DE2912294A1 - Bestrahlungsvorrichtung - Google Patents

Description

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

Bestrahlungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen eines dreidimensionalen Bereiches mit einem Strahlungsbündel.

Bei der Isotopentrennung mit laserinduzierter isotopenselektiver Photoanregung (vgl. ÜS-PS 3 772 519, 3 939 354) wird eine dreidimensionale strömende Atmosphäre mehrerer Isotopen mit Laserstrahlung bestrahlt, die auf eine isotopenselektive Photoanregung abgestimmt ist. Für eine wirksame Isotopentrennung oder -anreicherung sollten alle Komponenten im Dampf innerhalb des dreidimensionalen Raumes wahlweise angeregt und ionisiert werden, und für diesen

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Zweck sollte die gesarate verfügbare Laserstrahlenergie verwendet werden. Während die Absorptionswahrscheinlichkeit durch ein beliebiges Teilchen gering ist, d. h. ein kleiner Absorptionsquerschnitt vorliegt, kann die Absorptionswahrscheinlichkeit durch Steigerung der Laserenergie oder -stärke verbessert werden. Dies erfordert wiederum lange Strahlenwege, was Probleme bei der Strahlausrichtung oder -justierung mit sich bringt, um eine wirtschaftlich wirksame Ausnutzung der Strahlenenergie zu gewährleisten.

Bei der Erfindung wird die Laserstrahl-Ausnutzung verbessert, die die Wahrscheinlichkeit der Photonenabsorption ohne extreme Strahlausbreitungslängen erhöht. Die Erfindung ist insbesondere zur Anregung und/oder Ionisierung von Teilchen einer bestimmten Isotopenart in einem querströmenden Dampfbereich mit Teilchen mehrerer Isotopenarten anwendbar.

Die Verbesserung wird erzielt, indem eine Kammer in dem dreidimensionalen Raum des Dampfes mittels einer Folge von gegenüberliegenden Reflexionsflächen oder Spiegeln festgelegt wird. Laserstrahlung, die ein gemischter Strahl mehrerer Farben und einer hohen Impulsfolgefrequenz sein kann, die eine isotopenselektive Photoanregung erzeugen kann, wirkt auf die Kammer so ein, daß die Strahlung in jedem Impuls räumlich innerhalb des dreidimensionalen Raumes des Dampfes durch Mehrfachreflexionen von den Spiegelflächen gemischt wird. Die Mehrfachreflexionen des Strahles erzeugen eine Mehrfachdurchgangs-Kennlinie in der Bestrahlung des Dampfes innerhalb des dreidimensionalen Raumes der Kammer, was stark die Wahrscheinlichkeit für eine Absorption durch die einzelnen Teilchen im Dampf

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verbessert, die auf die Frequenzen der Laserstrahlung ansprechen .

Die Spiegel können zueinander parallel oder geneigt sowie in einem großen Bereich möglicher Konfigurationen eben oder gekrümmt sein, die die räumliche Mischung der Strahlung innerhalb des dreidimensionalen Raumes erreichen. Die Konfiguration kann zum Einfangen der Strahlung ausgelegt sein, so daß relativ wenig Strahlung aus der Kammer verloren wird, oder sie kann so gestaltet werden, daß die Strahlung aus der Kammer nach einer vorbestimmten Anzahl von Reflexionen austritt, um für weitere Absorptionen in anderen Kammern zur Verfügung zu stehen.

Der Einsatz einer räumlichen Mischung verringert weiter die Anforderungen an die optische Strahlqualität, die Spiegeljustierung und die Stabilität. Da zusätzlich die Energie in einem einzigen Strahl vollständiger in einer einzigen mehrfach durchsetzten Kammer verwendbar ist, können mehrere Kammern vorgesehen werden, die jeweils getrennt mit Laserstrahlung unabhängig von den anderen Kammern anregbar sind. Dies erlaubt eine Justierung oder Wartung einer Kammer ohne Unterbrechung der Anreicherungsprozesse in anderen Kammern.

