Sposób i urzadzenie do rozdzielania mieszanin gazowych Przedmiotem wynalazku jest sposób rozdzielania mieszanin gazowych na frakcje skladowe wedlug ich ciezarów czasteczkowych lub atomowych, a zwlaszcza sposób rozdzielania gazowych mieszanin izotopów, przez poddanie mieszaniny gazowej dzialaniu sily odsrodkowej. Przedmiotem wynalazku jest równiez urzadzenie do stosowania tego sposobu.Znane sposoby rozdzielania mieszanin gazowych na frakcje skladowe wedlug ich ciezarów czasteczkowych lub atomowych oparte sa na prostych zasadach, w praktyce jednak sa bardzo trudne do realizacji. Ze wzgledu na to, ze skladniki mieszaniny róznia sie ciezarem czasteczkowym lub atomowym mozna je rozdzielac wedlug masy poddajac ruchowi obrotowemu w wyniku czego czasteczki o ciezarze wyzszym zostalyby odrzucone na dalsza odleglosc niz czasteczki lzejsze o ile sposób ten w odniesieniu do cial sypkich czy cieklych nie stanowi zadnego problemu technicznego w odniesieniu do gazów stanowi powazny problem ze wzgledu na dyfuzje. Dlatego tez rozdzial mieszanin gazowych, a zwlaszcza rozdzial gazowych mieszanin izotopów realizowano innymi sposoba¬ mi.Poniewaz czasteczki i atomy sa rózne rozdzielano je stosujac pole elektryczne lub magnetyczne i wykorzys¬ tujac róznice w reagowaniu atomów i czasteczek na dzialanie tych pól. I tak, na przyklad, izotopy o okreslonym, spinie jadrowym mozna bylo wydzielic, przepuszczajac przez takie pola strumien atomów pierwiastka, posiadajacym w narife podstawowym spin elektronowy rózny od zera. Mozliwe jest takze rozdzielanie oparte na przepu w kwadratowym polu elektrycznym. Narzucone pole o wysokiej czestotliwosci wprawia jony o okreslonej masie w rezonans i wyrzuca je z wiazki. Pola elektryczne utrzymuje sie znacznie latwiej, niz pola magnetyczne i latwo mozna utrzymac uklad wielu wiazek biegnacych równolegle. Sa to jednak metody laboratoryjne i nie nadaja sie do stosowania na wieksza skale ze wzgledu na koszty i potrzebne wyposazenie.Na skale techniczna wykorzystywano rozdzial dyfuzyjny. Róznica mas powoduje róznice szybkosci dyfuzji. Zasade te wykorzystano do rozdzielania lub wzbogacania izotopów zwlaszcza uranu. Mieszanine gazowa2 70 093 rozdzielano przez przepuszczanie jej wzdluz powierzchni membrany, której pory byly dostatecznie male, aby nastepowal przeplyw molekularny czasteczek lzejszych. Czesc mieszaniny, która przeszla przez membrane byla wzbogacona w skladnik lzejszy, natomiast pozostala czesc w skladnik ciezszy. W przypadku U 235 i U 238 zmiana stezenia izotopów w poszczególnych frakcjach byla tak mala, za nalezalo prowadzic rozdzielanie wielostopniowe.Znane jest wykorzystanie dzialania sily odsrodkowej do rozdzialu gazów np. w wirówce gazowej, w której stosuje sie wirujacy cylinder z pierscieniowymi otworami wlotowymi na jednym koncu. Gaz zbiera sie na przeciwnym koncu cylindra w dwóch pierscieniach/Skladniki ciezsze wystepuja w wiekszym stezeniu w zew¬ netrznym pierscieniu wylotowym, a skladniki lzejsze w pierscieniu wylotowym wewnetrznym. Mozna tez przy uzyciu róznych technik powodowac dwukrotny przeplyw gazu przez wirnik, w jednym kierunku wzdluz scianek peryferyjnych, a przy zmniejszonym promieniu w innym kierunku. Jednakze jak podaje Avery w Physics Bulletiri, str. 17—21 (styczen 1970) przy obecnych ograniczeniach inzynieryjnych wydajnosc urzadzen wirówko¬ wych jest mniejsza niz wydajnosc urzadzen dyfuzyjnych, co w praktyce wymagaloby stosowania setek tysiecy aparatów. Oznacza to, ze nalezaloby rozwiazac masowa produkcje tych urzadzen i ich czesci zapasowych przy niskich kosztach, a to stanowi glówny problem konstrukcyjny. Mimo, ze wirówka gazowa moze byc technicznie mozliwa do wykonania, pozostaje jeszcze sprawa otwarta, czy bedzie ona praktyczna, poniewaz wskazniki kosztów sa spekulatywne jako, ze nie byly badane za wyjatkiem eksperymentów, prowadzonych na mala skale.Proponowano równiez wykorzystac efekt bezwladnosci, wywodzacy sie z róznic mas, wystepujacy w wirówce gazowej, bez stosowania czesci ruchomych. Jednym z oczywistych sposobów jest wprowadzenie gazu w ruch wirowy w cyklonie, w którym moznaby sie spodziewac, ze czasteczki ciezsze dyfundowalyby w kierunku odsrodkowym, a lzejsze ku srodkowi cyklonu. Jednakze, aby utrzymac prace cyklonu, konieczny jest dosrodko- wy przeplyw mieszaniny gazów oraz ustalony stosunek pomiedzy dyfuzja a lepkoscia kinematyczna. W ostatecz¬ nym wyniku oba skladniki poruszaja sie ku srodkowi, chociaz z rózna predkoscia.Nóller iMiirtz w Naturwissenschaften 45, (16) str. 382—3, 1958 opisali próoy rozdzielania, ale stwierdzili znaczne trudnosci zwiazane z turbulencja przy wysokich liczbach Reynoldsa. W rezultacie metoda ta nie zostala uznana za atrakcyjna i uznano, ze otrzymany rozdzial w najlepszym razie bedzie podobny jak metoda dyfuzji.Poniewaz jednak zuzycie mocy jest wysokie, zatraca sie korzysci z odwirowania w stosunku do metody dyfuzyjnej.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wymienionych niedogodnosci.Wedlug wynalazku mieszaniny skladników gazowych rózniacych sie ciezarem czasteczkowym lub atomowym rozdziela sie na frakcje skladowe wedlug ciezarów czasteczkowych i atomowych, poddajac je dzialaniu sily odsrodkowej w wirze w ksztalcie stozka o srednicy nie wiekszej niz 5 mm, przy zasilaniu gazem o cisnieniu bezwzglednym na wlocie do komory rozdzielajacej okolo 5—1000 mm slupa rteci i stosunku cisnien w granicach od okolo 1,5 do okolo 10. Stosunek cisnien okresla sie jako stosunek cisnienia na wlocie do cisnienia na wylocie. W tych warunkach pracy, waznych dla osiagniecia rozdzielenia, mozna wyizolowac frakcje o wyzszym ciezarze czasteczkowym w czesci peryferyjnej wiru, a frakcje o nizszym ciezarze czasteczkowym w rdzeniowej czesci wiru. Sposób ten jest prosty i nie wymaga urzadzen z ruchomymi czesciami oprócz urzadzenia do wprawiania w ruch gazu oraz jest praktyczny i nadaje sie do technicznego stosowania na wielka skale.Jesli skladniki gazowe róznia sie znacznie ciezarem czasteczkowym lub atomowym, wówczas mozna uzyskac dobre rozdzielenie w jednym cyklonie. Jesli ciezary czasteczkowe lub atomowe sa raczej bliskie, moze okazac sie koniecznym powtórzyc proces w kilku stopniach, za kazdym razem odbierajac z odpowiedniego miejsca wiru frakcje o wysokim lub niskim ciezarze czasteczkowym i zawracajac ja do cyklonu w nastepnym stopniu. W przypadku rozdzielania izotopów takich jak U 235 i U 238 moze okazac sie konieczne stosowanie wielu cyklonów dla zadawalajacego wzbogacenia rdzeniowej partii wiru.Rozdzial mieszaniny gazowej przeprowadza sie w urzadzeniu wedlug wynalazku skladajacym sie z obudo¬ wy mieszczacej komore separatora o przekroju kolowym, posiadajacej wierzcholek, podstawe i majacej ksztalt stozka przynajmniej w czesci wierzcholkowej. Obudowa ma przy podstawie srednice nie wieksza niz 5 mm, a przy wierzcholku nie mniejsza niz 0,01 mm. Przy podstawie obudowy znajduje sie co najmniej jeden otwór wlotowy gazu, wprowadzajacy gaz wplywajacy z zewnatrz stycznie do komory w celu ustalenia wirowego przeplywu gazu w komorze w kierunku od podstawy ku wierzcholkowi. Przeolyw wirowy powoduje rozprowa¬ dzenie do czesci peryferyjnej wiru skladników gazowych o wzrastajacym ciezarze czasteczkowym lub atomo¬ wym, a w kierunku rdzenia wiru skladników o