabeleitung (542) für die Abfallfraktion der ersten Kaskadengruppe (500) verbindet.

   43. Vorrichttmg nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet , dass die Zahl der Abscheidungsstufen der Hilfskaskade (55?) gleich der Zahl von Anreicherungsstufen der ersten Kaskade (512) -1 ist.

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   44. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet , dass eine erste Produktfraktionabgabeleitung (644) und eine zweite Produktfraktionabgabeleitung (648) vorgesehen sind, die jeweils an Leichtfraktionausgänge (618 bzw. 638) einer Kaskade (612 bzw. 632) der ersten Kaskadengruppe (600) angeschlossen sind, die unterschiedliche Zahlen von Anreicherungsstufen aufweisen, dass dem Leichtfraktionausgang (658) der Hilfskaskade (652) eine dritte Leitung zum Abziehen einer Auegangsfraktion zugeordnet ist, die zwischen dem Leichtfraktionausgang (658) der Hilfskaskade (652) und der ersten Produktfraktionabgabeleitung (644) angeordnet ist, dass ein drittes Ventil (672) vorgesehen ist, das einen Anschlusskanal, einen Hauptzweigkanal und einen Ersatz zweigkanal auf v/eist, wobei der Anschlusskanal und der Hauptzweigkanal in Reihe mit der dritten Leitung angeordnet sind und der Anschlusskanal näher zum Hilfskaskadenausgang als die Zweigkanäle angeordnet ist und dass eine dritte Ersatzleitung (665) den Ersatzzweigkanal des dritten Ventil (672) mit der zweiten Produktfraktionabgabeleitung (648) verbindet.

   45. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1 bis 26 mit einer ersten Gruppe von aus Zentrifugen gebildeten Kaskaden, die jeweils wenigstens eine Anreicherungs. stufe und eine Abscheidungsstufo sowie einen. Eingang, einen Leichtfraktionausgang und eintn Schwerfraktionausgang aufweisen, einer an die Eingänge der ersten Kaskadengruppe angeschlossenen Zuführleitung für ein Ausgangsgasgemisch, einer an die Leichtfraktionausgänge der ersten Kaskadengruppe angeschlossene Abgabeleitung zum Entnehmen wenigstens eines Teils einer Produktfraktion und eine an die Schwerfraktionausgänge der ersten Kaskadengruppe angeschlossene Abgabeleitung zum Entnehmen wenigstens eines Teils einer Abfallfraktion, gekennzeichnet durch eine Hilfskaskade (452) mit einem Eingang (454), einem Leichtfraktionausgang (458) und

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   einem Schwerfrr.ktionausgang (456), wobei die Anreicherungsstufen der ersten Kaskade (412) und. die Abscheidungsstufen der Ililfskaskade (452) so bemessen sind, dass am Ausgang (418) der ersten Kaskade (412) und am Hilfskaskadenausgang (456) reziproke Fraktionen anfallen, eine den Ausgang (418) der ersten Kaskade (412) mit dem Hilfskaslcadeneingang (454) verbindende Zuführleitung (46o), eine am Leichtfraktionausgang (458) der Hilfskaskade (452) angeschlossene Produktfraktionabgabeleitung (464) und eine an den Cchwerfraktionausgang (456) der Hilfskaskado (452) angeschlossene Abgabeleitung (462) für Ausgangsmaterial.

   46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet , dass zum Zuführen der Gasgeinischfraktion zur Ililfskaskade (952) ein Behälter (984) vorgesehen ist, der sowohl mit dem Ausgang (913) der ersten Kaskade (912) v.'ie mit dem Eingang (954) der Ililfskaskade (952) lösbar verbindbar ist.

   47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet , dass ein Kondensator (980) zum Verdichten der Gasgemischfraktion in den Behälter (984) in einem festen oder flüssigen Zustand vorgesehen ist und dass ein Verdampfer (981) zum Sublimieren bzw. Verd.ampfen des Behälterinlialts vor der Einleitung in den Hilfskaslcadeneingang (954) vorgesehen ist.

   48. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet , dass der Hilfskaskade (452) eine erste Leitung (460) zugeordnet ist, die zwischen dem Ausgang (418) der ersten Kaskade (412) und dem Hilfskaskadeneingang (454) angeordnet ist.

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   49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , dass der Leichtfraktionausgang (458) der Hilfskaskade (452) über eine zweite Leitung (464) mit einer Produktfraktionabgabeleitung (448) der ersten Kaskadengruppe (400) verbunden ist.

   50. Vorrichtung nach Anspruch 45» dadurch gekennzeichnet, dass der Schverfraktionausgang (456) der Hilfskaskade (452) über eine dritte Leitung (462) mit der an die Eingänge (414,424,434) der Kaskaden (412,422,4352) der ersten Kaskadengruppe (400) angeschlossenen Zuführleitung (440) für das Ausgangsgasgemisch verbunden ist.

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