Die Erfindung sieht also eine optische Reflexionsvorrichtung vor, um im wesentlichen einen dreidimensionalen Raum eines querströmenden Dampfes mit mehrfachdurchsetzenden Strahlungsbündeln ganz zu bestrahlen. Die Vorrichtung ist insbesondere in einer Isotopentrennanlage vorteilhaft anwendbar, um den Absorptionssatz einer auf eine dreidimensionale Dampfatmosphäre einwirkenden isotopenselektiven Laserstrahlung zu verbessern. Die Mehrfachdurchgangs-

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Bestrahlung des dreidimensionalen Raumes erfolgt, indem dieser in eine Kammer zwischen weit getrennten optischen Reflexionsflächen gebracht wird. Die Laserstrahlung wirkt auf die Kammer über die Kante einer Fläche ein, um Mehrfachreflexionen der Laserstrahlung durch die Kammer von Fläche zu Fläche zu erzeugen. Der Strahl wird aus der Kammer über eine weitere Kante einer der Flächen für eine folgende Verwendung herausgeführt. Die Mehrfachdurchgangs -Strahlung und der querströmende Dampf gewährleisten zusammen eine Mehrfachbestrahlung der Dampfteilchen, um den Absorptionssatz der Laserphotonen zu erhöhen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitensicht einer vereinfachten einzigen Kammer mit dem Prinzip einer Mehrfachdurchgangs -Laserbestrahlung eines dreidimensionalen Raumes für eine isotopenselektive Photoanregung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Seitensicht einer

erfindungsgemäßen Isotopentrennkammer,

Fig. 3 eine Endsicht der Kammer der Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitensicht einer vollständigen Isotopentrennanlage nach der Erfindung mit einer Vorrichtung zum Einwirken der Strahlung auf die Trennkammer , und

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Fig. 5-8 schematische Darstellungen von Bauteilen der Anlage der Fig. 4.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Bestrahlen eines dreidimensionalen Raumes mit Mehrfachdurchgängen einer isotopenselektiven Photoanregungs- und/oder Photoionisations-Strahlung vor, um eine wirksamere Verwendung der Anregungsstrahlung in einer Isotopentrennanlage zu erzielen.

Das Grundprinzip der Erfindung ist schematisch und vereinfacht in Fig. 1 dargestellt, die einen Bereich 12 mit einer vorbestimmten Tiefe in der Zeichenebene darstellt, durch den eine Dampfströmung 14 so geschickt ist, daß im wesentlichen der gesamte dreidimensionale Raum des Bereiches 12 mit dem Dampf von der Strömung 14 gefüllt ist. Die gesamte Dampfströmung im Bereich 12 sollte mit abgestimmter Laserstrahlung bestrahlt werden, um isotopenselektive Anregung und/oder Ionisation in einer Energiestufe oder in mehreren Energiestufen zu erzeugen. Es soll weiterhin eine Strahlstärke erzeugt werden, die zur Anregung und Ionisation einer großen Anzahl der Teilchen der gewünschten Isotopenart in der Dampfströmung 14 und ggf. für alle derartige Teilchen ausreicht. Wenn ein Strahl einer derartigen Stärke auf einen einzigen Durchgang durch den Bereich 12 einwirkt, wird jedoch weniger als die gesamte Strahlung im Strahl verwendet oder absorbiert, was erfordert, daß sich der Strahl über wesentliche Längen durch gleiche derartige Bereiche ausbreitet, um wirksam die anfänglich erzeugte Strahlungsenergie auszunutzen.

Zusätzlich kann Strahlung einer ausreichenden Stärke für eine optimale Wirksamkeit aufwendig und schwierig in

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einem Strahl ausreichender Größe zum überdecken des Bereiches 12 zu erzielen sein. Die Stärke kann erhöht werden, indem die Strahlgröße durch geeignete Optiken verringert wird; ein kleinerer Strahlquerschnitt erfordert jedoch eine höhere Impulsfrequenz aufgrund der kürzeren Transitzeit der Dampfteilchen über den kleineren Strahlquerschnitt.

Die sich ergebende Verknüpfung zwischen Strahl-Ausbreitungslänge, -stärke und -folgefrequenz und die auf diesen beruhenden Einschränkungen können entsprechend der Erfindung wesentlich vereinfacht werden, indem der Bereich 12 in eine optische Kammer gebracht wird, die z. B. durch gegenüberliegende, leicht geneigte Reflexionsflächen 16 und 18 festgelegt wird, auf die ein Strahl 20 einer Laserstrahlung über der Kante eines Spiegels 16 für eine Reflexion an einem Spiegel 18 durch den Bereich 12 und eine folgende Reflexion an dem Spiegel 16 einwirkt. Wiederholte Reflexionen durch die Spiegel können in geeigneter Anzahl erreicht werden, wobei der Strahl die Kammer zwischen den Spiegeln 16 und 18 über der Kante eines Spiegels verläßt, wie z. B. über der Kante des Spiegels 18 (vgl. Fig. 1). Auf diese Weise bestrahlt der Strahl 20 den gesamten Bereich mit mehreren Durchgängen. Die Mehrfachdurchgänge erhöhen stark die Absorptionsrate für die Teilchen innerhalb des Bereiches, der über jeder Impulsdauer im Strahl 20 bestrahlt ist, was die Ausnutzung der Strahlenergie in einem einzigen Bereich 12 optimiert. Obwohl der austretende Strahl 20 auf eine oder auf mehrere weitere Kammern einwirken kann, kann die notwendige Strahlausbreitungsdistanz oder Anzahl der zu beleuchtenden Kammern merklich verringert werden, während eine wirksamere Ausnutzung der*Strahlung gewährleistet ist.