malejacym ciezarze czasteczkowym lub atomowym. W czesci rdzeniowej wiru panuje nizsze cisnienie gazu niz w czesci peryferyjne]. Jeden otwór wylotowy przechodzi przez obudowe podstawy komory i jest usytuowany wspólosiowo z komora, a drugi, równiez wspólosiowy z komora znajduje sie w wierzcholku komory. Przez otwór wylotowy na wierzcholku komory wyplywa gaz z peryferyj-70 093 3 nych czesci wiru, a przez otwór wylotowy umieszczony w podstawie- gaz z rdzeniowej czesci wiru tak, ze stezenie skladników o nizszym ciezarze czasteczkowym lub atomowym jest wieksze w gazie wyplywajacym przez otwór wylotowy w podstawie, podczas gdy gaz wyplywajacy przez otwór wylotowy na wierzcholku komory wzbogacony jest w skladniki ciezsze. Opisany separator cyklonowy ma prosta i nieskomplikowana konstrukcje, nie posiada ruchomych czesci i pomimo malych rozmiarów nadaje sie do technicznego rozdzielania gazów na wielka skale.Sily odsrodkowe, dzialajace w wirze powoduja, ze skladniki o wiekszych ciezarach czasteczkowych lub atomowych dyfunduja do czesci peryferyjnej wiru, a skladniki o ciezarach czasteczkowych lub atomowych nizszych dyfunduja do jego czesci centralnej lub rdzeniowej. Wrdzeniowej czesci wiru panujecisnienie nizsze niz w czesci peryferyjnej/Poniewaz w urzadzeniu bedacym przedmiotem wynalazku frakcje peryferyjne i rdzeniowe wiru odbierane sa w dwóch przeciwleglych koncach komory separatora, powstaja w niej dwa przeciwpradowe przeplywy, w jednym kierunku przeplyw peryferyjny w kierunku czesci peryferyjnej lub wierzcholkowego otworu wylotowego i przeplyw rdzeniowy, plynacy w kierunku przeciwnym, ku czesci rdzeniowej i otworowi wylotowemu znajdujacemu sie w podstawie. W efekcie rozszerza to znacznie strefe rozdzialu.Separator cyklonowy, bedacy przedmiotem wynalazku, mozna wykonywac z dowolnego odpowiedniego materialu, odpornego w warunkach pracy na dzialanie rozdzielanych mieszanin gazów lub powodowana przez nie korozje. Stosuje sie metale takie, jak stal nierdzewna i aluminium oraz stopy niklu i chromu. Jesli jednak metalu nie mozna odlewac, trudno jest go uksztaltowac ze wzgledu na bardzo male wymiary, wymagane do rozdzialu sposobem wedlug wynalazku. Dlatego korzystniejsze sa materialy ceramiczne, szklo i tworzywa sztuczne, jesli sa mocne, odporne na cisnienie, zdolne do zachowania ksztaltu przy stosowanych cisnieniach.Materialy te mozna ksztaltowac lub formowac do wymaganego ksztaltu przez prasowanie w formach lub wtrysk/ i bez ograniczen ilosciowych. Nadaja sie do tego celu zarówno szklo, porcelana, nylon, policzterofluoroetylen, poliestry, poliweglany, polietylen, polipropylen, kauczuki syntetyczne, zywice fenolowoformaldehydowe, mocz¬ nikowe i melaminowe jak równiez polioksymetylen i polimery chlorotrójfluoroetylenu.W korzystnej postaci separatora cyklonowego w komorze znajduje sie przegroda rurowa, biegnaca od otworu wylotowego w podstawie do punktu poza otworem lub otworami wlotowymi. Ma ona za zadanie ukierunkowac wyplyw gazu z otworu wylotowego i wzmóc inicjowanie wirowego przeplywu gazu przy podstawie i stad przez komore ku jej czesci wiercholkowej. Styczne ulozenie jednego lub wiecej otworów wlotowych gazu wymusza cyklonowy lub wirowy przeplyw wprowadzanej mieszaniny gazów. Otwory wlotowe, jesli Jest ich wiecej niz jeden, powinny byc rozmieszczone jednolicie aby zapoczatkowac równomierny przeplyw wirowy. Zazwyczaj wystarcza 2—6 otworów wlotowych gazu. Gaz, wprowadzony do komory z duza predkoscia zmuszony jest przez zakrzywione scianki komory separatora do utworzenia wiru, przeplywajacego spiralnie ku wierzcholkowi lub peryferyjnej czesci wylotu z komory.Wazne jest, aby wir powstaly w komorze separatora a tym samym i komora separatora mialy srednice nie wieksza niz 5 mm, a korzystnie 2 mm lub mniejsza. Dolna granice srednicy ograniczaja jedynie mozliwosci wytwórcze malych cyklonów. Praktycznie dolna granica wynosi 0,1 mm. Dlugosc komory separatora nie jest krytyczna, nie powinna byc jednak wieksza niz 200 mm ani mniejsza niz 5 mm, a jesli ma ona ksztalt stozkowy, srednica wierzcholka powinna wynosic co najmniej 0,1 mm.Stwierdzono, ze sposobem wedlug wynalazku nie mozna rozdzielic efektywnie skladników gazu wedlug ich ciezarów czasteckowych lub atomowych, jesli komora ma srednice wieksza niz 5 mm, a poniewaz dotychczas stosowano komory znacznie wieksze, bylo to zapewne przyczyna, dla której do tej pory nie uzyskiwano pozytywnych wyników przy stosowaniu separatorów cyklonowych. Jesli wir ma srednice wieksza niz 5 mm, obydwa skladniki przemieszczaja sie ku srodkowi wiru ze zbyt duza predkoscia, aby moglo nastapic dobre rozdzielenie i napotyka sie na problemy, stwierdzone prze Londona w pracy Separation of Isotopes (Londyn, John Newnes itd). Tak wiec male rozmiary urzadzenia pozwalaja przezwyciezyc trudnosci, na które napotkali poprzedni badacze, zajmujacy sie gazowymi separatorami cyklonowymi.Stozkowy ksztalt komory separatora (i wiru) jest bardzo istotny dla poprawienia wydajnosci rozdzielania.Srednica komory musi zmniejszac sie ku wierzcholkowi, zmniejszajac promien wiru i zwiekszajac sile odsrodkowa. Koniora moze miec od podstawy do wierzcholka ksztalt stozka o równych tworzacych zawierajac¬ ych kat p- orty lub tez moze byc czesciowo cylindryczna, a stozkowa tylko przy wierzcholku. Stozek nie musi byc jednolity lub o równych tworzacych. Moga to byc tworzace wklesle lub wypukle o jednakowej krzywiznie, malejacej lub wzrastajacej. Srednica stozka moze zmniejszac sie ku wierzcholkowi w sposób ciagly lub etapami.Tak wiec mozliwe sa rózne ksztalty stozkowe, a wybrany ksztalt bedzie zalezny od szczególnych warunków w jakich prowadzi sie rozdzielanie i moze byc okreslony metoda kolejnych prób.Wazne jest takze osiagniecie spadku cisnienia pomiedzy wlotem gazu a wylotami wierzcholkowymi i rdzeniowym, wystarczajacego do przyspieszenia predkosci gazu, gdy zbliza sie on do regionu mniejszej srednicy4 70 093 rdzenia. Daje to maksymalna rozdzielajaca sile odsrodkowa w obszarze o najmniejszym promieniu. Poniewaz cisnienie spada, energia cisnienia lub wysokosc cisnienia zamienia sie w wysokosc predkosci i predkosc gazu wzrasta. Energie potrzebna do przyspieszenia czasteczek uzyskuje sie wiec ze spadku cisnienia i przyczynia sie ona do zwiekszania wydajnosci rozdzielania. Jest to przyczyna powodujaca, ze dla sposobu wedlug wynalazku stosunek cisnienia jest krytyczny. Oznacza to równiez, ze maksymalna wydajnosc rozdzielania wystepuje w obszarze wiru o malym promieniu/anie w czesci peryferyjnej wiru i ze obszar ten wystepuje tam, gdzie konieczny jest maksymalny efekt rozdzielajacy, a mianowicie na granicy pomiedzy obszarem rdzeniowym a peryferyjnym, to znaczy tam, gdzie gaz przeplywa w kierunku wylotów wierzcholkowego i rdzeniowego, a wiec w róznych kierunkach. Oznacza to, takze, ze czasteczki ciezsze w obszarze rdzeniowym maja najwieksza szanse na odrzucenie, co powoduje, ze nie pozostaja one w rdzeniowej czesci gazu, plynacej ku obszarowi rdzeniowego otworu wylotowego.Odpowiednio srednice otworów wylotowych wierzcholkowego i rdzeniowego sa tak dobrane, aby stosunek cisnien P otworuwlotowego \ P otworu rdzeniowego wylotowego zawieral sie w przedziale od okolo 1,5 do okolo 10 przy bezwzglednym cisnieniu roboczym doprowadzanego gazu