DE3009124A1

DE3009124A1 - Verfahren zur trennung von uran-isotopen

Info

Publication number: DE3009124A1
Application number: DE19803009124
Authority: DE
Inventors: John Tolliver Del Mar Calif. Porter II.
Original assignee: General Atomics Corp
Current assignee: GA Technologies Inc
Priority date: 1979-11-21
Filing date: 1980-03-10
Publication date: 1981-05-27
Also published as: GB2063549A; NL8001460A; AU540190B2; GB2063549B; CA1144516A; US4439404A; AU5561280A; FR2469951A1; JPS5676229A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. We) cicm^:an^:n, Dif-l.'-Ph^s. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska 3009124

8 000 MÜNCHEN 86, DEN / £, f-B'-y üqgJJ

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

GENERAL ATOMIC COMPANY

10955 Jolni Jay Hopkins Drive

San Diego, California 92121, V.St.A.

Verfahren zur Trennung von Uran-Isotopen

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Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Trennung von Uran-Isotopen, insbesondere auf ein Festkörperlaser-Urananreicherungsverfahren gerichtet.

Die Anreicherung von Uran wurde bisher herkömmlicherweise mittels kostspielieger und und energieintensiver mechanischer Trenntechniken durchgeführt. In jüngster Vergangenheit wurde vorgeschlagen, Laser-Anordnungen zur Trennung von Uran-Isotopen in deren gasförmigem Zustand zu benutzen.

In diesem Zusammenhang haben photochemische Uran-Isotopentrennungsprinzipien auf diesem Gebiete Beachtung gefunden. Die spektroskopischen Eigenschaften von Uranverbindungen, Isotopeneffekte eingeschlossen, wurden untersucht vergl.

(G." Dieke, et al., "Spectroscopic Properties of Uranium Compounds" National Nuclear Energy Series Division III, Volume 2, McGraw-Hill, (1949). E. Rabinowitch et al., "Spectroscopy and Photochemistry of Uranyl Compounds", MacMillian, (1964)> (eingeklammerte Hinweise sind in den angegebenen Quellen enthalten) ). Indessen weisen herkömmliche bekannte Laser-Trenntechniken,wie beispielsweise in U.S. Patent Nr. 3,443,087, 3,558,877, 3,673,406 und 3,772, 519, Britisches Patent Nr. 1,237,474 und 1,284,620 und Französisches Patent Nr. 1,391,738, beschrieben, zahlreiehe Nachteile in Bezug auf eine leistungsfähige, wirkungsvolle und zweckmäßige photochemische Trennung von Uran-

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Isotopen auf.

Die Möglichkeit einer gegenseitige Beeinflussung eines isotopischen Effekts und einer monochromatischen Lichtquelle wurde seit den ersten Versuchen zur phototechnischen Trennung von Isotopen beobachtet, eingeschlossen erfolgreiche Experimente mit Chlorin und Quecksilber (Kuhn et a^L., Z. Phys. Chem. Abt., B J50 (1941), Billings et al., J. Chem. Phys., 2J_, 1792 (1953) ) und erfolglose Versuche mit Uran (Lipkin et _al. "Photochemistry of Systems Containing Uranium Compounds", Columbia University, Division of War Research, Project DSM Report CU-X-17 (1942) ).

Wegen der geringen Bedeutung von Isotopeneffekten für Uran sind isotopische Effekte tatsächlich auf Systeme mit gasförmigen oder bei niedrigen Temperaturen festen Stoffen, für die normalerweise eine Photo-Reaktionsfähigkeit weitgehend nicht ausgeschlossen ist, beschränkt. Für Flüssigkeiten oder bei gewöhnlichen Temperaturen feste Stoffe übersteigt die statistische Fluktuation der Energiezustände die Energiedifferenzen, die mit jedem Isotopeneffekt verbunden sind. Die spektralen Eigenschaften sind verglichen mit den erwarteten isotopischen Trennungseffekten umfangreich.

Die Anzahl von Systemen mit gasförmigen Stoffen für die Urananreicherung ist begrenzt. Möglicherweise ist die Multiphoton-Ionisation von gasförmigem, elementarem Uran vom Konzept her die wahrscheinlich einfachste. Diese Lösung wird eingehend geprüft. Es sind jedoch viele technologische Schwierigkeiten im Hinblick auf die Präparation und Handhabung von gasförmigem Uran zu überwinden.

Die Anzahl molekularer Gasarten von Uran ist begrenzt.üran-Hexafluorid ist mit Gewißheit die am meisten bekannte.Jedoch gibt es darüber hinaus noch Tetraborhydrid und bei einer ge-

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-a-

mäßigten Temperatur Tetrachlorid und Uranozen.Diese sind alle polyatomare Moleküle,von denen erwartet wird,daß sie sich eher als linienelektronische Absorptionsspektren binden.Dies geht aus veröffentlichten Spektren hervor.Bei Ab-Wesenheit von Linienspektren wird das Zerlegen in einem virtuellen Kontinuum ausgeführt,und eine selektive Anregung kann nicht erreicht werden.

Eine Alternative durch Benutzung einer selektiven Infrarot-Absorption, die eine Schwingungsanregung liefert, ist gegeben. Selektive Schwingungsanregung mit einem einzigen Photon würde nicht in irgendeiner üblichen physikalischen oder chemischen Transformation erwartet werden, könnte jedoch eine energetisch unterscheidbare Besetzung vorbereiten, die in der Folge durch eins oder mehrere zusätzliche Photonen, die letztlich zu einem Energiepotential führen, das zerfällt oder auf andere Weise reagiert. Nachdem gasförmige molekulare Arten von Uran niedrige Energie-Schwingungsmodi haben, können Probleme im Hinblick auf heiße Bänder in dem Spektrum entstehen, d. h. übergänge, die vom thermisch angereicherten Status über dem Grundstatus oder von Begrenzungen in dem Grad, bei dem die Moleküle dem Grundstatus zugeführt werden können, was als Flaschenhals-Effekt bezeichnet worden ist (Letokhov et aJL., Soviet Physics JETP 3J5, 1091 (1973); Zh. Eksp. Teov. Fiz. 63, 2064 (1972) ), ausgehen. Während solche Effekte bei Betrieb bei niedrigen Temperaturen abgemildert werden können, neigt ein Betrieb bei niedriger Temperatur dazu, die Aufrechterhaltung eines Gassystems zu stören.

Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Systeme zu schaffen, die Verfahren und Vorrichtungen für eine photochemische Trennung von Uranisotopen enthalten.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff

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des Patentanspruchs 1 und/oder des Patentanspruchs 11 gelöst. Die Erfindung ist durch die in den kennzeichnenden Teilen der genannten Patentansprüche angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
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Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Die genannte und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden im folgenden an Hand der beigefügten, Ausführungsbeispiele für die Erfindung betreffenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Fig.1 ist eine schematische Darstellung der betreffenden Energieniveaus des 235- und 238-Isotops des Urans in der Form von Uranyl-Salzen (UO- ).

Fig.2 ist eine schematische Darstellung der Reaktionsmodi gemäß der vorliegenden Erfindung entlang den Energie und Reaktionskoordinaten.

Fig.3 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zum Durchführen einer selektiven Anregung und einer photoreaktiven Trans- * formation bei der Uranisotopentrennung.

Allgemein ist die Erfindung auf Verfahren und Vorrichtungen zum Trennen von Uran 235 von Uran 238 durch selektive Laseranregung gerichtet.

In Übereinstimmung mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein photochemisch reaktives Ausgangsmaterial, das aus einem Uranyl-Salz einer isotopischen Mischung aus Uran 235 und 2 38 besteht und bei dem die betreffenden Isotopen voneinander getrennt werden sollen, selektiv bei einer isotopischen Zerlegungs-Absorption-Wellenlänge bei einer effektiven Temperatur für eine solche iso-

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topische Trennung niedriger ungefähr 77 K bestrahlt.Eine solche selektive Anregung erzeugt eine elektronisch angeregte Besetzung,die bevorzugt oder "angereichert" in Bezug auf das Isotop ist,das bevorzugt die selektive Bestrahlung absorbiert.

Anschließend wird das Ausgangsmaterial,das isotopisch selektiv angeregte Arten enthält,weiter bei der genannten niedrigen Temperatur bestrahlt,um die selektiv angeregten isotopischen Arten selektiv photochemisch zu reduzieren und die Art in eine Form umzusetzen,die chemisch aus der ursprünglichen Uranylsalz-Verbindung abscheidbar ist.Die selektiv reduzierte isotopische Verbindung wird dann chemisch aus der verbleibenden Uranylsalz-Verbindung abgeschieden.

Wie bereits erläutert,benutzt die vorliegende Erfindung photochemisch reaktive Uranylsalze (das üranyl-Kation wird hiernach an einigen Stellen mit UO* bezeichnet).Im allgemeinen können Uranylsalze,die photochemische Reaktionen bei gewöhnlichen Temperaturen,nämlich Temperaturen über ungefähr 273 K,zeigen,um das charakteristische Grün des tetra-

+ 4

valenten Urans (U ) zu erzeugen,als potentielle Ausgangsmaterialien betrachtet werden.Die Uranylsalze sollten am besten Verbindungen sein,in denen ein Anion ein Reduktions-Agens ist,oder Mischkristalle,in denen ein anderes Kation ein Reduktions-Agens ist.Solche Verbindungen werden im allgemeinen kein konventionelles photochemisches Verhalten bei der niedrigen isotopisch selektiven Photo-Anregungs-Temperatur zeigen.Beispiele von Urany!verbindungen,die in Bezug auf photochemische Reaktionsfähigkeit untersucht worden sind,enthalten Salze,gemischte Salze und Koordinations-Verbindungen, solche wie UranyIformiatmonohydrat {U0_(HCOO) · H₂O),basisches Uranylformiat {U0_-H₂O-UO₃(HCOO)₂-H₂O),gemischtes Ammonuranylformiat und die äthylendiamintetraazetylsaure Abscheidung des Uranyl-Ions.UranyIformiatmonohydrat wird wegen seiner hohen Konzentration und seiner dichten Reaktanzennäherung bevorzugt.

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Das Uransalz-Ausgangsmaterial sollte am besten eine kristalline Beschaffenheit haben. In diesem Zusammenhang sollte es, wenn es in einer mikrokristallinen oder in einer zermahlenen Form vorliegt und nicht ein einziges Stück sein muß oder Großkristallform haben muß_r am besten von amorpher oder glasförmiger Beschaffenheit sein. In einem Kristall nehmen die Atome (oder Ionen) Positionen von genau definierter und einheitlicher Energie ein und sind frei von kollisionären Schwankungen - Bedingungen,, die zu genau definierten Energie-Bändern und einem scharfen Spektrum führen. Im allgemeinen sind indessen die Energieniveaus an den Gittertypus des Kristalls gekoppelt, und das Absorptionsspektrum ist charakteristisch breit. Mit Uranylsalzen indessen und insbesondere bei niedrigen Temperaturen - ist die Koppelung mit dem Gitter begrenzt oder nicht vorhanden, und es kann ein scharfes Absorptionsspektrum beobachtet werden.

Wie erläutert, wird das Uranylsalz-Ausgangsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung auf photochemischen Wege bei niedriger Temperatur selektiv photo-angeregt. Uranylsalze sind charakteristisch gelb und häufig fluoreszent. Die allgemeine Grundlage für die Interpretation des elektronischen Spektrums der Urany!-Verbindungen wurde,ebenso wie eine partielle theoretische Interpretation vom molekularen orbitalen Gesichtspunkt aus, entwickelt (Dieke et al., und Rabinowitch et. aJL. , supra? McGlynn et aJL. , J. Mol Spectrosc. 6_, 164 (1961) ). Spektroskopische Untersuchungen, insbesondere die Niedrigtemperatur-Untersuchungen (G. Dieke, supra), führen zu einem Energieniveausystem, wie schematisch in Fig.1 gezeigt, für beide, das 235- und das 238-Isotop des Urans. Obwohl erlaubte Übergänge zu einem höheren elektronischen Status existieren, sind übergänge zu einem niedrigeren angeregten elektronischen Zustand, wie gezeigt, durch quantenmechanische Auswahlregeln erster Ordnung verboten.