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Es ist zusätzlich möglich, die Querschnittsabmessungen des Strahles 20 zu verringern, um dessen Stärke an jedem gegebenen Punkt zu erhöhen. In dieser begrenzten und verstärkten Form bewirken die Mehrfachdurchgänge des Strahles zwischen den die Kammer bildenden Spiegeln 16 und 18, daß dieser den Bereich 12 kreuzt, wodurch eine vollständige Bestrahlung im wesentlichen aller Teile dieses Bereiches gewährleistet wird, was stark die Transitzeit für die Dampfteilchen erhöht.

Der Strahl 20 kann auch so bemessen sein, daß Hauptteile des Bereiches 12 mehrfach durch mehrere Durchgänge des Strahles 20 in Reflexionen zwischen den Flächen 16 und 18 bestrahlt werden. Auf diese Weise wird die Absorptionsrate verbessert, indem die Strahlungsstärke oder Photonendichte innerhalb der Teile des Bereiches 12 erhöht wird, die mehrfach durch die überlagerung der verschiedenen Strahlen bestrahlt sind.

Die Spiegel 16 und 18 können in verschiedenen Mustern einschließlich Parallel-Konfigurationen ausgeführt sein, bei denen der Strahl an einer Seite eintritt und nach mehreren Durchgängen an einer beliebigen Seite austritt. Vorzugsweise sind diese Muster sphärisch oder zylindrisch gekrümmt. Die so gestaltete Ausführung der Kammer bietet eine vollständigere Ausnutzung der Energie des einwirkenden Laserstrahles in einer Weise, die zu einem Durchgang des Strahles oder dessen Ausbreitung über große Entfernungen durch zahlreiche dampfgefüllte Bereiche 12 gleichwertig ist, jedoch ohne zahlreiche Probleme aufzuweisen, die mit einer Ausbreitung über große Entfernungen verknüpft sind, wie z. B. einer Strahl-Divergenz oder -Streuung. Diese Probleme können sofort be-

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wältigt werden, indem die Strahlgröße verringert oder eine erneute Fokussierung durch Krümmung der Spiegel 16 und 18 vorgesehen wird. Zusätzlich sind Justierungs- und Stabilität sanforderungen an den Strahl ebenfalls stark verringert, die bei Ausbreitung über große Entfernungen kritisch sind, was auf dem extremen Hebel am entfernten Ende der Ausbreitungsrichtung beruht.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird die Anwendung des Mehrfachdurchgangs -Kammer konzepts auf eine Laseranreicherungseinheit näher erläutert. Der Bereich 12 ist hier als das Innere einer Trennkammer 22 festgelegt und liegt in einer Dampfströmung 24 von einer Quelle 26, wie z. B. von einer Elektronenstrahl-Verdampfungsquelle. Die Kammer ist durch Spiegel 16 und 18 festgelegt, die insbesondere einige m außerhalb der Trennkammer 22 und insbesondere innerhalb Ansatzrohren 28 und 30 vorgesehen sind, die gegebenenfalls Fenster 32 und 34 aus z.B. optischem Gütequartz haben können, damit der Durchgang des Lichtes zwischen den Spiegeln 16 und 18 durch den Kammerbereich 12 der Trennkammer 22 möglich ist. Wie oben erläutert wurde, wirkt der Strahl 20 über der Kante des Spiegels 16 für Mehrfachreflexionen mittels der Spiegel 16 und 18 durch den Bereich 12 ein, um eine räumlich gemischte Strahlung im Strahl 20 zu erzeugen. Wie oben erläutert wurde, sind die Spiegel 16 und/oder 18 vorzugsweise gekrümmt, was eine Fokussierung bewirkt, die die der Laserstrahlung eigene Divergenz verringert.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird der Bereich 12 vorzugsweise durch insbesondere 10 cm beabstandete Platten 36 und 38 begrenzt und weist in seinem Innern eine Mittenelektrode 40 auf. Alternativ kann der Bereich 12 so geteilt werden, daß er lediglich zwischen einer der Platten 36