wynoszacym od okolo 5 do okolo 1000 mm slupa rteci. W efekcie oznacza to, ze cisnienie gazu w otworze wlotowym jest co najmniej 1,5—10 razy wieksze niz cisnienie w rdzeniowym otworze wylotowym komory. Dla optymalnej wydajnosci rozdzielania korzystnie, stosunek cisnien zawiera sie w przedziale od okolo 2 do okolo 6.Gaz do otworu wlotowego wprowadza sie poprzez dysze, kryze lub jako strumien swobodny, które czesciowo zamieniaja wysokosc cisnienia na wysokosc predkosci. Jest to szczególnie korzystne przy zapoczatko¬ waniu wiru. Duze predkosci gazu w otworze wlotowym sa korzystne, poniewaz zwiekszaja szybkosc rozdzielania.Predkosc mieszaniny gazów na wlocie powinna byc równa co najmniej predkosci dzwieku w temperaturze pracy, a w razie potrzeby, kilkakrotnie wieksza, wymaga to jednak specjalnych urzadzen wlotowych. Mozna stosowac tez nizsze predkosci, zalezy to jednak od natury gazu i musi byc dla kazdego gazu okreslone doswiadczalnie. Efekt rozdzialu dla danego spadku cisnienia zalezy równiez w pewnym stopniu od samych otworów wlotowych, ich ksztaltu, ilosci i rozmieszczenia. Jesli otwory wlotowe zapewniaja doskonale jednolity przeplyw w strefie peryferyjnej, wówczas mozna pracowac przy stosunkowo niskich predkosciach gazu wlotowego, ponizej predkosci dzwieku.Proces prowadzi sie w dowolnej temperaturze. Male wahania temperatury nie sa istotne. Za temperature robocza przyjmuje sie zazwyczaj taka temperature, w której wszystkie rozdzielane skladniki stanowia faze gazowa. Dla niektórych materialów moze to wymagac stosunkowo wysokich temperatur, podczas gdy w przypadku materialów, które w temperaturze pokojowej sa gazami, stosuje sie temperature pokojowa.W niektórych przypadkach korzystne sa bardzo niskie temperatury. Zakres temperatury roboczej zawiera sie wiec w przedziale od okolo —50 do okolo 500°C, korzystnie od okolo —20 do okolo 300°C. W przypadku, gdy mieszanine poddaje sie wirowaniu wielostopniowemu, korzystnie jest stosowac uklad separatorów wirowych lub cyklonów ulozony kaskadowo w dwóch seriach. Rdzeniowa porcje gazu z cyklonu kazdego stopnia rozdziela sie i laczy w serie z porcja wierzcholkowa z cyklonu nastepnego stopnia, powtarzajac to w kazdym stopniu do konca serii, podczas gdy w innych seriach rozdziela sie porcje wierzcholkowe gazu i wprowadza porcja rdzeniowa ze stopnia pózniejszego. Stosuje sie dowolnie ustawienie cyklonów i sprzezen zwrotnych. W ten sposób nie traci sie zadnej czesci rozdzielanych gazów, a ewentualnie w miare potrzeby mozna odzyskac wszystkie rozdzielane skladniki.Cyklony bedace przedmiotem wynalazku nadaja sie do rozdzielania mieszanin gazowych na skladniki wedlug ciearów czasteczkowych lub atomowych. Mozna w ten sposób rozdzielac w postaci pary lub zwiazków gazowych izotopy róznych pierwiastków. Rozdzielone zwiazki poddaje sie obróbce w celu odzyskania pierwiast¬ ka w dowolnej zadanej postaci, wlacznie z pierwiastkami metalicznymi. Mozna, na przyklad, rozdzielac mieszanine U 234 i U 238 w postaci szesciofluorku uranu.Urzadzenie wedlug wynalazku zostalo przedstawione w przykladzie wykonania na zalaczonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typowy stozkowy separator cyklonowy w przekroju podluznym, fig. 2 — przekrój wzdluz linii 2—2 fig. 1 pokazujac separator cyklonowy w przekroju poprzecznym z zaznaczeniem peryferyjnej i rdzeniowej czesci przeplywu wirowego, a fig. 3 — schematycznie typowy uklad separatorów cyklonowych ulozonych w dwóch seriach kaskadowych a i b, skladajacy sie z cyklonów dla frakcji odbieranych z wierzcholka i cyklonów dla frakcji rdzeniowej, pokazujac przeplyw frakcji wierzcholkowych i frakcji rdzeniowych gazu przez kazda serie az do ostatecznego rozdzielenia skladników mieszaniny gazowej na koncu kazdej serii.Cyklon przedstawiony na fig. 1 i 2 posiada obudowe 1 z szescioma otworami wlotowymi 2 usytuowanymi stycznie przy podstawie 3 stozkowej komory rozdzielajacej 5. W wierzcholku 9 stozkowej komory rozdzielajacej70 093 5 5 znajduje sie otwór wylotowy 4 dla peryferyjnej czesci wiru, a otwór wylotowy 6 dla czesci rdzeniowej wiru znajduje sie w podstawie komory. Koniec przewodu 7 wystaje wewnatrz komory z podstawy stoika i opisuje pierscien 8r do którego skierowane sa otwory wlotowe gazu 2. Poniewaz otwory wlotowe 2 umieszczone sa stycznie, zapoczatkowuja wirowy przeplyw gazu wokól pierscienia 8, okreslonego przez wystajacy wewnatrz komory koniec przewodu 7, co pokazano za pomoca spiralnych strzalek. Powstaly przeplyw wirowy przemieszcza sie wzdluz peryferyjnej czesci stozka w kierunku otworu wylotowego 4. W czasie tego przemiesz¬ czania skladniki o wiekszym ciezarze czasteczkowym lub atomowym odrzucone sa do peryferyjnej czesci wiru, podczas gdy skladniki o nizszym ciezarze czasteczkowym lub atomowym przesuwaja sie do czesci rdzeniowej wiru. Rdzeniowa czesc wiru przesuwa sie w kierunku przeciwnym, ku otworowi wylotowemu 6. Wystepuje wiec przeciwpradowy przeplyw wewnetrznej i zewnetrznej czesci wirów, poprawiajac wydajnosc rozdzielania bez potrzeby zwiekszania strefy rozdzialu.Podczas pracy urzadzenia mieszanina gazów wplywa przez otwory wlotowe 2, opasuje wir dokola czesci peryferyjnej komory, po czym nastepuje peryferyjny przeplyw gazu w kierunku otworu wylotowego 4.Jednoczesnie w srodku wiru tworzy sie jego czesc rdzeniowa i gaz w tej czesci przeplywa w przeciwnym kierunku, ku otworowi wylotowemu czesci rdzeniowej 6. W czesci rdzeniowej wiru panuje nizsze cisnienie niz w otworze wlotowym 2. W ten sposób czesc gazu o nizszych ciezarach czasteczkowych opuszcza separator wirowy przez przewód wylotowy 6, a czesc gazu o wiekszych ciezarach czasteczkowych skladników wyplywa z separatora przez otwór wylotowy 4. Uklad takich cyklonów w dwóch kaskadowych seriach a i b, zapewniajacy zwielokrotnienie stopni separacji odsrodkowej moze miec postac przedstawiona na fig. 3. Mieszanina gazów wchodzi z kompersora C przez otwór wlotowy do separatora cyklonowego I. Mieszanine wchodzaca do kompresora C stanowi porcja wierzcholkowa z separatora cyklonowego Ha i porcja rdzeniowa z separatora Mb.W serii a gaz zateza sie lub zostaje wzbogacony w lzejszy skladnik. Rdzeniowa porcje gazu odbiera sie przez wylot w podstawie cyklonu I i przesyla do nastepnego separatora Ha serii i miesza z porcja wierzcholkowa z separatora cyklonowego lila; stamtad jako porcje rdzeniowa, zmieszana z porcja wierzcholkowa z separatora IVa wprowadza sie do separatora cyklonowego lila, skad jako porcje rdzeniowa zmieszana z porcja wierzcholko¬ wa z separatora cyklonowego Va wprowadza sie ja do separatora cyklonowego IVa, a stad jako porcje rdzeniowa zrruaszana z porcja wierzcholkowa gazu z separatora Vb wprowadza sie do separatora Va, stamtad jako porcje rdzeniowa wprowada sie gaz do separatora cyklonowego Via. W ten sposób porqe rdzeniowe sukcesywnie wzbogacaja sie w lzejszy skladnik az wreszcie z cyklonu Via na koncu ukladu odbiera sie skladnik lzejszy.W serii b zateza sie skladnik ciezszy. Porcja wierzcholkowa z cyklonu I po zmieszaniu z porcja rdzeniowa lllb przechodzi, przez kompresor C do separatora cyklonowego Mb; odbiera sie porcje wierzcholkowa i po zmieszaniu z porcja rdzeniowa z separatora cyklonowego IVb wprowadza sie ja do cyklonu lllb; odbiera sie porcje wierzcholkowa z cyklonu lllb i