DE2949117A1 - ISOTOPE SEPARATION METHOD - Google Patents

ISOTOPE SEPARATION METHOD

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DE2949117A1
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DE
Germany
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compound
molecules
predetermined
dissociation
selectivity
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Withdrawn
Application number
DE19792949117
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German (de)
Inventor
Donald M Cox
Richard B Hall
John A Horsley
Andrew Kaldor
George M Kramer
Jun Edward T Maas
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ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
Exxon Research and Engineering Co
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D59/00Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/34Separation by photochemical methods

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft ein Isotopentrennverfahren und insbesondere ein Isotopentrennverfahren unter Verwendung von Infrarotstrahlung.The invention relates to an isotope separation process, and more particularly an isotope separation process using infrared radiation.

Es wurde gefunden, daß bei der Trennung der Isotopen eines Elements durch selektive Photodissoziation einer Mischung von Isotopen des Elements enthaltenden Molekülen, wobei die Absorptionsspektren der Moleküle verschoben sind aber überlappen, der additive Effekt (compounding effect) der multiplen Photon-Selektivität in Relation zu der Zahl der Photonen steht, die für die Dissoziation derjenigen Moleküle in der Mischung mit der größten thermischen Energie absorbiert werden müssen, sowie mit der Anzahl derjenigen Moleküle, die eine solche thermische Energie besitzen.It has been found that when the isotopes of an element are separated by selective photodissociation one Mixture of molecules containing isotopes of the element, the absorption spectra of the molecules being shifted but overlap, the compounding effect of multiple photon selectivity in relation to the number of photons which is responsible for the dissociation of those molecules in the mixture with the largest thermal energy must be absorbed, as well as with the number of those molecules that have such a thermal Own energy.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Trennung von Isotopen eines Elements, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Dampf einer Verbindung dieses Elements erzeugt, welche entsprechend den Isotopen des Elements ein isotopisch verschobenes aber überlappendes IR-Absorptionsspektrum besitzt, das sich bei Absorption von Photonen kaum verändert, wenn dieThe present invention accordingly relates to a method for separating isotopes of an element, which is characterized in that a vapor of a compound of this element is generated, which corresponding the isotopes of the element has an isotopically shifted but overlapping IR absorption spectrum that hardly changes when photons are absorbed if the

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Verbindung sich anfänglich in einem vorbestimmten Temperaturbereich befindet, und daß man den Dampf mit einem vorbestimmten Strahl von Infrarotlicht bestrahlt, das bevorzugt von einer Molekularschwingung der Moleküle der ein vorbestimmtes Isotop des Elements enthaltenden Verbindung absorbiert wird, dadurch mit dem vorbestimmten Isotop angereicherte angeregte Moleküle der Verbindung erzeugt, wobei der Dampf der Verbindung auf einer Temperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten wird, der ausreichend Moleküle im thermischen Gleichgewicht liefert, welches mehr als 1 Photon für die Dissoziation erfordert, so daß bei erfolgender Dissoziation die isotopische Selektivität mindestens 10 % über der maximalen Selektivität liegt, die mit einer Gruppe von Molekülen der Verbindung erzielt werden kann, in der jedes Molekül durch Absorption eines einzigen Photons dissoziieren kann, und dadurch die Abtrennung der angeregten Moleküle ermöglicht wird.Compound is initially in a predetermined temperature range and that the vapor is irradiated with a predetermined beam of infrared light which is preferentially absorbed by a molecular vibration of the molecules of the compound containing a predetermined isotope of the element, thereby excited molecules of the compound enriched with the predetermined isotope generated, wherein the vapor of the compound is maintained at a temperature in the predetermined temperature range which provides sufficient molecules in thermal equilibrium, which requires more than 1 photon for dissociation, so that when dissociation occurs, the isotopic selectivity at least 10 % above the maximum selectivity which can be achieved with a group of molecules of the compound in which each molecule can dissociate by absorbing a single photon, thereby allowing the excited molecules to be separated.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Uranisotope unter Verwendung eines COp-Lasers zur Erzeugung der Infrarotstrahlung getrennt und Moleküle einer Uranylverbindung mit der Formel UO2AAI#L verwendet, in der A und A1 monovalente Anionen und L ein neutraler Ligand sind. In einer besonders bevorzugten AusfUhrungsform sind der anionische Ligand 1,1,1,5,5,5-Hexafluoro-In a preferred embodiment of the invention, uranium isotopes are separated using a COp laser to generate the infrared radiation and molecules of a uranyl compound with the formula UO 2 AA I # L, in which A and A 1 are monovalent anions and L are a neutral ligand, are used. In a particularly preferred embodiment, the anionic ligand are 1,1,1,5,5,5-hexafluoro-

