DE2659590A1

DE2659590A1 - Verfahren zur isotopentrennung aus gasfoermigen stoffgemischen

Info

Publication number: DE2659590A1
Application number: DE19762659590
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Phys Gregorius; Karl Dipl Phys Janner; Arno Kersting; Hans-Joachim Dipl Chem Niemann; Eberhard Dipl Chem Dr Schuster
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1976-12-30
Publication date: 1978-07-06
Also published as: IL53687A; AU511768B2; IL53687A0; FR2375898A1; CA1079682A; GB1550049A; DE2659590C2; FR2375898B1; AU3183177A; US4311674A

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

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Verfahren zur Isotopentrennung aus gasförmigen Stoffgemi s chen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isotopentrennung aus gasförmigen Stoffgemischen mit Hilfe einer isotopenspezifischen Anregung durch elektromagnetische Strahlung. Geeignet ist eine Laserstrahlung, da sie erlaubt, hohe Intensität in einem sehr schmalen Frequenzband zu erreichen und Frequenzen vom infraroten bis zum ultravioletten Bereich erzeugt werden können. Eine solche Strahlung ist daher geeignet, in einem Stoffgemisch jene Stoffe selektiv anzuregen, deren Absorptionsspektrum Absorptionslinien dieser Wellenlänge aufweist. Diese Eigenschäften der Laserstrahlung führte schon vor Jahren dazu, sie für Zwecke der Isotopentrennung einzusetzen. In diesem Zusammenhang sei auf die deutsche Offenlegungsschrift 1 959 767 verwiesen, worin eine isotopenspezifische Anregung der einen Isotopenverbindung vorgeschlagen wird, die dadurch befähigt wird mit einem Reaktionspartner chemisch zu reagieren. Für die Abtrennung des Reaktionsproduktes, das vorzugsweise nur die eine Isotopenverbindung enthält, wurde beispielsweise eine fraktionierte Destillation vorgeschlagen. In Anbetracht des steigenden Bedarfs an angereichertem Kernbrennstoff und des außerordentlich hohen technischen, wie auch finanziellen Aufwandes für Anreicherungsanlagen, vornehmlich nach dem Diffusionsprinzip arbeitend, hatte diese Offenlegungsschrift, wie auch viele andere Veröffentlichungen die

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Isotopentrennung des Urans zum Ziel. Als praktisch einzige gasförmige Uranverbindung wurde allen Vorschlägen UFg zugrunde gelegt. Es stellte sich dabei jedoch heraus, daß bei dieser Verbindung bei Raumtemperatur die Absorptionslinien so dicht liegen, daß die Banden praktisch ein Kontinuum bilden. Außerdem überlagern sich die Banden der Isotopenverbindung 235 UFg und 238 UFg so stark, daß eine selektive Anregung der einen Isotopenverbindung nur in völlig ungenügendem Maße möglich ist. Es wurde daher in der deutschen Offenlegungsschrift 2 447 762 der Vorschlag gemacht, das gasförmige UFg adiabatisch zu entspannen und anschließend die eine Isotopenverbindung anzuregen und damit zu einer chemischen Reaktion mit einem Reaktionspartner fähig zu machen. Die Abkühlung bei der adiabatischen Entspannung bewirkt dabei sozusagen ein Einfrieren der Schwingungszustände der Moleküle und eine Verminderung der Rotationen, so daß damit eine sehr starke Verschmälerung der Banden, vornehmlich des Q-Zweiges derselben eintritt. Dies bewirkt, daß ein genügender Abstand zum Q-Zweig der anderen Isotopenverbindung in Erscheinung tritt und eine selektive Anregung möglich wird. Auch hier muß anschließend das chemische Reaktionsprodukt, welches das angeregte Uranisotop enthält, auf physikalischem oder chemischem Wege abgetrennt und wieder gewonnen werden.