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und der Elektrode 40 vorgesehen ist, während ein ähnlicher Bereich zwischen der anderen Platte 38 und der Mittenelektrode 40 liegt. Wie bereits beschrieben wurde (vgl. US-PS 3 772 519, 3 939 354), wird dieser Aufbau vorzugsweise als Einrichtung zum Einwirken eines elektrischen Feldes auf die die Elektrode 40 umgebenden Bereiche verwendet, um zusammen mit einem Magnetfeld 42 ionisierte Teilchen zu beschleunigen, so daß diese insbesondere auf den Platten 36 und 38 gesammelt werden.

Weiterhin werden vorzugsweise einige Bereiche 12 nebeneinander innerhalb einer Reihe weiterer Platten ähnlich den Platten 36 und 38 gebracht, die am Umfang um den Punkt aufgefächert sind, von dem der Dampf durch die Quelle 26 abgegeben wird.

Während der Strahl 20 als einziger Laserstrahl gezeigt ist, kann dieser auch überlagerte Strahlungen zum Erzeugen mehrerer Stufen einer Anregung und/oder Ionisation des Dampfes im Bereich 12 aufweisen. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die Neigung oder Schwenkung der Spiegel 16 und 18 übertrieben und die Krümmung zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt ist. Die Neigung ist tatsächlich wesentlich geringer, um die Mehrfachdurchgangs -Kennlinie zu erzielen.

In der Fig. 4 ist eine vollständigere Vorrichtung zum Erzeugen einer Mehrfachdurchgangs-Bestrahlung einer Dampfatmosphäre nach der Erfindung gezeigt. Eine Kammer 50 enthält dabei einen Bereich 52, der im wesentlichen den Bereichen 12 in den obigen Figuren entspricht. Der Bereich 52 ist oberhalb einer Dampfquelle 54 für eine Verdampfung von insbesondere elementarem Uran vorgesehen. Die Kammer

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50 ist durch Spulen 56 umgeben, die ein axiales Magnetfeld erzeugen, das als ein Magnetfeld 58 angedeutet ist. Eine Rückkehrschleife für das Magnetfeld 58 ist vorzugsweise durch eine Anordnung hoher Permeabilität einschließlich einer oberen und einer unteren Platte 60 bzw. 62 vorgesehen, die an einer linken bzw. rechten Endplatte oder Scheibe 64 bzw. 66 angebracht sind.

Die Kammer 50 hat an entgegengesetzten Enden Ansatzrohre 68 und 70, die die Dampfbewegung von der Kammer zu Optiken begrenzen, die zur Erzeugung der Mehrfachdurchgangs-Strahlungskennlinie dienen. Auf entgegengesetzten Enden der Ansatzrohre 68 und 70, wo diese durch die Platten 64 und 66 hoher Permeabilität verlaufen oder mit diesen verschraubt sind, werden zusätzliche Dampffallen 72 und 74 vorgesehen, die weiterhin Auslaßöffnungen 76 und 78 aufweisen, um den Dampf aus den Dampffallen zu entfernen, wie dies weiter unten näher erläutert wird.

Auf den weiter entgegengesetzten Enden der Dampffallen 72 und 74 sind Anordnungen in Kammern 80 und 82 vorgesehen, die die Hohlraum-Spiegel enthalten, wie z. B. die oben beschriebenen Spiegel 16 und 18. Die Kammern 80 und 82 enden insbesondere in jeweiligen Fenstern 84 und 86, die Auslaß- und Einlaßöffnungen für den Laserstrahl bilden, wie z. B. für einen Strahl 88, der in der Fig. 4 von der rechten Seite eintritt. Der gesamte Bereich zwischen den Spiegeln 84 und 86 innerhalb der Kammer 50, der Ansatzrohre 68 und 70, der Dampffallen 72 und 74 und der Hohlraumspiegel-Anordnungen in den Kammern 80 und 82 enthält im wesentlichen die gleiche Niederdruck-Atmosphäre von ca.

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10 Torr. Der Niederdruck wird insbesondere durch eine

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Vakuumpumpe aufrechterhalten/ die zum Evakuieren des Inneren der Kammer 50 und entsprechend der anderen Kammern vorgesehen ist, die an der Kammer 50 befestigt sind.

