DE1959767A1

DE1959767A1 - Verfahren zur Isotopentrennung

Info

Publication number: DE1959767A1
Application number: DE19691959767
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Guers
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Battelle Institut eV
Priority date: 1969-11-28
Filing date: 1969-11-28
Publication date: 1971-06-03
Also published as: DE2150232A1; FR2119214A5; NL7018460A; NL170377C; NL170377B; GB1284620A; DE1959767C2

Description

386-31 - 50/69 26. November 1969

KK/ASO/msc

BATTELLE-INSTITUT E.V., Frankfurt/Main

Verfahren zur Isotopentrennung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Isotopen, ins-

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besondere U und U in einfacherer Weise zu trennen,

als das mit den bisher bekannten Verfahren möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mit der betreffenden Atomsorte Moleküle hergestellt werden, die eine Abscrptjbns-

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linie (Rotations-Schwingungs-Linie) besitzen^ die einer Emissionslinie eines Lasers, vorzugsweise C0_o-Lasers,entspricht, daß durch Zufügung einer oder mehrerer Reaktionspartner ein Reaktionsgemisch hergestellt wird, das durch einen Laser bestrahlt wird, daß nach chemischer Umsetzung der bestrahlten Teile des Reaktionsgemisches die verschiedenen Moleküle auf bekannte Weise, z.B. durch fraktionierte Kondensation, getrennt werden.

Die Erfindung geht dabei von der Tatsache aus, daß die Schwingungsenergie eines Moleküls wesentlich von der Masse der beteiligten Atome abhängt. Für viele Moleküle gilt eine Formel der Art (dy/V ) = (d /u/2 /u) , d.h. die relative Frequenzänderung der Schwingung ist gleich l/2 der relativen Änderung der reduzierten Masse. Die Definition der reduzierten Masse hängt von der Art des Moleküls ab. Man kann sich auch auf die Masse des betrachteten Isotops beziehen. Für bestimmte Normalschwingungen, bei denen sich das Isotop an der Schwingung beteiligt^ gilt dann: Die relative Frequenzänderung ist in der Größenordnung annähernd gleich der relativen Massenänderung.

Die Dopplerbreite der Molekül-Spektrallinien (Absorptionslinien) liegt je nach der Molekülmasse nur bei einigen zehn

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Megahertz. Das bedeutet z.B. für das Molekül UF,-, daß die Frequenzverschiebung bei Übergang zum andern Uranisotop um zwei bis drei Zehnerpotenzen größer ist als die Linienbreite. Bei Einstrahlung monochromatischen Lichts in die eine Absorptionslinien werden also nur Moleküle mit der betreffenden Isotopensorte angeregt, nicht jedoch die andern Moleküle. Die Anregung ist somit isotopenspezxfisch.

In dem betrachteten Spektralbereich (nahes bis mittleres Infrarot) stehen Laser mit mehr als 1000 Linien zur Verfugung. Allein der CO -Laser emittiert im Spektralbereich zwischen 9 und 11,5 /um über 300 Linien, wenn man die Möglichkeit in Betracht zieht, C0_o-Laser aus verschiedenen Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopen für den Laser zu verwenden. Der Laser kann in geeigneter Anordnung selektiv auf jede dieser Linien abgestimmt werden.

Ferner besitzen die Moleküle, von denen ein bestimmtes Atom nach Isotopen getrennt werden soll, ebenfalls eine große Zahl Linien; es sind zahlreiche Übergänge zwischen den vielen Rotations-Schwingungs-Niveaus möglich. Ein bestimmtes Molekül hat je nach dem Aufbau bis zu einige hundert Absorptionslinien. Außerdem kann man für die er-.findungsgemäße Isotopentrennung viele verschiedene Moleküle in Betracht ziehen, z.B. UFg oder UF Cl... oder

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In Betracht kommen viele anorganische oder organische Moleküle. Insgesamt gilt, daß die Absorptionslinien aller möglichen Moleküle sehr dicht liegen. Der mittlere Abstand der Linien ist weit kleiner als das 300-fache der mittleren Linienbreite. Das bedeutet, daß mit Sicherheit einige Emissionslinien der Laser (insbesondere des CO -Lasers) auf bestimmten Absorptionslinien geeigneter Gase liegen.

Die Absorption eines Lichtquants stellt nun eine Energiezufuhr dar, und eine solche Energiezufuhr hat in bezug auf die Einleitung bestimmter chemischer Reaktionen denselben Effekt wie eine Temperaturerhöhung. Absorption bedeutet Schwingungsanregung, Temperaturerhöhung die Zufuhr von kinetischer Energie. Die Absorption eines Lichtquants von 10,6 ,um Wellenlänge entspricht dabei einer Temperaturerhöhung von ca. 1000 C. Bei Anwesenheit geeigneter Reaktionspartner erhöht sich die Rate chemischer Umsetzungen. Dieser Prozeß betrifft dann nur die angeregten Moleküle und damit nur die Moleküle mit einer bestimmten Isotopensorte.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Vorteil besteht in einer Verbilligung der Anreicherung von Metallen

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235 bestimmter Isotopen, wie z.B. der Anreicherung von U für Brennelemente der Kernenergiegewinnung,

In Ausbildung des Verfahrens ist es vorteilhaft, das Reaktionsgemisch vor Einstrahlen des Laserlichtes bereits auf eine definierte, z.B. erhöhte Temperatur zu bringen. Die Temperatur soll so hoch gewählt werden, daß gerade noch keine merkliche Umsetzung stattfindet. Die Umsetzung wird dann durch die Lasereinstrahlung bewirkt und ist iso- J topenspezifisch. Nach Trennung der Moleküle kann man in bekannter Weise wieder das Uranmetall zurückgewinnen.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß man auf die Beimischung eines Zusatzgases verzichtet, und die Tatsache ausnutzt, daß sich die Moleküle bestimmter Uranverbindungen bei Energiezufuhr zersetzen (z.B. die Uranyle). Auch hier kann nach Trennung der zersetzten und nicht zersetzten Moleküle wieder das Uranmetall zurückgewonnen werden. ■

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

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\l· Verfahren zur Trennung von Isotopen, insbesondere U

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und U , dadurch gekennzeichnet, daß mit der betreffenden Atomsorte Moleküle hergestellt werden, die eine Absorptionslinie (Rotations-Schwingungs-Linie) besitzen, W die einer Emissionslinie eines Lasers vorzugsweise CO-

Lasers, entspricht, daß sich das Uranatom an der Schwingung des Moleküls beteiligt, daß durch Zuführung einer oder mehrerer Reaktionspartner ein Reaktionsgemisch hergestellt wird, das durch einen Laser bestrahlt wird, daß nach chemischer Umsetzung der bestrahlten Teile des Reaktionsgemisches die verschiedenen Moleküle auf bekannte Weise, z.B. durch fraktionierte Kondensation, getrennt werden.

2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Einstrahlung des Laserlichtes das Reaktionsgemisch auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur so gewählt wird, daß noch keine merkliche Umsetzung stattfindet.

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4« Verfahren nach Anspruch 1 oder 3i dadurch gekennzeichnet , daß das Metall, z.B. Uranmetall, in bekannter Weise zurückgewonnen wird.

5» Verfahren nach Ansprach 1,2,3 oder k_t dadurch gekennzeichnet , daß man auf die Anwesenheit eines zusätzlichen Reaktionspartners verzichtet und eine Uranverbindung verwendet, die sich bei Energiezufuhr zersetzt.

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