Bei der weiteren Entwicklung dieser Technik stellte sich daher die Aufgabe, unter Zugrundelegung der Abkühlung durch adiabatische Entspannung der Uranisotopenverbindungen eine Trennung derselben auch ohne chemische Reaktion mit einem Reaktionspartner durchzuführen und damit zu einem wesentlich einfacheren Verfahrensablauf

zu kommen.
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Eine Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Stoffgemisch mit Zusatzgas im Überschuß adiabatisch entspannt wird, wobei Entspannungsverhältnis sowie Anfangstemperatur so gewählt werden, daß einerseits eine isotopenspezifische Anregung erreicht wird und andererseits Anlagerung der nicht angeregten Moleküle des Isotopengemisches an mindestens eine Komponente des Zusatzgases bzw. deren Anlagerung oder Einbau in mindestens eine wenigstens vorübergehend kondensierende Komponente des Zusatzgases eintritt und anschließend die durch Anlagerung oder Konden-

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sation entstandenen Komplexe von den gasförmig gebliebenen Teilen des Stoffgemisches auf physikalischem Wege getrennt werden. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, daß das Zusatzgas eine andere Kondensationstemperatur als das zu trennende Isotopengemisch und einen Adiabatenkoeffizienten 2 1»2 sowie große Anlagerungsaffinität bzw. Einlagerungsfähigkeit für die nicht angeregte Isotopenverbindung besitzt. Nach diesem Verfahren werden also die nichtangeregten Anteile des Stoffgemisches aus Isotopenverbindungen an das kondensierte Zusatzgas an- bzw. eingelagert, während die angeregte Isotopenverbindung infolge der erreichten höheren Schwingungszustände nicht oder weniger häufig eingebaut wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung dieses Verfahrens besteht darin, daß bei der Anlagerung oder Kondensation des Zusatzgases zunächst auch alle Isotopenverbindungen mit angelagert werden und hernach durch Laserstrahlung die eine Isotopenverbindung angeregt wird und sich damit aus dem angelagerten Zustand löst.

Abgesehen von den Erfordernissen zur selektiven Anregung müssen durch die adiabatische Entspannung Temperatur und Druck soweit abgesenkt werden, daß entweder zumindest eine Komponente des Zusatzgases übersättigt ist oder eine Anlagerung an mindestens eine Komponente des Zusatzgases stattfindet. Ersteres ist Voraus-Setzung für das Eintreten der Kondensation. Eine rasche Kondensation kann bekanntlich durch das Einbringen von beispielsweise durch elektromagnetische oder radioaktive Strahlung erzeugten Kondensationskeimen erreicht werden. Auch wirkt das Zumischen eines leicht kondensierbaren Gases, wie z.B, Joddampf, in diesem Sinne.

Der Einstrahlungsort, in dem die Anregung der abzutrennenden Moleküle stattfindet, soll dabei so nahe an und in der Kondensationszone liegen, daß die nichtangeregten der zu trennenden Moleküle zum großen Teil mit eingebettet werden, ehe die angeregten ihre Energie durch Stöße verloren haben und dann kein Unterschied in der AnlagerungswahrscheinlichkeLt mehr besteht.

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Dies bedeutet, daß es zweckmäßig ist, die Lebensdauer der angeregten Zustände im Verhältnis zur Kondensationszeit lang zu halten bzw. die Kondensationszeit kurz zu machen, damit eine starke Trennung in einer Stufe erreicht werden kann. 5

Eine möglichst lange Lebensdauer der angeregten Zustände wird dabei durch Auswahl geeigneter Zusatzgase erreicht. Dies sind solche, die entweder keine Schwingungszustände besitzen oder deren Anregungsfrequenzen sehr verschieden von der eingestrahlten Frequenz sind, da dadurch Energieverluste bei Stoßen klein bleiben. Die Kondensationszeit wird dadurch kurz gehalten, daß einerseits stark übersättigt und evtl. bekeimt wird und andererseits an tier Stelle optimaler Trennung eine weitere Kondensation durch Temperaturerhöhung gestoppt wird. Letzteres kann z.B. durch einen oder mehrere Verdichtungsstöße geschehen, die so bemessen sind, daß infolge der dabei auftretenden Temperaturerhöhung die Kondensation zum Stillstand kommt. Außerdem kann die dabei und danach durchgeführte Druckrückgewinnung soweit getrieben werden, daß die Strömung in den Unterschallbereich überführt und im anschließenden Diffusor weiter erhöht wird.