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acetylacetonat (hfacac) und der neutrale Llgand Tetrahydrofuran (THF) oder eine andere entsprechende oder stärkere Base. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bestrahlung des Dampfes mit Infrarotstrahlung so durchgeführt, daß weniger als etwa 70 % und vorzugsweise weniger als etwa 50 % der Gruppe der Moleküle dissoziieren.acetylacetonate (hfacac) and the neutral ligand tetrahydrofuran (THF) or another equivalent or stronger base. In a further preferred embodiment of the invention, the irradiation of the vapor with infrared radiation is carried out in such a way that less than about 70 % and preferably less than about 50% of the group of molecules dissociate.

Aufgrund von experimentellen Arbeiten auf dem Gebiet der selektiven Dissoziation von UO2(hfacac)g"THF^ wie in der BE-PS 846 225 beschrieben, wurde gefunden, daß die er reichte Selektivität- geringer war als man theoretisch erwartet hätte, wenn im Mittel bei eintretender selekti ver Photodissoziation mehr als 1 Photon vom
UOp(hfacac) ·THF absorbiert wird.
On the basis of experimental work in the field of the selective dissociation of UO 2 (hfacac) g "THF ^ as described in BE-PS 846 225, it was found that the selectivity he achieved was lower than one would theoretically have expected if on average when selective photodissociation occurs, more than 1 photon from
UOp (hfacac) · THF is absorbed .

Es wurde nunmehr gefunden, daß dann, wenn ein Dampf einer Verbindung, die Isotope eines Elements enthält, entsprechend den Isotopen des Elements ein Überlappendes IR-Ab- Borptionsspektrum besitzt, der maximale Trennfaktor, der mit Molekülen ausgehend vom thermischen Gleichgewicht erreicht werden kann, eine Funktion der Anzahl und der Selektivität der Moleküle ist, die die geringste Zahl von Photonen für die Disoziation ausgehend vom thermischen Gleichgewicht erfordern. Die minimale Anzahl von Photonen, die für eine Dissoziation erforderlich sind, hängt It has now been found that when a vapor of a compound containing isotopes of an element has an overlapping IR absorption spectrum corresponding to the isotopes of the element, the maximum separation factor that can be achieved with molecules from thermal equilibrium is a Is a function of the number and selectivity of the molecules that require the least number of photons for disociation from thermal equilibrium. The minimum number of photons required for dissociation depends

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von der Energielücke (energy gap) zwischen dem höchsten besetzten thermischen Anregungszustand bzw. -niveau und dem niedrigsten Dissoziationszustand bzw. -niveau ab. Wenn die EnergielUcke gleich oder kleiner als die Energie eines Photons ist, nähert sich die Selektivität der Einzelphoton-Selektivität*,wobei ac als das Verhältnis der kleinen Signalabsorptionsquerschnitte der Isotopen bei einer gegebenen Wellenlänge definiert ist. Dies tritt ein, weil die Moleküle Energieinhalte besitzen, die durch eine thermische Verteilung definiert sind. Die Selektivität für solche Moleküle, die zur Dissoziation η Photonen erfordern, ist «* n. Die Gesamtselektivität verringert sich, weil unter Bedingungen, unter denen ein erheblicher Teil der η Photonen erfordernden Moleküle dissoziiert ist, nahezu alle diejenigen Moleküle beider Isotope, die weniger als η Photonen erfodern, ebenfalls dissoziiert sind. Diese letzteren Moleküle bilden den Restanteil mit hoher Energie (high energy tail) der thermischen Verteilung. Da sie nur zu einer Verringerung der Gesamtselektivität führen, besteht eine Möglichkeit diesen Verlust zu kompensieren darin, die EnergielUcke zwischen dem höchsten besetzten thermischen Zustand und dem niedrigsten Dissoziationszustand zu vergrößern. Wenn die EnergielUcke gleich der Energie von η Photonen ist, nähert sich die Selektivität«.", vorausgesetzt es werden bestimmte Bedingungen eingehalten. Beispielsweise muß die Bestrahlungon the energy gap between the highest occupied thermal excitation state or level and the lowest dissociation state or level. If the energy gap is equal to or less than the energy of a photon, the selectivity approaches the single photon selectivity *, where ac is defined as the ratio of the small signal absorption cross-sections of the isotopes at a given wavelength. This occurs because the molecules have energy contents that are defined by a thermal distribution. The selectivity for those molecules which require η photons for dissociation is «* n . The overall selectivity is reduced because under conditions under which a considerable part of the molecules requiring η photons is dissociated, almost all those molecules of both isotopes which require fewer than η photons are also dissociated. These latter molecules form the remainder of the thermal distribution with high energy tail. Since they only lead to a reduction in the overall selectivity, one way of compensating for this loss is to increase the energy gap between the highest occupied thermal state and the lowest dissociation state. If the energy gap is equal to the energy of η photons, the selectivity approaches ".", Provided certain conditions are met. For example, the irradiation

