DE2950207C2 - Isotopen-Trennverfahren unter Verwendung einer Vielzahl von Zusatzgasen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren laut Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Laser-Isotopentrennanlagen, bei denen ein Infrarot-Laserstrahl eingesetzt wird, sind im allgemeinen mit dem Problem behaftet, daß jede der bisher vorhandenen Infrarot-Laserstrahlquellen die Wellenlänge des Infrarotstrahls nicht kontinuierlich verändern kann. Dies ist insbesondere dort von Nachteil, wo Isotope mit geringer Isotopieverschiebung wie zum Beispiel Uranverbindungen angereichert werden. UF(,(Uranhexafluorid), zum Beispiel, absorbiert einen Infrarotstrahl,dessen Wellenlänge nahe bei 16 um liegt (Wellenzahl 620cm-'). sehr nachhaltig, jedoch erscheint die Absorptionslinie durch eine ri-Anregung von ²³⁸UF₆ (Uranium-238-lsotopenverbindung von Uranhexafluorid). das bei Normaltemperatur gasförmig ist, bei 625,5 cm-', wohingegen jene von ²³³UF₆ (Uran-235-lsotopenverbindung aus Uranhexafluorid) bei 626,15 cm-^! erscheint und um 0,65 cm-' zu einem höheren Bereich der Wellenzahl verschoben ist.

Der CF4-(Kohlenstofftetrafluorid)-Photoanregungslaser, der einen Kohlenstoffdioxid-Laserimpulsstrahl besitzt, dessen Schwingcharakteristiken eine besondere Aufmerksamkeit erweckt haben, da eine Infrarot-Laser' strahlquelle zur Anregung von UF₆ gefunden worden ist, die in einem Spektralband bei 16 um zwölf Schwingungslinien aufweist, von denen jedoch keine mit den Absorptionslinien von gasförmigem UFi, koinzidiert. Zusätzlich beträgt der Abstand zwischen den Schwingungslinien in manchen Fällen über 10 WHlenzahlen, wodurch es unmöglich ist. ²¹⁵UFe und ^2)SUF(, zu unterscheiden und wahlweise eines der beiden anzuregen. Bei gasförmigen Molekülen weist die Absorptionslinie bei normaler Temperatur und normaler Anregung des weiteren eine bestimmte Breite auf, was einerseits auf der Tatsache beruht, daß der Schwingungszustand natürlich angeregt ist, und andererseits auf der Tatsache, daß die Schwingungsbewegung von einer Drehbewegung begleitet ist

Bei schweren Molekülen wie UF6 ist die Breitenausdehnung größer als die isotopieverschiebung, so daß zur

ίο wahlweisen Anregung von ²³³UF₆ und ²³⁸UFe für die Laseranreicherung von UFö diese Ausdehnung der Absorptionslinie zuerst eliminiert werden muß.

Wenn die Temperatur der Probe genügend gering ist, kann die Drehbewegung von Molekülen und die Anregung des durch die Temperatur bewirkten Schwingungszustands eingestellt werden. Um die Ausdehnung der Absorptionslinie zu eliminieren, genügt es demgemäß, die Temperatur der Probe abzusenken. Es sind verschiedene Verfahren zum Absenken der Temperaturen, einschließlich eines Kühlverfahrens durch üitraschaiiausdehnung bekannt, bei weichem eine unter hohem Druck stehende Gasprobe bei Oberschallgeschwindigkeit aus einer Düse in ein Vakuum gespritzt wird. Bei dem Kühlverfahren durch Ultraschallausdehnung wird die Absorptionslinie bei normaler Schwingung in der Linienbreite schmaler als jene eines Normaltemperaturgases und wird um eine gewisse Wegstrecke in Richtung zur kurzen Wellenlänge (oder in Richtung einer hohen Wellenzahl) verschoben.

jo Ebenso bekannt bt ein gattungsgemäßes sogenanntes Matrix-Trennverfahren (ein Trennverfahren, bei dem Tieftemperatur-Verdünnungsmoleküle verwendet werden (DE-OS 28 06 162)), bei welchem die betreffenden Moleküle von trägen bzw. inaktiven Gasmolekülen niedriger Temperatur, wie Xenon. Argon, Stickstoff oder dgl, umgeben und festgelegt werden. Andererseits wird bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren die Absorptionslinie in Richtung zur hohen Wellenlänge (oder in Richtung der kleineren Wdlcnzahl) verschoben

•»ο und wird in ihrer Breite schmaler, wobei sich der Grad der Verschiebung je nach Art des als Zusatzgases verwendeten verändert. Wenn beispielsweise UF₆ mit Argon, Xenon oder Kohlenstoffmonoxid versetzt wird, ist die Weilenzahl der Absorptionslinie bei der /3-Schwingung von ²³⁸UF₆ gleich 619,3 cm-' für Argon, 617,0cm-' für Xenon und 618,4 cm-' für Kohlenstoffmonoxid.