Das Stoppen der Kondensation am Ort optimaler Trennung durch Temperaturerhöhung ist jedoch nicht in allen Fällen notwendig. Beispielsweise dann nicht, wenn die weitere Kondensation ohnehin nahezu zum Stillstand kommt, da der Gasanteil der kondensierenden Komponente des Zusatzgases so gewählt wurde, daß er genügend verarmt ist oder der Kondensatanteil dem zum stationären Zustand gehörigen Anteil bei der betreffenden Entspannung genügend nahegekommen ist. Sie ist auch dann an dieser Stelle nicht sinnvoll, wenn nach dem Einbau der nichtangeregten Isotopenverbindung auf bzw. über diese Kerne schließlich auch die angeregten in einer äußeren Schicht an- bzw. eingelagert werden und diese äußere Schicht dann wieder durch Abdampfen vom Kern getrennt wird.

Dies bedeutet, die eigentliche Isotopentrennung findet wenigstens zunächst durch An- bzw. Einlagerung der nichtangeregten Isotopenverbindungen am bzw. im kondensierten TeLl des Zusatzgases statt,

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anschließend erfolgt dann die räumliche Trennung der angeregten und deshalb nicht angelagerten oder zunächst außen angelagerten und wieder verdampften gasförmigen Isotopenverbindung von den Kondensations- bzw. Anlagerungskomplexen. Hierzu gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum Beispiel die, daß bei den erwähnten Verdichtungsstößen zur Druckrückgewinnung, die infolge der Trägheitskräfte auf verschiedene Weise erzeugbaren Entmischungserscheinungen im Stoffgemischstrahl genutzt, evtl. durch einen Abschäler Strömungspartien mit abgereichertem Isotop von solchen mit angereichertem Isotop getrennt und anschließend an verschiedenen Orten kondensiert oder in verschiedene Räume geleitet werden.

Weitere Trennungsmöglichkeiten wären die Absaugung der gasförmigen Teile beim Eintritt des Strahles in einen Raum niedrigeren Druckes und Ausfrieren derselben, auch wäre es möglich, von dem bekannten Prinzip der Wirbelentstaubung Gebrauch zu machen, da es sich um ein Gemisch aus Gas und kondensierten schwereren Teilchen handelt.
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Zur weiteren Erläuterung dieser Erfindung sei auf einige in den Figuren 1-6 schematisch dargestellte Einrichtungen zur Isotopentrennung nach diesem Verfahren hingewiesen. Einander funktionsmäßig entsprechende Teile sind dabei stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt schematisch das eigentliche Trenngefäß 1 in einem vertikalen Querschnitt. Auf der linken Seite dieses .Gefäßes tritt durch die Entspannungsduse 2 das Gasgemisch, bestehend aus Isotopengemisch I_-1 _o sowie das Zusatzgas Z ein. Beide können vor ihrem Eintritt in die Düse 2 in einen nichtdargestellten Mischraum miteinander vermengt werden und haben dort den Druck p_Q. Zur Erreichung eines parallelen Strahles soll sich der DUsenaustrittsdruck ρ des Stoffgemischstrahles nicht stark vom Druck p^ im Inneren des Raumes 1 unterscheiden.