po zmieszaniu z porcja rdzeniowa gazu z cyklonu Vb wprowadza sie ja do cyklonu IVb; odbiera sie porcje wierzcholkowa i po zmieszaniu z porcja rdzeniowa gazu z cyklonem IVb wprowadza sie ja do cyklonu Vb; odbiera sie porcje wierzcholkowa z cyklonu IVb i wprowadza sie ja do cyklonu Vlb. W ten sposób porcja wierzcholkowa mieszaniny gazów stopniowo wzbogaca sie w skladnik ciezszy.Sposób wedlug wynalazku zilustrowano w podanych nizej przykladach.Przyklad I. Do prób uzyto cyklon typu przedstawionego na fig. 1 i 2. Cyklony te zastosowano do rozdzielania mieszaniny powietrza z dwutlenkiem wegla. Mieszanina miala w przyblizeniu staly sklad i zawierala 8,5% objetosciowych C02. Gaz ze zbiornika podawano przez zawór redukcyjny, bezpiecznik cisnieniowy, filtr, zawór regulacyjny i zwezke Venturiego do zbiornika mieszczacego cyklony. Dwie frakcje odbierane z cyklonów przechodzily przez zwezke Venturiego i zawory regulacyjne do pompy prózniowej, a nastepnie kazda z porcji, odbierana poprzez zawór wprowadzano do analizatora gazu w celu dokonania analizy.Cisnienie gazu w pomieszczeniu zbiornika cyklonów mierzono bezwzglednym manomerem rteciowym z dokladnoscia okolo 0,5 mm slupa rteci.Róznice zawartosci C02 w obu frakcjach odebranych z cyklonów rejestrowano za pomoca analizatora do analizy w podczerwieni, polaczonego z potencjometrycznym urzadzeniem rejestrujacym. Otrzymane wyniki uzyskane w cyklonie o srednicy 2 mm zestawiono w tablicach I, II, III. Cyklon ten mial zbieznosc stozka; okreslona jsko srednica podstawy podzielona przez wysokosc wierzcholkowa wynoszaca 1:10 oraz 3 lub 6 jednakowo romieazczonych otworów wlotowych o przekroju ptostokatnym 0,6 mm X 0,3 mm.6 70 093 Tablica I Separator | cyklonowy Ilosc otworów wlotowych Srednica otworu wlotowego w podstawie 0,75 mm srednica otworu wylotowego u wierzcholka mm 1,0 Cisnienie na wlocie mm Hg 90,0 90,0 90,0 . 90,0 90/) 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 Cisnienie w rdzenio¬ wym otwo¬ rze wylo¬ towym mmHg 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 Cisnienie w wierzcholko¬ wym otworze wylotowym mm Hg 13,0 15,0 17,0 19,0 21,0 30,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 30,0 16,0 20,0 22,0 24,0 26,0 18,0 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 Molowy %COt 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 83 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 r 8,35 8,35 8,35 8,35 , 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 Szybkosc przeply/vu 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,49 0,50 0,50 0,50 0,50 0,48 0,50 0,50 0,49 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 Wspólczynnik rozdzialu 0,0542 0,0539 0,0532 0,0524 0,0516 0,0443 0,0544 0,0528 0,0524 0,0511 0,0513 0,0499 0,0488 0,0443 0,0523 0,0514 0,0515 0,0514 0,0487 0,0489 0,0484 0,0499 0,0483 0,0479 0,0470 Wspólczynnik rozdzialu przeplywu 0,663 0,647 0,653 0,653 0,644 0,596 0,672 0,665 0,657 0,652 0,640 0,645 0,627 0,525 0,670 0,666 : 0,669 j .' 0,650 0,645 I 0,724 0,718 0,711 0,708 0,683 0,667 Tabl ica II Separator cyklonowy | Mosc otworów Iwlotowych Srednica otworu wylotowego w podstawie 0,75 mm jireTJnlca-utWDru wylotowego przy wierzcholku mm 1,0 Cisnienie na wlocie mm Hg 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 ' Cisnienie w rdzenio¬ wym otwo¬ rze wylo¬ towym mm Hg 15,0 15,0 15,0 18,0 18,0 Cisnienie w wierzchol¬ kowym otworze wy¬ lotowym mm Hg". 14,0 16,0 20,0 16,0 .18,00 i Molowy % CO, 8,35 8,35 8,35 8,35 8,35 1 Szybkosc przeplywu 0,46 0,46 0,46 0,46 0,46 i 1 Wspólczynnik Wspólczynnik rozkladu rozdzialu 0,0435 0,0435 0,0436 0,0440 0,0430 przeplywu 0,657 0,657 0,691 0,665 0,671 j70 093 Tablica III 7 Cisnienie Cisnienie Cisnienie Wspólczynnik Separator na wlocie w rdzenie- w wierzchol- Molowy Szybkott Wspólczynnik rozkladu cyklonowy mm Hg wym otwo- kowym ot- %CO, przeplywu rozdzialu przeplywu rze wy Ioto- worze wylo- wym mm Hg towym mmHg Ilosc otworów wlotowych Srednica otworu wylotowego w podstawie 1,0 mm Srednica otworu wylotowego przy wierzcholku 1,0 mm * 90,0 90,0 90,0 90,0 90.0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 18,0 18,0 18,0 18,0 18,0 22,0 22,0 22,0 22,0 25,0 25,0 25,0 25,0 13,0 15,0 17,0 19/) 21,0 16,0 18,0 20,0 22,0 24,0 20,0 22.0 24,0 26,0 23,0 25,0 27,0 29,0 8,67 8,67 8,67 8,67 8.67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 8,67 W powyzszych tablicach wspólczynnik rozdzialu okreslono z równania: K^wttholkow^- X rdzeniowe X wlotowe (1 —X wlotowe) gdzie X oznacza molowy udzial, w tym przypadku, dwutlenku wegla w gazie. Im wiekszy jest wspólczynnik rozdzialu tym wydajniejsze jest rozdielanie. Wspólczynnik rozkladu przeplywu okresla sie jako frakcje molowa wprowadzonych gazów, odbieranych przez wierzcholkowy otwór wylotowy. Z przytoczonych danych wynika, ze uzyskano dobry rozdzial.Przyklad II. Izotop U 235 oddzielono od izotopu U 238 w postaci gazowego szesciofluorku uranu w urzadzeniu skladajacym sie z 310 stopni w ukladzie, w którym przeplyw odbywal sie w sposób przedstawio¬ ny na fig. 3. Komora kazdego separatora miala maksymalna srednice otworów wlotowych 2 mm i srednice otworu wylotowego w czesci rdzeniowej 1 mm. Komory separatorów byly stozkowe, takie jak przedstawiono na fig. 1 i 2 i mialy dlugosc 10 mm kazda. Cisnienie wlotowe gazu wynosilo 90 mm slupa rteci, cisnienie gazu w otworach wylotowych rdeniowych i wierzcholkowym wynosilo 15 mm slupa rteci, Stosunek spadku cisnienia wynosil 4. Predkosc wlotowa gazu do komory separatora byla równa predkosci dzwieku.Mieszanina gazowa wprowadzona do separatora cyklonowego w pierwszym stopniu zawierala 99,3% U 238 i 0,7% U 235. W kazdej z serii stopni cyklonów frakcja rdzeniowa wzbogacana byla w U 235. Gaz wyplywajacy z cyklonu na 250 stopniu (liczac od stopnia zasilania) w czesci rdzeniowej serii wzbogacony byl w U 235 do 3%, a gaz otrzymany z porcji wierzcholkowej serii cyklonów zawieral niemal calkowicie U 238 i bardzo mala ilosc to jest 0,2% U 235.Cyklony wedlug wynalazku nadaja sie takze do stosowania w polaczonych ukladach chromatografii gazowej i spektrometrii masowej jako stopien separacji molekularnej. Chromatografia gazowa stanowi najbardziej wydajna technike rozdzielania zwiazków organicznych o wystarczajacej lotnosci i trwalosci termicznej, podczas gdy spektrometria gazowa sluzy do identyfikacji skladników. Bezposrednie wprowadzenie rozdzielonych skladników gazowych z kolumny do chromatografii gazowej przez cyklon wedlug wynalazku do spektrometru masowego zmniejsza do minimum martwa objetosc, powoduje szybki przeplyw i wysokie wzbogacenie gazu w kolejnych próbkach. W ukladach takich stosuje sie konwencjonalne chromatografy gazowe i spektrometry masowa. Przykladowym odpowiednim ukladem jest chromatograf gazowy ze spektrometrem masowym w ukla¬ dzie LK3, który zawiera jednoogniskowy spektrometr masowy wyposazony w analizator magnetyczny o promie¬ niu 20 mm z sektorem 60° i generator odchylajacy do szybkiego przeszukiwania widma, wlókno z renu stanowiace zródlo jonów powstalych przez bombardowanie elektronami oraz uklad pomiarowy z 14-stopnio- wym powielaczem elektronowym, elektrometrem i wzmacniaczem szerokopasmowym, zasilajacym oscylograf UV bezposredniego zapisu. Jako nosnik stosuje sie gazowy hel, a próbke wtryskuje sie przez kolumne do chromatografii gazowej, wypelniona helem. 