Der Strahl 88 wirkt vorzugsweise durch das Ein^- laßfenster 86 hinter einer Justierungsoptik ein, die einen Strahlrotor 92 und einen Strahllenker 94 aufweist, wie dies weiter unten näher erläutert wird. Der Strahlrotor 92 und der Strahllenker 94 stellen die Lage und den axialen Winkel des Strahles sowie den Drehwinkel des Strahles, der insbesondere nahezu einen Rechteck-Querschnitt aufweist, um die Achse des Strahles 88 ein. Insbesondere wird angestrebt, daß die Längsabmessung des Querschnittes dann horizontal verläuft, wenn der Strahl vertikal durch den Hohlraum in aufeinanderfolgenden Durchgängen geführt ist.

Anhand der Fig. 5 wird ein Ausführungsbeispiel für den Strahllenker 94 beschrieben, das insbesondere zur Erläuterung von dessen Betrieb geeignet ist. Die Fig. 5 gibt dabei lediglich ein Beispiel für den Aufbau. In der teilweise aufgeschnxttenen Darstellung der Fig. 5 ist ein Außengehäuse 100 drehbar um eine horizontale Querachse 102 vorgesehen, um über dem Strahl eine Höhensteuerung zu erzeugen. Die Halterung für das Gehäuse um die Achse 102 ist durch Lager vorgesehen, von denen ein Lager 124 gezeigt ist, während ein komplementäres Lager auf der Rückseite des Gehäuses 100 in der Fig. 5 vorgesehen ist. Das Lager 124 liegt mittels eines Armes 108 über einer drehbaren Platte 106. Die Platte 106 ist um eine senkrechte Achse 110 über einer Bodenplatte drehbar.

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Der Eingangsstrahl der Strahlung 88 vom Strahlrotor 92 wirkt auf ein erstes Reflexionsprisma 114 ein, das an einem Fuß 116 befestigt ist, der auf der Platte 106 angebracht ist. Auf diese Weise ist das Prisma 114 mit der Platte 106 um die senkrechte Achse 110 drehbar.

Der Strahl 88 wirkt auf die Reflexionsfläche 114 für eine senkrechte Reflexion zu einer weiteren Reflexionsfläche oder einem Prisma 118 ein, das am Gehäuse 100 befestigt ist und den Strahl erneut auf eine waagrechte Bahn oder Achse 120 reflektiert. Der Winkel mit der Horizontalen wird entsprechend durch eine Drehung um die Querachse 102 durch die Lager eingestellt, die das Gehäuse 100 befestigen , wie ζ. B. die Lager 104.

Die Strahlung auf der Achse 120 wird dann auf senkrechte und anschließend horizontale Bahnen und letztlich auf eine waagrechte Achse 124 durch ein weiteres Paar von Reflexionsflächen oder Prismen 126 und 128 reflektiert, die im wesentlichen parallel gehalten und in einem Gehäuse 130 festgelegt sind, das um die Achse 120 im Gehäuse 100 auf Lagern 132 drehbar ist.

Der horizontal auf die Achse 124 gerichtete Strahl wird dann einmal mehr vertikal und dann horizontal auf eine Ausgangsachse 134 durch jeweilige Reflexionsflächen oder Prismen 136 und 138 reflektiert, die in ein Gehäuse 140 eingestellt sind, das im Gehäuse 130 auf Lagern 142 drehbar ist.

Die Achse 120 stimmt im wesentlichen mit der Drehachse für das Gehäuse 130 überein, während die Achse 124 im wesentlichen mit der Drehachse für das Gehäuse 140

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übereinstimmt. Auf diese Weise erlaubt eine Einstellung der Winkelausrichtung der beiden Gehäuse 130 und 140 eine Positionierung des Strahles auf jeden Punkt über einer begrenzten Fläche. Zusätzlich stellt eine Drehung um die Querachse 102 und die senkrechte Achse 110 die Winkelausrichtung des Strahles auf der Ausgangsachse 134 in diese" Richtungen wiederum über begrenzten Winkeln ein.