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Die Düse 2 ist als Schlitzdüse gebaut und hat beispielsweise eine Breite von 0,5 m. Dementsprechend hat auch der Stoffgemischstrahl 21 eine bandförmige Gestalt und wird von seiner schmalen Seite her quer von der angeregten Laserstrahlung 3 durchsetzt. Das Lasergerät ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, der Laserstrahl kann dabei, wie angedeutet, aus mehreren nahezu parallelen Strahlen bestehen, die je nach Lebensdauer und Äbreicherungsoptimierung dicht oder mit Lücken nebeneinander liegen. Im Falle mittlerer oder schwacher Absorption können sie durch Mehrfachspiegelung eines Strahles erzeugt werden. Es ist auch möglich, einen Laserstrahl mit entsprechend langgestrecktem Querschnitt zu verwenden. Außerdem kann der Strahlungsweg durch den Stoffgemischstrahl 21 in bekannter Weise bei mittlerer oder schwacher Absorption als optische Resonatorstrecke ausgebildet sein, wodurch ein besserer Anregungswirkungsgrad bei gegebener Laserleistung erreichbar ist. Bereits während dieser Durchstrahlung bzw. direkt hintereinander erfolgt die Kondensation des Zusatzgases Z sowie die An- und Einlagerung der nichtangeregten Isotopenverbindung 1^.

Der Strahl 21 tritt anschließend in einen wiederum schlitzförmig gestalteten Aufnahmekanal 4 ein, an dessen engster Stelle du? ch Einstellung des Druckes p₂ ein Verdichtungsstoß 41 erzeugt wird. Dieser bewirkt eine Geschwindigkeitsherabsetzung und Temperaturerhöhung und somit zunächst eine Beendigung der Kondensation, so daß auch Jene Teilchen, die in der Zwischenzeit ihren Anregungszustand durch Stöße verloren haben, nicht mehr an Kondensationskerne angelagert werden. Diese angeregten Teilchen gehören der Isotopenverbindung I₂ an. Darüber hinaus ergibt sich durch die Erweiterung des Strömungskanals nach dem Verdichtungsstoß eine Aufweitung des Strahles, wobei vorwiegend die leichteren Anteile desselben, darunter die gasförmige Isotopenverbindung Ip nach außen abgelenkt wird. Der schwerere Anteil aus den Kondensationskomplexen strömt dagegen der Trägheit folgend im wesentliehen gerade aus und tritt in den Sammelraum 14 ein, der gegenüber dem Verdichtungsstoß 41 mit einer schlitzförmigen öffnung versehen ist. Damit sammeln sich durch diese Einrichtungen im

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Raum 15 der angeregte Teil I₂ des ursprünglichen Isotopengemisches und kann über die Leitung 12 abgesaugt werden, selbstverständlich auch noch mit einem Anteil des Zusatzgases Z. Der kondensierte Teil des Zusatzgases mit den angelagerten Isotopenverbindungen I«. sammelt sich im Raum 14 und kann durch die

Leitung 13 abgeführt werden. Durch Einstellung des Druckes p, relativ zum Druck p₂ kann der in den Raum 14 ein- bzw. ausströmende Gasanteil verändert und auf ein für die Trennung optimales Maß eingestellt werden.
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Anstatt eines Parallelstrahles kann durch Verminderung des Druckes p* in an sich bekannter Weise erreicht werden, daß sich der Strahl nach der Düse 2 zunächst erweitert und dann zum trichterförmigen Schlitz der Wandung 4 hin wieder verengt. Dadurch kann ein Teil der Entspannung hinter die Düse verlegt werden.

Das zu trennende Isotopengemisch besteht beispielsweise aus 235 UFg und 238 UFg mit Xenon als Zusatzgas. Das Mischungsverhältnis beträgt etwa 1:50, die Eintrittstemperatur in die Düse 320 K, die Temperatur nach der Entspannung etwa 30 K. Die Düse hat an ihrer engsten Stelle einen Spalt von 0,1 mm. Damit ergibt sich bei einem Eingangsdruck von 5 bar ein Druck ρ im Stoffgemischstrahl 21 von ca. 7 Millibar. Eingestrahlt wird z.B.

im Q-Zweig der ι/ ,-Grundschwingung des 235 UFg mit einer Bandbreite, die den wesentlichen Teil der Q-Bande erfaßt. Es kommen jedoch auch Kombinat ions schwingungen, wie z.B. die O* + ν ■* infrage.