0,51 0,51 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,49 0,49 0,49 0,49 0,48 0,0572 0,0567 0,0565 0,0554 0,0541 0,0552 0,0548 0,0530 0,0519 0,0515 0,0504 0,0503 0,0511 0,0486 0,0457 0,0460 . 0,0455 0,0438 0,520 0,513 0,514 0,498 0,487 0,535 0,526 0,511 0,491 0,471 0,566 0,554 0,525 0,481 0,598 0,573 0,542 0,4898 70093 PL PL PL PL PL PL PL PL PLThe invention provides a method and apparatus for separating gas mixtures into component fractions based on their molecular or atomic weights, and more specifically, a method for separating gaseous isotope mixtures by subjecting the gas mixture to centrifugal force. The invention also provides a device for implementing this method. Known methods for separating gas mixtures into component fractions based on their molecular or atomic weights are based on simple principles, but in practice, they are very difficult to implement. Because the components of a mixture differ in molecular or atomic weight, they can be separated by mass by subjecting them to rotation. As a result, heavier molecules would be thrown further away than lighter ones. While this method does not pose any technical problems for bulk or liquid substances, it poses a serious problem for gases due to diffusion. Therefore, the separation of gaseous mixtures, and especially the separation of gaseous isotope mixtures, has been achieved by other methods. Because molecules and atoms are different, they were separated using electric or magnetic fields and exploiting the differences in the reactions of atoms and molecules to these fields. For example, isotopes with a specific nuclear spin could be separated by passing a stream of atoms of an element with a nonzero electron spin in its fundamental phase through such fields. Separation based on passing through a square electric field is also possible. The imposed high-frequency field causes ions of a specific mass to resonate and eject them from the beam. Electric fields are much easier to maintain than magnetic fields, and multiple parallel beams can be easily maintained. However, these are laboratory methods and are not suitable for large-scale use due to the cost and equipment required. On a technical scale, diffusion separation was used. The difference in mass causes differences in diffusion rates. This principle was used to separate or enrich isotopes, particularly uranium. The gas mixture 2 70 093 was separated by passing it along the surface of a membrane whose pores were small enough to allow molecular flow of lighter molecules. The portion of the mixture that passed through the membrane was enriched in the lighter component, while the remaining portion was enriched in the heavier component. In the case of U 235 and U 238, the change in isotope concentration in the individual fractions was so small that multi-stage separation was necessary. Centrifugal force is known to be used for gas separation, for example, in a gas centrifuge, which uses a rotating cylinder with annular inlet holes at one end. The gas collects at opposite ends of the cylinder in two rings. The heavier components are present in higher concentration in the outer outlet ring, and the lighter components in the inner outlet ring. It is also possible, using various techniques, to cause the gas to flow twice through the rotor: in one direction along the peripheral walls and, at a reduced radius, in the other direction. However, as Avery points out in Physics Bulletins, pp. 17-21 (January 1970), under present engineering limitations, the efficiency of centrifugal devices is lower than that of diffusion devices, which in practice would require hundreds of thousands of devices. This means that mass production of these devices and their spare parts would need to be achieved at low cost, which is a major design challenge. Although a gas centrifuge may be technically feasible, it remains to be seen whether it will be practical, as cost factors are speculative, as they have not been studied except in small-scale experiments. It has also been proposed to utilize the inertial effect of mass differences in a gas centrifuge without using moving parts. One obvious approach is to induce a swirling motion of the gas in a cyclone, where heavier particles would be expected to diffuse outward and lighter particles toward the center of the cyclone. However, to maintain the cyclone's operation, an inward flow of the gas mixture and a fixed ratio between diffusion and kinematic viscosity are necessary. Ultimately, both components move toward the center, although at different speeds. Nóller and Miirtz, in Naturwissenschaften 45, (16), pp. 382-3, 1958, described separation attempts but found considerable difficulties due to turbulence at high Reynolds numbers. As a result, this method was not considered attractive and it was believed that the obtained separation would be similar to the diffusion method at best. However, because the power consumption is high, the advantages of centrifugation over the diffusion method are lost. The aim of the invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages. According to the invention, mixtures of gaseous components differing in molecular or atomic weight are separated into component fractions according to molecular and atomic weights by subjecting them to the action of centrifugal force in a cone-shaped vortex with a diameter not greater than 5 mm, with the gas supply having an absolute pressure at the inlet to the separation chamber of about 5-1000 mm of mercury and a pressure ratio in the range of about 1.5 to about 10. The pressure ratio is defined as the ratio of the pressure at the inlet to the outlet pressure. Under these operating conditions, which are important for achieving separation, higher molecular weight fractions can be isolated in the peripheral part of the vortex, and lower molecular weight fractions in the core part of the vortex. This method is simple and requires no moving parts other than the gas agitation device. It is practical and technically suitable for large-scale application. If the gas components differ significantly in molecular or atomic weight, then good separation can be achieved in a single cyclone. If the molecular or atomic weights are rather close, it may be necessary to repeat the process in several stages, each time removing the high or low molecular weight fraction from the appropriate point in the vortex and returning it to the cyclone in the next stage. In the case of separation of isotopes such as U 235 and U 238, it may be necessary to use multiple cyclones to satisfactorily enrich the core portion of the vortex. The separation of the gas mixture is carried out in a device according to the invention, consisting of a housing containing a separator chamber of circular cross-section, having a top, a base, and a conical shape at least in the top portion. The housing has a diameter at the base no greater than 5 mm and at the top no less than 0.01 mm. At least one gas inlet opening is located at the base of the housing, which introduces gas flowing tangentially from the outside into the chamber in order to establish a vortex gas flow in the chamber from the base toward