Daher kann die Absorptionslinie bei dem gattungsgemäßen Verfahren auf geringfügig unterschiedliche Positionen verschoben werden, indem das Zusatzgas fachgerecht verwendet wird, und läßt sich leicht mit der ächwingungslinie von der diskontinuierlichen Infrarot-Laserstrahlquelle zur Koinzidenz bringen.
Jedoch sind beide vorstehend geschilderten Verfahren trotzdem, daß die Breite der Absorptionslinie schmaler wird, mit dem Nachteil behaftet, nämlich, daß eine bestimmte Komponente des UFb-lsotops nicht wahlweise angeregt werden kann, wenn nicht die verschobene Position der Absorptionslinie zufällig mit

"0 der der Laser=Schwingungslinie koinzidiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik ein Isotopen-Trcnnverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses

^b5 Verfahrens vorzuschlagen, bei welchem die Infrarot-Absorptionslinien von Isotopen künstlich so verschoben werden, daß die Absorptionslinie einer in Erwägung gezogenen Komponente der Isotope mit der Laser-

Schwingungslinie zur Koinzidenz gebracht wird, um die betreffende Komponente der Isotope wahlweise anzuregen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Verfahrens- und des Vorrichtungshauptanspruchs gelöst.

Auf diese Weise kann die Wellenlänge der Absorptionslinie der verfestigten Phase des betreffenden, mit dem Zusatzgas versetzten Isotops auf der Trägerplatte erfindungsgemäß mit der Wellenlänge des Infrarot-La- m sers zur Koinzidenz gebracht werden, und zwar mit dem Ergebnis, daß das betreffende Isotop wahlweise angeregt werden kann, was zu einer wirksamen Anreicherung und Trennung des Isotops führt

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Isoto- ι; pentrennanlage wird nachfotgend unter Bezugnahme auf dk. Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F j g. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung in schematischer Ansicht,

Fig.2 einen Ofen zur Vergasung einer Isotopenmischung id Form eines Feststoffes oder einer Flüssigkeit,

F i g. 3 einen Graph zur Darstellung der Betriebsweise der Anlage und

Fig.4 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung· zur Durchführung des Isotopentrennverfahrens >■> gemäß der Erfindung, in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Trennkammer 1 für die Isotope dargestellt, in deren Wände ein Fenster la, durch welches ein Infrarot-Laser hindurch strahlt, und Fenster 16, Ic ausgebildet sind, durch welche der Strahl mittels i< > Infrarot-Spektralanalyse gemessen wird. Innerhalb der Isotopen-Trennkammer 1 ist eine Trägerplatte 2 angeordnet, deren Temperatur steuerbar ist, und die dem Bestrahlungsfenster la zugewandt ist.

Als Trennkammer dient eine solche Kammer, deren r> Innenraum luftleer gemacht werden kann, und die auf eine extrem niedrige Temperatur wie die von flüssigem Stickstoff abgekühlt werden kann, so daß sich zum Beispiel eine Tieftemperatur — Cryostat ergibt.

Der Werkstoff der Trägerplatte 2 wird je nach Art des Isotops und der Analysetechnik ausgewählt, so zum Beispiel aus Werkstoffen wie BaF₂ (Bariumdifluorid) Kristalle, Kupfer, Aluminium, rostfreier Stahl und dergleichen. Die Trägerplatte 2 kann beispielsweise eine quadratische, rechteckige Forir oder verschiedene andere Formen aufweisen.

Die Temperatursteuereinrichtung der Trägerplatte 2 kann also Einrichtung zum indirekten Regeln der Temperatur innerhalb der Trennkammer oder zum direkten Regeln der Temperatur der Halteplatte 2 ~>o dienen.