Bei Verwendung von CO₂ als Zusatzgas ergibt sich beim gleichen Mischungsverhältnis nach der Entspannung eine Temperatur von 50 K und ein Druck von 1,3 Millibar. Die Düse 2 hat dabei an ihrer engsten Stelle eine Weite von 0,02 mm und an ihrer Austrittsseite im Inneren des Behälters 1 eine Weite von 3 mm.

in diesem Falle kann im Q-Zweig der \* ^ + ν ■$ des 235 UFg eingestrahlt werden, mit einer Bandbreite, die den wesentlichen Teil des Q-Zweiges erfaßt.

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Der Verdichtungsstoß 41 kann entsprechend Fig. 2 auch unter Zuhilfenahme eines Keiles 43 erzeugt werden. Die Ablenkung der Strömung nach außen bewirkt, daß sich die zusammengelagerten Komplexe größerer Masse infolge ihrer Trägheit in der Strömungszone, die dem Keil 43 benachbart ist, sammeln. Ihre Substanz bleibt vorwiegend auch dann in diesen Zonen, wenn die Komplexe infolge der Gaserwärmung durch den Verdichtungsstoß oder dir ch Auftreffen auf den Keil verdampft. Anschließend wird Jeder der seitlichen Teilströme durch die zugeschärften Abschäler 5 in zwei weitere Teilströme aufgespalten, von denen jeweils der dem Keil zugewandte Teilstrom die nichtangeregte Isotopenart, im vorliegenden Beispiel also das abgereicherte Uran, der äußere Teilstrom, die angeregte Isotopenart, also das angereicherte Uran, enthält.

Die eingezeichneten Verdichtungsstöße - siehe insbesondere Fig. 3, die einen Ausschnitt aus Fig. 2 darstellt - führen unter Druck- und Temperaturerhöhung die anfängliche Überschallströmung in eine ühterschallströmung über. Die anschließende Erweiterung wirkt als Diffusor und führt zu einer weiteren Druckerhöhung. Dadurch wird der Aufwand für Pumpen wesentlich vermindert.

In Fig. 2 sind weiterhin in den Räumen 15 und 15 gekühlte Trommeln 6 dargestellt, auf denen sich die Isotopenverbindungen in fester Form abscheiden. Diese Trommeln können drehbar vorgesehen sein, wobei Abstreifeinrichtungen 61, die die darauf abgesetzten Teilchen abschaben und diese somit als Feststoff in der angedeuteten Weise sammeln. Über die Leitungen 12 und 13 werden die verbliebenen Restgase wiederum abgesaugt, diese enthalten dabei praktisch keine Anteile der zu trennenden Isotopenverbindungen mehr.

Eine weitere modifizierte Trennmethode des angereicherten Teiles der Isotopenverbindung vom angelagerten, also nichtangereicherten ist in Fig. 4 dargestellt.

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Düse und Trennwand 5 haben die gleiche Funktion wie in Fig. 1. Die Abkühlung durch Entspannung kann soweit getrieben sein, daß zunächst nahezu vollständiger Einbau des UFg stattfindet, die nicht angeregte Komponente, 2oB. das abgereicherte UFg befindet sich jedoch dann im Kernbereich der kondensierten Kriställchen. Die angeregte Komponente befindet sich ihrer geringeren Anlagerungswahrscheinlichkeit wegen im Außenbereich. Im weiteren Verlauf des Strahles kann die Außenschicht der Kriställchen infolge Reibung und Wärmeübertragung im Restgas oder durch Bestrahlung 1Ö wieder abgedampft werden. An der Stelle der Kammer, an der die abgedampfte Materie sich schon verteilt hat, die Kerne aber noch erhalten sind, ist der schlitzförmige Einlaß der blendenartigen Wand 5 angeordnet.