Die Extinktionskoeffizienten sind charakteristisch klein, und die Anregungszustände haben lange natürliche Lebensdauern. Das Uranyl-Ion ist in vielen Fällen nur weich an das

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Gitter gekoppelt.Wenn ein solcher Fall auftritt,ist der strahlungslose Rückgang zu dem Ausgangszustand relativ langsam.Viele Uranylsalze sind durch unüblich langlebige Fluoreszenzen charakterisiert.Die Schwingungsstruktur der in Fig. 1 gezeigten Energieniveaus ist zentral zur Selektivität orientiert.Die normalen Schwingungsmodi des Uranyl-Ions enthalten asymmetrische Modi,die in der Energie für die 235- und die 238-Isotope differieren.Die optische Absorption,die einen übergang zu einem angeregten asymmetrischen Schwingungsniveau des elektronisch angeregten Zustandes nach sich zieht,z.B. übergänge,mit 1 und 1' oder 2 und 2' in Fig. 1 bezeichnet,zeigt eine isotopische Trennung,die die Grundlage für die selektive elektronische Anregung des UO₂ liefert.Die erwartete isotopische Trennung wurde bei Temperaturen von ungefähr 20 K beobachtet.Indessen tendieren Linienverbreiterungseffekte,die nachteilig für das isotopische Trennen sind,dahin,den Grad der Zerlegung als eine Funktion der Erhöhung der Temperatur herabzusetzen, so daß ein isotopisches Trennen,das bei 20 K beobachtbar war,nicht bei 77 K zu beobachten war.Damit übereinstimmend wird eine selektive Anregung im allgemeinen bei einer Temperatur unterhalb ungefähr 77 K ausgeführt,bei welcher ein geeigneter Grad von isotopischer Trennung erreicht werden kann.Im allgemeinen gibt es keine physikalische Untergrenze bei der Temperatur für die selektive Anregung.Nachdem jedoch das Material auf eine Betriebstemperatur gebracht und darauf gehalten wird,ist es praktisch wünschenswert,daß die Betriebstemperatur so hoch wie möglich ist.

Die selektive Anregung wird bei einer Absorptions-Wellenlänge im Bereich von ungefähr 20 000 bis ungefähr 27 000 cm durchgeführt. Berechnungen von geeignetem photochemisch reaktivem Material, Betriebstemperaturen und isotopisch selektiven Wellenlängen für die selektive Photo-Anregung bestimmter Ausgangsmaterialien können bei einer gewünschten Temperatur durch Benutzung eines Spektrographen durchgeführt werden, der eine geeignete Auflösung, wie eine solche,

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die in der Lage ist, zumindest zufriedenstellend Linientrennungen von 0,2 cm auszuführen. Diese Prüfung sollte am besten unter Benutzung von Kristallen durchgeführt werden, in denen das Verhältnis von 235-Isotopen zu 238-Isotopen des Urans im Kristall ungefähr 1:1 beträgt. Eine Beobachtung der isotopischen Trennung bei einer gegebenen Temperatur für ein besonderes photochemisch reaktives Salz und des Grades einer solchen Trennung kann durch Bestimmung geeigneter Salze und Betrxebstemperaturen vorgenommen werden. In diesem Zusammenhang sollte die verfügbare Wellenlängen-Verteilung einer bestimmten, für eine selektive Anregung zu benutzenden Lichtquelle auch dahingehend betrachtet werden, daß der gesamte Wirkungsgrad und der Grad der bevorzugten Anregung der gewünschten isotopischen Art bestimmt wird. Der Linienverbreiterungseffekt der höheren Temperatur und die sich ergebende Verminderung der Selektivität kann gegenüber dem Vorteil einer verminderten Anforderung an die Kühlung bei einer höheren Temperatur durch die Bestimmung einer optimalen Betriebstemperatur ausgeglichen werden.

Die selektive Anregung des gewünschten Isotops bei niedriger Temperatur macht sowohl einen spektralen isotopischen Effekt und eine zufriedenstellende monochromatische Lichtquelle, wie einen Laser, zum Bereitstellen von Lichtenergie bei einer isotopisch selektiven Absorptions-Wellenlänge des Ausgangsmaterials notwendig.

Desweiteren sollte die selektiv angeregte Art eine Transformation erfahren, die zu chemisch trennbaren Arten führt. Jedoch sollte eine nichtreaktive Erwärmung der angeregten Art nicht zu einem Grade anwachsen, der soviel größer als die Transformation ist, daß der Energiegewinn unpraktisch gering ist. Zusätzlich sollten Prozesse, die in einem Übergang der Anregung zu dem unerwünschten Isotop resultieren, nicht zu einem Grade anwachsen, der viel schneller als der Transformationsprozeß ist. Darüber hinaus sollte sich das

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transformierte, chemisch trennbare Produkt nicht wiederholt mit dem unreagierten Äusgangsmaterial in einem Grade austauschen, der eine wirksame Ausführung der chemischen Trennung behindern würde.
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Auf dem Gebiet der selektiven Laser-Chemie und der Laser-Isotopentrennung ist es indessen anerkannt, daß ein gewünschtes selektives Ergebnis oft durch das Unvermögen, eine Transformation in trennbare Arten zu erreichen, ausgeschlossen ist, bevor Umkehrprozesse stören oder die Energie der Anregung verloren geht. Indessen kann die hohe Intensität und Kohärenz, die mit einer Laserquelle erreichbar ist,dahin tendieren, den Zeitbereich eines Photoprozesses anschließend an eine selektive Absorption zu reduzieren, so daß ein Photoprozeß, der zu einem gewünschten Produkt führt, unter verschiedenen Umständen mit einer Vermischung oder Zerstreuung konkurriert. Der Prozeß der vorliegenden Erfindung kann eine hohe Photon-Flußbeschleunigung anschließend an die selektive Anregung benutzen, um die gewünschte Trennung herbeizuführen.

Wie angegeben, wird das gewünschte Uranisotop selektiv angeregt. Aus praktischen Gründen wird es eine Absorptionslinie des 235-Isotops sein, die normalerweise für eine Anreg'ung ausgewählt wird, weil es wirksamer ist, die kleinere Menge des weniger vertretenen Isotops selektiv zu transformieren .

In Verbindung mit dem Verfahren wird von dem Verhalten Gebrauch gemacht,daß bei einer niedrigen Temperatur die Kombination elektronischer und schwingungsbedingter Übergänge des Uranyl-Ions wirkungsvoll von dem Gitter entkoppelt ist und folglich eine Struktur zeigt, die in erster Linie durch die Charakteristika des Uranyl-Ions selbst bestimmt ist. Das obere Niveau des verbotenen Übergangs ist relativ langlebig. Wegen der Entkoppelung sind die Energieniveaus scharf quantisiert und ungestört.Demzufolge haben die Über-

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gänge schmale Bandbreiten.Einige übergänge enthalten eins oder gelegentlich mehrere Quanten einer asymmetrischen Schwingung,die isotopische Zerlegungen in der Größenordnung von 0.7 cm oder Vielfache davon erzeugen.(Zusätzlich zu den asymmetrischen Dehnungsmodi weist das OO₀ -Ion eine Bxegungsschwingung auf.Diese Schwingung zeigt auch einen isotopischen Effekt,jedoch werden beide,die Frequenz der Schwingung und der isotopischen Trennung,kleiner angenommen. Die Verschiebung ist in einer Größenordnung von 0.2 cm angenomraenworden,wurde jedoch experimentell eindeutig entweder im Absorptions- oder im Fluoreszenzspektrum identifiziert. )