In der Nähe des Fensters la für den Infrarot-Laser der Trennkammer 1 ist eine Infrarot-Laserstrahlqueile so vorgesehen, daß die Strahlöffnung dem Fenster zugewandt ist, so daß die Trägerplatte 2 dem von der Laserstrahlenquelle 3 ausgehenden Infrarot-Laserstrahl /.ausgesetzt ist.

Als Infrarot-Laserstrahlquelle 3 wird beispielsweise ein Kohlenstoffdioxid-Laser verwendet, der die Wahl der Schwingungswellenlänge ermöglicht, oder ein t>ö Kohlenstoffdioxid-Laser, der alleine die Schwingung einer einzigen Schwingwellenlänge ermöglicht.

Durch eine Wand der Trennkammer 1 ist eine Gaseinlaßdüse 4 geführt, die auf die Halteplatte 2 gerichtet ist.

An die zur Gasein'ir 3diise 4 führende Hauptleitung 5 sind in paralleler Anordnung ein Gaszuführungsrohr 6 für eine Isotopenrnischung mit einem Ventil 6a und Zuführungsrohre 7,8 mit Ventilen 7a, 8a zur Zuführung von ZW2I Arten von Zusatzgasen (z. B. Xenon und Argon) zur Beimischung angeschlossen.

In Fi g. 1 bezeichnen die Ziffern 9,10,11 in der Regel geschlossene, in der Hauptleitung 5 angeordnete Ventile. Mit Ziffer 12 ist ein in der Regel geschlossene.·;, in der Hauptleitung 5 angeordnetes Ventil für Abgas bezeichnet, mit 13 ein Flußsteuerventil, das ebenfalls in der Hauptleitung 5 angeordnet ist, mit 14 ein Flußmeter zum Messen der Durchflußrate der durch die Hauptleitung 5 strömenden Gase, mit 15 ein Druckmeßinstrument zum Messen des Gasdrucks und mit 16 ein Feindruckdetektor.

Des weiteren sind an die jeweiligen Zufuhrrohre 6 bis 8 eine die gasförmige Isotopenmischung enthaltende Gasbombe 17 und Gasbomben 18. 19 angeschlossen, in denen jeweils die zwei Zusatzgase enthalten sind.

Anstatt die in Fig. 1 gezeigte Gasbombe 17 als Zufuhrquelle der gasförmigen Isotopenmischung zu verwenden, kann ein in Fig.2 abgebildeter Ofen 20 verwendet werden, in dem die feste oder flüssige Isotopenmischung untergebracht ist und wie erforderlich erwärmt bzw. geheizt wird, und zwa¹- durch beispielsweise einen Heizer 2ΐ mit einem Temperatursteut.-system, wobei eine gasförmige Isotopenmischung erzeugt wird.

Die erzeugte gasförmige Isotopenmischung kann durch das Gaszuführungsrohr 6 der Hauptleitung 5 zugeführt oder direkt in die Isotopen-Trennkammer 1 eingespritzt werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Gasreservoir 22 zwischen den normalerweise geschlossenen Ventilen 10 und 11 der Hauptleitung 5 angeordnet, mittels dem die Isotopenmischung gleichmäßig mit den zwei Zusatzgasen verdünnt und anschließend durch die Gaseinlaßdüse 4 in Richtung auf die Trägerplatte 2 injiziert wird.

An der Entladungsöffnung \d ist die Trennkammer mit einer Abzugsleitung 23 für das angereicherte Produkt verbunden, und die Leitung 23 ist zum Sammeln des angereicherten Produkts mit Kaltfallen 24, 25, die Ventile 24a und 25a aufweisen, ausgestattet.

Wenn beispielsweise ein Quadrupol-Massenspektrometer an die Leitung 23 angeschlossen wird, kann eine Massenspektroskopie durchgeführt werden.

Als Zusatzgase werden solche Gase verwendet, die für den verwendeten Infrarot-Laser durchlässig sind und mit den zu trennenden Isotopen chemisch nicht reagieren. Solche Gase sind zum Beispiel Inertgase, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid. Um die Halbwertbreite so schmal wie möglich zu halten, sind Inertgase wie N;on, Argon, Krypton oder Xenon wünschenswert.