Wie oben erläutert wurde, ist die bevorzugte Querschnittsform des Strahles 88 im allgemeinen rechteckig, was auf der Erzeugung der Strahlung in einem engen, transversal gepumpten Querströmungs-Laserverstärker beruht. Als Ergebnis der Einstellungen in Strahlwinkel und -stellung durch den oben erläuterten Strahllenker 94 kann die Drehausrichtung des Strahles um die Achse 134 vom gewünschten Wert abweichen, wobei insbesondere die größere Querschnittsabmessung horizontal angeordnet ist. Diese Winkelstellung kann durch den Strahlrotor 92 korrigiert oder eingestellt werden, der näher in Fig. 6 gezeigt ist und ein Gehäuse 150 aufweist, das innerhalb Trägern 152 über Lager 154 drehbar ist. Innerhalb des Gehäuses 150 ist eine "K-Spiegel-Anordnung" vorgesehen, die einen Eingangsspiegel 156 aufweist, der zur Achse des Eingangsstrahles 88 geneigt ist, um diesen auf einen horizontal angeordneten Spiegel 158 zu lenken. Der Spiegel 158 reflektiert den Strahl 88 zu einem Ausgangsspiegel 160, der entgegengesetzt zum Eingangsspiegel 156 geneigt ist, um den Strahl auf eine Ausgangsachse zurückzuführen, die die Fortsetzung der Eingangsachse bildet. Eine Drehung des Gehäuses 150 innerhalb der Lager 154 dreht die Winkelstellung des Strahlquerschnittes um die Ausgangsachse, ohne deren Stellung oder Richtung zu verändern. Dies erlaubt eine Einstellung in der letzten Ausrichtung des Querschnittes um die Achse des Ausgangsstrahles 134 in Fig» 5, sobald die Stellung und Richtung

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des Strahles in gewünschter Weise durch die Einstellung des dort gezeigten Strahllenkers hergestellt sind.

Ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel für die Dampffalle werden im folgenden jeweils anhand der Fig. 7 und 8 erläutert. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, bildet der durch einen Laser oder Laser 150 erzeugte Laserstrahl 88 eine Impulsfolge. Der Strahl 88 wird auf die Seite einer ersten Scheibe 52 über eine Folge von Statorplatten 154 und 156 zur Kante einer weiteren Scheibe 158 und dann in die Trennkammer zwischen Trennplatten 160 und 162 entsprechend den Platten 36 und 38 der Fig. 3 geleitet. Die Scheiben 152 und 158 sind auf einer gemeinsamen Welle 164 durch einen Motor 166 angetrieben, der synchron mit den Impulsen der Laser 150 durch ein Steuerglied 170 angesteuert ist. Die Scheiben 152 und 158 haben Öffnungen oder Schlitze 172 und 174 in ihren Kanten an der Stelle, wo der Laserstrahl 88 einwirkt. Der Motor ist synchronisiert und so ausgerichtet, daß die Schlitze 172 und 174 positioniert sind, um den Strahl 88 während jedes Impulses durchzulassen. Vorzugsweise liegen die Scheiben 152 und 158 neben den Enden der Statorplatten 154 und 156, die als Kollimatoren für die Dampfteilchen wirken. Die Scheiben 152 und 158 sowie die Statorplatten 154 und 156 sind zusammen in jeder der Dampffallen 72 und 74 der Fig. 4 positioniert.

Im Betrieb kann Dampf durch die Strahlschlitze 172 und 174 und durch den durch die Statorplatten 154 und 156 festgelegten Kollimator nur dann verlaufen, wenn die Flugbahn der einzelnen Teilchen ausreichend parallel zur Achse des Laserstrahles 88 ist, um nicht auf eine der Statorplatten 154 und 156 aufzutreffen, und wenn deren Geschwin-

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digkeit so ist, daß sie gerade durch jeden der Schlitze 172 und 174 in dem bestimmten Zeitpunkt durchgeschickt sind, wenn jeder Schlitz den Durchgang zwischen den Statorplatten 154 und 156 öffnet. Dies begrenzt stark die Anzahl der Teilchen in der gesamten Atmosphäre, die durch die Dampffallen 72 und 74 durchgelassen werden können. Zusätzlich werden die Fallen 72 und 74 über Leitungen 76 und 78 zu geeigneten Vakuumpumpen evakuiert.

Ein sich schnell bewegendes Dampfteilchen mit ausreichender Geschwindigkeit zum Durchgang durch beide Schlitze 172 und 174 im Zeitpunkt von deren übereinstimmender Justierung mit dem Bereich zwischen den Platten 154 und 156 verläuft sofort durch die dynamische Sperre, wenn es ausreichend parallel zur Strahlachse 88 ist. Die sich langsamer bewegenden Teilchen mit der notwendigen axialen Ausrichtung und einer genauen Lage innerhalb einer Folge von schmalen Geschwindigkeitsverteilungen kann auch durch den zweiten Schlitz der Schlitze 172 auf der zweiten, dritten, ... Umdrehung nach seinem Durchgang durch den ersten Schlitz 174 verlaufen. Diese Situation kann mittels des in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiels vermieden werden, bei dem die Scheiben 152 und 158 und die Statorplatten 154 und durch eine Folge von umlaufenden Platten 180 ersetzt sind, die sich radial um einen Zylinder 182 erstrecken. Der Zylinder 182 und die Platten 188 werden auf ähnliche Weise zu den Scheiben 152 und 158 synchron mit den Impulsen des Lasers 150 gedreht, und der Zylinder ist so positioniert, daß jeder Impuls der Laserstrahlung im Strahl 88 in genau dein Zeitpunkt auftritt, wenn eine Folge benachbarter Platten 180 so positioniert ist, daß der gesamte Strahl einschließlich der Mehrfachdurchgangs-Reflexionen zwischen den Platten in den Bereich zwischen" den Kammer-Trennplatten

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und 162 verlaufen kann.

Der Betrieb der in Fig. 8 gezeigten dynamischen Dampffalle tastet zusätzlich.das gesamte, durch den Bereich zwischen den benachbarten Platten 180 überdeckte Volumen zwischen jedem Impuls ab. Zu diesem Zweck erstrecken sich die Platten 180 insbesondere in axialer Richtung entlang der Achse des Laserstrahles 88 über eine Entfernung, die ausreicht, um im wesentlichen die Anzahl der Hochgeschwindigkeits-Dampfteilchen zu verringern, die zwischen den Platten 180 in dem Intervall verlaufen können, indem diese während jedes Laserimpulses freiliegen. Der abgetastete Dampf kann zusätzlich an die Ausgangsleitungen 76 und 78 für eine Evakuierung durch die Vakuumpumpen abgegeben werden.

Der in Fig. 8 gezeigte Aufbau ist zusätzlich vorteilhaft, wenn mehrere Folgen benachbarter Trennanordnungen, wie z. B. die in Fig. 7 gezeigten Platten 160 und 162, in den Trennkammern verwendet werden. In einem derartigen Fall können die Platten 160 und 162 nach jeder Seite von ihnen weitere Trennstrukturplatten 184 und 186 (vgl. Fig. 8) aufweisen, deren jede Mittenanoden 188 hat, wie dies anhand der Fig. 3 erläutert wurde. Auf diese Weise werden die optischen Kanäle zwischen allen Folgen der Platten 184-160, 160-162 und 162-186 gleichzeitig für einen Durchgang der Mehrfachdurchgangs-Laserstrahlung durch den Aufbau der sich drehenden Platten 180 geöffnet. Dieser Aufbau verwendet insbesondere wirksam einen Trennkanal mittels mehrerer benachbarter Trennstrukturen, deren jede mit Mehrfachdurchgangs-Strahlung bestrahlt ist, indem die oben anhand der Fig. 4 erläuterte Struktur verwendet wird.

Zur Erzielung einer genauen Geometrie ist die Drehachse

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190 des Zylinders 182, von dem die Platten 180 radial vorspringen, insbesondere mit einer Linie 192 ausgerichtet, von der der Dampf von der linearen Dampfquelle 194 entsprechend der Dampfquelle 54 im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ausströmt.

Die Dampffallen 72 und 74 vermeiden eine Verschmutzung eines Hohlraumspiegels in den Kammern 80 und 82 sowie der Einlaß- und Auslaßfenster 84 und 86. Dies ist vorteilhaft, sofern Optiken in der Atmosphäre der Kammern vorgesehen sind, die den ürandampf enthalten.

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Claims (25)

Ansprüche

1. Bestrahlungsvorrichtung zum Erzeugen einer Mehrfachdurchgangs -Bestrahlung eines Bereiches für eine isotopenselektive Photoanregung, mit

einem dreidimensionalen Raum, der einen mit der isotopenselektiven Photoanregungs-Strahlung zu bestrahlenden Bereich enthält, sich in einer ersten Längsrichtung entlang einer Achse erstreckt und an entgegengesetzten Seiten mit einem ersten und einem Strahlungsreflektor endet, die von dem zu bestrahlenden Bereich im Abstand angeordnet sind,

einem DampfStrömungs-Erzeuger zum Erzeugen einer Dampfströmung eines·Materials mit mehreren Isotopenarten, der so positioniert ist, daß er die Dampfströmung in den Bereich des zu bestrahlenden dreidimensionalen Raumes und quer zur ersten Richtung entlang der Achse richtet, und

einer Einrichtung zum Einwirken eines Strahlungsbündels einschließlich Strahlung zum Erzeugen einer isotopenselektiven Photoanregung einer Isotopenkomponente der mehreren Isotopenkomponenten im Dampf auf einen Teil eines der beiden Strahlungsreflektoren,

dadurch

gekennzeichnet ,

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daß der erste und der zweite Strahlungsreflektor (16, 18) auf und bezüglich der Achse derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen Mehrfach-Reflexionen entstehen, um im wesentlichen den gesamten dreidimensionalen Raum der Strahlung auszusetzen.

2. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß wenigstens einer der beiden Strahlungsreflektoren (16, 18) eine Fokussierung des Strahlungsbündels bewirkt .

3. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste und der zweite Strahlungsreflektor (16, 18) den Strahl durch den Bereich (12) auf mehreren Wegen reflektieren, die zueinander und zur Achse geneigt sind.

4. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung Mittel aufweist, um den Strahl mit einem Querschnitt zu versehen, der im wesentlichen kleiner als der Querschnitt des dreidimensionalen Raumes quer zur Achse ist.

5. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet,

daß der Strahl-Querschnitt in der Richtung senkrecht zur Richtung der Dampfströmung zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlungsreflektor (16, 18) lang und in der Richtung der Dampfströmung im wesentlichen kurz ist.

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6. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet_r

daß die Einrichtung Mittel aufweist, die zusammen mit dem ersten und dem zweiten Strahlungsreflektor (16, 18) wirksam sind, um Überlappungen der Mehrfachreflexionen durch den Raum zu bewirken, wodurch die Stärke der Strah·- lung im Raum erhöht wird.

7. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Strahl im Querschnitt um die Achse unsymmetrisch ist, und

daß eine zweite Einrichtung (92) zum Drehen des Querschnittes des Strahles um die Achse vorgesehen ist.

8. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung Stell-Mittel aufweist, um die Stellung einzustellen, bei der der Strahl auf den ersten oder zweiten Strahlungsreflektor (16, 18) einfällt.

9. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stell-Mittel ein Glied (92) zum Drehen des Strahles um eine erste und um eine zweite Achse aufweisen, die versetzt und im wesentlichen parallel sind.

10. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stell-Mittel ein Glied (94) zum Ablenken des Strahles um eine erste und eine zweite senkrechte Achse aufweisen.

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11. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere der dreidimensionalen Räume nach Anspruch 7 benachbart zueinander vorgesehen sind und jeweils einen entsprechenden ersten und zweiten Strahlungsreflektor (16, 18) aufweisen,

daß die dreidimensionalen Räume am Umfang benachbart um eine Linie parallel zur Achse vorgesehen sind, und

daß der Dampferzeuger den Dampf als Strömung abgibt, die radial von der Linie weg zu den mehreren dreidimensionalen Räumen gerichtet ist.

12. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß auf jeden der mehreren dreidimensionalen Räume Strahlung einwirkt.

13. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste und der zweite Strahlungsreflektor (16, 18) Spiegel aufweisen, die bezüglich der Achse entgegengesetzt geneigt sind, und

daß die Einrichtung Mittel hat, damit der Strahl auf einen der Spiegel über eine Kante des anderen Spiegels einwirkt, um Mehrfachdurchgangs-Reflexionen zwischen den Spiegeln zu bewirken, wobei der Strahl den Raum über die entfernteste Kante des einen Spiegels verläßt.

14. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlungsreflektoren (16, 18} Spiegel aufweisen, die bezüglich der Achse geneigt und im wesentlichen parallel zueinander sind.

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15. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Entfernung zwischen den Strahlungsreflektoren (16, 18) mehrere m beträgt.

16. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

den Bereich (12) begrenzende Sammelplatten (36, 38) und eine dazwischen vorgesehene Anodenelektrode (40).

17. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine den Bereich (12) begrenzende erste und zweite Kathodenelektrode.

18. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Strahl mehrere Farben enthält.

19. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung Mittel aufweist, damit die Strahlung als Impulsfolge einwirkt.

20. - Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 19,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel wenigstens einen gepulsten Laser umfassen.

21. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlung einen divergierenden Strahl umfaßt, und

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daß der erste und der zweite Strahlungsreflektor (16, 18) gekrümmte Reflektoren haben, um den divergierenden Strahl erneut zu fokussieren, so daß die Divergenz verringert ist.

22. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlungsreflektoren (16, 18) sphärisch gekrümmt sind.

23. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,

daß die Strahlungsreflektoren (16, 18) zylindrisch gekrümmt sind.

24. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Dampferzeuger Mittel zum Verdampfen von Uran aufweist.

25. Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch

eine Sperre zum Sperren des Dampf-Durchganges vom Bereich (12) .

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