the top. The vortex flow causes the distribution of gaseous components of increasing molecular or atomic weight to the peripheral portion of the vortex, and components of decreasing molecular or atomic weight to the core of the vortex. The gas pressure in the core portion of the vortex is lower than in the peripheral portion. One outlet opening passes through the base casing of the chamber and is located coaxially with the chamber, while the other, also coaxial with the chamber, is located at the top of the chamber. Gas from the peripheral parts of the vortex flows out through the outlet at the top of the chamber, and gas from the core part of the vortex flows out through the outlet at the base, so that the concentration of components with lower molecular or atomic weight is higher in the gas flowing out through the outlet at the base, while the gas flowing out through the outlet at the top of the chamber is enriched in heavier components. The described cyclone separator has a simple and straightforward design, has no moving parts, and despite its small size, is suitable for large-scale technical separation of gases. Centrifugal forces acting in the vortex cause components with higher molecular or atomic weights to diffuse to the peripheral part of the vortex, while components with lower molecular or atomic weights diffuse to its central or core part. The pressure in the core part of the vortex is lower than in the peripheral part. Because in the device that is the subject of the invention, the peripheral and core fractions of the vortex are collected at two opposite ends of the separator chamber, two countercurrent flows are created: the peripheral flow in one direction toward the peripheral part or the apical outlet, and the core flow, flowing in the opposite direction toward the core part and the outlet located at the base. This significantly expands the separation zone. The cyclone separator that is the subject of the invention can be made of any suitable material resistant to the effects of the separated gas mixtures or the corrosion they cause under operating conditions. Metals used include stainless steel, aluminum, and nickel and chromium alloys. However, if the metal cannot be cast, it is difficult to shape due to the very small dimensions required for separation by the method of the invention. Therefore, ceramics, glass, and plastics are preferred if they are strong, pressure-resistant, and able to maintain their shape under the applied pressures. These materials can be shaped or molded to the required shape by compression molding or injection molding, without any quantity limitations. Glass, porcelain, nylon, polytetrafluoroethylene, polyesters, polycarbonates, polyethylene, polypropylene, synthetic rubbers, phenol-formaldehyde, urea, and melamine resins, as well as polyoxymethylene and chlorotrifluoroethylene polymers, are suitable for this purpose. In the preferred embodiment of the cyclone separator, a tubular partition extending from the outlet opening in the base to a point beyond the inlet opening(s) is provided in the chamber. Its purpose is to direct the gas flow from the outlet opening and enhance the initiation of a vortex gas flow at the base and from there through the chamber towards its apex. The tangential arrangement of one or more gas inlets forces a cyclonic or vortex flow of the introduced gas mixture. The inlets, if more than one, should be uniformly spaced to initiate a uniform vortex flow. Typically, 2–6 gas inlets are sufficient. Gas introduced into the chamber at high velocity is forced by the curved walls of the separator chamber to form a vortex, which flows spirally towards the apex or peripheral part of the chamber outlet. It is important that the vortex formed in the separator chamber, and therefore the separator chamber itself, has a diameter of no more than 5 mm, and preferably 2 mm or less. The lower diameter limit limits only the production capacity of small cyclones. In practice, the lower limit is 0.1 mm. The length of the separator chamber is not critical; however, it should not exceed 200 mm or less than 5 mm, and if it is conical, the diameter of the apex should be at least 0.1 mm. It has been found that the method of the invention cannot effectively separate gas components according to their molecular or atomic weights if the chamber has a diameter greater than 5 mm. Since much larger chambers have been used so far, this is probably the reason why positive results have not been obtained with cyclone separators. If the vortex has a diameter greater than 5 mm, both components move towards the center of the vortex at too high a speed to achieve good separation, and the problems identified by London in his work "Separation of Isotopes" (London, John Newnes, etc.) are encountered. Thus, the small size of the device allows us to overcome the difficulties encountered by previous researchers in developing gas cyclone separators. The conical shape of the separator chamber (and vortex) is crucial for improving separation efficiency. The chamber diameter must decrease towards the apex, reducing the vortex radius and increasing centrifugal force. The cone may have a cone shape from base to apex with equal generatrices containing the angle of σ, or it may be partially cylindrical, conical only at the apex. The cone need not be uniform or have equal generatrices. These may be concave or convex with equal curvature, decreasing or increasing. The cone diameter can decrease towards the apex continuously or in stages. Thus, various conical shapes are possible, and the chosen shape will depend on the specific conditions under which the separation is being carried out and can be determined by successive trials. It is also important to achieve a pressure drop between the gas inlet and the apex and core outlets sufficient to accelerate the gas velocity as it approaches the smaller diameter region of the core. This provides maximum centrifugal separation force in the region of smallest radius. As the pressure decreases, the pressure energy or pressure head is converted into velocity head, and the gas velocity increases. The energy required to accelerate the particles is thus obtained from the pressure drop and contributes to increased separation efficiency. This is why the pressure ratio is critical for the method of the invention. This also means that the maximum separation efficiency occurs in the small radius vortex region in the peripheral part of the vortex and that this region occurs where the maximum separation effect is necessary, namely at the boundary between the core and peripheral regions, i.e. where the gas flows towards the apex and core outlets, i.e. in different directions. This also means that heavier particles in the core region have the greatest chance of being rejected, preventing them from remaining in the core portion of the gas flowing towards the core outlet region. The diameters of the apex and core outlets are selected so that the pressure ratio P of the inlet port to P of the core outlet port is in the range of about 1.5 to about 10 at an absolute operating pressure of the supplied gas of about 5 to about 1000 mm of mercury. This means that the gas pressure