DE2854909A1 - Verfahren und vorrichtung zur fotoionisation - Google Patents

Description

Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc, Bellevue, Washington 98009 V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Fotoionisation

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fotoionisation, insbesondere für einen Fotoionisationsübergang eines erhöhten Querschnittes.

Möglichkeiten zur isotopenselektiven Fotoanregung und -ionisation von Uran wurden bereits beschrieben (vgl. US-PS 3 772 512, 3 944 947, BE-PS 807 118 und DE-OS 2 312 194). Diese Möglichkeiten umfassen eine Fotoanregung in einer Stufe oder in mehreren Stufen zusammen mit einer Fotoionisation, die über einen Autoionisationsübergang eintreten kann. Bekanntlich ist die Autoionisation ein Übergang, der Teilchen auf ein Energieniveau oberhalb der Ionisation anregt, von dem es in ein Ion und ein freies Elektron entartet oder zerfällt. Für die Urananreicherung hätte die er-

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wogene Verwendung eines Autoxonxsationsüberganges den Vorteil einer Steigerung des gewöhnlich niederen Querschnittes für die Ionisation, wodurch die Anforderungen an die Ionisationsanregungsquelle oder einen Laser verringert werden.

Bis jetzt gibt es aber noch keine wirksame Verwendung der Autoionisation zur Isotopentrennung.

Die Erfindung ermöglicht eine Verbesserung für die isotopenselektive Ionisation mittels Eigenschaften des Autoxonxsationsüberganges. Die Verbesserung erzielt wirksamer die Autoionisationsvorteile der Ionisation von einem angeregten Zustand durch einen Übergang mit erhöhtem Querschnitt als gegenüber Ionisationsübergängen im allgemeinen.

Die Verbesserung nach der Erfindung wird durch die Entwicklung einer Technik zum Erfassen der relativen Querschnitte für Fotoionisationsübergänge von einem gewählten angeregten Zustand ermöglicht. Die Technik verwendet eine Frequenzabtastung zeitsequentieller Laser, um die Ionisation über einem Spektrum von Absorptionslinien bis zum Kontinuum von einem gewählten angeregten Zustand zu überwachen. Auf diese Weise werden Übergänge zum Kontinuum mit erhöhten Querschnitten, nämlich im vorliegenden Fall Autoionisationsübergänge, festgelegt.

Das Verfahren der Fotoionisation mit erhöhten Ionisationsquerschnitten (vgl. oben) führte zu einem System zum Erzeugen eines Fotoionxsatxonsüberganges mit Strahlung festgelegter Eigenschaften wie z. B. Spektralbreite und -frequenz, bei der erhöhte Querschnitte auftreten und wirksam verwendbar sind. Das Verfahren verwendet insbesondere zwei, drei oder vier Energiestufen, von denen die erste isotopenselektiv

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ist, während die letzte die Autoionisationsstufe ist. Diese letzte Stufe führt von einem hochangeregten Zustand ins Ionisationskontinuum und insbesondere auf ein Niveau in einen festgelegten Energiebereich oberhalb des Ionisationsniveaus. Da der autoionisierte gebundene Zustand als sehr kurzzeitig ermittelt wurde, ist die Absorptionslinie für die Fotoionisation mit erhöhtem Querschnitt leicht relativ breit in der Frequenz im Vergleich zu Absorptionslinien zwischen angeregten Zuständen. Die Isotopenverschiebung (Isotopen-Shift) zwischen den gewünschten und ungewünschten Isotopen ist ein Bruchteil dieser Bandbreite. Als Ergebnis verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel eine wenig intensive Fotoionisationsstrahlung eines mäßig breiten Bandes, wobei kein Grund besteht, die Bandbreite für die Isotopenselektivität zu begrenzen. Die Erfindung erzielt so den Vorteil einer wirksameren Erzeugung einer Laser-Ionisationsstrahlung und verringert die Wahrscheinlichkeit für Unselektivität von dem Gebrauch einer intensiven ionisierenden Strahlung.

Die ionisierten Teilchen können dann zum Sammeln auf vorbestimmten Flächen abhängig von auf sie einwirkenden Kräften getrennt werden. Diese Kräfte werden vorzugsweise durch gekreuzte magnetische und elektrische Felder in der Art eines MHD-Beschleunigers erzeugt, um die ionisierten Teilchen weg von einer ursprünglichen Strömungsrichtung zu richten.

Die Erfindung sieht also eine Vorrichtung und ein Verfahren zur isotopenselektiven mehrstufigen Fotoionisation vor, bei dem die letzte oder ionisierende Stufe abgestimmt ist, um einen bestimmten Übergang zu einem angeregten Zustand oberhalb der Ionisation zu erzeugen, für den der Ionisationsquerschnitt wesentlich größer ist als für Ionisationsübergänge im allgemeinen. Der Autoionisationsübergang in einen ionisierten

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Zustand erfolgt insbesondere von einem hochangeregten gebundenen Zustand, der in einem oder in zwei isotopenselektiven Energiesprüngen vom Grundzustand oder anderen niedrigen Niveaus aus erreicht wird. Die Isotopenverschiebung für den Ionisationsübergang ist insbesondere klein im Vergleich zur Bandbreite des Ionisationsüberganges, und es kann eine relativ breitbandige Fotoionisationsstrahlung verwendet werden, die die gesamte Absorptionslinie überdeckt. Eine Breitband-Strahlung ist wirtschaftlicher und vorzuziehen, sooft sie verwendbar ist. Es wird auch eine Möglichkeit zum Festlegen von Ionisationsübergängen mit erhöhtem Querschnitt angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm mit Energieniveaus zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine vereinfachte Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung,

Fig. 3 eine Innensicht der Vorrichtung der Fig. 2, und

Fig. 4 einen Laser zum Erzeugung der Anregungs- und Ionisationsstrahlung für die Erfindung mit einer Einrichtung zum Festlegen oder Bestimmen der Autoionisationsübergänge und Fotoionisationsübergänge mit verbesserten Querschnitten.

Die Erfindung ermöglicht eine isotopenselektive Mehrstufen-Fotoionisation mit verbessertem Wirkungsgrad bei der Verwendung von Autoionisationsübergängen eines erhöhten Querschnittes. Die Isotopenselektivität wird durch geeignete Ab-

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I ö

Stimmung der Übergänge zwischen gebundenen Zuständen erreicht, während der Übergang in das Ionisationskontinuum in einer Weise erzielt wird, die optimal die Eigenschaft des erhöhten Querschnittes zur Autoionisation ausnutzt.

Ein Übergang von einem hochangeregten, aber gebundenen Zustand in die ionisierten Zustände ist als Ionisationsübergang definiert. Dieser Übergang verwendet insbesondere Strahlungsenergie, die gerade zum Erreichen des ionisierten Niveaus ausreicht, wobei mehr Energie unnötig ist. Ein derartiger Ionisationsübergang ist gewöhnlich wegen des kleinen Querschnittes viel weniger wahrscheinlich und hat somit einen kleinen Wirkungsgrad. Es wurde nun eine Vorrichtung entwikkelt, die das Vorhandensein und die Lage zahlreicher Spitzenwerte im Ionisationsquerschnxtt über einem Energiebereich gut oberhalb des Ionisationsniveaus bestätxgt bzw. kennzeichnet oder festlegt. Die Spitzenwerte weisen eine sehr beträchtliche Steigerung im Querschnitt über Ionisationsübergängen im allgemeinen auf. Diese Spitzenwerte machen es vorteilhaft, angeregte Teilchen durch Anregung auf eines der erhöhten Niveaus

oberhalb der Ionisation durch einen übergang eines erhöhten Querschnittes zu ionisieren.

Der durch den Autoxonisationsübergang mit erhöhtem Querschnitt erreichte obere Zustand wird manchmal als aus einem elektronisch angeregten Ionenkern bestehend angesehen, der mit einem lose gebundenen Elektron versehen ist, wobei die gesamte Einheit ausreichend Energie enthält, so daß, wenn der angeregte Ionenkern in den Ionengrundzustand abfällt, die dabei auftretende Energiefreigabe ausreicht, um das Elektron auszustoßen. Dies führt zur Ionisation. Derartige Zerfälle

-11 treten insbesondere in Zeiten in der Größenordnung von 10 s auf und haben entsprechend der Unschärferelation Spektrallinien-

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breiten in der Größenordnung von 100 GHz. Diese Breiten sind bezüglich jeder Doppler- oder Isotopenverschiebung groß, jedoch ausreichend schmal, um Spitzenwerte mit merklichem Querschnitt zu zeigen.

Diese Situation wird in vorteilhafter Weise mittels mäßig breitbandiger Strahlung ausgenutzt, die für einen Autoionisationsübergang eines erhöhten Querschnittes abgestimmt ist. Die breitbandige Strahlung wird wirksamer erzeugt, aber wegen der großen Breite des Spitzenwertes innerhalb des Bereiches eines erhöhten Querschnittes gehalten. Während die Autoionisationsstrahlung über diesen relativ weiten Spitzenwert zerstreut ist, wird ein größerer Ionisationsquerschnitt erreicht und eine weniger starke Strahlung benötigt. Mit der weniger starken Strahlung ist die Wahrscheinlichkeit einer unselektiven Ionisation durch Mehrphotonabsorption aus dem Grundzustand verringert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 näher erläutert, in der ein Energiestufendiagramm für die bevorzugte Form der isotopenselektiven Fotoionisation entsprechend der Erfindung gezeigt ist. Ein erster Übergang 12 wird vom Grundzustand 14 oder möglichen, tiefliegenden, thermisch angeregten Zuständen zu einem ersten angeregten Zustand 16, abhängig von einer isotopenselektiven Laserstrahlung von einem ersten Laser erzeugt. Eine Anregung vom Zustand 16 erfolgt in einer zweiten Energiestufe 18 zu einem zweiten angeregten Zustand 20. Die den Übergang 18 erzeugende Strahlung kann zur Isotopenselektivität abgestimmt oder nicht abgestimmt sein. Aus dem zweiten angeregten Zustand 20 wird ein letzter Fotoionisationsübergang 22 zu einem dritten angeregten Zustand erzeugt, der oberhalb des Ionisationsniveaus26 liegt. Aus dem angeregten Zustand 24 zerfällt das angeregte Atom automatisch

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in ein Ion 28 und in ein freies Elektron 30. Anstelle der zwei Stufen 12 und 14 können auch eine Stufe, drei Stufen oder mehr Stufen verwendet werden. Die Zwischenenergieniveaus können aus herkömmlichen Tabellen gewählt werden (vgl. z. B. LA-4501, „Present Status of the Analyses of the First and · Second Spectra of Uranium (U I and U II) as Derived from Measurements of Optical Spectra", Oktober 1971).

Das Ionisationsniveau 26 für Uran in Elementarform als Dampf atomarer Teilchen beträgt ca. 6,18 eV (9,90036 · 10 J) oder liegt gerade unterhalb 50 000,0 Wellenzahl. Die Frequenz für den Übergang 22 liegt insbesondere im Bereich von 5800 bis 6000 A (0,58 bis 0,6 μΐη) bzw. 16 667 bis 17 241 Wellenzahl, und der dritte angeregte Zustand 24 liegt insbesondere im Bereich von 50 bis 300 Wellenzahl oberhalb des Ionisationsniveaus 26. In dieser Form beträgt jeder Übergang 12, 18 und 22 ungefähr 1/3 des gesamten Ionisationspotentials für das Uranatom als bevorzugte Beziehung. Die Strahlungen für die Übergänge 12, 18 und 22 wirken vorzugsweise gleichzeitig ein, aber sie können auch in der Zeitfolge des Auftretens jedes Überganges leicht versetzt sein, wie dies weiter unten näher erläutert wird.

Die für jeden der Übergänge 12, 18 und 22 verwendeten Laser sind vorzugsweise abstimmbare Farbstofflaser, z. B. ein Dial-A-Line-Laser der Firma Avco Everett Research Laboratory, Everett, Mass., USA. Der letzte Laser für den Übergang 22 ist vorzugsweise so abgestimmt, daß er eine größere Bandbreite als die Bandbreite umfaßt, die für übergänge zwischen angeregten Zuständen verwendet wird. Aufgrund der oben erwähnten Unschärferelation liegt die Strahlungsabsorptions-Bandbreite für die

ο —10

Fotoionisation in der Größenordnung von 0,5 A (0,5 · 10 m) oder etwa bei 1,5 Wellenzahl bei den vorzugsweise verwendeten Frequenzen. Dies erfolgt über eine Größenordnung, die wei-

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ter ist als vorzugsweise zwischen Absorptionslinien für verschiedene Isotopen beim gleichen übergang auftretende Unterschiede.

Damit muß eine Isotopenselektivität durch selektive Anregung in unteren Übergängen erzeugt werden, wie z. B. in den übergängen 12 und 18. Dies erlaubt es, daß der Übergang

22 mit einem Breitbandlaser einer Atmung von ca. 0,5 A (0,5 •10~ m) erzielt wird, der im Laserbetrieb wirksamer ist, indem im Farbstofflaser gegenüber anderen Übergängen weniger Frequenzeinschränkungen verwendet werden.

Entsprechend der oben erläuterten Möglichkeit zum Festlegen oder Ausweisen bestimmter Ionisationsübergänge zur Anregung in den dritten angeregten Zustand 24 (vgl. unten) kann ein übergang mit einer Verbesserung im Querschnitt von 1, 2 oder mehr Größenordnungen gewählt werden, wodurch die früher auftretenden Schwierigkeiten zum Erzielen einer Ionisatin aufgrund eines relativ kleinen Querschnittes beträchtlich überwunden werden.

Anhand der Figuren 2 und 3 wird eine Vorrichtung für die Erfindung näher erläutert (vgl. auch US-PS 3 939 354).

Diese Vorrichtung hat eine Kammer 40, die von einer Reihe von Spulen 42 umgeben ist, die einen Strom zum Erzeugen eines axial in der Kammer 40 verlaufenden Magnetfeldes 44 führen.

Strahlung wirkt in einem Laserstrahl 46 über ein Fenster 48 auf einem Ansatzrohr 50 auf das innere der Kammer 40 und insbesondere zwischen die Platten eines als Ionenabsauger wirkenden Beschleunigers 52 ein. Der Beschleuniger 52 liegt ober-

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halb einer Dampfquelle 54, die insbesondere ein Elektronenstrahlverdampfer für in einem Vorrat oder Behälter vorliegendes Uran ist. Der Verdampfer erzeugt eine radial sich ausdehnende Dampfströmung in den Beschleuniger 52 über der axialen Länge der Kammer 40.

Dies ist in Fig. 3 deutlicher dargestellt, in der die Dampfquelle einen Tiegel 56 mit einem Uranvorrat 58 aufweist, der durch das Auftreffen eines linear magnetisch fokussierten Elektronenstrahles 60 verdampft wird, um in den Bereich des Beschleunigers 52 auszutreten. Der Beschleuniger 52 besteht aus einer Reihe von Kammern 62, die durch Sammelplatten 64 verbunden sind und jeweils eine Mitten-Anodenelektrode 66 aufweisen. Zwischen der Anode 66 und den Sammelplatten 64 in der Kammer 62 bestehen Bereiche 68 der Laserbestrahlung. Das Muster der Bereiche 68 kann durch Erzeugen von Mehrfach-Reflexionen des Strahles 46 und/oder durch Formen des optischen Strahles in den ungefähren gewünschten Querschnitt erzielt werden. Zu diesem Zweck können auch andere Techniken eingesetzt werden.

Die laserbestrahlten Bereiche 68 werden in Impulsen bestrahlt, denen direkt ein Impuls eines elektrischen Feldes zwischen den Anoden 66 und vorzugsweise den Sammelplatten 64 oder eine Plasmaumgebung im allgemeinen durch eine gepulste Spannungsquelle 70 folgt.

Der Strahl 46 ist vorzugsweise ein gemischter Strahl, der die drei Farben für die Übergänge 12, 18 und 22 aufweist und in der in Fig. 4 gezeigten Weise erzeugt ist. Insbesondere ist eine Folge von drei Farbstofflasern 80, 82 und 84 vorgesehen, deren Ausgangsstrahlen zu einem Strahlmischer 86 führen, der ein Prisma oder ein dichroitisches Element sein kann.

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Der Strahlmischer 86 erzeugt den gemischten Ausgangsstrahl 46, der auf die Kammer 40 in Fig. 2 einwirkt.

Die Laser 80, 82 und 84 werden durch einen Taktgeber 88 gesteuert, um insbesondere zusammenfallende Impulse von wenigstens einem wesentlichen Bruchteil einer Zeitdauer einer μβ zur Einwirkung als der gemischte Strahl 46 auf die Kammern zu erzeugen.

Um die Frequenzen der gewünschten Übergänge 22 des erhöhten Querschnittes festzulegen oder zu bestimmen, kann ein Motor 90 vorgesehen sein, um die Abstimmung eines Bauteiles, wie z. B. eines Gitters 92, in einem durch Spiegel 95 und 97 des Lasers 84 bestimmten Hohlraum 94 zu steuern, wodurch die Frequenz eines Ausgangsstrahles 96 des Lasers 84 abgetastet wird. Durch langsames Ändern der Strahlungsfrequenz werden verschiedene Beträge der Ionisation in der Kammer 62 und insbesondere im Bereich 68 der Einwirkung des Laserstrahles erzeugt. Die Ionisationsrate bei jeder Isotopenzahl kann dann mittels eines herkömmlichen Massenspektrometers 98 mit einer Sonde 100 in der Kammer 40 erfaßt werden, um die Ionen auf übliche Art zu ermitteln, die auf der Fotoionisation und/oder Beschleunigung beruhen.

Um die Niveau-Laseranreicherung zu bewerkstelligen, sind die Laser 80, 82 und 84 vorzugsweise mit mehreren Verstärkerstufen verstärkt. Um zusätzlich die gewünschten Impulsfolgefrequenzen zu erreichen, können vorzugsweise mehrere Lasersysteme für jeden Laser 80, 82 und 84 verwendet werden, deren jedes sequentiell gezündet und in den Impulsen gemischt wird, um eine erhöhte Impulsfrequenz mittels des Mechanismus sich drehender optischer Elemente zu bewirken (vgl. US-PS 3 924 937)

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Leerseife

Claims (40)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Ionisieren von Teilchen einer gewählten Isotopenart in einer Umgebung mehrerer Isotopenarten,

gekennzeichnet durch

a) selektives Anregen der Teilchen der gewählten Isotopenart in einer Energiestufe oder in mehreren Energiestufen auf einen angeregten Zustand, und

fa) Einwirken elektromagnetischer Strahlung einer vorbestimmten Spektralbreite und -frequenz, die auf eine Absorntionslinie für die Teilchen im angeregten Zustand abgestimmt ist,

die einerseits die Teilchen aus dem angeregten Zustand auf einen Zustand innerhalb eines vorbestimmten Energiebereiches oberhalb des Ionisationsniveaus anregt, und

die andererseits die Teilchen mit einer vorbestimmten Frequenz anregt, die um wenigstens eine Größenordnung stärker absorbiert wird als die Absorption bei unmittelbar benachbarten Frequenzen.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das selektive Anregen ein Anregen in wenigstens drei Energiestufen auf den angeregten Zustand aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektromagnetische Strahlung in einem Bereich von ca. 5800 bis 6000 A (0,58 bis 0,6 μπι) abgestimmt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der vorbestimmte Energiebereich ca. 50 bis 300 cm oberhalb des Ionisationsniveaus liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das selektive Anregen das Einwirken wenigstens einer Frequenz einer schmalbandigen Strahlung aufweist, die selektiv für eine Absorptionslinie des gewählten Isotops abgestimmt ist,

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wobei die vorbestimmte Spektralbreite wesentlich größer als die Spektralbreite der schmalbandigen Strahlung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die vorbestimmte Spektralbreite in der Größenordnung von ca. 0,5 A (0,5 · 10~¹⁰ m) liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

Ändern der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung über einen Bereich einschließlich der vorbestimmten Frequenz und Frequenzen auf jeder Seite hiervon, die weniger stark durch Teilchen im angeregten Zustand absorbiert werden, und

Erfassen des Absorptionsgrades durch die Teilchen im angeregten Zustand über dem Bereich der Frequenzänderung.

8. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen Uranatome aufweisen.

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-A-

9. Verfahren nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

235 daß das gewählte Isotop das U -Isotop ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Trennen der in den Zustand oberhalb des Ionisationsniveaus angeregten Teilchen von der Umgebung.

11. Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet,

daß das Trennen das Einwirken gekreuzter elektrischer und magnetischer Felder aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektromagnetische Strahlung eine Laserstrahlung umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß das selektive Anregen ein Anregen in zwei Energiestufen umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die selektiv anregende Stufe die Stufe der Einwirkung der Laserstrahlung umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stufe der Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung das Erzeugen einer Autoionisation von Teilchen im angeregten Zustand umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß die Autoionisationsstufe im allgemeinen ohne Isotopenselektivität bezüglich der Teilchen im angeregten Zustand erzeugt wird.

17. Verfahren zum Ionisieren von Teilchen einer gewählten Isotopenart in einer Umgebung mehrerer Isotopenarten,

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gekennzeich.net durch

selektives Anregen von Teilchen des gewählten Isotops auf ein Niveau unterhalb dessen Ionisationr

Einwirken auf die angeregten Teilchen von Photonen einer Energie, die zur weiteren Anregung der Teilchen auf einen gebundenen Energiezustand im wesentlichen oberhalb des lonisationsniveaus ausreicht, wobei der gebundene Zustand eine kurze, aber endliche Lebensdauer aufweist, die wesentlich kleiner als eine ns vor einem Zerfall in ein Ion und ein freies Elektron ist,

wobei die Energie der Photonen einen Energiebereich überspannt, der wesentlich größer als die Isotopenverschiebung für Isotopen der mehreren Isotopenarten einschließlich der gewählten Isotopenart ist, und der auf einen Absorptionsspitzenwert für die Teilchen zentriert ist, der um wenigstens eine Größenordnung größer als die Absorption für die unmittelbar benachbarten Photonenenergien ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß der Energiebereich wenigstens ca. 1,5 cm beträgt.

19. Verfahren nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet,

— 11 daß die Lebensdauer des angeregten Zustandes ca. 10 s beträgt, und

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daß der Energiebereich wenigstens ca. 100 GHz aufweist.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß der gebundene angeregte Zustand im Bereich von ca. 50 bis 300 cm oberhalb des Ionisationsniveaus für die Teilchen liegt.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

daß die Energie der einwirkenden Photonen ca. 5800 bis 6000 A (0,58 bis 0,6 μΐη) entspricht.

22. Verfahren zum Festlegen von Ionisationsspitzenwerten,

gekennzeichnet durch

Anregen von Teilchen auf ein angeregtes Niveau unterhalb von dessen Ionisationsniveau,

Einwirken auf die Teilchen von Photonen einer Energie, die zum Ionisieren der angeregten Teilchen ausreicht,

Ändern der Energie der einwirkenden Strahlung über einem Energiebereich, um die Teilchen über die Ionisation anzu-

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regen, und

Erfassen der Absorptionsrate für die einwirkenden Photonen als Funktion der Energie.

23. Vorrichtung zum Ionisieren von Teilchen einer gewählten Isotopenart in einer Umgebung mehrerer Isotopenarten,

gekennzeichnet durch

eine erste Einrichtung zum selektiven Anregen der Teilchen der gewählten Isotopenart in einer Energiestufe oder in mehreren Energiestufen auf einen angeregten Zustand, und

eine zweite Einrichtung zum Einwirken elektromagnetischer Strahlung einer vorbestimmten Spektralbreite und -frequenz, die auf eine Absorptionslinie für die Teilchen im angeregten Zustand abgestimmt ist,

die einerseits die Teilchen vom angeregten Zustand auf einen Zustand in einem vorbestimmten Energiebereich oberhalb des Ionisationsniveaus anregt, und

die andererseits die Teilchen mit einer vorbestimmten Frequenz anregt, die um wenigstens eine Größenordnung stärker absorbiert wird als die Absorption bei unmittelbar benachbarten Frequenzen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

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daß die erste Einrichtung Mittel zum Anregen in wenigstens drei Energiestufen auf den angeregten Zustand aufweist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektromagnetische Strahlung in einem Bereich von ca. 5800 bis 6000 Ä (0,58 ^ bis 0,6 /Um) abgestimmt ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

daß der vorbestimmte Energiebereich ca. 50 bis 300 cm oberhalb des Ionxsationsniveaus liegt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Einrichtung Mittel zum Einwirken wenigstens einer Frequenz einer schmalbandigen Strahlung aufweist, die selektiv für eine Absorptionslxnie des gewählten Isotops abgestimmt ist, und

daß die vorbestimmte Spektralbreite wesentlich größer als die Spektralbreite der schmalbandigen Strahlung ist.

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28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Spektralbreite in der Größenordnung

ο -in
von ca. 0,5 A (0,5 · 10 m) liegt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen Uranatome aufweisen.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29,

dadurch gekennzeichnet,

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daß das gewählte Isotop das U -Isotop ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch

eine dritte Einrichtung zum Trennen der auf den Zustand oberhalb des Ionisationsniveaus angeregten Teilchen von der Umgebung.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,

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daß die dritte Einrichtung Mittel zum Einwirken gekreuzter elektrischer und magnetischer Felder hat.

33. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektromagnetische Strahlung eine Laserstrahlung umfaßt.

34. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Einrichtung Mittel zum Anregen in zwei Energiestufen hat.

35. Vorrichtung zum Ionisieren von Teilchen einer gewählten Isotopenart in einer Umgebung mehrerer Isotopenarten,

gekennzeichnet durch

eine erste Einrichtung zum selektiven Anregen von Teilchen des gewählten Isotops auf ein Niveau unterhalb von dessen Ionisationsniveau,

eine zweite Einrichtung zum Einwirken auf die angeregten Teilchen von Photonen einer Energie, die zum weiteren Anregen der Teilchen auf einen gebundenen Energiezustand im

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wesentlichen oberhalb des ionisierten Niveaus ausreicht, wobei der gebundene Zustand eine kurze, aber endliche Lebensdauer hat, die im wesentlichen kleiner als eine ns vor einem Zerfall in ein Ion und ein freies Elektron ist,

wobei die Energie der Photonen einen Energiebereich überspannt, der im wesentlichen größer als die Isotopenverschiebung für Isotope der mehreren Isotopenarten einschließlich der gewählten Isotopenart ist und. auf einen Absorptionsspitzenwert der Teilchen zentriert ist, der um wenigstens eine Größenordnung größer als die Absorption für unmittelbar benachbarte Photonenenergien ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet,

—

daß der Energiebereich wenigstens ca. 1,5 cm beträgt.

37. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet,

daß die Lebensdauer des angeregten Zustandes ca. 10 s beträgt, und

daß der Energiebereich wenigstens ca. 100 GHz ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet,

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daß der gebundene angeregte Zustand im Bereich von ca. 50 bis 300 cm"
chen liegt.

bis 300 cm oberhalb des Ionisationsniveaus für die Teil-

39. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet,

daß die Energie der einwirkenden Photonen ca. 5800 bis 6000 A (0,58 ,um bis 0,6 /um) entspricht.

40. Vorrichtung zum Bestimmen von Ionisationsspitzenwerten,

gekennzeichnet durch

eine erste Einrichtung zum Anregen von Teilchen auf ein angeregtes Niveau unterhalb von dessen Ionisationsniveau,

eine zweite Einrichtung zum Einwirken auf die Teilchen von Photonen einer Energie, die zum Ionisieren der angeregten Teilchen ausreicht,

eine dritte Einrichtung zum Verändern der Energie der einwirkenden Strahlung über einen Energiebereich zum Anregen der Teilchen auf ein Niveau oberhalb der Ionisation, und

vierte
eine/Einrichtung zum Erfassen der Absorptionsrate für die einwirkenden Photonen als Funktion der Energie.

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