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des Dampfes so durchgeführt werden, daß weniger als etwa 70 % und vorzugsweise weniger als etwa 50 % der Gruppe der Moleküle dissoziieren.of the vapor can be conducted so that less than about 70 %, and preferably less than about 50 %, of the group of molecules dissociate.

Es wurde also gefunden, daß es für die Erhöhung der Selektivität bei Verwendung von Verbindungen unter den hier diskutierten Bedingungen wünschenswert ist, die Temperatur der Verbindung während der Bestrahlung auf einem Wert zu halten, der die überwältigende Mehrheit der Moleküle im thermischen Gleichgewicht in solchen Zuständen liefert, daß für die Dissoziation mehr als 1 Photon erforderlich ist. Es sei darauf hingewiesen, daß sich eine geringfügige Anzahl von Molekülen in einem Zustand befinden kann, der für die Dissoziation nur 1 Photon erfordert. Um aber das erfindungsgemäße Verfahren in der Praxis durchführen zu können, sollte diese Anzahl derart begrenzt sein, daß ein additiver Effekt (compounding effect) erkennbar ist.It has thus been found that, in order to increase the selectivity when using compounds under the conditions discussed here, it is desirable to keep the temperature of the compound during irradiation at a value which provides the overwhelming majority of the molecules in thermal equilibrium in such conditions that more than 1 photon is required for dissociation. It should be noted that a negligible number of molecules can be in a state that requires only 1 photon to dissociate. However, in order to be able to carry out the method according to the invention in practice, this number should be limited in such a way that an additive effect (compounding effect) can be recognized.

Für einige chemische Verbindungen existiert eine untere Temperaturbegrenzung, unterhalb derer die erfindungsgemäßen Vorteile verloren gehen. Wenn z. B. die Temperatur derart gesenkt wird, daß das IR-Absorptionsspektrum dieser Spezies durch die Absorption von Photonen merklich verändert wird, ist möglicherweise kein additiver Effekt hinsichtlich der Selektivität mehr zu beobachten.For some chemical compounds there is a lower temperature limit, below which the temperature limit according to the invention Benefits are lost. If z. B. the temperature is lowered so that the IR absorption spectrum of this Species are noticeably changed by the absorption of photons, may not be an additive effect to observe more in terms of selectivity.