üie Temperatur der Trägerplatte 2 sollte zumindest unter der von flüssigem Stickstoff liegen, und. obwohl sich die Veränderung nach der Art des verwendeten Zusatzgases richtet, wird eine Temperatur unter 10 K bei Verwendung von Neon, und unter 30 K, 45 K und 60 K jeweils bei Verwendung von Argon, Krypton und Xenon vorgezogen.

Die Verdünnung durch das Zusatzgas ist ausreichend, wenn sie gleich 10- bis 2000mal dem Voiumen ist, bei dem die Moleküle der jeweiligen zu trennenden Isotope voneinander isoliert sind, und bei Verbindungen, bei denen hinsichtlich der Eigenschaften der Isotope große Differenzen vorhanden sind, vorzugsweise in einer Größenordnung von lOOmal und fast lOOOmal für Verbindungen, bei denen hinsichtlich der Eigenschaften der Isotope nur geringe Differenzen vorhanden sind.

Die für die Laserisotopentrennung einzuleitende Reaktion ist eine Photoionisation, eine Photodissoziation, eine photochemische Reaktion oder dergleichen.

Nachfolgend wird das Trennverfahren einer Schwefel-32-Isotopenverbindung (³²SFe) und einer Schwefel-34-lsotopenverbindung (³⁴SF₆) von SFe (Schwefelhexafluorid) unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Anlage beschrieben. Für dieses Verfahren wurden Xenon und Argon als Zusatzgase verwendet.

Die Trennkammer wird mit der Trägerplatte 2 versehen und dann evakuiert. Die Trägerplatte 2 wird auf eine Tieftemperatur unter 50 K abgekühlt. Dann wird das gesamte Gaszufuhrsystem, das heißt, die Hauptleitung 5 und die Zufuhrrohre 6 bis 8 werden evakuiert und die Ventile 6a, 7a, 8a und 9 geschlossen. In einen von den Ventilen 6a, 7a, 8a. 11 und 12 umgebenen Bereich wird mit Hilfe der Druckanzeiger durch das Ventil 6a eine vorher bestimmte Menge von SF*. eingeführt, zu der aus den Ventilen 7a und 8a jeweils Xenon und Argon zugegeben werden, so daß sich ein vorher festgesetztes Mischungsverhältnis und eine Lösung (normalerweise lOOmal größer) ergeben.

Das Ventil 11 wird geöffnet, so daß das gemischte Gas in den Gasbehälter 22 einströmen kann, in welchem es gleichförmig gemischt wird.

Während das Ventil 10 zum Messen der Flußrate mittels des Flußmeters 14 verwendet und die Flußrate mittels des Flußreglers 13 geregelt wird, wird das Ventil 9 geöffnet, so daß gemischte Zusatzgas (Schwefelhexafluorid + Xenon + Argon) aus der Gaseinlaßdüse 4 gegen die (Niedrigtemperatur-)Trägerplatte 2 geblasen und verfestigt wird. Diese wird dann durch das Fenster la von einem von der Laserstrahlquelle 3 erzeugten, eine vorher bestimmte Wellenlänge aufweisenden Infrarot-Laserstrahl bestrahlt.

Falls notwendig, wird die Änderung des Absorptionsspektrums der verfestigten Phase auf der Trägerplatte 2 der betreffenden, mit Xenon und Argon verdünnten Isotopenverbindung (¹¹SFi, oder ³⁴SFa) durch die für die Spektralanalyse vorgesehenen Fenster 16, ic gemessen. Das sublimierte Gas wird an der Entladungsöffnung id gesammelt und einer Massenspektroskopie unterzogen.

Nach Bestrahlung durch den Laser wird die Temperatur der Trägerplatte 2 angehoben und ein angereichertes Produkt in den Kältefallen 24, 25 gesammelt.

Nun wird die Anregung von SFe mit den in dem Spektralband bei 10,6μηι erscheinenden P-Schwingungslinien des CO>-Lasers beschrieben.

Nach den Ergebnissen der Experimente erscheint die Absorptionslinie durch Vt von mit reinem Xenon volumenmäßig 200mal verdünnten und verfestigten ^i:SF„ von SF₁, bei 931,3±0.5 cm-' und die von ¹⁴SF₆ bei 914.1 +0.5 cm-'. Der Unterschied zwischen den Wellenlängen beträgt 17,2 cm '. und es gibt neun Schwingungslinien zwischen den Absorptionslinien, wie dies in Tabelle I gezeigt ist.

