DE2855365A1

DE2855365A1 - Verfahren und vorrichtung zur isotopentrennung

Info

Publication number: DE2855365A1
Application number: DE19782855365
Authority: DE
Inventors: Cheng-Lin Chen
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1977-12-22
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1979-07-05
Also published as: JPS5491700A; CA1107681A; US4255404A; AU4178278A; GB2010795A; FR2412339A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Isotopentrennung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Isotopentrennung und insbesondere ein Trennverfahren, das auf eine Vergrößerung der Massenunterschiede durch die Einstrahlung von Photonen beruht.

Bestimmte Isotopenarten sind für viele Zwecke nützlich, wie beispielsweise für medizinische Geräte und Behandlungsverfahren, Tracer-Studien chemischer und biologischer Prozesse und für Target-Materialien sowie Brennstoffe für Kernreaktoren. Die am weitesten verbreitete Verwendung von Isotopen erfolgt derzeit wohl in Kernreaktoren, die üblicherweise beispielsweise einen Brennstoff mit angereichertem Uran 235 benötigen.

Das am weitesten verbreitete Verfahren zur Isotopentrennung ist heute die Gasdiffusion, die ein großes, komplexes und teures Kaskadennetzwerk benötigt. In neuerer Zeit werden Systeme in Betracht gezogen, die auf Technologien der

Destillation

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Destillation und der Photoionisation in Gegenwart magnetischer und elektrischer Felder beruhen. Ein Beispiel für die letztere Technologie findet sich in der US-PS 3 772 und der US-PS 3 443 o87.

Die Trennung von Isotopen in Zentrifugen wurde ebenfalls in Betracht gezogen. Dies erfordert jedoch eine große Anzahl von Zentrifugen, um die gewünschten Resultate zu erhalten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirkungsvolles Verfahren zur Isotopentrennung anzugeben, d.h. ein Verfahren, das nicht den außerordentlichen Aufwand für eine Trennvorrichtung benötigt, wie dies bei den heutigen Verfahren üblich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Trennung von Isotopenarten in einem Isotopengemisch, das eine erste Substanz mit einem ersten Isotop und eine zweite Substanz mit einem zweiten Isotop umfaßt, wobei die erste Substanz gezielt und bevorzugt gegenüber der zweiten Substanz angeregt wird, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die gezielt angeregte erste Substanz danach mit einem Elektron,einer ausgewählten Strahlung oder einer chemischen Substanz zur Reaktion gebracht wird, um ein die erste Substanz enthaltendes Produkt zu formen, dessen Masse sich in höherem Maße als die Masse der ursprünglichen ersten Substanz von der zweiten Substanz unterscheidet, und daß das Gemisch durch eine unter Einsatz der Zentrifugalkraft arbeitende Trennvorrichtung geleitet wird, in der infolge des vergrößerten Massenunterschides das Produkt von dem Rest des Gemisches abgetrennt wird und einem eigenen Strömungsweg folgt, der sich von dem Strömungsweg des Restes des Gemisches unterscheidet

"■■*

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scheidet, wobei beide Strömungswege in verschiedene Auslaßöffnungen münden.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Prinzip, daß der Isotopentrennungsfaktor einer Massentrennvorrichtung wie beispielsweise einer Gaszentrifuge oder einer aerodynamischen Düse vergrößert wird, wenn die Massendifferenz zwischen den Isotopenarten innerhalb der Düse oder des Rotors größer gemacht wird.

Die ausgewählte Substanz wird angeregt und kann in dem angeregten Zustand dazu gebracht werden, in einer bestimmten Weise zu reagieren, wobei diese Reaktion zu einem das spezielle Isotop enthaltenden Produkt führt, das eine Masse aufweist, die sich von der Masse des ursprünglichen Isotops wesentlich unterscheidet, worauf die Massendifferenz dazu verwendet werden kann, das gewünschte Produkt aus dem Gemisch abzutrennen.

Gemäß einer ersten Ausfuhrungsform wird die Massendifferenz durch eine photoselektive dissoziative Elektronenanlagerungsreaktion vergrößert. Das Gemisch einschließlich der ausgewählten angeregten Substanz wird freien Elektronen mit geeigneten Energien ausgesetzt, so daß die in gezielter Weise angeregte molekulare Substanz eine Dissoziation nach der Elektronenanlagerung erfährt. Das negative Ion des Produktes besitzt eine kleinere Masse als die ursprüngliche Substanz und kann daher leichter aus dem Gemisch durch Verfahren abgetrennt werden, die von der Größe der Masse der Substanz abhängen.

In einer anderen Ausführungsform wird die Massendifferenz durch eine mehrstufige selektive dissoziative Ionisation

erhöht

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erhöht. Nach der überführung der ausgewählten, das Isotop enthaltenden Substanz in einen angeregten Zustand wird die Substanz nochmals gezielt bestrahlt wie beispielsweise in einem bestimmten Feld bis über die Ionisations- und Dissoziationsgrenze hinaus, so daß ein freies Elektron und ein neutraler Bestandteil aus dem Molekül freigegeben werden. Das verbleibende Produkt ist ein positives Ion mit einer Masse, die sich von der Masse der ursprünglichen Substanz unterscheidet, wobei entweder der neutrale Bestandteil oder das Ion das spezielle gewünschte Isotop enthalten.

Eine weitere Ausfuhrungsform stellt eine Kombination dieser beiden eben beschriebenen Verfahren dar. Eine ausgewählte Verbindung in einem unter einer bestimmten Bestrahlung stehenden Gemisch hat Bestandteile, die nach einem der beiden oben beschriebenen Verfahren behandelt werden können. Hier sind die bei der mehrstufigen selektiven dissoziativen Ionisationsreaktion entstehenden Photoelektronen in dem geeigneten Energiebereich, so daß die photoselektive dissoziative Elektronenanlagerung bei der selektiv angeregten, das gewünschte Isotop enthaltenden Substanz angewendet werden kann. Daher enthalten die Produkt-ionen positive und negative Ionen derselben Isotopensubstanz. Diese Ionen können dann gemeinsam reagieren unter Bildung neutraler Moleküle als Endprodukt. Diese Produktmoleküle haben eine gegenüber der ursprünglichen Masse geringere Masse, was gleichbedeutend mit einem Anwachsen der ursprünglichen Massendifferenz der Isotope ist. Daher kann das entsprechende Isotop leichter von dem Rest des Gemisches abgetrennt werden.

Schließlich

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Schließlich wird in einer weiteren Ausführungsform die selektiv angeregte Substanz dazu gebracht, in einer bevorzugten chemischen Reaktion mit einem Reaktionspartner zu reagieren, um eine chemische Verbindung zu bilden, welche das ausgewählte Isotop enthält. Das Produkt hat eine von der ursprünglichen Substanz verschiedene Masse und kann daher leicht aufgrund der vergrößerten Massendifferenz abgetrennt werden.

Es ist für den Fachmann klar, daß die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht vollständig ablaufen. Es versteht sich daher, daß bei einer Verwendung des Begriffes "Trennung" und dergleichen eine Erhöhung der Konzentration des ausgewählten Isotops gegenüber der Ausgangssubstanz gemeint ist.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Rotor,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer Hochgeschwindigkeitsdüse ,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von Photoanregungs-Prozessen, und

Fig. 4 eine weitere schematische Darstellung von Photoanregungs-Prozessen.

Atomare

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Atomare und molekulare Substanzen unterschiedlicher Masse können mit Hilfe der Zentrifugalkraft getrennt werden, so daß die schwerere Substanz über einen bevorzugten Strömungsweg abfließt, während die leichtere Substanz einen anderen Weg nimmt. Wenn erst einmal spezielle Strömungswege oder Orte für verschiedene Substanzen erreicht sind, ist ein getrenntes Auffangen relativ einfach.

Zwei von einer großen Anzahl von Trennvorrichtungen, die sich den Massenunterschied zunutze machen, sind in den Fig. 1 und 2 vereinfacht dargestellt. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diese beiden Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Fig. 1 zeigt einen Rotor 6, der durch eine Antriebsvorrichtung wie beispielsweise einen Motor 8 mit einer hohen Drehgeschwindigkeit angetrieben wird. Der Rotor 6 weist einen Einlaß 14 auf, durch den ein vorzugsweise gasförmiges Gemisch mit den zu trennenden Substanzen in den Rotor 6 eingeführt wird. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung können auch Elektronen durch den Einlaß 14 oder durch eine andere Einlaßvorrichtung 1o zugeführt werden. Der Einlaß 14 umfaßt ferner Mittel wie beispielsweise Durchbrechungen 16 zur Abgabe des Gemisches oder anderer Partikel oder Substanzen in den Rotor 6. Der erfindungsgemäße Rotor 6 kann ferner eine transparente Oberfläche aufweisen, wie beispielsweise ein Fenster 12, durch das Photonen in den Rotor eingestrahlt werden können, wie dies später noch erläutert wird. Aufgrund der hohen Winkelgeschwindigkeit des Rotors 6 ist das Gemisch einer Zentrifugalkraft ausgesetzt, so daß die schwereren Substanzen dazu neigen, sich am Außenumfang des Rotors anzusammeln und dort eine höhere Konzentration zu haben, während die leichteren Substanzen dazu neigen, sich nahe dem Zentrum des Rotors 6 zu sammeln. Folglich können

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die schweren Substanzen durch einennahe dem Umfang des Rotors 6 angeordneten Auslaß 18 und die leichteren Substanzen durch einen Auslaß 2o abgeführt werden, der näher am Zentrum des Rotors angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt den Düsenbereich 28 einer Zentrifuge. Aufgrund der gekrümmten Oberfläche eines Deflektors 3o und der relativen Lage von Schenkeln oder Zinken 32, 34 werden die in einen Ablenkbereich 36 eintretenden Substanzen entweder durch einen Auslaß 38 oder durch einen Auslaß 4o abgeführt. Die Substanzen sind einer großen Zentrifugalkraft ausgesetzt, wenn ein Düsenstrahl du^ch eine Verengungsstelle 42 hindurchströmt, wobei die schwereren Substanzen vorzugsweise einem Weg zum Auslaß 4o folgen und die leichteren Teilchen bevorzugt einen Weg zum Auslaß 38 nehmen.

Es kann gezeigt werden, daß ein Isotopentrennungsfaktor S für derartige Systeme folgender Beziehung genügt:

2RT

- 1 (D

wobei Λ M die Molekulargewichtsdifferenz zweier Isotopenarten, ν die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors oder die Geschwindigkeit des expandierenden Strahles, R die allgemeine Gaskonstante und T die absolute Temperatur des Gasgemisches ist. So gilt beispielsweise für die Trennung von

Uran-235 von Uran-238 mit ν = 2,ο χ 1o cm/sek, T = 333°K und ΔΜ = 3 für den Isotopentrennungs faktor S = 2,24 χ

Aus

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ΛΛ

Aus Gleichung (1) erkennt man, daß der Isotopentrennungsfaktor vergrößert werden kann, wenn die Massendifferenz A M vergrößert wird.

Ein Vergrößern der Massendifferenz kann auf verschiedene Arten erreicht werden, die auf selektiverPhotoanregung beruhen. Fig. 3 zeigt in vereinfachter Weise einen solchen selektiven Photo-Anregungsprozeß. Weitere Details über solche Prozesse sind in der oben genannten US-PS 3 772 519 beschrieben und werden hier nur kurz zusammengefaßt. Fig. 3 zeigt, daß ein Molekül oder ein Atom in verschiedenen Energiezuständen existieren kann, einschließlich des Grundzustandes und der angeregten Zustände unter Einschluß von Rotationsanregung, Vibrationsanregung und/oder elektronischer Anregung. In der Fig. 3 ist eine Isotopenverschiebung α für die Absorptionsspektren zweier Verbindungen XY und XY dargestellt, wobei X und X verschiedene Isotopen eines gegebenen Elementes bezeichnen und Y ein weiteres Element oder eine Verbindung in dem Molekül XY ist. Fig. 3 zeigt ferner, daß die Verbindung XY selektiv bevorzugt vor der Verbindung XY aus dem Grundzustand in einen vorgewählten angeregten Zustand angeregt werden kann, der mit XY bezeichnet wird. Die Anregung erfolgt durch die Zufuhr von Energie in Form einer Absorption von Strahlung h l?.., wobei \P* die ausgewählte Strahlungsfrequenz und h die Planck'sehe Konstante ist. Während verschiedene angeregte Zustände existieren, wie beispielsweise der Zustand A in Fig. 3, der durch eine weitere gezielte Anregung durch Bestrahlung des Zustandes XY* mit einer Strahlung h i/₂ (in einen Zustand, der mit XY** bezeichnet ist), erreicht werden kann, zeigt die Fig. 3 ferner, daß der Zustand XY auch durch gezielte Einstrah

lung

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lung mit einer Energie h V, bis an die Grenze angeregt werden kann, bei der eine dissoziative Ionisation eintritt. Durch Einstrahlung einer Energie h \J. kann diese Schwelle auch überschritten werden. Bei Erreichen des Zustandes der dissoziativen Ionisation wird ein Elektron ausgesandt unter Bildung eines positiven Ions X (oder Y ) und eines neutralen Bestandteiles Y (oder X).

In allen hier beschriebenen Ausführungsformen wird eine ausgewählte Isotopenart anfangs bevorzugt durch eine schmalbandige Strahlung bei einer vorbestimmten Wellenlänge erregt.

Bei einer Ausführungsform wird die gezielt angeregte Verbindung XY^ freien Elektronen e~ ausgesetzt und infolgedessen mit diesen zur Reaktion gebracht, so daß ein negatives Ion gebildet wird, welches das spezielle Isotop X enthält. Diese dissoziative Anlagerung eines Elektrons kann dargestellt werden durch:

XY* + e~ * x" + Y (2)

* + e"—> XY~_n_., + Y (3)

Es ist bekannt, daß die Reaktionen (2) und (3) einen Wir kungsquerschnitt haben, der mit dem Ausmaß der inneren Anregung der Verbindung XY stark anwächst. Daher erzeugt die gezielte Photoanregung gasförmiger Moleküle in Verbindung mit Reaktionen mit Elektronen geeigneter Energie X~ + Y bevorzugt vor ¹X~ + Y, oder XY~ _■, + Y bevorzugt vor ¹XY_n-1 + Y-

Als

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1$

Als ein Beispiel kann das Verfahren bei einem Gemisch mit

j O C O O Q

ü Fg und ü F_fi (üranhexafluorid) beschrieben werden durch:

U²³⁵F₆/ + e"—>U²³⁵F₅" + 1/2 F₂ (4)

O O Q

Nach der Reaktion (4) enthält das Gemisch UF-, einiges

235
nicht zur Reaktion gekommene U F-., freie Fluoratome und

235 Elektronen und das neu gebildete U F₁T . Es ist offensicht-

235
lieh, daß sich die Masse des U F_ von den restlichen

Bestandteilen des Gemisches unterscheidet und daher erfindungsgemäß abgetrennt werden kann. Es ist ferner zu bemerken, daß durch Ladungsaustauschreaktionen, beispielsweise durch eine Reaktion

UF _c + UF _c
bo

das UF₅ in ein neutrales Molekül UF₅ umgewandelt werden kann. Dieser Ladungsaustausch berührt jedoch nicht wesentlich die erhöhte Massendifferenz, welche der Schlüssel für die verbesserte Isotopentrennung ist.

Die als Beispiel angeführte Reaktion (4) hat einen Schwellwert von 1 eV bei Raumtemperatur und steigt auf einen Spitzenwert bei etwa 2 eV an. Folglich sollten die Elektronen eine Energie von weniger als 1 eV haben, um eine Reak-

238 tion mit im Grundzustand befindlichen Molekülen des υ F_g zu vermeiden. Der Isotopentrennungsfaktor S für die angegebene Beispielsreaktion ergibt sich mit Am = 22

000 ooc 4

(zwischen U F₆ und U F₅), ν = 2,ο χ 1o cm/sek, und T - 333°K, zu:

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(22)(2.0 χ 1o⁴)²

2(8,32 χ 1o') 333

- 1 = o,172

was eine Steigerung um den Faktor 8 gegenüber den oben beschriebenen herkömmlichen Systemen bedeutet.

Bei einer anderen Ausfuhrungsform wird eine gezielte stufenweise Absorption zur Bildung eines positiven Ions verwendet. Die eingangs genannte US-PS 3 443 o87 beschreibt die Bestrahlung eines Isotopengemisches mit zwei Lichtstrahlen, von denen einer aus ultraviolettem Licht besteht. Der erste Lichtstrahl mit einer Energie hi7. ist für eine gezielte Anregung vorzugsweise stark monochromatisch:

h U₁ +XY > (XY)* (5)

und der zweite Strahl liefert die Energie, um die Verbindung (XY) dissoziativ zu ionisieren, das heißt

hU₂ + (XY)*—^X⁺ + Y + e (6)

Im folgenden wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Es wurde gefunden, daß es äußerst wünschenswert ist, der von Robieux und Anderen in der US-PS 3 443 o87 angegebenen Methode die zusätzliche Bedingung hinzuzufügen, daß (V^ - hv>₁)<

h V^₂ ^ ^Vi' wobei ^v-i das Ionisationspotential der Reaktion XY-⁵TX⁺ + Y + e~ ist. Diese Bedingung erlaubt die stufenweise Ionisation der gewünschten Isotopenart, während

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rend sie die direkte Ionisation einer unerwünschten Isotopenart durch hy?- ausschließt. Sie schließt allerdings nicht die stufenweise Ionisation einer unerwünschten Isotopenart nach den folgenden Reaktionen aus:

h V₂ + ¹XY X¹XY)* (7)

(¹XY)* >1_χ ⁺ + Y + e~ (8)

wobei X in den Reaktionen (7) und (8) ein anderes Isotop der in den Reaktionen (5) und (6) vorkommenden Substanz X ist. Diese nicht erwünschte parallel stattfindende Ionisation vereitelt vermutlich den Erfolg der gezielten Ionisation, wenn man nicht die weitere Bedingung für hi^₂ aufstellt, daß XY für die V₂ entsprechende Wellenlänge transparent ist. Alternativ hierzu können sowohl hy., als auch h^2 stark monochromatisch sein, so daß sie selektiv nur von XY absorbiert werden.

Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, daß man h \) * und h V - ^so wählt, daß zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen die Elektronenerzeugung in der Reaktion (6) so bewerkstelligt werden kann, daß sie eine geeignete Energie aufweisen, um selektiv und dissoziativ an XY gebunden werden können. Eine dissoziative Anfügung von Elektronen hat eine niedrigere Schwelle und einen größeren Wirkungsquerschnitt für eine intern angeregte Substanz als für eine nicht angeregte Substanz. Daher

sind

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sind für ein elektro-negatives Gas wie beispielsweise UFg die folgenden selektiven Vorgänge höchstwahrscheinlich:

XY* + e~ >x" + Y (9)

X~ + X⁺ =► 2X (1o)

Demgemäß ergibt sich bei Bezugnahme auf das Ausführungs-

238 235 beispiel mit einem Gemisch aus U F_r und U F,- aus den Reaktionen (5) und (6) gemäß den oben diskutierten Bedingungen :

Tat; o-at; ■:

/ (11)

•JOE j£ OQC 4. _

U Fg + hV₂ ^11"³F₅ +F + e (12)

235 +
Das gebildete positive U F₅ -Ion kann folglich leicht aus dem Rest des Gemisches abgetrennt werden, welches U Fg, nicht zur Reaktion gekommenes U F_g, freies Fluor und Elektronen enthält, wobei die Trennung aufgrund der erhöhten Massendifferenz erfolgt. Der Trennungsfaktor S ist für dieses Verfahren derselbe wie für die Erzeugung

235 des negativen Ions U F₅ , nämlich o,172.

Ferner können die bei der Reaktion (12) erzeugten Elektronen, sofern sie jeweils eine geeignete Energie aufweisen,

mit

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235 4
mit U F' gemäß der Gleichung (4) reagieren

U²³⁵F* + e ^ U²³⁵F_C + F (4)

O D

Daher können sowohl die Vorteile einer gezielten dissoziativen Ionisation als auch einer gezielten dissoziativen

235 + Anfügung eines Elektrons erreicht werden. Das U P. und

235 -

das U F₅ können unter dem Einfluß einer Raumladung gemäß Gleichung (1o) reagieren:

U²³⁵F* + U²³⁵F ~ > 2U²³⁵F- (13)

235

Das Produkt U F_ kann entsprechend dem Prinzip der erhöhten Massendifferenz abgetrennt werden. Der Wirkungsquerschnitt für den gemäß Gleichung (4) ablaufenden Prozeß kann durch eine Veränderung der Photon-Energie hv, verstärkt werden, so daß die bei der Reaktion (12) ausgestoßenen Elektronen hiermit eine geeignete Energie besitzen. Der Trennungsfaktor des gesamten Prozesses der Reaktion (13) ergibt sich ebenfalls zu S = o,172.

Bei einer weiteren Ausführungsform, die als photochemische Vergrößerung der Massendifferenz bezeichnet wird, wird eine ausgewählte chemische Reaktion in Verbindung mit einer gezielten Anregung verwendet. Ein endothermischer chemischer Prozeß kann allgemein beschrieben werden durch:

X + YZ + ENERGIE > XZ + Y (14)

In Reaktion(14) kann die erforderliche Energie mit der An-

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if

regungsenergie zur Anregung von X in einen speziellen angeregten Zustand oder in angeregte Zustände gleichgesetzt werden. Entsprechend der Isotopenverschiebung kann daher XZ bevorzugt vor XZ erzeugt werden. So wurde beispielsweise von Pertel und Gunning (Can» J. Chem., Vol. 37, p.35,1959) gezeigt, daß mit Photonen angeregte Isotope des Quecksilbers bevorzugt zur Reaktion gebracht werden können gemäß den folgenden Gleichungen:

iHg/ + HOH ^¹Hg OH + H (15)

iHg/¹ + HOH ^ H + OH + ^g (16)

wobei i ein ausgewähltes Isotop bezeichnet. Analog wird erwartet, daß UF₆ ebenfalls bevorzugt in folgender Weise reagiert:

ü ° P,⁷ + nH~—>ü F. + 2HF + (n-1) H₀ (17)

235
Folglich kann das U F. aus dem Gemisch aufgrund der vergrößerten Massendifferenz abgetrennt werden.

Man erkennt, daß in allen beschriebenen Trennverfahren aufgrund einer Vergrößerung der Massendifferenz eine endliche Wahrscheinlichkeit vorhanden ist, daß einige der ausgewählten zur Reaktion gebrachten Isotope einenIsotopenaustausch mit anderen Isotopen erfahren:

XZ + ¹X > ¹XZ + X (18)

oder

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oder zum Beispiel:

u²³⁸—^U²³⁸F_{5 +} U²³⁵ (19)

Da das verwendete Massentrennungssystem auf der Trennung und Gewinnung der gewünschten Isotopenart vor dem Isotopenaustausch gemäß der Reaktion (18) stattfindet, beeinträchtigt ein solcher Austausch den Gesamtwirkungsgrad bei der Trennung. Vorzugsweise sollte daher die Zeitspanne zwischen der Erzeugung der gewünschten Substanz und ihrem Durchlauf durch die Trennvorrichtung so klein wie möglich gehalten werden. Beispielsweise kann die Zeitspanne t_f für die Bildung des negativen Ions X in der Reaktion (2) abgeschätzt werden zu:

t_f - 3^1— sek.,

wobei k der Koeffizient für die dissoziative Anfügung

3
eines Elektrons in cm /sek und η die Elektronendichte in

-3
der Reaktionszone in cm bezeichnet. Die Isotopenaustauschzeit t „ für die Reaktion (18) beträgt:

6X

sek

"ex

wobei k_ der Koeffizient für die Austauschgeschwindigkeit

3 1

in cm /sek. und f XZj die Dichte der unerwünschten Isotopenart ist. Die Übergangszeit t des durch die beispielsweise angegebenen Vorrichtungen strömenden Gemisches beträgt

wobei

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wobei 1 die Länge des Rotors oder des Düsendeflektors und ν die Geschwindigkeit des in die Düse einströmenden Gemisches bezeichnen. Es ist daher wünschenswert, die Beziehung t, < t. < t aufrecht zu erhalten, um den Isotopenaustausch so gering wie möglich zu halten.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Trennung von Isotopenarten in einem Isotopengemisch , das eine erste Substanz mit einem ersten Isotop und eine zweite Substanz mit einem zweiten Isotop umfaßt, wobei die erste Substanz gezielt und bevorzugt gegenüber der zweiten Substanz angeregt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die gezielt angeregte erste Substanz danach mit einem Elektron, einer ausgewählten Strahlung oder einer chemischen Substanz zur Reaktion gebracht wird, um ein die erste Substanz enthaltendes Produkt zu formen, dessen Masse sich in höherem Maße als die Masse der ursprünglichen ersten Substanz von der zweiten Substanz unterscheidet, und daß das Gemisch durch eine unter Einsatz der Zentrifugalkraft arbeitende Trennvorrichtung geleitet wird, in der infolge des vergrößerten Massenunterschiedes das Produkt von dem Rest des Gemisches abgetrennt wird und einem eigenen Strömungsweg folgt, der sich von dem Strömungsweg des Restes des Gemisches unterscheidet, wobei beide Strömungswege in verschiedene Auslaßöffnungen (38, 4o) münden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Substanz eine molekulare Verbindung unter Einschluß von Uran 235 und die zweite Substanz eine molekulare Verbindung unter Einschluß von Uran 238 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ■ zeichnet , daß die erste gezielt angeregte Substanz einer zweiten Bestrahlung ausgesetzt wird, um eine selektive dissoziative Ionisation der ersten Substanz zu erreichen die dazu führt, daß das Produkt ein positives Ion l3t, wobei die erste selektive Anregung durch eine schmalbandige Photon-Einstrahlung mit einem Ionisationspotential (hi7.)und die zweite ausgewählte Strahlung eine Photonstrahlung mit der Energie (hy,) ist und wobei die ausgewählte erste Substanz ein Ionisationspotential (V.) aufweist und die Bedingung gilt: (V_± - h \) ₁ )< h U ₂ < V_±.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß ein Teil der selektiv angeregten ersten Substanz einer zweiten vorbestimmten Strahlung ausgesetzt wird, um eine selektive dissoziative Ionisation der ersten Substanz zu bewirken, die dazu führt, daß das Produkt teilweise positiv ionisiert ist und ferner einen neutralen Bestandteil und ein Elektron aufweist, und daß ein anderer Teil der selektiv angeregten ersten Substanz mit dem Produktelektron zur Reaktion gebracht wird, um eine dissoziative Elektronenanlagerung eines anderen Teiles der ersten Substanz zu erreichen, die dazu führt, daß einige der Produkte

negative

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negative Ionen sind, wobei diese mit den positiven Ionen unter Bildung einer neutralen Substanz erhöhter Hasse reagieren.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die selektiv angeregte erste Substanz mit einer anderen chemischen Substanz zur Reaktion gebracht wird, um eine neutrale chemische Verbindung zu bilden.

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