Die Kondensationsteilchen mit den angelagerten Isotopenverbindungen durchlaufen diesen Kinlaßschlitz 51 und treten in den Raum 14 ein, während die Ranteile des Strahles 21, die die angereicherte Isotopenverbindung enthalten, von den Eingangsschlitzwänden 5 abgeschält werden und über die Leitung 12 abgesaugt werden können.

Die Fig. 5 enthält einen weiteren Vorschlag für die apparative Ausgestaltung der Entspannungsdüse 2. Durch die Auffächerung des Strahles dieser anders gestalteten Düse mit Hilfe der stegförmigen Körper 18 ergeben sich Teilstrahlen 21 a, b, c, d und e, denen jeweils Bestrahlungs- und Anregungszonen 5 nachgeschaltet sind. An eine Entspannungsdüse 2 schließen sich also in diesem Falle fünf gleichartige Anregungs- und Trennsysteme ai, wie sie in *n vorhergehenden Figuren beschrieben sind. Die stegförmigen Körper 18 sind gegenüber der Austrittsöffnung 2 scharfkantig ausgebildet, ihre Seitenflächen sind so gestaltet, daß sie vom Stoffgemischstrahl nahezu tangential angeströmt werden und diesem die bereits erwähnte Form geben.

Eine andere recht einfache Gestaltung der Apparatur für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 6 dargestellt, hier durchsetzt der Laserstrahl 3 den Gasgemischstrahl noch im Bereich der Entspannungsdüse 2. Die anschließende Kondensation des Zusatzgases und die Anlagerung der nichtangeregten

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Isotopenverbindung bewirkt die Ausbildung schwerer Teilchen im Vergleich zu dem angeregten Dampf der Isotopenverbindung. Letzterer wird daher, wenn der Druck im Strahl beim Austritt aus der Düse wesentlich größer ist als der Innendruck im Behälter 1 wesentlich stärker auffächern als die schwereren kondensierten Teilchen, so daß letztere sich vorwiegend auf dem der Düse gegenüberliegenden Teil der Behälterwandung ansetzen, die angeregten Teilchen dagegen vorwiegend auf den die Kammer 1 begrenzenden oberen und unteren Flächen. Über die Leitung 12 wird durch Absaugung des Zusatzgases und eines Teils der angeregten Isotopenverbindung I₂ der benötigte Innendruck im Behälter 1 hergestellt. Die Wandung desselben ist selbstverständlich für die Ablagerung der Isotopenverbindung Ip bzw. I* gekühlt, außerdem sind nichtdargestellte Vorrichtungen für die Abnahme der auf den Wänden selektiv abgeschiedenen Isotopenverbindungen vorgesehen. Nach diesem Beispiel ist allerdings keine scharf getrennte Ablagerung der angeregten bzw. nichtangeregten Isotopenverbindungsteilchen zu erwarten, vielmehr ergibt sich ein stetiger Übergang zwischen der Abscheidung nichtangeregter Teilchen, also der Verbindung I₁ in der Mitte der der Düse 2 gegenüberliegenden Wandung und der oberen und unteren Behälterwandung, auf denen vorwiegend die angeregten Teilchen, also die Isotopenverbindung Ip sich absetzen.

Weiterhin sei noch erwähnt, daß es möglich ist, das Zusatzgas und die Kondensationsbedingungen so zu wählen, daß bereits vor der Kondensation eine Van der Waals-Bindung zwischen dem Zusatzgas und den nichtangeregten Komponenten des zu trennenden Gemisches auftritt und diese Verbindung dann kondensiert, während die selektiv angeregte Komponente der Isotopenverbindung diese Bindungen nicht oder in vermindertem Maße eingeht und deshalb weniger leicht eingebaut wird. Umgekehrt kann das Verfahren auch so geführt werden, daß diese Van der Waals-Bindung zunächst zwischen den beiden zu trennenden Isotopenverbindungen und dem Zusatzgas herbeigeführt wird, dann jedoch durch selektive Anregung auch selektiv gelöst wird, so daß dann auch keine Anlagerung dieser angeregten Isotopenverbindung an das konden-

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sierende Zusatzgas mehr eintritt. Sollte dabei die bei der Kondensation freiwerdende Wärme so groß werden, daß sie wieder zu einer teilweisen Vermischung der getrennten Isotopenverbindungen führt, so ist es möglich, diese Wärme wenigstens teilweise durch den Zusatz eines weiteren Gases mit hohem Adiabatenkoeffizienten aufzufangen. Die eingangs erwähnten zusätzlichen Einrichtungen zur Erzeugung von Kondensationskeimen wurden in den schematischen Darstellungen aus Ubersichtlichkeitsgründen nicht mit aufgenommen, zumal deren Wirkungsweise zeichnerisch nicht dargestellt werden kann.

Zusammenfassend sei bezüglich der selektiven Anregung noch erwähnt, daß auch andere Frequenzen, bei welchen ein Unterschied in der Absorption der zu trennenden Isotope vorliegt, benutzt werden können. Beispiele sind im Falle des UFg folgende Rotationsschwingungsbanden des UFg: y,, (V 2 ⁺ V i^i (V₃ +If 5)» (V₂ +V₃); (V₃ +V^ +V₆); (V₃ +.2V₅); (2l/₂ +U₃); 3V₃'

Obwohl prinzipiell auch die einzelnen Rotationslinien von P- und R-Zweigen infrage kommen, sind Q-Zweige·vorzuziehen, da bei diesen ein wesentlich größerer Anteil an Molekülen selektiv erfaßbar ist.

Für die Auswahl der Frequenz sind außerdem Stärke der Absorption, Energie des angeregten Zustandes und seine Lebensdauer maßgebend. 25

10 Patentansprüche
6 Figuren

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Le e rs e ι te

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Isotopentrennung aus gasförmigen Stoffgemischen mit Hilfe einer isotopenspezifischen Anregung durch Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet,- daß das Stoffgemisch mit Zusatzgas adiabatisch entspannt wird, wobei Entspannungsverhältnis sowie Anfangstemperatur so gewählt werden, daß einerseits eine isotopenspezifische Anregung erreicht wird und andererseits Anlagerung der nichtangeregten Moleküle des Isotopengemisches an mindestens eine Komponente des Zusatzgases bzw. deren Anlagerung oder Einbau in mindestens eine wenigstens vorübergehende kondensierende Komponente des Zusatzgases eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgas eine höhere Kondensationstemperatur als das zu trennende Isotopengemisch und einen Adiabatenkoeffizienten —1,2 sowie große Anlagerungsaffinität bzw. Einlagerungsfähigkeit für die Isotopenverbindung besitzt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzgas beispielsweise Xenon oder CO₂ verwendet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur wenigstens teilweisen Aufnahme der bei der Kondensation freiwerdenden Wärme ein weiteres Gas mit hohem Adiabatenkoeffizienten zugemischt wird.

5* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Kondensation innerhalb des Gasstrahles Kondensationskeime erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationskeime durch Einstrahlung von elektromagnetischer oder radioaktiver Strahlung erzeugt werden.

_{0R|Q|NAL INSPECTED}

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationskeime durch Zumischen eines leicht kondensierbaren Gases, wie z.B. Joddampf erzeugt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Isotopengemisch UFg verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Xenon als Zusatzgas mit Hilfe eines Lasers im Q-Zweig der >", Schwingung des UFg oder einer der Kombinationsschwingungen dee UFg oder bei Verwendung von CO₂ in einer der Kombinationsschwingung des UFg, insbesondere der (v ^ + ν·*) eingestrahlt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zur physikalischen Trennung von der Technik der Druckrückgewinnung mit Hilfe von Verdichtungsstößen Gebrauch gemacht wird und/oder durch Ablenkung der Teilchenströme eine Entmischung der in Anbetracht der Massenunterschiede zwischen kondensierten und nichtkondensierten Anteilen des Isotopengemisches bewirkt und die Teilströme in verschiedene Bezirke der Auffangeinrichtung geführt werden.

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