Die Halbwertbreite der ivAbsorptionslinie für das mit Xenon verdünnte '-'SF., beträgt 3.7 cm-¹, und der Abstand von der Absorptionslinie von ^MSF(, ist genügend groß. Da die Zwischenräume der Laser-Schwingungslinien etwa 2 cm ' betragen, und letztere deshalb relativ dicht aneinanderliegen. kann jede der zwischen den jeweiligen Absorptionslinien liegenden Oszillat'inslinien zur wahlweisen Anregung der Isotope bis zu einem gewissen Ausmaß verwendet werden: da ist P (32) oder P (34) für mit Xenon verdünntes ^i:SF<, und P (48) oder P (50) für in gleicher Weise verdünntes ³⁴SFb.

Nachfolgendes gilt für den Fall in dem SF-, mit Argon verdünnt ist: '-¹SF₀ kann wahlweise bis zu einem gewissen Ausmaß durch die Verwendung von P (26) oder P (28) und ¹⁴SF₀ durch die Verwendung von P (44) oder P (46) angeregt werden. |edoch ist die Anregung in keinem der Fälle zufriedenstellend, das heißt mit gröütmöglicher Wirkung durchzuführen.

Tabelle 1

CO₂-Laser-Schwingungslinien und SF₆-Absorptionslinien im Spektralband bei 10,6 am

Laser-Schwingungslinie

No.

Lage der Absorptionslinie V

Halbwertsbreite Jv

Bemerkungen

P(22)
P(24)
P(26)
P(28)
P(30)
P(32)
P(34)
P(36)
Pf38)
P(40)
P(42)
P(44)
Pi46)
P(48)
P(50)

942,35 940,52 938,62 936,78 934,88 932,89 930,96 928,95 926,95 924,90 922,85 920,77 918,65 916,51 914,41

937,7 93 U

3,7

3,7

³³SF₆ verd. mit Ar
³²SF₆ verd. mit Xe

920,5

914,1

3,4

³⁴SF₆ verd. mit Ar
F₆ verd. mit Xe

Die vermischte, verdünnte Zusammensetzung aus Xenon und Argon wird verwendet, um die Art der Verschiebung der Absorptionslinie in bezug auf Veränderungen in der Zusammensetzung zu beobachten. Die Ergebnisse daraus sind in F i g. 3 gezeigt.

In Fig. 3 ist mit (a) die Wellenzahl angegeben, bei ',,·· Icher die i'j-Absorptionslinif.· von ³²SFi, erscheint, und die gegenüber der Konzentration von Argon, die als Abszisse genommen ist, in dem gemischten Zusatzgas von Xenon und Argon in dem Fall dargestellt ist, in dem die Verdünnung 2G0mal jener von SF₆ ist. Hieraus ist ersichtlich, daß die Absorptionslinie in einem im wesentlichen linearen Verhältnis zur Konzentration von Argon innerhalb eines Bereiches verschoben wird, in dem mit reinem Xenon oder Argon verdünnt ist.

Ebenfalls in F i g. 3 ist mit (b) an den jeweiligen Meßpunkten die Halbwertsbreite der Absorptionslinie dargestellt. Hierdurch wurde bestätig!, daß durch die Verwendung einer derartigen, gemischten Verdünnungszusammensetzung die Halbwertbreite insoweit nicht vergrößert wird.

Die Ergebnisse dieser Experimente demonstrieren, daß die Absorptionslinie von ³²SF₆ oder ³⁴SF₆ präzise mit der Laser-Oszillationslinie koinzidiert werden kann. Das heißt, daß wie in Tabelle 1 gezeigt, zwischen der Vj-Absorptionslinie von dem mit Xenon verdünnten "SFb und der »"j-Absorptionslinie von dem mit Argon verdünnten ¹²SFt. drei Laser-Oszillationslinien von P (28). P (30) und P (32) vorhanden sind. Folgendes trifft : af ³⁴SF₆ zu: Hier sind drei Laser-Oszillationslinien von JO P (46). P (48) und P (50) vorhanden. Um durch die Verwendung von dem gemischten Zusatzgas aus Xenon und Argon die Absorptionslinie von ¹²SF₆ mit jeder der Oszillationslinien P (28). P (30) und P (32) zu koinzidieren, genügt es dementsprechend, die Konzentration von Argon auf 86. 56 oder 25% abzustellen. Die Koinzidenz der Absorptionslinie von ³⁴SF₆ mit der Oszillationslinie P (46), P (48) oder P (50) läßt sich erreichen, indem die Konzentration von Argon jeweils auf 71, 38 oder 5% abgestellt wird.

Wenn die Isotopenverbindung in dem verfestigten Zusatzgas Schwingungen ausgesetzt und mit dem Infrarot-Laserstrahl angeregt wird, bilden sich auf der (Niedrigtemperatur-JTrägerplatte 2 feine Kristalle von der angeregten Isotopenverbindung. Wenn man hinsichtlich des Wachstums der durch den Infrarot-Laserstrahl beschleunigten Kristalle von ¹²SF₆ einen Fall, in dem Xenon als alleiniges Zusatzgas verwendet wird, das heißt, in dem die Absorptionslinie und die Oszillationslinie nur in geringem Maße überlagert sind, mit einem Fall vergleicht, in dem ein gemischtes Gas aus Xenon und Argon als gemischtes Zusatzgas verwendet wird, das heißt, in dem die Absorptionslinie und die Oszillationslinie koinzidieren, erhält man die in Tabelle 2 aufgezeigten Ergebnisse.

Gemäß den in Tabelle 2 aufgezeigten Ergebnissen tritt die ■!';-Vibr2tion von mit Xenon verdünnten ^J-'SF;· bei 931,3 cm"¹ auf. Wenn diese Vibration
Schwingung mit der P(32)-Linie des COi-Lasers oder bei 932,89 cm-' angeregt wird, stimmen die Absorptionslinie und die Oszillationslinie bei 1.59 cm ' nicht überein, und die Höhe der Absorptionslinie des gebildeten ¹²SF₆-Kristalls erhält, nach dem Absorptionsindex ausgedrückt, einen Wert von 0,12.

Wenn andererseits ein gemischtes Zusatzgas aus Xenon und Argon mit einer Konzentration von 25% verwendet wird, koinzidiert die vj-Absorptionslinie von ¹²SF₆ eben mit der P(32)-Laser-Oszillationslinie, wobei die Höhe der Absorptionslinie des ^J2SFb-Kristalls mit 0,15 festgestellt wurde.

Die durch Verwendung eines gemischten Zusatzgases hervorgerufene Koinzidenz der Absorptionslinie mit der Laser-Oszillationslinie resultiert in größeren Mengen von gebildeten Kristallen und auch in einem wirksamen Ablauf der wahlweisen Reaktion, sogar dann, wenn die erzeugte Laser-Oszillationslinie unter selben Bedingungen verwendet wird.

Tabelle 2

	Anzuregende	Art d. Zusatz	Absorp	Laser	Spitzenwert der
	Isotopen	gases	tionslinie	schwingungs	Kristalle
	verbindung			linie	(Absorptions-
			(cm-1)	(cm"1)	koeffizient)
Bekanntes	32SF6	Xenon 100%	931,3	932,89	0,12
Verfahren
Erfindungs-	32SF6	gem. Verdün	932,9	932,89	0,15
gemäßes		nungsgas aus
Verfahren		25% Argon und
		Xenon

Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens

mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik

bezüglich des Absorptionskoeffizienten von ³²SF₆

In der Laser-Isotopentrennung für UF₆ ist der Unterschied zwischen den Absorptionslinien zwischen Isotopen gering, nämlich 0,65 cm-', wie vorstehend beschrieben worden ist, und die Unterschiede der

65 Laser-Schwingungslinien sind so groß, daß die Technik des Verschiebens der Absorptionslinien gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wichtiger wird.

Die Beziehung zwischen der Schwingungslinie eines Photoanregungs-CF^Lasers und der V3-Absorptionslinie von ²³⁸UF₆, die durch das bekannte gattungsgemäße Verfahren gemessen worden sind, ist in Tabelle 3 dargestellt

Tabelle 3

CF₄-Laser-Schwingungslinien und UF₆-Absorptionslinien bei einem Spektralband von 16 μπι

Laser-Schwingungslinie

Nr.

Lage der Absorptionslinie Bemerkungen

cm

-ι

(1)	653,32	619,3
(2)	649,3	618,4
(3)	646,1	617,0
(4)	643,23
(5)	642,4
(6)	640,73
(7)	631.15
(8)	631,05
(9)	631,12
(10)	618,11
(11) (12)	615,06 611,99

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, liegt die Schwingungslinie (10) des CFj-Lasers, d.h. 618,11cm-'. zwischen der vj-Absorptionslinie. 617,0 cm-', des mit Xenon verdünnten -'¹⁸UFb und der Vj-Absorptionslinie. 619,3 cm-'. des mit Argon verdünnten ²¹⁸UFb. Aus der linearen Beziehung zwischen der Zusammensetzung des gemischten Zusatzgases und dem Grad der Verschiebung der Absorptionslinie wird klar, daß die vj-Absorptionslinie von -¹⁸UF₆ mit der Laser-Oszillationslinie koinzidiert werden kann, wenn die Konzentration von Argon in dem gemischten Zusatzgas aus Xenon und Argon auf 48% festgesetzt wird. In gleicher Weise kann die l'j-Absorptionslinie von ²¹⁵UF_h mit der Laser-Oszillationslinie koinzidiert werden, wenn die Konzentration von Argon auf 20% festgesetzt wird.

Deshalb wird hier, im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren, unter Verwendung einer Vielzahl von Zusatzgasen eine wahlweise Anregung von UF„-lsotopen ermöglicht, was letztlich zu einer Laser-Isotopentrennung mit hohem Wirkungsgrad führt.

Anstelle der erfindungsgemäßen Isotopen-Trennan-²³⁸UF₆ verd. mit Ar
²³⁸UF₆ verd. mit CO

²³⁸UF₆ verd. mit Xe

lage gemäß Fig. I, kann das Verfahren auch an einer Trennanlage gemäß Fig. 4 durchgeführt werden, bei der die zu trennende und anzureichernde Isotopenverbindung sowie eine Vielzahl von Zusatzgasen in vorher festgelegten Mischungsverhältnissen, während der Regelung der Durchflußraten. aus den jeweiligen Düsen 26, 27 und 28 gleichzeitig gegen eine (Tieftemperatur)-Trägerplatte 2 geblasen werden.

Die Bezugszeichen der Teile in Fig. I stimmen mit den Bezugszeichen der Teile in Fig.4 überein. So bezeichnet Ziffer 29 eine Zuführleitung für eine Isotopenmischung, 30, 31 Zufuhrleitungen für die jeweils verschiedenen Zusatzgase und 32 ein Druckmeßinstrument.

Neben der Gasmischung aus Xenon und Argon, können auch andere Zusatzgas-Kombinationen verwendet werden, so zum Beispiel Argon und Krypton. Krypton und Xenon und ähnliches. Außerdem kann das Zusatzgas auch drei oder mehr einzelne Gase aufweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trennen von Isotopen durch selektive Anregung mit einem IR-Laser, bei dem ein gasförmiges Isotopengemisch und ein inertes, IR-durchlässiges Zusatzgas auf einer tiefgekühlten Trägerplatte verfestigt werden und die feste Phase mit dem IR-Laser bestrahlt wird, mit nachfolgender Trennung der angeregten von den nicht angeregten Isotopen, dadurchgekennzeichnet, daß das Zusatzgas aus mehreren Komponenten besteht und seine mengenmäßige Zusammensetzung anhand der Abhängigkeit der Lage der Absorptionslinie von der Zusammensetzung des Zusatzgases derart gewählt wird, daß die Wellenlänge der Absorptionslinie der in fester Phase vorliegenden anzuregenden Isotope mit der Wellenlänge des IR-Lasers zusammenfällt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprach 1 mit einer Trennkammer, in der eine Trägerplatte angeordnet ist, deren Temperatur einstellbar ist, einem IR-Laser und einer Gaseinlaßdüse, die beide auf die Trägerplatte ausgerichtet sind, einem mit der Gaseinlaßdüse verbundenen Gaszuführungsrohr für das Isotopengemisch und ein Zusatzgas, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gaszuführungsrohr wenigstens zwei Zuführrohre (7, 8) für die Komponenten des Zusatzgases angeschlossen sind und zwischen zwei in dem Gaszuführungsrohr befindlichen Ventilen (10, 11) ein Gasbehälter (22) angeordnet ist.