DE3445858A1

DE3445858A1 - Prozess und geraet zur isotopenanreicherung

Info

Publication number: DE3445858A1
Application number: DE19843445858
Authority: DE
Inventors: Herbert A. Murrysville Pa. Burgman; Edward J. Pittsburgh Pa. Lahoda; Thomas S. Pittsburgh Pa. Snyder
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1984-12-15
Publication date: 1985-07-11
Anticipated expiration: 2004-12-16
Also published as: GB8432170D0; DE3445858C2; US4584073A; JPS60156535A; JPH0446169B2; GB2155235B; FR2561131A1; GB2155235A; FR2561131B1

Description

PATENTANWALT D-4000 DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf,

14. Dezember 1984

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa.. V. St. A.

Prozeß und Gerät zur Isotopenanreicherung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Prozeß zur Isotopenanreicherung, sowie auf ein Gerät, bei dem Licht von einem Laser benutzt wird, um eine Verbindung von einem Isotop eines Elementes, das als eine Mischung von Isotopenverbindungen vorhanden ist, anzuregen, wobei die Reaktion der angeregten Verbindung mit einem gasförmigen Spül- oder Abführmittel bewirkt wird, um das Isotop zu entfernen, während die Verbindungen der anderen Isotope stabil bleiben, und eine Trennung des Reaktionsproduktes erfolgt, das mit dem gasförmigen Spülmittel gebildet wird, was eine Trennung des einen Isotops von den anderen Isotopen liefert.

Die Abtrennung von, oder die Anreicherung von einem Isotop eines Elementes relativ zu den anderen Isotopen des Elementes wird gewünscht, wenn ein Isotop bestimmte Eigenschaften besitzt, die bei anderen Isotopen des Elementes nicht vorhanden sind. Im Falle von Zirkon,

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beispielsweise, enthält das natürlich auftretende Zirkon eine Mischung von Zirkonisotopen, Zirkon 90, Zirkon 91, Zirkon 92, Zirkon 94 und Zirkon 96. Bei der Verwendung von Zirkon zur Beschichtung von Kernbrennstoffstäben besitzt das Zirkon 90-Isotop einen niedrigeren Einfangquerschnitt für thermische Neutronen. Es ist daher wünschenswert, eine derartige Beschichtung mit Zirkon zu bilden, die einen hohen Zirkon 90-Isotopgehalt besitzt, wobei dieser Gehalt höher ist als der Gehalt von 51,5 % Zirkon 90, der bei natürlich auftretendem Zirkon vorhanden ist.

Die isotopische Anreicherung von Elementen durch die Verwendung von Laserverfahren ist bekannt. Derartige Verfahren verwenden im allgemeinen Laser in Verbindung mit einem Trägergas, um die Verbindung eines anzureichernden Elementes zu transportieren und abzukühlen. Ein derartiger Prozeß besitzt jedoch viele praktische und wirtschaftliche Schwierigkeiten. Zum Beispiel muß eine Verbindung, die das anzureichernde Element enthält, einen hohen Dampfdruck besitzen und außerdem muß die Verbindung mit vertretbaren Kosten herstellbar sein. Aufgrund von Nukleierungsproblemen, die induziert werden, wenn das Trägergas in einer Überschalldüse abgekühlt wird, muß die Konzentration des anzureichernden Elementes sehr niedrig gehalten werden. Es ergibt sich, daß dann sehr große Kompressoren zur Handhabung des Trägergases notwendig sind, was zu hohem Kapitaleinsatz und zu hohen Betriebskosten führt. Außerdem macht es die niedrige Konzentration des aktiven Elementes sehr schwierig, einen signifikanten Teil des Laserstrahls zu benutzen, und zwar aufgrund der Düsenherstellungsschwierigkeiten und der in Spiegeln und Fenstern auftretenden Verluste. Zusätzlich zu den obengenannten Schwierigkeiten wird die Verwendung einer spülartigen Reaktion, bei der das interessierende Isotop

selektiv angeregt und mit einem Spülgas reagiert wird, nahezu ausgeschlossen, weil das Gas in einer Überschalldüse gekühlt wird. Somit besitzt das Auslaßgas sehr wenige molekulare Kollisionen und die Wahrscheinlichkeit einer Kollision eines Spülmittel-angeregten Moleküls ist sehr niedrig.

Beispiele für zur Zeit angewendete, laserinduzierte Isotopentrennprozesse finden sich in der US-Patentschrift 4 032 419, wo ein Verfahren zur Trennung von U-2 35 von U-2 38 in einer Verbindung gelehrt wird, wobei die Verbindung in kristalliner Form der festen Phase bei einer ersten Frequenz bestrahlt wird, um das U-2 35 anzuregen, nicht aber das U-2 38. Die Verbindung wird dann in kristalliner Form der festen Phase mit einer zweiten Frequenz bestrahlt, um das U-2 35 zu dissoziieren oder zu ionisieren, und die bestrahlte Verbindung wird erhitzt, um das U-238 zu verdampfen, nicht aber das U-235, wodurch die Trennung bewirkt wird. Die US-Patentschrift 4 166 951 lehrt einen Prozeß, bei dem die Isotopenanreicherung dadurch erreicht wird, daß ein Material auf einem Substrat abgelagert wird, und zwar mit weniger als einer kritischen und subatomischen Oberflächendichte, und die Ablagerung von einem Laser selektiv bestahlt wird, um ein Isotop anzuregen und das Isotop zu veranlassen, von dem Substrat zu entweichen, wobei das entweichende angereicherte Material aufgefangen wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und eines Gerätes für die isotopische Anreicherung unter Verwendung von Lasern, bei der die vorgenannten Schwierigkeiten nicht auftreten.

Gelöst wird die Erfindung durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Die Erfindung besteht insbesondere in

einem Prozeß zur Trennung eines Isotops eines Elementes von anderen Isotopen dieses Elementes, das in einer Mischung von ähnlichen Verbindungen dieses Isotopes vorhanden ist, wobei der Prozeß folgendes umfaßt: Beschichten einer Mehrzahl von diskreten, kleinen perlenartigen Teilchen mit einer Monoschicht aus der Mischung, wobei die Teilchen gegenüber Licht einer Wellenlänge transparent sind, das in der Lage ist, diese eine isotopenhaltige Verbindung anzuregen, während die Verbindungen, die die anderen Isotope enthalten, stabil bleiben, Mitreißen der Vielzahl von beschichteten Teilchen in einem Trägergas, das ein Spülgas zur Reaktion mit der das eine Isotop enthaltenen Verbindung, wenn letztere angeregt ist, Belichten der Vielzahl von beschichteten Teilchen während dieses Mitreißens mit Licht der genannten Wellenlänge, um die Verbindung, die das eine Isotop enthält, anzuregen und deren Reaktion mit dem Spülgas zu verursachen, sowie die Bildung des Reaktionsproduktes und die Trennung des Reaktionsproduktes von den stabilen Verbindungen, die die anderen Isotope enthalten.

Die Erfindung umfaßt auch ein Gerät zur Ausführung dieses Prozesses, welches Gerät Einrichtungen umfaßt, um die diskreten, kleinen perlförmigen oder kugelförmigen Teilchen mit einer einfachen Schicht (Mono-Schicht) der Mischung von Verbindungen zu versehen, desweiteren Einrichtungen zum Einschließen oder Mitreißen der beschichteten perl- oder kugelförmigen Teilchen mit dem Trägergas, das das Spülgas enthält, einem Reaktionsgefäß, in das die beschichteten perl- oder kugelförmigen Teilchen eingegeben werden, einer Lichtquelle zur Ausrichtung von Licht der erforderlichen Wellenlänge auf die beschichteten und mitgerissenen perl- oder kugelförmigen Teilchen in dem Reaktionsgefäß, und Ein-

richtungen zur Trennung des Reaktionsproduktes von den stabilen Verbindungen.

Bei dem anfänglichen Verfahrensschritt zur Ausführung einer Ausführungsform des Verfahrens werden diskrete perlen- oder kugelförmige Teilchen mit einer MonoSchicht einer Verbindung beschichtet, die eine Mischung von Isotopen eines Elements enthält. Die Perlen werden aus einem Material gebildet, das inert bezüglich der zu behandelnden Verbindung ist, wie auch bezüglich des Kühlmittels, das verwendet werden soll, und es muß gegenüber Licht einer Wellenlänge transparent sein, das zur Anregung von dem einen der Isotopverbindungen verwendet werden soll. Glaskügelchen sind verwendbar, wobei Siliciumdioxydkügelchen vorgezogen werden. Die perl- oder kugelförmigen Teilchen sind von einer solchen Größe, daß sie eine Beschichtung mit einer Mono-Schicht der zu behandelnden Verbindung erlauben, während sie auch gleichzeitig in einen Trägergas zum Transport durch einen Reaktor zur Anregung eines der Isotopenverbindungen durch Licht mitreißbar sind. Die perl- oder kugelförmigen Teilchen sollten einen Durchmesser besitzen, der nicht größer als etwa 1 Mikron ist. Perloder kugelförmige Teilchen eines Durchmessers zwischen 0,1 bis 1,0 Mikron sind vorzuziehen.

Die kleinen, diskreten perl- oder kugelförmigen Teilchen werden mit einer Mono-Schicht einer Verbindung beschichtet, die zu behandeln ist, beispielsweise durch Erhitzen eines Vorrats von verdampfbarer Verbindung bis auf deren Sublxmationstemperatur und Sublimierung der Verbindung in eine Säule hinein, die die perl- oder kugelförmigen Teilchen enthält, wobei die Verbindung eine Mono-Schicht einer Beschichtung auf den Teilchen bilden wird. Der Ausdruck "Mono-Schicht", wie er hier benutzt wird, definiert eine Beschichtung, die aus einer

einzigen Schicht von Molekülen der Verbindung auf einem perl- oder kugelförmigen Teilchen besteht. Die Benutzung von beschichteten durchsichtigen Kügelchen, die eine Mono-Schicht des zu behandelnden Materials auf sich tragen, ermöglicht die Verwendung von Licht in einem späteren Zustand des Verfahrens, um eine der Isotopenverbindungen anzuregen.

Die zu behandelnde Verbindung ist eine solche, die eine Vielzahl von Elementisotopen enthält, von denen ein Isotop abgetrennt werden soll. Zwar wird hier insbesondere auf Zirkonisotope Bezug genommen, jedoch können auch andere Isotope bildende Elemente, beispielsweise Uran und Bor, getrennt werden. Spezifische Verbindungen dieser Elemente, die behandelt werden können, umfassen solche Verbindungen, bei denen eine der Isotope bei einer bestimmten Lichtwellenlänge dazu angeregt wird, mit einem gasförmigen Spülmittel zu reagieren, während die anderen Isotope stabil bleiben. Für Zirkon ist eine besonders nützliche Verbindung das Zirkon-Tetrachlorid (ZrCL^, weil diese Verbindung vergast werden kann. Beispiele von nützlichen Bor-Verbindungen umfassen Bor-Methoxid (6(00113)3) und Bor-Äthoxid (ΒίΟ^Ης)), während ein Beispiel für eine nutzbare Uranverbindung das Uran-Hexafluorid (UF₆) sein würde.

Nach der Beschichtung der perlenförmigen Teilchen mit einer Mono-Schicht der Isomere enthaltenden Verbindung werden die Teilchen, die heiß sind, vorzugsweise auf zumindest Umgebungstemperaturen abgekühlt. Die beschichteten Kügelchen werden dann in ein Trägergas eingeschlossen, das ein gasförmiges Ausspülmittel enthält, und in einen Reaktor für mitgerissene beschichtete Kügelchen eingegeben, um sie mit einer Lichtquelle zu bestrahlen.

Das Trägergas ist ein Gas, das inert bezüglich der Reaktionen der Verbindung ist, und auch inert bezüglich der perl- oder kugelförmigen Teilchen, Beispiele für das Gas sind Helium, Neon, Argon und Krypton. Helium ist ein bevorzugtes Trägergas. Die Menge des Trägergases und die Durchströmungsrate davon sollten so sein, daß es ausreicht, um die beschichteten Kügelchen mitzureißen und diese durch den Reaktor als diskrete Einheiten hindurchzutragen, während gleichzeitig die beschichteten Kügelchen im Reaktor für eine Zeit verbleiben, die ausreicht, um Anregung sowie Reaktion von einem der Isotope mit dem Spülgas zu erreichen und eine Reaktion zwischen diesen zu verursachen, um so ein Reaktionsprodukt zu bilden.

Das Spülgas, das zu dem Reaktor für eingeschlossene beschichtete Kügelchen gegeben wird, zusammen mit dem Trägergas, umfaßt ein Gas, das mit der angeregten Isotopverbindung innerhalb des Reaktors reagiert, um ein Reaktionsprodukt zu ergeben, während eine Reaktion nicht bewirkt wird zwischen dem Spülgas und dem Rest der Isotopenverbindungen unter den in dem Reaktor vorhandenen Bedingungen. Als bevorzugte Beispiele für Spülgase seien Wasser, Sauerstoff und Methan genannt. Im Falle von Wasser könnten Oxide und Hydroxide gebildet werden, während bei der Verwendung von Sauerstoff Oxide gebildet werden würden. Im Falle von Methan würden sich als das Reaktionsprodukt Carbide bilden. Das Spülgas sollte zumindest in einer solchen Menge vorhanden sein, daß es mit der gesamten Menge der angeregten Isotopenverbindung reagiert und damit ein Reaktionsprodukt bildet.

Während die beschichteten perl- oder kugelförmigen Teilchen in dem Trägergas unter Anwesenheit des gasförmigen Spülmittels mitgerissen werden, werden diese

einem Licht mit einer Wellenlänge ausgesetzt, daß eine Reaktion des einen der Isotope mit dem Spülmittel verursacht, während die anderen Isotope der Mischung stabil verbleiben. Das Licht der jeweiligen Wellenlänge wird von einem Laser abgestrahlt. Der zu verwendende Laser hängt von der Wellenlänge des Lichts sowie von der erforderlichen Intensität für eine Anregung ab. Ein Laser, der eine Intensität von 1 bis 5 Joules/cm² besitzt, ist verwendbar, mit einer vorzugsweisen Intensität zwischen 1,5 bis 2 Joules/cm² . Die Wellenlänge des Lichtes ist abhängig von der erforderlichen Anregungswellenlänge und wird sich abhängig von der zu behandelnden Verbindung ändern. Als ein Beispiel sei für die Trennung des Isotopes Zirkon 90 von anderen Zikron-Isotopen in einer Zirkon-Tetrachloridverbindung eine Wellenlänge genannt, die zwischen 400 und 500 cm~^- liegt, welche Wellenlänge durch einen Kohlendioxid, Raman-verschobenen-Laser erzeugbar ist.

Die Zeit, während der die beschichteten kugelförmigen Teilchen dem Licht ausgesetzt werden, ist derartig, daß eine Anregung der gewünschten Isotopenverbindung bewirkt wird, und nach Reaktion der Isotopenverbindung mit dem gasförmigen Spülmittel die beschichteten Kügelchen von dem Reaktor für mitgerissene beschichtete Kügelchen ausgegeben und das Reaktionsprodukt von den anderen Isotopenverbindungen getrennt werden, wobei letztere in einem stabilen Zustand verblieben sind. Die beschichteten kugelförmigen Teilchen sind in dieser Stufe des Prozesses mit einer Mischung des Reaktionsproduktes und mit anderen stabilen Isotopenverbindungen beschichtet.

Um eine leichte Trennung des Reaktionsproduktes von den anderen stabilen Isotopenverbindungen zu bewirken, ist

es vorteilhaft, beispielsweise im Falle von Anregung des Zirkon 90-Tetrachlorid, das mit anderen Isotopen von Zirkon-Tetrachlorid vermischt ist, das Zirkon 90-Isotop mit Sauerstoff zu reagieren, um Zirkondioxyd zu bilden, wenn das Reaktionsprodukt weniger dampfförmig ist als die verbleibende stabile Verbindung. Die beschichteten Kügelchen werden dann zu einem Kügelchenanwärmer geleitet und von dem Trägergas getrennt, welches Trägergas zu dem System rückführbar ist, so beispielsweise zu dem Glaskügelchenkühlverfahrensschritt, nachdem das Trägergas abgekühlt worden ist. Die beschichteten Glaskügelchen werden dann in einen Dampfsublimierer eingegeben, wo sie nach Erhitzung, beispielsweise durch heiße Luft, die dampfförmige Verbindung von den Kügelchen abdampfen, während die weniger verdampfbaren Reaktionsprodukte auf den Kügelchen zurückgehalten werden. Somit wird eine Trennung von den anderen stabilen Isotopenverbindungen bewirkt, und diese Isotopenverbindungen werden gesammelt.

Die beschichteten kugelförmigen Teilchen, nach Trennung von den anderen stabilen Isotopenverbindungen davon, tragen nunmehr nur noch das Reaktionsprodukt auf sich. Diese Kügelchen werden dann behandelt, um das Reaktionsprodukt von ihnen zu entfernen, wonach die Kügelchen diesem Prozeß zurückführbar sind, um erneut mit der zu behandelnden Verbindung beschichtet und erneut verwendet zu werden. Bei der Trennung der Zirkonisotope werden beispielsweise die beschichteten Kügelchen, wie bereits beschrieben, nach Entfernung der gasförmigen Tetrachloride nur noch Zirkon 90-Dioxyd auf sich halten. Die mit Zirkon 9 0-Dioxyd beschichteten Kügelchen werden einem System unterworfen, bei dem Wasserstoff und Chlor mit dem Zirkondioxyd reagiert wird, um ein dampfförmiges Zirkon 90-Tetrachlorid zu bilden. Bei Erhitzung der

Kügelchen wird sich das Zirkon 90-Tetrachlorid von den Kügelchen sublimieren, um ein Zirkon 90-Tetrachlorid-Produkt zu ergeben, während die sauberen Kügelchen in den Prozeß zurückgeführt werden.

Um die Erfindung noch deutlicher werden zu lassen, werden nunmehr einige Beispiele beschrieben, und zwar im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung, die schematisch einen Prozeß und ein Gerät zur Trennung von Zirkonisotopen zeigt.

Mit Bezug auf die Zeichnung wird Zirkon-Tetrachlorid 1, das die Isotope Zirkon 90, zirkon 91, Zirkon 92, Zirkon 94 und Zirkon 9 6 enthält, erhitzt, um diese zu sublimieren. Die sublimierte Verbindung wird dann durch Leitung 3 zu einer Beschxchtungssaule 5 geführt, die diskrete kugelförmige Teilchen enthält, beispielsweise in Form von Siliciumdioxydkügelchen, in welcher Säule die Verbindung die Kügelchen in Form einer Mono-Schicht aus Zirkon-Tetrachlorid auf den Kügelchen beschichtet. Die heißen beschichteten Kügelchen gelangen durch Leitung 7 zu einem Glaskugelkühler 9, wo die beschichteten Kügelchen abgekühlt werden, um einen Vorrat von kalten Kügelchen zu erhalten, wobei die Kügelchen mit einer Mono-Schicht aus Zirkon-Tetrachlorid versehen sind. Die abgekühlten, beschichteten Kügelchen laufen dann durch Leitung 11 zu einem Reaktor 13 für mitgerissene beschichtete Kügelchen. In diesem Reaktor 13 für mitgerissene beschichtete Kügelchen werden die kalten, beschichteten Kügelchen in ein Trägergas eingeschlossen, wie beispielsweise Helium, das ein Spülgas enthält, wie beispielsweise Sauerstoff, wobei die Gase zu dem Reaktor 13 für beschichtete Kügelchen durch Leitung 15 eingegeben werden. Während ihres Mxtgerxssenwerdens in dem Trägergasstrom und im Kontakt mit dem Spülgas werden die abgekühlten beschichteten Kügelchen, die eine Mono-

Schicht aus Zirkon-Tetrachlorid aufweisen, der Bestrahlung durch Licht von einem Laser 17 ausgesetzt, wobei das Lichtbündel 19 von dem Laser 17 eine Wellenlänge besitzt, die das Zirkon 90-Tetrachlorid anregt und dessen Reaktion mit dem Spülmittel, Sauerstoff, verursacht, während das andere Zirkonisotop-Tetrachlorid auf den Kügelchen stabil bleibt. Nach einer bestimmten Zeitperiode in dem Reaktor für mitgerissene beschichtete Kügelchen werden zuerst zur Anregung des Zirkon 90-Tetrachlorids und dann zu dessen Reaktion mit dem Spülgas die kalten beschichteten Kügelchen, die in dem Trägergas mitgerissen sind, durch Leitung 21 zu einem Kügelchenanwärmer 2 3 gegeben. In dem Kügelchenanwärmer 2 3 wird das Trägergas von den beschichteten Kügelchen abgetrennt, welche Kügelchen nunmehr mit einer Mischung aus Zirkon 90-Dioxyd und anderen Zirkonisotop-Tetrachloriden beschichtet sind. Das abgetrennte Trägergas wird durch Leitung 25 zu einem Gaskühler 27 geführt, und nach ausreichender Kühlung wird dieses durch Leitung zu dem Glaskügelchenkühler geführt und benutzt, um die Glaskügelchen weiter abzukühlen. Das Trägergas in dem Kügelchenkühler 9 wird durch Kontakt mit weiteren heißen, beschichteten Glaskügelchen erwärmt, und es wird durch Leitung 31 zurück zu dem Kügelchenwärmer 2 3 geführt, um weitere beschichtete Kügelchen anzuwärmen. Die warmen beschichteten Glaskügelchen, die eine Schicht aus Zirkon 9 0-Dioxyd und anderen Zirkonisotop-Tetrachloriden besitzen, werden durch Leitung 3 3 zu einem Sublimierer 35 für dampfförmiges Chlorid geleitet, wo die beschichteten Kügelchen durch heiße Luft, das über Leitung 37 eingegeben wird, erhitzt werden. In dem Sublimierer 35 für dampfförmiges Chlorid werden die Kügelchen bis auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um Zirkon-Tetrachlorid von diesen Kügelchen abzusublimieren, und das Zirkon-Tetrachlorid, das Zirkon 91, Zirkon 92, Zirkon 94 und Zirkon 96 enthält, wird

über Leitung 39 abgegeben und gesammelt, wobei die heißen Kügelchen lediglich noch mit Zirkon 90-Dioxyd beschichtet sind. Die heißen beschichteten Kügelchen, nun nur noch mit Zirkon 9 0-Dioxyd beschichtet, werden dann über Leitung 41 zu einem Chlorinierungssystem 43 geleitet. In dem Chlorinierungssystem werden die heißen Kügelchen, die mit Zirkon 9 0-Dioxyd beschichtet sind, mit Wasserstoff aus einer Leitung 45 und mit Chlor aus einer Leitung 47 in Verbindung gebracht, um so das Zirkon-90-Dioxyd zu Zirkon 90-Tetrachlorid umzusetzen. Das Zirkon 90-Tetrachlorid wird, nachdem es geformt ist, von den heißen Kügelchen absublimiert und über Leitung 49 zum Sammeln als Produkt ausgegeben. Die heißen Kügelchen, die nicht langer irgendwelche Beschichtungen auf sich tragen, werden durch Leitung 51 zur Verwendung in der Beschichtungssäule 5 zurückgeführt, um eine Beschichtung mit weiteren Proben Zirkon-Tetrachlorid durchzuführen und dann eine erneute Verwendung in dem Isotopentrennsystem vorzusehen.

Es wurde daher ein Prozeß und ein Verfahren zur Trennung eines Isotops eines Elementes von anderen Isotopen dieses Elementes beschrieben, wobei eine Verbindung, die das Isotop enthält, auf Kügelchen aufgebracht und anschließend die Verbindung angeregt und eine Reaktion mit einem gasförmigen Spülmittel veranlaßt wird. Die Anregung der Isotopenverbindung in einer festen Phase vermeidet, wie auch die Mono-Schicht auf den Kügelchen, die Probleme, die bei Laseranregung von Isotopen in einem gasförmigen Zustand auftreten können.

Identifikation von Bezugszahlen, die in den Zeichnungen benutzt werden

LEGENDE Subliniierer für rohes Zrd.4 Beschichtungssäule Glaskügelchenkühler

Werkstoffe für mitgerissene beschichtete Kügelchen

Laser Kügelchenwärmer Gaskühler

Sublimierer für dampfförmiges Chlorid

Chlorination

Bezugszahl-Nr.	Figur
1	1
5	1
9	1
13	1
17	1
23	1
27	1
35	1
43	1

A*

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Claims

PATENTANWALT D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf,

14. Dezember 1984

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Trennung eines Isotops eines Elementes von anderen Isotopen dieses Elementes, die in einer Mischung von einander ähnlichen Verbindungen des Isotops vorhanden sind, gekennzeichnet durch Beschichten einer Vielzahl von diskreten, kleinen, kugel- oder perlförmigen Teilchen mit einer Mono-Schicht der Mischung, wobei die Teilchen gegenüber Licht einer Wellenlänge transparent sind, welches in der Lage ist, eine das Isotop enthaltende Verbindung anzuregen, während die Verbindungen, die die anderen Isotopen enthalten, stabil verbleiben; Mitreißen der Vielzahl von beschichteten Teilchen in einem Trägergas, das ein Spülgas zum Reagieren mit der einen, das Isotop enthaltenden Verbindung enthält, wenn letztere Verbindung angeregt ist, Aussetzen der Vielzahl von beschichteten Teilchen, während diese so mitgerissen werden, dem Licht mit der genannten

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Wellenlänge, um die dieses eine Isotop enthaltende Verbindung anzuregen und deren Reaktion mit dem Spülgas und die Bildung eines Reaktionsproduktes zu bewirken und das Reaktionsprodukt von den stabilen, die anderen Isotope enthaltenden Verbindungen zu trennen.

2. Prozeß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die diskreten, kleinen, kugel- oder perlförmigen Teilchen Siliciumdioxyd-Kügelchen umfassen, die einen Durchmesser besitzen, der nicht größer ist als 1 Mikron.

3. Prozeß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas Helium, Neon, Argon oder Krypton ist.

4. Prozeß nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas Methan, Sauerstoff oder Wasser ist.

5. Prozeß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Trennung des Reaktionsproduktes von den stabilen Verbindungen die perlförmigen Teilchen nach Entfernung von sowohl dem Reaktionsprodukt als auch der stabilen Verbindungen für deren weitere Beschichtung zurückgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt weniger verdampffoar ist als die stabilen Verbindungen, wobei die Trennung dadurch herbeigeführt wird, daß die stabilen Verbindungen von den Kügelchen verdampft werden, bevor das Reaktionsprodukt

entfernt wird.

7. Prozeß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element Zirkon, Uran oder Bor ist.

8. Prozeß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element Zirkon und die Verbindung Zirkon-Tetrachlorid ist.

9. Prozeß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element Uran und die Verbindung Uran-Hexafluorid ist.

10. Prozeß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element Bor und die Verbindung Bor-Methoxid oder Bor-Äthoxid ist.

11. Prozeß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Isotop Zirkon 90 ist.

12. Prozeß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt Zirkon 90-Hydroxid ist, wenn das Spülgas Sauerstoff ist.

13. Prozeß nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsprodukt von den perlförmigen Teilchen durch chemische Reaktion mit einer Substanz zur Bildung einer Verbindung entfernt wird, die von den Kügelchen verdampft wird.

14. Gerät zur Ausführung des Prozesses gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Beschichtung der diskreten, kleinen, kugel- oder perlförmigen Teilchen mit der Mono-

Schicht der Mischung aus Verbindungen; Einrichtungen zum Mitreißen der beschichteten kugel- oder perlförmigen Teilchen mit dem Trägergas, das das Spülgas enthält; durch ein Reaktionsgefäß (13), in dem die beschichteten kugel- oder perlförmigen Teilchen eingegeben werden; durch eine Lichtquelle (17) zur Einstrahlung von Licht der erforderlichen Wellenlänge auf die beschichteten, mitgerissenen, kugel- oder perlförmigen Teilchen in dem Reaktionsgefäß (13); und durch Einrichtungen zur Trennung des Reaktionsproduktes von den stabilen Verbindungen.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät Einrichtungen (9) zum Kühlen der beschichteten perlförmigen Teilchen vor deren Weiterleitung zu den Mitreißeinrichtungen umfaßt.

16. Gerät nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Trennung des Reaktionsproduktes von den stabilen Verbindungen Einrichtungen (23) zur Erhitzung der beschichteten perlförmigen Teilchen umfaßt, um das Reaktionsprodukt von diesen Teilchen zu verdampfen.

17. Gerät nach Anspruch 16, wenn abhängig von Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät Einrichtungen zur Zurückführung des Trägergases von den Einrichtungen zum Erhitzen (23) zu den Einrichtungen zum Kühlen (9) umfaßt.

E S/ag