Solche isotopischen Effekte erlauben vorzugsweise eine isotopische Anregung einer üranyl-Isotopenart durch selektive Bestrahlung und Absorption bei niedriger Temperatur bei einer isotopischen Zerlegungs-Wellenlänge im Bereich von 20 000 bis 27 000 cm . Indessen erzeugt eine solch niedrige Temperatur vor der Anregung nicht von sich aus den dauerhaften Trennungseffekt, der darin benutzt wird. In letzterem Zusammenhang ist die photochemische Reduktion-Reaktion der selektiv angeregten Art herbeigeführt, um eine chemisch trennbare Art zu erzielen. Der niedrigste ange-

+2

regte elektronische Zustand von UO₂ ist hinreichend bekannt, um ihn in der kostspieligen Photochemie der Uranyl-Verbindungen einzusetzen. Obwohl die meisten photochemischen Forschungen mit Lösungen durchgeführt wurden, war es lange bekannt, daß einige feste Stoffe ebenfalls photochemische Aktivitäten aufweisen (Rabinowitch et a_l. , supra·, Burrows et al. Chem. Soc. Rev. 3_, 139 (1974), Mueller, Α., Z. Anorg. AlIg. Chem., 93_ ²⁶⁷ (1915) ). Das komplexe photochemische Verhalten verschiedener fester Uranyl-Verbindungen ist erforscht worden. Aus dieser Arbeit kann geschlossen werden, daß der Absorption von Licht über den gesamten Reaktionsablauf ein thermischer Prozeß folgt. Während die Wärme für die Aktivierung dieses Prozesses klein ist, ist

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es ausreichend, daß sich die chemische Reaktion nicht bis zu einem Grade vergleichbar zum fluoreszenten Zerfall bei Temperaturen, die ausreichend niedrig für die isotopische Zerlegung ist, die zu beobachten ist, fortsetzt. Folgerichtig ist eine einfache, einzelne Photonenannäherung zur Anreicherung in festen Stoffen bei niedriger Temperatur substantiell ausgeschlossen.

Bei Lichtintensitäten, die von Laser-Quellen zu erhalten sind, ist es indessen möglich, eine Ansammlung von Uranyl-Ionen in dem Ausgangsmaterial auf einen langlebig angeregten Zustand vorzubereiten. Die thermische Barriere, die verbleibt, liegt in der Größenordnung eines Schwingungsquantums. Damit übereinstimmend kann die photochemische Reduktions-Reaktion durch Zuführen einer ausreichenden Schwingung an die elektronisch angeregte Art mittels eines Infrarot-Lasers in dem niedrigen Temperaturbereich, bei dem das isotopische Zerlegen eine selektive Anregung einer isotopischen Uranart erlaubt, fortgeführt werden. Alternativ dazu kann das anfänglich angeregte Niveau weiterhin elektronisch zu einem Zustand angeregt werden, von dem aus es ohne thermische Barriere reagieren würde. In jedem Fall

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kann die gesamte Reaktion zu U führen, das in der Folge durch konventionelle chemische Behandlung abgeschieden werden kann.

Die durch Infrarot-Schwingung und elektronisch verursachte Reaktionsmodi sind schematisch in Fig.2 entlang von Energie- und Reaktions-Koordinaten,wie sie in der Figur gezeigt sind, dargestellt. In der Figur ist der elektronische Grundzustand des Uranylsalzes durch die Kurve 5 dargestellt. Die anfängliche selektive Anregung ist mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet und erzeugt eine Ansammlung in einem ersten angeregten elektronischen Zustand, der mit der Kurve 7 dargestellt ist. Für den Reaktionsmodus, der durch Schwingungsanregung vervollständigt wird, enthält der photochemische Reaktionsverlauf eine Schwingungsanregung, die zumindest

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ausreichend ist, um die Energie auf einen Betrag, der grosser als die Energieschwelle für die photochemische Reaktion bei Punkt 8 der Kurve 7 ist, zu erhöhen, gefolgt durch eine Reaktion, wie angegeben. Für den Reaktionsmodus, der durch eine zusätzliche elektronische Anregung vervollständigt ist, wird der Reaktionsverlauf über elektronische Anregung , angedeutet durch das Bezugszeichen 9, fortgeführt, um einen reaktiven elektronischen Zustand, mit der Kurve 10 angegeben, gefolgt durch die Reaktion, zu erzeugen.

Durch diese Reaktionsabläufe ist die photochemische Redukrions-Reaktion der selektiv angeregten Uranyl-Isotopenart in die Lage versetzt, eine Transformation in eine chemisch isolierbare Art durch die photochemische Reduktion des Uranyl-Ions

erlauben.

+4
nyl-Ions in tetravalentes U mit Oxidation des Anions zu

Uranyl-Photoreaktivität ist für Uranylformiat, basisches Uranylformiat, gemischtes kristallines Ammonuranylformiat und die äthylendiamintetraazetatsaure Ausfällung von Uranyl-Ionen erforscht worden. Die photochemische Reaktivität von Uranylformiat ist seit langem bekannt. Die Reaktion wurde jedoch bis vor kurzem nicht quantitativ beschrieben, als Forschungen ergaben, daß die Reaktion in erster Linie von der Lichtintensität abhängt und unabhängig von der WeI-lenlänge, in erster Annäherung Wellenlängen, kürzer als die, die mit der Energie-Abgabe des Grundzustandes und des niedrigsten angeregten elektronischen Zustandes zusammenhängen, ist. Es wurde indessen entschieden, daß das Ergebnis der Reaktion nicht proportional zu der Lichtabsorption ist, sondern vielmehr eine Reaktionskurvenneigung hat, die mit der Belichtung ohne Reaktions-Sättigung abfällt. Spektroskopische Betrachtungen schließen die Möglichkeit einer Lichtfilterung durch das Produkt aus. Das Nichterreichen der Sättigung stimmt nicht mit einer Erklärung überein, die auf einer photochemischen Rückreaktion basiert.

Ein phänomenologisches Modell wurde auf der Basis der fol-

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ι _>

genden formalen Prozesse entwickelt:

Absorption

+2 ^1 +2*

UO^ + hu ■ -. UO₂

Fluoreszenz und normaler strahlungsloser Zerfall Produktbedingte Abkühlung

k =f (P)
UO, +P — 1 UO, +P

Reaktion

wobei k₁,k₀,k_ und k. die betreffenden Grade der angegebe-

+ ^A

nen Reaktionen,UO„ einen photo-angeregten Zustand,P ein photochemisches Reaktionsprodukt,R ein oxidierbares Material, wie z.B. ein Anion oder ein anderes Kation bezeichnen.

Das experimentelle Verhalten des Systems wurde durch dieses Modell beschrieben, wobei k., proportional zur zweiten Potenz der Produktkanzentration angenommen wurde. Diese Annahme führt zu der Erwartung, daß der Grad der Reaktion proportional zu der Kubikwurzel der Lichtabsorption sein sollte, was im allgemeinen mit den experimentellen Daten übereinstimmt.

Die Abhängigkeit in der zweiten Potenz der Betragskonstante für den dritten Prozeß stimmt mit der Hypothese überein, daß dieser Prozeß aus einem strahlungslosen übergang der Anregung von dem Uranyl zu dem Produkt U , gefolgt von einem raschen strahlungslosen Zerfall besteht. Der strahlungs-

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lose Energieübergang der angenommenen Art ist für andere Kondensierungsphasen-Systerne gut beschrieben worden ( T. Forster, Discuss. Faraday Soc. 2_7, 7 (1959)> d. Dexter, J. Chem. Phys. 2A_, 836 (1953) ). Der Abfall der Linie stellt ein Maß für die chemische Reaktions-Ratenkonstante k. zur Verfügung.

Bei der Ausführung von photochemischen Ausbeute-Experimenten über einen Temperaturbereich kann die Temperaturabhängigkeit der chemischen Reaktions-Ratenkonstante bestimmt werden. Aus diesen Ergebnissen kann die Aktivationswarme

+2

der chemischen Reaktion des angeregten UO₂ berechnet werden. Dies wurde für die untersuchten Materialien mit folgenden Ergebnissen durchgeführt:
15

Material Aktivationswärme

(kcal /Mol)

üranylformiat 3.6

Basisches Uranylformiat 3.5

Ammonuranylformiat 3.7

EDTA-SaIz des UO*² 4.4

Obgleich die Aktivationswärme klein ist, muß die selektive Anregung bei sehr niedrigen Temperaturen ausgeführt werden, um eine ausreichende isotopische Trennung bei der Absorption zu erzielen. Basierend auf einer Aktivationswärme von 3,6 kcal würde die Rate bei einer Temperatur von beispielsweise 2OK mit nur 10~ der Rate von 289K erwartet werden können. Nachdem Fluoreszenz bei Temperaturen nicht weit unter 0⁰C beobachtet wurde, wurde daraus geschlossen, daß die chemische Reaktion nicht dem fluoreszenten Zerfall bei niedrigen Temperaturen entgegenstehen würde.

Deshalb erscheint ein einfacher einzelner Photonen-Prozeß

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als nicht möglich.

In spektroskopischen Energie-Begriffen ausgedrückt, liegt die Aktivationsenergie in einer Größenordnung von ungefähr 1200 cm . Dies ist die Größenordnung eines einzelnen Schwingungsquantums. Es repräsentiert einen EnergieZuwachs, der durch einen Infrarot-Laser zugeführt werden kann, so daß eine selektive Reaktion bei niedriger Temperatur durch substantielle simultane elektronische und schwingungsbedingte Anregung eines Reaktionszentrums hervorgerufen werden kann.

In einem Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein angemessen abgestimmter Laser, der in dem Bereich von beispielsweise ungefähr 4500 Ä arbeitet, benutzt, um selektiv einen signifikanten Bruchteil von

"5 O C j. O

U0„ -Ionen in den elektronisch angeregten Zustand bei Tiefsttemperatur zu pumpen. Anschließend wird nach einer Zeit, die verglichen mit der fluoreszenten Zerfallsperiode kurz ist, ein starker Impuls von einem Infrarot-Laser benutzt, um die Schwingungsaktivation, die zum Vervollständigen der Reaktion benötigt wird, zur Verfügung zu stellen. Für diesen zweiten Schritt ist ein Impuls mit hohem Fluß angezeigt, da die Schwingungs-Erholunjszeit kurz im Vergleich zu der fluoreszenten Zerfallsperiode ist. Bei einem hohen Fluß kann es, falls die Schwingungsanregung eines selektiv elektronisch angeregten Uranyl-Ions ausklingt, wieder schwingungsbedingt innerhalb der fluoreszenten Zerfallsperiode angeregt werden. Die zugrundeliegende Beobachtung ist, daß die Aktivationswärme ungefähr 3.5 kcal/Mol beträgt, ein Wert, der vergleichbar mit einer Bindungsdehnungs-Schwingung ist. Die zweite photonische Anregung enthält eine empirisch bestimmte Wellenlänge von genügender Stärke in zeitmäßiger Relation zu der ersten Anregung, so daß die Stimulation der Reaktion auf den erstmalig angeregten Zustand in einer Zeit von der Größenordnung der fluoreszenten Lebens-

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dauer, die in der Größenordnung von ungefähr einer Millisekunde liegt, erscheint.

Zum Verständnis der empirischen Bestimmung der angemessenen Infrarot-Wellenlänge wird bemerkt, daß solche Dehnungs-Modi, die Uranoxigen-Bindungen oder Bindungen von Atomen, die

+ 2

dem UO₂ -Ion des selektiv bestrahlten Ausgangsmaterials benachbart sind, umfassen, mit größter Wahrscheinlichkeit wirksamerer Herbeiführung einer photochemischen Oxidations-ο Reduktions-Reaktion im Hinblick auf die selektiv bestrahlten oder aktivierten Komponenten des Ausgangsmaterials sind. Damit übereinstimmend kann die empirische Bestimmung von geeigneten Infrarot-Frequenzen auf Frequenzen solcher Modi konzentriert sein, die bekannt sind oder die durch Standard-Infrarot- und Raman-Spektralmessungen aufgestellt sind. Beispielsweise kann in Uranylformiat-Salzen die infrarote photochemische Reaktions-Einwirkungsstrahlung nicht nur Uranoxigen-Bindungsfrequenzen, sondern außerdem auch Absorptionsfrequenzen der Salz-Anion-Komponente benutzen, in diesem Falle die Formiatanion-Absorptionsfrequenzen, solche wie diejenigen, die mit der Carbonyl-Bindung des Formiatanions zusammenhängen. Auf ähnliche Weise können andere geeignete infrarote Absorptionsfrequenzen anderer photochemisch oxidierbarer (mit auftretender Reduktion des UO₂ ) Anion-Komponenten des photochemisch reduzierbaren Uranylsalz-Ausgangsmaterials ausgewählt werden. Auf ähnliche Weise kann das Uranylsalz-Ausgangsmaterial ein mit einer anderen organischen oder anorganischen Kation-Komponente gemischtes Salz sein, das ein photochemisch oxidierbares Halbscheid bereitstellt und/oder das eine infrarote Absorptionsfrequenz, die in der photochemischen Reaktion der selektiv angeregten Art verwendet werden kann, zur Verfügung stellt.

Wie angegeben, kann die zweite Stimulation für die photoreaktive Transformation eher elektronisch als schwingungs-

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bedingt sein. In letzterem Zusammenhang ist es bekannt,daß Uranyl-Ionen eine herbeigeführte Absorption zeigen, d. i. Absorption von dem niedrigerenelektronisch angeregten Zustand in einen noch höheren elektronisch angeregten Zustand (Robinson, CC, J. Opt. Soc. Amer. 5_7, 4 (1967) ). Die Stabilität des UO₂ -Ions wird in höher angeregten Zuständen geringer sein, und eine Reaktion kann aus einem geeigneten Zustand heraus ohne thermische Aktivation eintreten. Bei Benutzung einer multiplen elektronischen Anregung bei niedriger Temperatur wird das ursprünglich bei Tiefsttemperatur angeregte uot (allgemein das 235-Isotop), das selektiv in den ersten elektronisch angeregten Zustand gepumpt wurde, weiterhin angeregt, wobei entweder ein zweites Quantum derselben Frequenz oder ein geeigneter Impuls einer anderen Frequenz innerhalb der fluoreszenten Lebensdauer der angeregten Art verwendet wird.

Als ein Niedrigtemperatur- oder Festkörper-Prozeß ist das Verfahren gemäß der Erfindung nicht Gegenstand eines Stoßanregungs-übergangs, wie es ein Gasphasen-Prozeß ist. Indessen sind oft beobachtete Phänomene, die entweder zu einem Anregungsübergang oder einer Produktvermischung führen, strahlungslose Übergänge von anfänglicher Anregung oder

+4 ein chemischer Austausch zwischen Uranyl-Ionen und U während der Trennung. Ein quantenmechanischer Anregungsübergang in kondensierten Medien wurde beobachtet und theoretisch beschrieben (T. Foster, supra (1959)? D.Dexter, supra). Aus den veröffentlichten Ergebnissen für farbige Lösungen und bestimmte Klassen von Festkörper-Fluoreszenzen, mag anfänglich der Eindruck entstehen, daß Uranyl-Verbindungen Gegenstand eines raschen Übergangs seien. Es muß jedoch festgestellt werden, daß die üblichen Berechnungen auf normalen Übergangsmomenten und Linienbreiten beruhen. Für üranylsalze sind die Übergänge verboten und haben als Konsequenz daraus sehr niedrige Übergangsmomente. Ferner wird das beobachtete Linienspektrum bei niedrigen Tempera-

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turen kleine tiberlappungs-integrale haben. Betrachtungen dieser Art sind implizit in der Interpretation von Verunreinigungs Linienweiten und Temperatur-Verbreiterungen von Dieke at al., supra angegeben. Von den spektralen Daten hat die Beobachtung der isotopischen Zerlegung die größte Wichtigkeit. Eine solche Auflösung sollte nicht beobachtbar sein, falls ein resonanter Übergang extrem schnell war.

Die zweite beobachtete Quelle für Selektivitätsverluste ist der Austausch zwischen dem Ausgangsmaterial Uranyl-Ion und

+4
dem photochemisch erzeugten U . Eine geeignete Betrachtung

+2 der Ergebnisse für den Uranaustausch in wässrigen UO₉ -

+4
und U -Lösungen und direkte Austauschmessungen (D. Lipkin et aJL. , supra·, R. Betts et .aJL. Can. J. Res. 26B, 702 (1948)·, E. Rona, Amer. Chem. Soc. T2' 4339 (1950) ) in Kontext mit dem vorliegenden Verfahren zeigt an, daß eine chemische

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Trennung des U , das erzeugt wurde, unter Bedingungen ausgeführt werden kann, bei denen ein solcher Austausch materiell nicht nachteilig für die isotopische Trennung ist.

Für diese Selektivität ist es ausreichend, daß die Zahl der Prozesse, die zur Selektierbarkeit führen, vergleichbar und vorzugsweise größer als die der Prozesse, die zur unselektiven Erzeugung desselben chemischen oder physikalischen Zustandes führen, ist.

Während im allgemeinen die Transformations-Anregung nicht isotopisch selektiv zu sein braucht, können schwingungsbedingte Störungen entlang der Reaktionskoordinate für die selektive infrarote schwingungsbedingte Anregung der vorzugsweise angeregten Art Sorge tragen, wobei die Energie-

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Verluste über die Anregung des Grundzustandes der U-Art reduziert oder ausgeschlossen werden können. Falls eine selektive infrarote schwingungsbedingte Anregung verwendet wird, die selektive infrarote Strahlung bei einer Schwingungsabsorptions-Wellenlänge, die selektiv zu der elektronisch angeregten Art ist, benutzt, kann eine höhere Energie-

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ausnutzung über alles vorgesehen werden.

Die vorliegende Erfindung schafft Vorrichtungen zum Ausführen von selektiv photoreaktiven Transformations-Prozessen bei Tiefsttemperatur. In Fig.3 ist eine Vorrichtung 11 gezeigt, die insbesondere so ausgelegt ist, daß sie eine selektive Anregung und photoreaktive Transformationsschritte gemäß der vorliegenden Erfindung ausführen kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung 12 zur Aufnahme eines Ausgangsmaterials 14 bei einer niedrigen Temperatur, wie beispielsweise der Temperatur von flüssigem Wasserstoff, vorgesehen, bei welcher eine geeignete isotopische Absorptions-Linientrennung in dem Bereich von ungefähr 20 000 bis 27 000 cm vorgesehen ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel enthält die Einrichtung für niedrige Temperaturen eine Dewar-Flasche 16, die eine interne Vakuum-Wandzone 17 mit reflektierenden Oberflächen, solche wie versilberte Oberflächen, enthält. Das Innere 19 davon enthält flüssigen Sauerstoff 18. Die Dewar-Flasche 16 hat eine geeignete Abdeckung 20, die ein Wasserstoffgasrohr 22 und einen Durchlaß 24 für einen Positionierungsstab 26 für das Ausgangsmaterial hat. Ein Ausgangsmaterial, das geeigneterweise photoreaktives Uranyl-Salz ist, wird in einem Bodenbereich 28 der Dewar-Flasche positioniert,der mit optis'chen Fenstern 30 versehen ist, die für Laserstrahlen von einer Laserbestrahlungseinrichtung 32 durchlässig sind.

Die Laser-Bestrahlungs-Einrichtung 32 besteht aus einer ersten Laser-Quelle 34, wie etwa einem abgestimmten Etalon-Farblaser, der eine Emissionslinie hat, die auf eine isoto-

des

pisch unterscheidbare Absorptionslinie 235-Isotops des Ausgangsmaterials 14 in dem Bereich von ungefähr 20 000 bis ungefähr 27 000 cm abgestimmt ist. Die erste Laser-Quelle 34 ist mit einer geeigneten Stromversorgung 36 ausgestattet. Das Zünden der ersten Laser-Quelle 34 und der Stromversorgung 36 wird durch eine Impulszeitsteuerung 38 gesteuert. Die kohärente isotopisch selektive Strahlung von der ersten

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Laser-Quelle 34 ist durch das optische Fenster 30 der Niedrigtemperatur-Arbeitszone 12 auf das Ausgangsmaterial 14 gerichtet.

Außerdem ist eine zweite Laser-Quelle 40 vorgesehen, die auf eine infrarote Wellenlänge,die mit der Absorptionswellenlänge des Uranoxigen-Bindungsdehnungs-Schwingungsmodus des elektronisch angeregten Ausgangsmaterials 14 übereinstimmt, abgestimmt ist. Die zweite Laser-Quelle 40 ist gleichermaßen mit einer geeigneten Stromversorgung 42 ausgestattet, die ebenfalls von der Impulszeitsteuerung 38 gesteuert wird. Der kohärente infrarote Strahl von der zweiten Laser-Quelle 40 ist gleichfalls durch das optische Fenster der Niedrigtemperatur-Einrichtung 12 auf das Ausgangsmaterial 14 gerichtet. Beide, die anfängliche selektive Anregung und die Transformationsanregung, werden vorzugsweise aus Gründen des Energieverbrauchs (photon)-gepulst. Dies geschieht ebenfalls, um das Ausgangsmaterial kalt zu halten, was unter ununterbrochener Wellenbestrahlung schwieriger wäre. Im Betrieb löst die Impulszeitsteuerung 38 eine gepulste Entladung der ersten Laser-Quelle 34 aus, um eine Ansammlung von vorzugsweise elektronisch angeregten Uranyl-Ionen des 235-Isotops bereit zu stellen. Die Impulszeitsteuerung 38 veranlaßt außerdem die gepulste Zündung der zweiten Laser-Quelle 40, um den Infrarotstrahl von der zweiten Laser-Quelle 40 auf das Ausgangsmaterial 14 in geeigneter Zeitrelation zur Entladung der ersten Laser-Quelle und innerhalb der fluoreszenten Lebensdauer der angeregten Art, hervorgerufen durch die erste Laser-Quelle 34, zu richten. Durch die anfängliche selektive Anregung,die durch die erste Laser-Quelle 34 vorgenommen wird, und die schwingungsmäßige Anregung, die der Uranyl-Uran-Oxigen-Bindung zugeführt wird, wird das 235-isotopischfe Salz des Ausgangsmate-

+4 rials selektiv zu dem tetravalenten Oxidations-Zustand U , der auftretenden Oxidation des Anions des Ausgangsmaterials 14, reduziert. Das Ausgangsmaterial 14 kann aus der Niedrig-

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-zT*-

temperatur-Einrichtung 12 entnommen werden.Das selektiv photoreduzierte Isotop des Ausgangsmaterials kann im Anschluß daran von dem Uranylsalz des Ausgangsmaterials durch konventionelle chemische Techniken unter Bedingungen,die einen isotopischen Austausch nicht unangemessen begünstigen, getrennt werden.Damit in Verbindung kann das bestrahlte Augangsmaterial durch Trennungsprozesse in wässrigen Mit-

+2 teln,solche wie durch Extraktion des Uranyls UO₂ aus einer sauren,nitrathaltigen Lösung durch Benutzung von Tributylphosphat unter Zurücklassung von angereichertem tetravalen-

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tem Uran U in der wässrigen Phase dargestellt werden.Auf ähnliche Weise kann eine Lösung des selektiv bestrahlten Ausgangsmaterials in dünner mineralischer Säure, die einen relativ kleinen Anteil von Fluorid-Ionen enthält, benutzt werden, was in der Ausfällung angereicherten tetravalenten

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Urans U , wie Uran-Fluorid UF₄, resultiert, und was die Entfernung unangereicherter Uranyl-Ionen als eine wässerige Lösung gestattet. Geeignete Mittel (nicht gezeigt) können vorgesehen sein, um solche chemischen Trennungsschritte auszuführen.

Wie zuvor angegeben, kann die infrarote Schwingungsanregung auch für ein Atom oder eine Bindung, die dem Uranyl-Ion benachbart ist, vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Salz, wie Uranylformiatmonohydrat zu einer Partikelgröße von ungefähr 50 Mikron zermahlen sein und in einer gleichförmigen Lage von 0,5 mm Tiefe auf einer Unterlage von hoher thermischer Leitfähigkeit, wie Kupfer, verteilt werden. Die Kupferunterlage und die Probe, zwecks thermischer Isolation in Vakuum gehalten _t kann auf eine Temperatur von ungefähr 10 K durch Zuführen von flüssigem Helium abgekühlt werden.

Die erste oder elektronische Anregung kann durch einen gepumpten Nitrogen-Farb-Laser, abgestimmt auf eine Wellenlänge von 4695.6Ä mit einer Strahlzeit von 5 Nanosekunden-Impulsen von 100 yj mit 10 Impulsen pro Sekunde vorgenommen werden.

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Die weitere Bestrahlung zur Ingangsetzung der photochemischen Reaktion kann durch einen geeigneten Infrarot-Laser, der auf die Carbonyl-Dehnungsfrequenz des Formiat-Ions abgestimmt ist und synchron mit dem Farb-Laser gepulst wird, vorgenommen werden. Die geeignete Wellenlänge, die in der Nähe von 12,5 Mikron liegt, ist in geeigneter Weise aus dem Infrarotspektrum abgeleitet und durch Justierung zum Optimieren der isotopischen Trennung korrigiert. Die Impulsenergie des Infrarot-Lasers beträgt geeigneterweise 100 μj.

Die kombinierten Strahlen aus dem Farb-Laser und dem Infrarot-Laser sind auf einen Fleck von 1 mm Durchmesser auf der Oberfläche des Uranylformiats mit einem geeigneten Linsensystem fokussiert.

Um eine gleichmäßige Anregung zu gewährleisten, wird das Ziel durch geeignete Übersetzungseinrichtungen bewegt, um eine wirksame Bewegung von ungefähr 1 mm pro 5 Sekunden zu erreichen.

Die Bestrahlung wird für ungefähr 150 Minuten pro Quadratzentimeter des Zielbereiches durchgeführt.

Infolge der Bestrahlung kann das Zielmaterial, das in 0,1 ml 4-molarer hydrochloridischer Säure pro mg Uranylformiatmonohydrat gelöst ist, auf die normale Umgebungstemperatur wä
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erwärmt werden. Das U -Produkt, wird von dem unreagierten

₂ getrennt, wobei eine Anionaustausch-Harzsäule in Übereinstimmung mit dem Verfahren, beschrieben durch (Kraus, et al. , Jour. Amer. Chem. Soc.,22, 3792 (1955)*, 78, 2692 (1956)), benutzt wird.

Es wird zu würdigen sein, daß gemäß der vorliegenden Erfindung verbesserte Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren für die Urananreicherung geschaffen worden sind. Während die vorliegende Erfindung

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im Hinblick auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben ist, wird außerdem zu würdigen sein, daß zahlreiche Modifikationsmöglichkeiten der vorliegenden Offenbarung für den Fachmann erkennbar sind und daß diese unter den Schutzumfang der zugehörigen Patentansprüche fallen.

Zahlreiche Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind in den folgenden Patentansprüchen angegeben.

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Claims

Patentansprüche

M\Verfahren zur Trennung von Uran-Isotopen,dadurch gekennzeichnet ,daß ein erster Schritt zur selektiven Bestrahlung eines photochemical! reaktiven Urany]-Ausgangsmaterials bei einor Wellenlänge,die das gewünschte Isotop des Uranyl-Ausgungsmalerials be.i einer wirksamen Temperatur für eine isotopi:3che Spektrallinien-Zerlegung unterhalb 77 K auswählt,vorgesehen ist und daß ein zweiter Schritt vorgesehen ist,bei dem das Ausgangsmaterial (14) desweiteren während der fluoreszierenden Lebensdauer des selektiv bestrahlten Ausgangsmaterials (14) bestrahlt wird, um die selektiv angeregte Isotopenart selektiv photochemisch zu reduzieren und die reduzierte Isotopenart chemisch aus der verbleibenden Uranylsalz-Verbindung abzuscheiden.
2.Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,daß die selektive Anregung bei einer Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 20 000 bis ungefähr 27 000 cm erfolgt.
3.Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,daß die weitere Bestrahlung mit Infrarot-Strahlen vorgenommen wird.
4.Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeich-η e t ,daß die weitere Anregung eine weitere elektronische Anregung einleitet.
5.Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,daß das Ausgangsmaterial (14) kristallin ist. 30
G.Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet ,daß das kristalline Ausgangsmaterial (14) eine Formiatanion-Art enthält.
7.Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeich

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BAD ORIGINAL

n e t ,daß das kristalline Ausgangsmaterial· (14) eine Anion-Art enthält,die aus Äthylendiamintetraazetylsäure abgeleitet ist.
8.Verfahren nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet ,daß das Ausgangsmaterial (14) ein kristallines üranylformiatmonohydrat ist.
9.Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,daß das Ausgangsmaterial (14) photo-oxidierbare Ionen enthält.
10.Vorrichtung zur selektiven Anregung und Photoreduktion eines Uranyl-Ausgangsmaterials nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet ,daß Mittel vorgesehen sind,die das Uranyl-Ausgangsmaterial auf einer für die isotopische Uranyl-Spektrallinien-Zerlegung wirksamen Tiefsttemperatur halten,daß eine erste Laser-Quelle (34) zum Bestrahlen des Ausgangsmaterials (14) bei Tiefsttemperatur mit einer Wellenlänge,die ein gewünschtes Isotop auswählen kann, in einem Bereich von ungefähr 20 000 bis ungefähr 27 000 cm vorgesehen ist und daß eine zweite Laser-Quelle (40) zum Bestrahlen des Ausgangsmaterials (14) bei der genannten Tiefsttemperatur während der fluoreszierenden Lebensdauer der durch die erste Laser-Quelle (34) angeregten Art vorgesehen ist,um die angeregte Art zumindest mit der erforderlichen Aktivierungsenergie für eine photoreaktive Reduktion des Uranyl-Ausgangsmaterials zu versorgen.
11.Verfahren zur Trennung von Uran-Isotopen,dadurch gekennzeichnet ,daß ein erster Schritt zur selektiven Bestrahlung eines photochemisch reaktiven Uranyl-Ausgangsmaterials bei einer Wellenlänge,die das gewünschte Isotop des Uranyl-Ausgangsmaterials bei einer wirksamen Temperatur für eine isotopische Spektrallinien-Zerlegung unterhalb ungefähr 77 K auswählt,vorgesehen ist und daß ein zweiter Schritt vorgesehen ist,bei dem eine weitere Bestrah-

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lung des Ausgangsmaterials (14) während der fluoreszierenden Lebensdauer des selektiv bestrahlten Ausgangsmaterials (14) bei einer Schwingungsabsorptions-Wellenlänge einer Atom- oder Ionengruppe,die den UranyHonen des elektronisch angeregten Ausgangsmaterials (14) benachbart ist,durchgeführt wird,um die selektiv angeregte Isotopenart selektiv photochemisch zu reduzieren und die reduzierte Isotopenart aus der verbleibenden Uranylsalz-Verbindung chemisch abzuscheiden .
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12.Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet ,daß die selektive Anregung bei einer Wellenlänge im Bereich von ui
geführt wird.

Bereich von ungefähr 20 000 bis ungefähr 27 000 cm durch-
13.Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet ,daß die Schwingungsanregungs-Wellenlänge eine Infrarotabsorptions-Wellenlänge eines anionischen Halbscheids des Uranyl-Ausgangsmaterials ist. *
14.Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet ,daß das Uranyl-Ausgangsmaterial ein gemischtes Salz ist,das zumindest ein kationisches Halbscheid zusätzlich zu einem kationischen Halbscheid des Uranyls enthält und wobei die Schwingungsabsorptions-Wellenlänge eine Infrarotabsorptions-Wellenlänge des kationischen Halbscheids ist.
15.Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet ,daß das Ausgangsmaterial (14) kristallin ist. 30
16.Verfahren nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet ,daß das kristalline Ausgangsmaterial (14) eine Formiatanion-Art enthält.

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