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Bei Verwendung von Verbindungen mit der Formel UOpAA14L in der A und A1 monovalente Anionen und L ein neutraler Ligand sind, ist es bevorzugt, daß der neutrale Ligand L bezüglich des Uranylions eine stärkere Base als THF ist, d. h. L soll eine Gleichgewichtskonstante bezüglich des Austausches gegen Tetrahydrofuran von größer 1 haben. Der Grund hierfür ist, daß die Basenstärke des neutralen Liganden einer der bestimmenden Faktoren im Hinblick auf die Bindungsstärke zwischen dem Liganden und dem Uranyl-Teil des Moleküls ist und diese wiederum ein Faktor bezüglich der thermischen Stabilität des Moleküls und deshalb der für die Dissoziation erforderlichen Energie ist. Unabhängig von der Dissoziationsenergie einer Verbindung erfordern eine erhebliche Anzahl von Molekülen nur 1 Photon für die Dissoziation, wenn sich der durchschnittliche thermische Energieinhalt der Verbindung der Dissoziationsenergie nähert. Die Selektivität eines Isotopentrennverfahrens, das unter derartigen Bedingungen durchgeführt wird, ist begrenzt.When using compounds with the formula UOpAA 14 L in which A and A 1 are monovalent anions and L is a neutral ligand, it is preferred that the neutral ligand L is a stronger base with respect to the uranyl ion than THF, ie L should be an equilibrium constant with respect to of exchange for tetrahydrofuran of greater than 1. The reason for this is that the base strength of the neutral ligand is one of the determining factors with regard to the bond strength between the ligand and the uranyl part of the molecule and this in turn is a factor relating to the thermal stability of the molecule and therefore the energy required for dissociation is. Regardless of the dissociation energy of a compound, a significant number of molecules require only 1 photon to dissociate when the compound's average thermal energy content approaches the dissociation energy. The selectivity of an isotope separation process carried out under such conditions is limited.

Es wurde gefunden, daß bei Konstanthaltung aller anderen Einflüsse eine größere Basenstärke erwünscht ist. Weiterhin wurde gefunden, daß es besonders bevorzugt ist, das Verfahren durchzuführen, während die Temperatur der Verbindung im unteren Bereich ihres Flüchtigkeitstemperaturbereiches gehalten wird.It has been found that if all other influences are kept constant, a greater base strength is desirable. Farther it has been found that it is particularly preferred to carry out the process while the temperature of the compound is in operation is kept in the lower range of their volatility temperature range.

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" n " 294911?" n " 294911?

Geeignete flüchtige (verdampfbare) Verbindungen mit einem isotopisch verschobenen aber überlappenden IR-Absorptionsspektrum haben vorzugsweise die Formel UOpAA1»L, in der A und A1 monovalente Anionen und L ein neutraler Ligand sind. Die Anionen A und A1 die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, gehören im allgemeinen zu Säuren, die Siedepunkte von weniger als etwa 200° C und pKa-Werte von 4,8 oder weniger aufweisen. Diese Anionen können einzähnig (monodentate) oder mehrzähnig (polydentate) sein. Vorzugsweise sind A und A' gleich.Suitable volatile (vaporizable) compounds with an isotopically shifted but overlapping IR absorption spectrum preferably have the formula UOpAA 1 »L, in which A and A 1 are monovalent anions and L is a neutral ligand. The anions A and A 1 which are suitable for the process according to the invention generally belong to acids which have boiling points of less than about 200 ° C. and pKa values of 4.8 or less. These anions can be monodentate (monodentate) or multidentate (polydentate). Preferably A and A 'are the same.

Bevorzugte Anionen für die erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen sind abgesehen von dem oben genannten 1,1,1,5,5,5-Hexafluoroacetylacetonat-Anion Anionen wie 1,1,1-Trifluoroacetylacetonat (CF3OCHCOCH3), 3-Trifluoromethyl-1,1,1,5,5,5-hexafluoroacetylacetonat
((CF3CO)2CCF3)» 1,1,1,3,5,5,5-Heptafluoroacetylacetonat ((CF3CO)2CF), 1,1,1,2,2,3,3,7,7,7-Decafluoro-4,6-heptandionat (CF3COCHCOC3F7), fluorierte Tropolonate und andere.
Preferred anions for the compounds to be used according to the invention are, apart from the abovementioned 1,1,1,5,5,5-hexafluoroacetylacetonate anion, anions such as 1,1,1-trifluoroacetylacetonate (CF 3 OCHCOCH 3 ), 3-trifluoromethyl-1 , 1,1,5,5,5-hexafluoroacetylacetonate
((CF 3 CO) 2 CCF 3) »1,1,1,3,5,5,5-heptafluoroacetylacetonate ((CF 3 CO) 2 CF), 1,1,1,2,2,3,3, 7,7,7-decafluoro-4,6-heptanedionate (CF 3 COCHCOC 3 F 7 ), fluorinated tropolonates and others.

Bezüglich des neutralen Liganden L sei erneut auf die bevorzugten Minimalerfordernisse an die Basizität eingegangen. Wie schon erwähnt, ist es bevorzugt, daß L gegenüber dem Uranylion eine größere Basenstärke als Tetrahydrofuran besitzt. Spezieller ausgedrückt, bedeutet dies eine Basizität gemessen durch die Gleichgewichtskonstante der folgenden ReaktionRegarding the neutral ligand L, refer again to the preferred minimum requirements for basicity. As already mentioned, it is preferred that L is opposite the uranyl ion has a greater base strength than tetrahydrofuran. More specifically, it means a basicity measured by the equilibrium constant of the following reaction

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UO2(hfacac)2'THF + L ^=^ UO2(hfacac)2«L + THFUO 2 (hfacac) 2 'THF + L ^ = ^ UO 2 (hfacac) 2 «L + THF

in der K größer als 1 ist. K wird in diesem Fall in einem wasserfreien nicht koordinierenden Lösungsmittel wie Benzol, Methylenchlorid oder Chloroform gemessen.where K is greater than 1. In this case, K becomes in a anhydrous non-coordinating solvents such as benzene, methylene chloride or chloroform were measured.

Bevorzugte neutrale Liganden, die diese Voraussetzungen erfüllen sind unter anderem Trimethylphosphat (TMP,
(CH3O)3P=O), Triethylphosphinoxid ((C2H5J3P=O) und Hexamethylphosphoramid ((CH3J2-N)3P=O) sowie Dimethylsulfoxid ((CH3)2S=0), Pyridin (C5H5N) usw.
Preferred neutral ligands that meet these requirements include trimethyl phosphate (TMP,
(CH 3 O) 3 P = O), triethylphosphine oxide ((C 2 H 5 J 3 P = O) and hexamethylphosphoramide ((CH 3 J 2 -N) 3 P = O) and dimethyl sulfoxide ((CH 3 ) 2 S = 0), pyridine (C 5 H 5 N) etc.

Ein weiterer Vorteil, der durch die Verwendung von diesen neutralen Liganden enhaltenden Uranylverbindungen erreicht werden kann, resultiert aus der Tatsache, daß diese Liganden dazu neigen, die Frequenz, bei der diese Moleküle absorbieren, beispielsweise verglichen mit U02(hfacac)2.THF zu verschieben. Diese Verschiebung resultiert aus einer Erhöhung der Bindungsstärke zwischen diesen Liganden und dem UO2-TeU des Moleküls. Es ist besonders bevorzugt, solche Liganden zu verwenden, die die Lage der Absorptionsbande der asymmetrischen Uranyl-Streckschwingung (uranyl asymmetric stretch) in Richtung auf COp-Laser-Ubergänge verschieben, die bezüglich der Isotopenselektivität und der Lasereffektivität günstiger sind.Another advantage that can be achieved through the use of uranyl compounds containing these neutral ligands results from the fact that these ligands tend to increase the frequency at which these molecules absorb, for example compared to U0 2 (hfacac) 2 .THF move. This shift results from an increase in the bond strength between these ligands and the UO 2 -TeU of the molecule. It is particularly preferred to use ligands which shift the position of the absorption band of the asymmetric uranyl stretching vibration (uranyl asymmetric stretch) in the direction of COp laser transitions, which are more favorable in terms of isotope selectivity and laser effectiveness.

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Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel demonstriert werden.The method according to the invention is to be demonstrated below using a preferred exemplary embodiment.

Die Bestrahlung einer Uran enthaltenden Verbindung wurde in einem Molekularstrahl wie in der BE-PS 867 647 beschrieben durchgeführt. Die Uran enthaltende Verbindung die in der genannten Patentschrift verwendet wurde, war
U02(hfacac)2»(THF). Es wurde gefunden, daß bei Beobachtung der Photodissoziation und des IR-Absorptionsspektrums dieser Verbindung im Gaszustand beide ein Maximum bei 956 cm" (nahezu in Resonanz mit dem P(6)-Übergang eines 10,6,um CO?-Lasers) und eine Halbwertsbreite (full width at half maximum intensity) von etwa 7,8 cm~ aufwiesen.
The irradiation of a uranium-containing compound was carried out in a molecular beam as described in BE-PS 867,647. The uranium containing compound used in the referenced patent was
U0 2 (hfacac) 2 »(THF). It was found that upon observation of the photodissociation and the IR absorption spectrum of this compound in the gas state, both a maximum at 956 cm "(nearly in resonance with the P (6) transition of a 10.6 µm CO? Laser) and a Full width at half maximum intensity of about 7.8 cm ~.

Die Verbindung UOp(hfacacJ-THF wurde in einen beheizten Ofen mit einer 0,127 mm großen Austrittsöffnung gegeben und auf etwa 115 C erwärmt. Bei dieser Temperatur ergab das geschmolzene Material einen Dampfdruck von etwa 0,2 Torr und es wurde ein Molekularstrahl an der Austrittsöffnung des Ofens erzeugt. Dieser Molekularstrahl wurde gekreuzt von einem CW 10,6/um C02~Laser. Es wurde eine Selektivität für die bevorzugte Dissoziation der Uran 235 enthaltenden Verbindung von 1,28 + 0,14 bei Arbeiten auf dem P(4)-Übergang bei einem LaserenergieflußThe compound UOp (hfacacJ-THF was placed in a heated oven with a 0.127 mm exit orifice and heated to about 115 ° C. At this temperature the molten material gave a vapor pressure of about 0.2 torr and a molecular beam was generated at the exit orifice of the This molecular beam was crossed by a CW 10.6 / um CO 2 ~ laser. A selectivity for the preferred dissociation of the compound containing uranium 235 of 1.28 + 0.14 when working on the P (4) - Transition in a flow of laser energy

von 5,1 mJ/cm und einer Kontaktzeit des Lasers mit denof 5.1 mJ / cm and a contact time of the laser with the

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Molekülen von etwa 5/U Sek. erreicht. Es wurde eine Abnahme der U-235 enthaltenden Verbindung um 1,9 % beobachtet. Die Photodissoziationsprodukte dieses Verfahrens erwiesen sich als UOp(hfacac)2 und THF.Molecules of about 5 / rev sec. A 1.9% decrease in the U-235 containing compound was observed. The photodissociation products of this process were found to be UOp (hfacac) 2 and THF.

Weitere Versuche zeigten, daß erheblich erhöhte Selektivitäten erhalten werden können, wenn die Temperatur herabgesetzt wird. Bei diesen Versuchen wurde die isotopische selektive Dissoziation von UO2Lp3THF für den P(lO)-Übergang eines 10,6 ,um C0_-Lasers gemessen. Bestrahlung bei diesem Übergang führt zur selektiven Dissoziation des Uran-238 enthaltenden Moleküls. In den in Tabelle A zusammegefaßten Ergebnissen wurde der Molekularstrahl von einem gepulsten CO?-TEA-Laser mit einer Impulsbreite von etwa 400 Nanosekunden (FWHM) gekreuzt. Die Ergebnisse in Tabelle A zeigen, daß sich die isotopische Selektivität dramatisch erhöhte, wenn die Temperatur gesenkt wurde.Further experiments showed that significantly increased selectivities can be obtained when the temperature is reduced. In these experiments, the isotopic selective dissociation of UO 2 Lp 3 THF for the P (10) transition of a 10.6 μm C0_ laser was measured. Irradiation at this transition leads to the selective dissociation of the uranium-238-containing molecule. In the results summarized in Table A, the molecular beam was generated by a pulsed CO ? -TEA laser crossed with a pulse width of about 400 nanoseconds (FWHM). The results in Table A show that isotopic selectivity increased dramatically as the temperature was decreased.

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TABELLE ATABLE A

Ofenoven Anzahl dernumber of Laser-laser isotopischeisotopic Dissoziations-Dissociation tempetempe Laser-ImLaser-Im Energieenergy SelektiviSelectivi Fraktionfraction raturrature pulsepulse flußflow tät # act # (D-)(D-) 5C 5 C (mJ/cm )(mJ / cm) (D8/D5)(D8 / D5) 88th 120120 2048020480 4848 1,17 + 0,151.17 + 0.15 0,70.7 110110 2048020480 120120 1,22 + 0,111.22 + 0.11 0,90.9 8484 2457624576 4848 1,25 + 0,221.25 + 0.22 0,50.5 7575 1433614336 5252 1,67 + 0,221.67 + 0.22 0,40.4 6565 92169216 4848 1,91 + 0,371.91 + 0.37 0,30.3

• 238• 238

Dn ist die Dissoziations-Fraktion für U enthaltendeD n is the dissociation fraction for U containing

Moleküle.Molecules.

pqr.pqr.

D5 ist die Dissioziations-Fraktion für U enthaltende Moleküle.D 5 is the dissociation fraction for U-containing molecules.

Es wurden weitere Versuche unter Verwendung von
UOp(hfacac)„·Trimethylphosphat (TMP) durchgeführt. Das TMP hat gegenüber dem UOp(hfacac)„-Komplex eine größere Basenstärke als THF. Der Ofen wurde auf etwa 100° C er wärmt, so daß ein Molekularstrahl von U0p(hfacac)2«TMP erzeugt wurde, der dann bestrahlt wurde mit einem ge pulsten COp-TEA-Laser betrieben bei dem P(4), 10,6/um übergang, einem übergang, der bevorzugt zur Dissoziation von Uran 235 enthaltenden Molekülen führt. Die Selektivität unter diesen Bedingungen wurde zu 1,7 + 0,2 bestimmt. Dies bedeutet, daß die mit dieser Verbindung erzielte
Further experiments were using
UOp (hfacac) „· Trimethylphosphate (TMP) carried out. Compared to the UOp (hfacac) complex, the TMP has a greater base strength than THF. The furnace was heated to about 100 ° C it warms, so that a molecular beam of U0p (hfacac) 2 "TMP was produced, which was then irradiated with a GE operated pulsed COP TEA laser in which P (4), 10.6 / um transition, a transition that preferentially leads to the dissociation of molecules containing uranium 235. The selectivity under these conditions was determined to be 1.7 + 0.2. This means that the achieved with this connection

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29*911729 * 9117

Selektivität erheblich höher ist als die mit UO_(hfacac)p*THF bei einer entsprechenden Temperatur. Für die Einzelphoton-Selektivität ergab sich für üO?(hfacac)p·· TMP ein Wert von etwa 1,4. Die experimentell erzielte Selektivität ist also höher für Verbindungen der Klasse U02(hfacac)2«THF mit einer stärker gebundenen Base L.Selectivity is significantly higher than that with UO_ (hfacac) p * THF at a corresponding temperature. For the single photon selectivity, the result for üO ? (hfacac) p ·· TMP has a value of about 1.4. The selectivity achieved experimentally is therefore higher for compounds of class U0 2 (hfacac) 2 «THF with a more strongly bound base L.

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Claims (11)

UEXKÜLL Λ GTOLBERG professional representatives PATENTANWÄLTE BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE BESELERSTRASSE « D 3000 HAMBURG SJ OR J D FRHR von UEXKULL OR ULRICH GRAF STOLBERG DIPL ING JÜRGEN SUCHANTKE OIPL ING ARNULF HUBER OR ALLARD von KAMEKE OR KARLHEINZ SCHULMEVER Exxon Research and (Prio.: 10. Mai 1979 Engineering Company US 37 877 - 16282) Linden, N.J. V.St.A. Hamburg, Dezember 1979 Isotopentrennverfahren PATENTANSPRÜCHEUEXKÜLL Λ GTOLBERG professional representatives PATENT LAWYERS BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE BESELERSTRASSE "D 3000 HAMBURG SJ OR JD FRHR by UEXKULL OR ULRICH GRAF STOLBERG DIPL ING JÜRGEN SUCHANTKE OIPL ING ARNULME Research (Ex. May 1979 Engineering Company US 37 877-16282) Linden, NJ V.St.A. Hamburg, December 1979 Isotope separation process PATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Trennung von Isotopen eines Elements, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dampf einer Verbindung dieses Elements erzeugt, welche entsprechend den Isotopen des Elements ein isotopisch verschobenes aber überlappendes IR-Absorptionsspektrum besitzt, das sich bei Absorption von Photonen kaum verändert, wenn die Verbindung sich anfänglich in einem vorbestimmten Temperaturbereich befindet, und daß man den Dampf mit einem vorbestimmten Strahl von Infrarotlicht bestrahlt, das bevorzugt von einer1. A method for the separation of isotopes of an element, characterized in that a vapor is a Connection of this element generates, which isotopically shifted according to the isotopes of the element but has an overlapping IR absorption spectrum that hardly changes when photons are absorbed changed when the compound is initially in a predetermined temperature range, and that the steam is irradiated with a predetermined beam of infrared light, preferably from a 030047/0510030047/0510 Molekularschwingung der Moleküle der ein vorbestimmtes Isotop des Elements enthaltenden Verbindung absorbiert wird, dadurch mit dem vorbestimmten Isotop angereicherte angeregte Moleküle der Verbindung erzeugt, wobei der Dampf der Verbindung auf einer Temperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten wird, der ausreichend Moleküle im thermischen Gleichgewicht liefert, welches mehr als 1 Photon für die Dissoziation erfordert, so daß bei erfolgender Dissoziation die isotopische Selektivität mindestens 10 % über der maximalen Selektivität liegt, die mit einer Gruppe von Molekülen der Verbindung erzielt werden kann, in der jedes Molekül durch Absorption eines einzigen Photons dissoziieren kann, und dadurch die Abtrennung der angeregten Moleküle ermöglicht wird.Molecular vibration of the molecules of a predetermined one Isotope of the element-containing compound is absorbed, thereby having the predetermined isotope Enriched excited molecules of the compound are generated, with the vapor of the compound on a Temperature is kept in the predetermined temperature range, the sufficient molecules in the thermal Equilibrium supplies, which requires more than 1 photon for dissociation, so that when done Dissociation, the isotopic selectivity is at least 10% above the maximum selectivity that comes with a group of molecules of the compound can be obtained in each molecule by absorption can dissociate a single photon, and thereby enables the separation of the excited molecules will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die vorbestimmte Infrarotstrahlung mit einem COp-Laser erzeugt.2. The method according to claim 1, characterized in that the predetermined infrared radiation with a COp laser generated. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element Uran ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the element is uranium. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine Uranylverbindung ist.4. The method according to claim 3, characterized in that the compound is a uranyl compound. 030047/0580030047/0580 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Uranylverbindung die Formel UOpAA'·L besitzt, in der A und A' monovalente An ionen von Säuren sind, die einen Siedepunkt von weniger als etwa 200° C und einen pKa-Wert von etwa 4,8 oder weniger aufweisen, und L ein neutraler Ligand ist.5. The method according to claim 4, characterized in that the uranyl compound has the formula UOpAA '· L, in which A and A' are monovalent anions of acids which have a boiling point of less than about 200 ° C and a pKa value of about 4.8 or less, and L is a neutral ligand. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der neutrale Ligand (L) eine Gleichgewichtskonstante hinsichtlich des Austausches gegen Tetrahydrofuran an dem Uranylion von größer als etwa 1 aufweist. 6. The method according to claim 5, characterized in that the neutral ligand (L) has an equilibrium constant with regard to the exchange for tetrahydrofuran on the uranyl ion of greater than about 1. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der neutrale Ligand (L) eine Verbindung aus der Gruppe bestehend aus Trimethylphosphat, Triethylphosphinoxid und Hexamethylphosphoramid ist. 7. The method according to claim 6, characterized in that the neutral ligand (L) is a compound selected from the group consisting of trimethyl phosphate, triethyl phosphine oxide and hexamethyl phosphoramide. 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß A und A' das gleiche Anion bedeuten.8. The method according to claim 5, characterized in that A and A 'represent the same anion. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anion 1,1,1,5,5,5-Hexafluoroacetylacetonat ist.9. The method according to claim 8, characterized in that the anion 1,1,1,5,5,5-hexafluoroacetylacetonate is. 030047/0580030047/0580 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen solchen Strahl von Infrarotlicht verwendet, daß weniger als etwa 70 % der Gruppe der Moleküle dissoziieren.10. The method according to claim 1, characterized in that one uses such a beam of infrared light that less than about 70 % of the group of molecules dissociate. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen solchen Strahl von Infrarotlicht verwendet, daß weniger als etwa 50 % der Gruppe der Moleküle dissoziieren.11. The method according to claim 1, characterized in that one uses such a beam of infrared light that less than about 50 % of the group of molecules dissociate. 030047/0580030047/0580
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