at the inlet port is at least 1.5 to 10 times greater than the pressure at the core outlet port of the chamber. For optimal separation efficiency, the pressure ratio is preferably between about 2 and 6. The gas is introduced into the inlet through nozzles, orifices, or as a free jet, which partially convert the pressure head into a velocity head. This is particularly advantageous for vortex initiation. High gas velocities at the inlet are advantageous because they increase the separation rate. The velocity of the gas mixture at the inlet should be at least equal to the speed of sound at the operating temperature, and if necessary, several times higher; however, this requires special inlet devices. Lower velocities can also be used, but this depends on the nature of the gas and must be determined experimentally for each gas. The separation effect for a given pressure drop also depends to some extent on the inlet holes themselves, their shape, number, and arrangement. If the inlet openings ensure perfectly uniform flow in the peripheral zone, then operation can be achieved at relatively low inlet gas velocities, below the speed of sound. The process can be carried out at any temperature. Small temperature fluctuations are not important. The operating temperature is usually taken as the temperature at which all the separated components are in the gas phase. For some materials, this may require relatively high temperatures, while for materials that are gaseous at room temperature, room temperature is used. In some cases, very low temperatures are advantageous. The operating temperature range is therefore from about -50 to about 500°C, preferably from about -20 to about 300°C. When the mixture is subjected to multi-stage centrifugation, it is advantageous to use a system of vortex separators or cyclones arranged in two cascades. The core portion of the gas from each stage cyclone is separated and combined in series with the top portion from the next stage cyclone, repeating this in each stage until the end of the series. In other series, the top portions of the gas are separated and the core portion from the subsequent stage is introduced. The arrangement of the cyclones and feedback loops is flexible. This ensures that no part of the separated gases is lost, and if necessary, all separated components can be recovered. The cyclones of the invention are suitable for separating gas mixtures into their components according to molecular or atomic weights. Isotopes of various elements can be separated in this way as vapors or gaseous compounds. The separated compounds are then processed to recover the element in any desired form, including metallic elements. It is possible, for example, to separate a mixture of U 234 and U 238 in the form of uranium hexafluoride. The device according to the invention is shown in an example of its implementation in the attached drawing, in which Fig. 1 shows a typical conical cyclone separator in longitudinal section, Fig. 2 - a section along line 2-2 Fig. 1 showing a cyclone separator in cross-section with the peripheral and core parts of the vortex flow highlighted, and Fig. 3 - a schematic of a typical arrangement of cyclone separators arranged in two cascade series a and b, consisting of cyclones for fractions received from the top and cyclones for the core fraction, showing the flow of the top fractions and the core fractions of the gas through each series until the final separation of the components of the gas mixture at the end of each series. The cyclone shown in Fig. 1 and 2 has a housing 1 with six inlet openings 2 located tangentially at the base 3 of a conical separation chamber 5. At the apex 9 of the conical separation chamber 70 093 5 5 is an outlet opening 4 for the peripheral part of the vortex, and an outlet opening 6 for the core part of the vortex is located at the base of the chamber. The end of the conduit 7 protrudes inside the chamber from the base of the stoker and describes a ring 8r towards which the gas inlet openings 2 are directed. Because the inlet openings 2 are located tangentially, they initiate a vortex gas flow around the ring 8, defined by the end of the conduit 7 protruding inside the chamber, as shown by the spiral arrows. The resulting vortex flow moves along the peripheral part of the cone towards the outlet opening 4. During this movement, the components with higher molecular or atomic weight are rejected to the peripheral part of the vortex, while the components with lower molecular or atomic weight move to the core part of the vortex. The core part of the vortex moves in the opposite direction, towards the outlet opening 6. This creates a countercurrent flow of the inner and outer parts of the vortices, improving the separation efficiency without the need to increase the separation zone. During operation of the device, the gas mixture flows through the inlet openings 2, wraps the vortex around the peripheral part of the chamber, and then a peripheral gas flow takes place towards the outlet opening 4. At the same time, in the center of the vortex, its core part is formed and the gas in this part flows in the opposite direction, towards the outlet opening of the core part 6. The pressure in the core part of the vortex is lower than in the inlet opening 2. In this way, part of the gas with lower molecular weights leaves the vortex separator through the outlet conduit 6, and part of the gas with higher molecular weights of the components flows out of the separator through the outlet opening 4. The arrangement of such cyclones in two cascade series a and b, ensuring multiplication of the centrifugal separation stages, may have the form shown in Fig. 3. The gas mixture enters compressor C through the inlet opening into cyclone separator I. The mixture entering compressor C is the top portion from cyclone separator Ha and the core portion from separator Mb. In series a, the gas is concentrated or enriched with a lighter component. The core portion of the gas is collected through the outlet at the base of cyclone I and sent to the next separator Ha of the series and mixed with the top portion from cyclone separator lila; From there, the core portion, mixed with the top portion from separator IVa, is fed to cyclone separator 11a. From there, the core portion, mixed with the top portion from cyclone separator Va, is fed to cyclone separator IVa. From there, the core portion, mixed with the top portion of gas from separator Vb, is fed to separator Va. From there, the gas is fed to cyclone separator V1a as the core portion. In this way, the core portions are successively enriched in the lighter component, until finally, the lighter component is removed from cyclone V1a at the end of the system. In series B, the heavier component is concentrated. The top portion from cyclone I, after mixing with the core portion 11b, passes through compressor C to cyclone separator Mb; The top portion is removed and, after mixing with the core portion of the gas from cyclone separator IVb, is introduced into cyclone IIIb; the top portion is removed from cyclone IIIb and, after mixing with the core portion of the gas from cyclone Vb, is introduced into cyclone IVb; the top portion is removed and, after mixing with the core portion of the gas from cyclone IVb, is introduced into cyclone Vb; the top portion is removed from cyclone IVb and introduced into cyclone Vlb. In this way, the top portion of the gas mixture is gradually enriched in the heavier component. The method according to the invention is illustrated in the examples given below. Example 1. A cyclone of the type shown in Figs. 1 and 2 was used for the tests. These cyclones were used to separate an air-carbon dioxide mixture. The mixture had an approximately constant composition and contained 8.5% by volume of CO2. Gas from the tank was fed through a pressure reducing valve, a pressure safety valve, a filter, a control valve, and a Venturi tube into the tank containing the cyclones. The two fractions collected from the cyclones passed through the Venturi tube and control valves to the vacuum pump, and then each portion, collected through the valve, was fed to a gas analyzer for analysis. The gas pressure in the cyclone tank compartment was measured with an absolute mercury manometer with an accuracy of approximately 0.5 mm of mercury. Differences in CO2 content in both fractions collected from the cyclones were recorded using an infrared analyzer connected to a potentiometric recording device. The results obtained in a 2 mm diameter cyclone are summarized in Tables I, II, and III. This cyclone had a conical taper; defined base diameter divided by the top height of 1:10 and 3 or 6 equally spaced inlet holes with a pitonangular cross-section of 0.6 mm X 0.3 mm.6 70 093 Table I Separator | cyclone Number of inlet holes Inlet hole diameter at base 0.75 mm Outlet hole diameter at top mm 1.0 Inlet pressure mm Hg 90.0 90.0 90.0 . 90.0 90/) 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 Pressure at the core outlet mmHg 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0 22.0 22.0 22.0 22.0 22.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 Pressure at the apex outlet mm Hg 13.0 15.0 17.0 19.0 21.0 30.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 30.0 16.0 20.0 22.0 24.0 26.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0 28.0 Molar %COt 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 83 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 r 8.35 8.35 8.35 8.35 , 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 Flow rate/vu 0.50 0.50 0.50 0.50 0.49 0.50 0.50 0.50 0.50 0.48 0.50 0.50 0.49 0.50 0.50 0.50 0.50 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 Splitting ratio 0.0542 0.0539 0.0532 0.0524 0.0516 0.0443 0.0544 0,0528 0,0524 0,0511 0,0513 0,0499 0,0488 0,0443 0,0523 0,0514 0,0515 0,0514 0,0487 0,0489 0,0484 0,0499 0,0483 0,0479 0,0470 Flow distribution factor 0,663 0,647 0,653 0,653 0,644 0,596 0,672 0,665 0,657 0,652 0,640 0,645 0,627 0,525 0,670 0,666 : 0,669 j .' 0.650 0.645 I 0.724 0.718 0.711 0.708 0.683 0.667 Table II Cyclone separator | Inlet Port Diameter Base Outlet Diameter 0.75 mm Tip Outlet Diameter mm 1.0 Inlet Pressure mm Hg 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 Core Outlet Pressure mm Hg 15.0 15.0 15.0 18.0 18.0 Apex Outlet Pressure mm Hg 14.0 16.0 20.0 16.0 18.00 Molar % CO 8.35 8.35 8.35 8.35 8.35 Flow Rate 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 and 1 Flow distribution coefficient 0.0435 0.0435 0.0436 0.0440 0.0430 0.657 0.657 0.691 0.665 0.671 j70 093 Table III 7 Pressure Pressure Pressure Separator at inlet to core- at top- Molar Speed Cyclonic distribution coefficient mm Hg at outlet outlet- at outlet outlet mm Hg at outlet outlet mm Hg Number of inlet holes Diameter of outlet hole at base 1.0 mm Diameter of outlet hole at top 1.0 mm * 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 90.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0 22.0 22.0 22.0 22.0 25.0 25.0 25.0 25.0 13.0 15.0 17.0 19/) 21.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 20.0 22.0 24.0 26.0 23.0 25.0 27.0 29.0 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 8.67 In the above tables, the separation factor was determined from the equation: K^wttholkow^- X core X inlet (1 —X inlet) where X is the molar fraction, in this case, of carbon dioxide in the gas. The higher the separation factor, the more efficient the separation. The flow distribution factor is defined as the molar fraction of the introduced gases collected by the top outlet. The data presented show that good separation was achieved. Example II. The isotope U 235 was separated from The isotope U 238 in the form of gaseous uranium hexafluoride was introduced into a device consisting of 310 stages in a system in which the flow took place as shown in Fig. 3. The chamber of each separator had a maximum diameter of the inlet holes of 2 mm and a diameter of the outlet hole in the core part of 1 mm. The separator chambers were conical, as shown in Figs. 1 and 2, and were each 10 mm long. The gas inlet pressure was 90 mm of mercury, the gas pressure in the core and tip outlet holes was 15 mm of mercury. The pressure drop ratio was 4. The gas inlet velocity into the separator chamber was equal to the speed of sound. The gas mixture introduced into the cyclone separator in the first stage contained 99.3% U 238 and 0.7% U 235. In each of the series of cyclone stages, the core fraction was enriched in U 235. The gas leaving the cyclone at the 250th stage (counting from the feed stage) in the core part of the series was enriched in U 235 to 3%, and the gas obtained from the top portion of the cyclone series contained almost entirely U 238 and a very small amount, i.e. 0.2% U 235. The cyclones according to the invention are also suitable for use in combined gas chromatography and mass spectrometry systems as a molecular separation stage. Gas chromatography is the most efficient technique for separating organic compounds of sufficient volatility and thermal stability, while gas spectrometry is used to identify the components. Direct introduction of the separated gaseous components from the column to Gas chromatography through the cyclone of the invention to the mass spectrometer minimizes dead volume, ensures rapid flow and high gas enrichment in subsequent samples. Conventional gas chromatographs and mass spectrometers are used in such systems. An example of a suitable system is the LK3 gas chromatograph-mass spectrometer system, which includes a single-focus mass spectrometer equipped with a 20 mm radius magnetic analyzer with a 60° sector and a deflection generator for rapid spectral scanning, a rhenium fiber as a source of electron bombardment ions, and a measuring system with a 14-stage electron multiplier, an electrometer, and a broadband amplifier powering a direct-recording UV oscillograph. Helium gas is used as the carrier, and the sample is injected through the column into Gas chromatography, helium filled. 0.51 0.51 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.49 0.49 0.49 0.48 0.0572 0.0567 0.0565 0.0554 0.0541 0.0552 0.0548 0.0530 0.0519 0.0515 0.0504 0.0503 0.0511 0.0486 0.0457 0.0460 . 0.0455 0.0438 0.520 0.513 0.514 0.498 0.487 0.535 0.526 0.511 0.491 0.471 0.566 0.554 0.525 0.481 0.598 0.573 0.542 0.4898 70093 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL