CH618103A5

CH618103A5 - Process for uranium isotope separation

Info

Publication number: CH618103A5
Application number: CH648978A
Authority: CH
Inventors: Martin B Dines; Richard B Hall; Andrew Kaldor; George M Kramer; Edward T Maas Jr
Original assignee: Exxon Research Engineering Co
Priority date: 1976-06-17
Filing date: 1978-06-14
Publication date: 1980-07-15
Also published as: AU2612477A; GB1571208A; IL52309A; AU512554B2; ES459822A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trennung von Uran-Isotopen. This invention relates to a method of separating uranium isotopes.

Um die vorliegende Erfindung klar verstehen zu können, ist es nützlich, den Stand der Technik in bezug auf die photochemische Trennung von Isotopen zusammenzufassen. Im US-Patent 2 713 025 und im britischen Patent 1 237 474 sind gute Beispiele für Verfahren zur photochemischen Trennung von Quecksilber-Isotopen wiedergegeben. In order to clearly understand the present invention, it is useful to summarize the state of the art in relation to the photochemical separation of isotopes. Good examples of methods for the photochemical separation of mercury isotopes are given in U.S. Patent 2,713,025 and British Patent 1,237,474.

Das erste Erfordernis für eine photochemische Trennung von Isotopen besteht darin, dass man solche Bedingungen findet, dass die Atome oder Moleküle von irgendeinem Isotop eines gegebenen Elementes das Licht in viel stärkerem Masse absorbieren, als dies bei Atomen oder Molekülen eines anderen Isotopes von genanntem Element der Fall ist. Quecksilber ist ein flüchtiges Metall und bildet leicht Dämpfe von Atomen. Die genannten Atome absorbieren das Ultraviolett-Licht bei 2537 Â. Die Absorptionslinie von Hg202 ist um etwa 0,01 Â in bezug auf die Absorptionslinie von Hg202 verschoben. Da die Absorptionslinien äusserst nahe beieinanderliegen, kann man bei Verwendung von Licht in einem kritisch engen Wellenlän-gen-Bereich entweder Hg200 oder Hg202 anregen. The first requirement for photochemical separation of isotopes is to find conditions such that the atoms or molecules of any isotope of a given element absorb the light to a much greater extent than atoms or molecules of another isotope of said element Case is. Mercury is a volatile metal and easily forms vapors from atoms. The atoms mentioned absorb the ultraviolet light at 2537 Â. The absorption line of Hg202 is shifted by approximately 0.01 Â with respect to the absorption line of Hg202. Since the absorption lines are very close to each other, either Hg200 or Hg202 can be excited when using light in a critically narrow wavelength range.

Das zweite Erfordernis für eine photochemische Trennung von Isotopen besteht darin, dass die durch Licht anzuregenden Atome oder Moleküle Vorgänge eingehen, welche bei den Atomen oder Molekülen, welche nicht angeregt werden, nicht eintreten, oder mindestens nicht so schnell erfolgen. Ein Quantum Ultraviolett-Licht von 2537 Â ermöglicht eine Anregung von 112,7 kcal/Mol für die absorbierenden Quecksilberatome. Die Anzahl der Quecksilberatome, welche bei Raumtemperatur thermisch auf diese Energie angeregt werden, ist verschwindend klein; somit werden die durch Licht angeregten Atome nicht durch solche Atome verdünnt, welche durch thermische Energie angeregt sind. Atome mit dieser hohen Anregung gehen leicht Reaktionen mit H20 ein (wie im US-Patent offenbart), oder mit 02, HCl oder Butadien (wie im britischen Patent mitgeteilt), wobei die genannten Reaktionen bei Raumtemperatur mit unangeregtem Quecksilber nicht eintreten. The second requirement for photochemical separation of isotopes is that the atoms or molecules to be excited by light take on processes which do not occur with the atoms or molecules which are not excited, or at least do not take place as quickly. A quantum of ultraviolet light of 2537 Â enables excitation of 112.7 kcal / mol for the absorbing mercury atoms. The number of mercury atoms which are thermally excited to this energy at room temperature is negligible; thus the atoms excited by light are not diluted by those atoms which are excited by thermal energy. Atoms with this high excitation easily react with H20 (as disclosed in the US patent), or with 02, HCl or butadiene (as disclosed in the British patent), the reactions mentioned not occurring at room temperature with unexcited mercury.

Uran ist jedoch ein äusserst hochschmelzendes Metall, welches nur bei extrem hohen Temperaturen siedet. Somit beinhaltet die Verwendung der oben beschriebenen Verfahren mit Uran- statt Quecksilberatomen offensichtliche Schwierigkeiten. Im US-Patent 3 772 519 wird z. B. die Tatsache offenbart, dass Uranmetall eine isotope Spektrallinien-Verschiebung zeigt und dessen Isotope durch Verwendung von Urandampf getrennt werden können. Es sind jedoch in einem solchen Verfahren extrem hohe Temperaturen erforderlich, was dieses Vorgehen in höchstem Masse unausführbar macht. However, uranium is an extremely high-melting metal that only boils at extremely high temperatures. Thus, the use of the methods described above with uranium rather than mercury atoms presents obvious difficulties. In U.S. Patent 3,772,519, e.g. B. reveals the fact that uranium metal exhibits an isotopic spectral line shift and its isotopes can be separated using uranium vapor. However, extremely high temperatures are required in such a process, which makes this procedure extremely unworkable.

Die allgemeine Nützlichkeit von Lasern zur Trennung von Isotopen wurde eingehend erläutert. Kürzlich erschienen zwei Artikel von Ambartzumian et al. in der Soviet Physica JETP 21, 375,1975 und Lyman et al. in Applied Physics Letters 27, 87,1975, worin über Experimente berichtet wird, in welchen gasförmiges SF6 bei Raumtemperatur mit einem C02-Laser bestrahlt wurde. Die Wellenlänge des C02-Lasers entspricht einer Grundabsorptions-Schwingung von SF6-Molekülen, welche das eine Schwefelisotop enthalten, aber nicht von SF6-Mo-lekülen, welche das andere Isotop enthalten. Somit bewerkstelligt der C02-Laser eine isotopenselektive Anregung von SF6. Da die Anregung bei einer sehr hohen Leistungsdichte erfolgt, werden diejenigen Moleküle, welche ein Photon absorbiert haben, viel eher ein zweites Photon absorbieren und zweifach angeregt werden, als die Energie des ersten Photons zu verlieren und nicht mehr im angeregten Zustand zu sein. Die doppelt angeregten Moleküle werden sehr wahrscheinlich ein drittes Photon absorbieren usw. Somit kann die isotopenselektive Anregung bis zu einem solchen Ausmass erfolgen, dass die angeregten Moleküle genügend Energie zum Dissoziieren erhalten; folglich wird die zweite Bedingung zur oben erwähnten Trennung von Isotopen erfüllt. Anschliessend werden die dissoziierten Moleküle sofort von den undissoziierten abgetrennt. The general usefulness of lasers to separate isotopes has been explained in detail. Recently two articles by Ambartzumian et al. in Soviet Physica JETP 21, 375, 1975 and Lyman et al. in Applied Physics Letters 27, 87, 1975, which reports on experiments in which gaseous SF6 was irradiated with a CO 2 laser at room temperature. The wavelength of the CO 2 laser corresponds to a basic absorption vibration of SF6 molecules which contain one sulfur isotope, but not of SF6 molecules which contain the other isotope. The C02 laser thus achieves isotope-selective excitation of SF6. Since the excitation takes place at a very high power density, those molecules which have absorbed one photon are much more likely to absorb a second photon and be excited twice than to lose the energy of the first photon and to no longer be in the excited state. The double-excited molecules will very likely absorb a third photon, etc. Thus, the isotope-selective excitation can take place to such an extent that the excited molecules receive enough energy to dissociate; consequently, the second condition for separation of isotopes mentioned above is met. The dissociated molecules are then immediately separated from the undissociated ones.

Ein wichtiger Gesichtspunkt des in den beiden Literaturangaben offenbarten Verfahrens soll erwähnt werden; es geht um die isotopenselektive Anregung mit Hilfe eines C02-Lasers. Der C02-Laser ist höchst wirksam, verhältnismässig billig und zum Bauen in der für industrielle Anwendungen von grossem Ausmass benötigten Grösse ausführbar. Falls er in einem Verfahren zur Isotopentrennung verwendet werden kann, stellt er in eindeutiger Weise den zur Wahl stehenden Laser dar. An important aspect of the method disclosed in the two references should be mentioned; it is about isotope-selective excitation with the help of a C02 laser. The C02 laser is extremely effective, comparatively cheap and can be built to the size required for industrial applications. If it can be used in an isotope separation process, it clearly represents the laser of choice.

Falls man versucht, den C02-Laser zur Trennimg von Uran-Isotopen zu verwenden, treten grosse Schwierigkeiten auf. Viel Aufmerksamkeit wurde eingesetzt, um UF6 für die Urantrennung mit Hilfe von Laser zu gebrauchen, da diese Verbindung höchst flüchtig ist. UF6 weist jedoch zwei Grund-absorptions-Schwingungen auf, welche bei 626 und 189 cm-1 liegen, welche einige Isotopen-Spektrallinienverschiebungen haben, so dass eine Trennung der Isotope erreicht v/erden kann. Während es für einen Fachmann möglich ist, Laser zu bauen, welche bei beiden Wellenlängen arbeiten, sind solche Laser gegenwärtig den C02-Lasern sowohl in bezug auf die Leistung als auch auf die Kosten unterlegen. If you try to use the C02 laser to separate uranium isotopes, great difficulties arise. Much attention has been paid to using UF6 for laser uranium separation as this compound is highly volatile. UF6, however, has two basic absorption vibrations, which are at 626 and 189 cm-1, which have some isotope spectral line shifts, so that separation of the isotopes can be achieved. While it is possible for a person skilled in the art to build lasers that operate at both wavelengths, such lasers are currently inferior to the CO 2 lasers in both performance and cost.

Der U02-Rest weist Absorptionsbanden im Infrarotspektrum auf, wobei dieses Licht absorbiert, welches aus kommerziell erhältlichen C02-Lasern emittiert wurde. Diese Absorptionsbanden des U02-Restes weisen eine genügende Verschiebung auf, so dass sie zur Isotopentrennung nützlich gemacht werden können. The U02 residue has absorption bands in the infrared spectrum, which absorbs light which was emitted from commercially available C02 lasers. These absorption bands of the U02 residue have a sufficient shift, so that they can be used for isotope separation.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

618 103 618 103

Im US-Patent 3 951 768 wird die Verwendung eines C02-Lasers für die Isotopentrennung veröffentlicht. Eine der Verbindungen, welche mit anderen zusammen als möglicherweise nützlich für die Isotopentrennung angeführt wurde, ist U02(N03)2 • 6H20. Deshalb scheint es, dass in diesem Patent die Verwendung von Uranylverbindungen mit einem C02-La-ser zur Isotopentrennung vorgeschlagen wird. Da diese Verbindungen zusammen mit anderen, einschliesslich UF6, aufgeführt ist, welche das Licht aus dem C02-Laser nicht absorbieren, ist es nicht klar, was damit berichtet werden soll. Dennoch ist eine Uranylverbindung erwähnt. Die spezifische, oben erwähnte Uranylverbindung, welche im genannten Patent enthalten ist, ist jedoch in dem Sinne nicht flüchtig, dass Zersetzung eintritt und dass sie deshalb nicht in der Gasphase zur Isotopentrennung verwendet werden kann. Tatsächlich zersetzen sich die meisten Uranylverbindungen ohne Verdampfung, wenn sie erwärmt werden. Es gibt einen Artikel von Bloor et al. (Canadian Journal of Chemistry, 42, 2201-2208), in welchem über die Existenz einer Verbindung berichtet wird, welche als Uranyl-phthalocyanin beschrieben ist; diese ist unterhalb eines Vakuums von «unter 0,01 mm Druck bei 400 bis 450° C» sublimierbar. Diese Bedingungen sind jedoch wiederum bei der Verwendung in Verfahren zur Isotopentrennung ganz und gar nicht annehmbar. Die Infrarotspektren des festen Uranyl-phthalocyanins wurden mit Nujol zusammen beobachtet, und es wurde ein Absorptionspeak «in der Gegend von 900 bis 950 cm-1» festgestellt; dieser wurde versuchsweise der Uranylgruppe zugeschrieben. Dies liegt im Bereiche eines C02-Lasers. U.S. Patent 3,951,768 discloses the use of a CO 2 laser for isotope separation. One of the compounds that has been cited with others as potentially useful for isotope separation is U02 (N03) 2 • 6H20. Therefore, it appears that this patent suggests the use of uranyl compounds with a CO 2 laser for isotope separation. Since these compounds are listed along with others, including UF6, that do not absorb the light from the C02 laser, it is not clear what to report with them. However, a uranyl compound is mentioned. However, the specific uranyl compound mentioned above, which is contained in the cited patent, is not volatile in the sense that decomposition occurs and that it can therefore not be used in the gas phase for isotope separation. In fact, most uranyl compounds decompose without being evaporated when heated. There is an article by Bloor et al. (Canadian Journal of Chemistry, 42, 2201-2208), which reports the existence of a compound described as uranyl phthalocyanine; this can be sublimed below a vacuum of «under 0.01 mm pressure at 400 to 450 ° C». Again, however, these conditions are completely unacceptable when used in isotope separation processes. The infrared spectra of the solid uranyl phthalocyanine were observed together with nujol and an absorption peak "in the region of 900 to 950 cm-1" was found; this was tentatively attributed to the uranyl group. This is in the range of a C02 laser.

Schiessinger et al. haben im Journal of the American Chemical Society 75, Seiten 2446—8 (1953) ebenfalls über ura-nylhaltige Verbindungen berichtet. Schiessinger et al. behandeln jedoch die Verwendung dieser Stoffe in Verfahren zur Isotopentrennung nicht. Es wurde in der Tat mitgeteilt, dass der Dampfdruck der Schlessingerschen Verbindung lediglich 0,0027 Torr bei einer Temperatur von 130° C beträgt. In einem Artikel von Beiford et al., Journal of Inorganic und Nu-clear Chemistry, Vol. 14, Seiten 169-178,1960, werden weiter die Herstellung und die Eigenschaften von bis-Hexafluor-acetylaceton-U02-tetrahydrat veröffentlicht. Dieser Stoff scheint wiederum nicht verdampfbar zu sein, weil er sich bereits beim Heizen auf 58° C zersetzt. Somit kann dieser Stoff im nachfolgend offenbarten Verfahren zur Isotopentrennung nicht von Nutzen sein. Schiessinger et al. have also reported in the Journal of the American Chemical Society 75, pages 2446-8 (1953), uranium-containing compounds. Schiessinger et al. however, do not discuss the use of these substances in isotope separation processes. Indeed, it has been reported that the vapor pressure of the Schlessinger compound is only 0.0027 Torr at a temperature of 130 ° C. In an article by Beiford et al., Journal of Inorganic and Nu-clear Chemistry, Vol. 14, pages 169-178, 1960, the preparation and properties of bis-hexafluoroacetylacetone-U02 tetrahydrate are further published. Again, this substance does not appear to be evaporable because it decomposes when heated to 58 ° C. Thus, this substance cannot be useful in the isotope separation process disclosed below.

Die Uranylverbindung muss deshalb einen stabilen Dampf bilden und einen bedeutenden Dampfdruck bei verhältnismässig niedriger Temperatur aufweisen, um im erfindungsgemäs-sen Verfahren nützlich zu sein. Stabile Dampfteilchen bilden einen notwendigen Teil von irgendeinem Verfahren, in welchem man die selektive Anregung zu verwenden sucht, um ein Ungleichgewicht in einer isotopenspezifischen Weise herzustellen, und in welchem man erreichen möchte, dass lediglich die selektiv angeregten Teilchen destabilisiert werden. Das zweite Erfordernis, welches darin besteht, die Temperatur, bei welcher der benötigte hohe Dampfdruck erreicht werden soll, auf ein Minimum herabzusetzen, wird herangezogen, um die Heissband-Population zu minimalisieren, was zu einer reduzierten Selektivität in allen Stufen des Verfahrens führen kann, d. h. nicht nur die Selektivität des Anregungsvorganges wird herabgesetzt, sondern auch diejenige des nachfolgenden Unterscheidungsschrittes, was zu einer Ansammlung von Produktteilchen führt. The uranyl compound must therefore form a stable vapor and have a significant vapor pressure at a relatively low temperature in order to be useful in the process according to the invention. Stable vapor particles form a necessary part of any process in which one seeks to use selective excitation to create an imbalance in an isotope-specific manner and in which only the selectively excited particles are to be destabilized. The second requirement, which is to minimize the temperature at which the required high vapor pressure is to be reached, is used to minimize the hot band population, which can lead to reduced selectivity in all stages of the process. d. H. not only is the selectivity of the excitation process reduced, but also that of the subsequent differentiation step, which leads to an accumulation of product particles.

Werden die uranylhaltigen Moleküle in einem Verfahren eingesetzt, bei welchem mittels eines Lasers Isotopen getrennt werden, verlangt dies noch andere Eigenschaften von den Molekülen. Diese umfassen die spektrale Transparenz im Infrarot und bei den möglichen Anregungs-Wellenlängen im sichtbaren und UV-Bereich. Die Gasphaseteilchen sollten Monomere sein, um die Möglichkeit der Verstreuung von selektiv absorbierter Energie auf ein Minimum herabzusetzen. Wenn möglich sollte das Molekül so beschaffen sein, dass bei der Anregung durch Infrarot oder UV eine innere chemische Umlage-rung erhalten wird, was zu stabilen Endprodukten führt, welche vom Ausgangsmaterial abtrennbar sind. If the uranyl-containing molecules are used in a process in which isotopes are separated by means of a laser, this also requires other properties of the molecules. These include the spectral transparency in the infrared and with the possible excitation wavelengths in the visible and UV range. The gas phase particles should be monomers to minimize the possibility of scattering selectively absorbed energy. If possible, the molecule should be such that an internal chemical rearrangement is obtained when excited by infrared or UV, which leads to stable end products which can be separated from the starting material.

Schliesslich sollte die für den Verdampfungsvorgang der uranhaltigen Teilchen aufgewendete Energie minimalisiert werden. Finally, the energy used for the evaporation process of the uranium-containing particles should be minimized.

Eine andere Verwendung, welche flüchtige Uranylverbindungen erfordert (wie beschrieben), liegt in der Trennung von schweren Metallen, wobei diese gewöhnlich entweder mit GC (Gaschromatographie) oder durch fraktionierte Sublimation erfolgt. Solche Abtrennungen sind wesentlich in mineralischen Behandlungen und in Aufbereitungen, worin das Uran (vorhanden als Uranyl-Ion) von anderen Seltenen Erdmetall-Ionen oder anderen Metall-Ionen abgetrennt werden soll. Another use which requires volatile uranyl compounds (as described) is in the separation of heavy metals, which is usually done either by GC (gas chromatography) or by fractional sublimation. Such separations are essential in mineral treatments and preparations in which the uranium (present as uranyl ion) is to be separated from other rare earth metal ions or other metal ions.

Im vorliegenden Verfahren wird eine Verbindung verwendet, welche die oben erwähnten Eigenschaften aufweist, nämlich Uranylhexafluoroacetylacetonat (hfacac), welches einen Komplex mit gewissen neutralen einzähnigen Liganden bildet. In the present process, a compound is used which has the properties mentioned above, namely uranylhexafluoroacetylacetonate (hfacac), which forms a complex with certain neutral monodentate ligands.

Über Uranylhexafluoroacetylacetonat (hfacac), About uranylhexafluoroacetylacetonate (hfacac),

uo0 cr,c-c-oc-cr,>9 uo0 cr, c-c-oc-cr,> 9

L 6 h Î Ii o z L 6 h Î Ii o z

0H0 0H0

oder seine Komplexe wurde bisher nur wenig veröffentlicht. or its complexes have so far been little published.

Hfacac, welches ein chelatbildendes Anion darstellt, ist dafür bekannt, Metallsalze zu stabilisieren und flüchtige Teilchen zu ermöglichen (Kutal, J. Chem. Ed. 52, 319 (1975)]. Überdies besitzt das Anion keine Banden im Infrarot-Bereich von 900 bis 1000 cm-1, d. h. im Bereich, wo die U02+2-Gruppe eine stark antisymmetrische Streckschwingung aufweist, welche für irgendeine isotopenselektive Bestrahlung mit C02-Laser von Interesse ist. Hfacac, which is a chelating anion, is known to stabilize metal salts and enable volatile particles (Kutal, J. Chem. Ed. 52, 319 (1975)]. Furthermore, the anion has no bands in the infrared range from 900 to 1000 cm-1, ie in the area where the U02 + 2 group has a strongly antisymmetric stretching vibration, which is of interest for any isotope-selective irradiation with a CO 2 laser.

Im allgemeinen weisen Uranylverbindungen bevorzugt fünf Koordinationsatome um das zentrale Uranion (als Zusatz zu den Sauerstoffatomen der Uranylgruppe) auf, siehe z. B. U. Casellato et al., Inorganica Chemica Acta, 18,17, (1976). Da jede Hfacac-Gruppe zwei Koordinationsstellen benötigt, bleibt ein offener Platz für einen neutralen Liganden übrig, was nötig ist, um einen stabilen uranylhaltigen Dampf herzustellen. In Abwesenheit eines geeigneten, stabilisierenden neutralen Liganden ist es unmöglich, einen stabilen monomeren Dampf von Uranyl (hfacac)2 zu erzeugen, was für ein Verfahren zur Isotopentrennung nötig sein würde, wie dies oben beschrieben ist. Die oben genannte Veröffentlichung von Beiford et al. zeigt, dass Wassermoleküle als neutrale Liganden ungeeignet sind, weil die Verbindung nicht unzersetzt verdampft, wenn man solche stabilen Gasphaseteilchen erzeugen will. In general, uranyl compounds preferably have five coordination atoms around the central uranium ion (as an addition to the oxygen atoms of the uranyl group), see e.g. B. U. Casellato et al., Inorganica Chemica Acta, 18, 17, (1976). Since each Hfacac group needs two coordination sites, there is an open space for a neutral ligand, which is necessary to produce a stable uranyl-containing vapor. In the absence of a suitable stabilizing neutral ligand, it is impossible to generate a stable monomeric vapor of uranyl (hfacac) 2, which would be necessary for an isotope separation process as described above. The above-mentioned publication by Beiford et al. shows that water molecules are unsuitable as neutral ligands because the compound does not evaporate without decomposition if one wants to generate such stable gas phase particles.

Wenn keine anderen Moleküle zugegen sind, wird U02 (hfacac) gewöhnlich dimerisieren, wobei zwei der Sauerstoffe teilnehmen; somit wird jedes U02+2-Ion die erforderlichen fünf Sauerstoffatome als Liganden aufweisen. Dieses Dimere kann nicht für Laser-Isotopentrennungen verwendet werden (Monomere sind bevorzugt), weil seine Flüchtigkeit zu niedrig ist und eine Verbreiterung der absorbierten Energie und ein Verlust an Selektivität zugelassen werden. Die durch die selektiv angeregten U02+2-Gruppen absorbierte Energie wird vorzugsweise verdünnt, was auf einen erhöhten Übergang zur zweiten U02+2-Gruppe zurückzuführen ist, welche in einem Dimer oder Oligomer innig daran gebunden ist. Deshalb muss eine dem Zweck entsprechende Auswahl getroffen werden, wobei man solche neutralen Lewisbase-Moleküle nehmen sollte, welche das Uranyl (hfacac)2 als Monomer stabilisieren, um s If no other molecules are present, U02 (hfacac) will usually dimerize using two of the oxygens; thus each U02 + 2 ion will have the required five oxygen atoms as ligands. This dimer cannot be used for laser isotope separations (monomers are preferred) because its volatility is too low and a broadening of the absorbed energy and loss of selectivity are allowed. The energy absorbed by the selectively excited U02 + 2 groups is preferably diluted, which is due to an increased transition to the second U02 + 2 group, which is intimately bound to it in a dimer or oligomer. Therefore, an appropriate selection has to be made, taking neutral Lewis base molecules that stabilize uranyl (hfacac) 2 as a monomer in order to see s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

618 103 618 103

4 4th

eine hohe Flüchtigkeit zu erzielen; es soll ebenfalls vermieden werden, dass Infrarotbanden zugegen sind, welche mit der Absorption des U02+2-Ions interferieren könnten. Zusätzlich kann das Vorhandensein dieses neutralen Liganden ebenfalls irgendeine nachfolgende photochemische Reaktion steigern, welche in einem Verfahren zur Trennung von Isotopen wünschenswert ist. to achieve high volatility; it should also be avoided that infrared bands are present which could interfere with the absorption of the U02 + 2 ion. In addition, the presence of this neutral ligand can also enhance any subsequent photochemical reaction that is desirable in an isotope separation process.

Es existieren Veröffentlichungen über U02(hfacac)2-L-Verbindungen, in welchen L für aromatische Aminoxide [Su-bramanian et al. J. Inorg. Nucl. Chem. 33, 3001 (1970), Phos-phinoxide und Sulfoxide (Sieck, Gas Chromatographie of Mi-xed-Ligand Complexes of the Lanthanides and Related Elements, Ph. D. Thesis, Iowa State Univ., (1971)] steht. Infolge der verhältnismässig niedrigen Dampfdrucke, sind diese Verbindungen jedoch für die Verwendung in Verfahren zur Isotopentrennung ungeeignet. There are publications on U02 (hfacac) 2-L compounds, in which L for aromatic amine oxides [Su-bramanian et al. J. Inorg. Nucl. Chem. 33, 3001 (1970), Phosphine oxides and sulfoxides (Sieck, Gas Chromatographie of Mi-xed-Ligand Complexes of the Lanthanides and Related Elements, Ph. D. Thesis, Iowa State Univ., (1971)]. However, due to the relatively low vapor pressures, these compounds are unsuitable for use in isotope separation processes.

Mitchell [Synergistische Lösungsextraktion und thermische Studien von fluorierten Beta-Diketon-Organophosphor-Ad-dukt-Komplexen von Lanthaniden und Seltenen Erdelementen, Ph. D. Thesis Iowa State Univ., (1970)] stellte den Tribu-tylphosphat-Komplex von U02(hfacac)2 her und zeigte, dass dieser bei etwa 150° C sublimiert. Wie oben ausgeführt, werden dennoch erhebliche Dampfdrucke bei niedrigen Temperaturen für irgendeine nützliche Durchsatzleistung in einem Verfahren zur Isotopentrennung gewünscht. Eine Sublimationstemperatur nahe oder niedriger als 100° C ist sehr bevorzugt. Mitchell [Synergistic solution extraction and thermal studies of fluorinated beta-diketone-organophosphorus adduct complexes of lanthanides and rare earth elements, Ph. D. Thesis Iowa State Univ., (1970)] presented the tributylphosphate complex of U02 ( hfacac) 2 and showed that it sublimes at about 150 ° C. As stated above, significant low temperature vapor pressures are nevertheless desired for any useful throughput in an isotope separation process. A sublimation temperature close to or lower than 100 ° C is very preferred.

Vor kurzer Zeit ist eine verständliche Zusammenfassung über die Komplexchemie von Actiniden erschienen, worin sich eine geringe Zahl von Arbeiten mit U02(hfacac)2 und seinen Komplexen befassen [Cassellato et al., Inorg. Chimica Acta, 18, 77 (1976)]. Eine interessante Tatsache in diesem Zusammenhang (Seite 87) war die, dass in allen untersuchten Ura-nylkomplexen mit Acetylacetonat-Neutralliganden der Ligand vor der Sublimation dissoziiert. Im Gegensatz dazu müssen sich die Stoffzusammensetzungen im erfindungsgemässen Verfahren als stabil im Dampfzustand nach der Sublimation erweisen. Die Moleküle in der Gasphase müssen im Verdampfungsvorgang unverändert bleiben. Recently, an understandable summary of the complex chemistry of actinides has appeared, in which a small number of papers deal with U02 (hfacac) 2 and its complexes [Cassellato et al., Inorg. Chimica Acta, 18, 77 (1976)]. An interesting fact in this connection (page 87) was that in all uranyl complexes examined, the ligand dissociates with neutral acetylacetonate ligands before sublimation. In contrast, the substance compositions in the process according to the invention must prove to be stable in the vapor state after sublimation. The molecules in the gas phase must remain unchanged in the evaporation process.

Die Forschung wurde deshalb in bezug auf eine solche Stoffzusammensetzung fortgesetzt, welche in derartigen Verfahren zur Isotropentrennung nützlich sein würde. Solche Verbindungen würden damit ein Verfahren ergeben, wo die Isotopentrennung unter Verwendung eines C02-Lasers in einer kommerziell erhältlichen Weise ausgeführt werden könnte. Research has therefore continued on such a composition of matter which would be useful in such isotropic separation processes. Such compounds would thus result in a process where isotope separation could be carried out using a CO 2 laser in a commercially available manner.

Es wurde eine uranylionhaltige Stoffzusammensetzung entdeckt, welche im erfindungsgemässen Verfahren verwendet wird. A substance composition containing uranylion was discovered, which is used in the method according to the invention.

Uranylhaltige Verbindungen wurden somit gefunden, welche erhebliche Dampfdrucke bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen zeigen und eine spektrale Transparenz bei den Wellenlängen für die Anregung des Uranylradikals aufweisen, so dass es nun möglich ist, das Uranylradikal unter kommerziell annehmbaren Bedingungen selektiv anzuregen. Zusätzlich ist es deshalb ebenfalls möglich, einen C02-Laser für solche Zwecke zusammen mit allen damit zusammenhängenden Vorteilen in der oben beschriebenen Weise zu verwenden. Uranyl-containing compounds have thus been found which show considerable vapor pressures at relatively low temperatures and have spectral transparency at the wavelengths for the excitation of the uranyl radical, so that it is now possible to selectively excite the uranyl radical under commercially acceptable conditions. In addition, it is therefore also possible to use a CO 2 laser for such purposes together with all the associated advantages in the manner described above.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Trennung von Uran-Isotopen ist nun dadurch gekennzeichnet, dass man eine Uranylverbindung der Formel The process according to the invention for the separation of uranium isotopes is now characterized in that a uranyl compound of the formula

ÛO220Z^F3C"CO"CH~COCïy 2 * î^20 ÛO220Z ^ F3C "CO" CH ~ COCïy 2 * î ^ 20

worin L ein einzähniger Ligand ist, verdampft, wobei die genannte Uranylverbindung ohne Zersetzung unter Bildung eines Dampfdruckes von mindestens 0,1 Torr verdampfbar ist, dass man die genannte Uranylverbindung in der Dampfphase zur selektiven Anregung mit einem C02-Laser bei einer Wellenzahl von 810 bis 1116 cm-1 bestrahlt und die angeregten Moleküle von den nichtangeregten Molekülen trennt. wherein L is a monodentate ligand evaporates, said uranyl compound being vaporizable without decomposition with the formation of a vapor pressure of at least 0.1 torr, that said uranyl compound in the vapor phase for selective excitation with a CO 2 laser at a wave number of 810 to Irradiated 1116 cm-1 and separated the excited molecules from the non-excited molecules.

Die im erfindungsgemässen Verfahren zu verdampfende flüchtige Uranylverbindung weist ein Isotopen-verschobenes Infrarot-Absorptionsspektrum auf, welches mit dem genannten Element verbunden ist, und die genannte flüchtige Uranylverbindung wird insbesondere mit Infrarotstrahlung bestrahlt, welche vorzugsweise durch eine molekulare Schwingung von Molekülen der genannten flüchtigen Uranylverbindung absorbiert wird, die ein vorbestimmtes Isotop des genannten Elementes enthält, um angeregte Moleküle der genannten Verbindung zu erzeugen, welche bezüglich der genannten Moleküle der genannten Verbindung angereichert ist, die das genannte vorbestimmte Isotop enthält, was die Trennung der genannten angeregten Moleküle ermöglicht. The volatile uranyl compound to be evaporated in the process according to the invention has an isotope-shifted infrared absorption spectrum which is associated with the element mentioned, and the said volatile uranyl compound is in particular irradiated with infrared radiation which is preferably absorbed by a molecular oscillation of molecules of the said volatile uranyl compound which contains a predetermined isotope of said element to produce excited molecules of said compound which is enriched for said molecules of said compound containing said predetermined isotope, which enables said excited molecules to be separated.

L steht vorzugsweise für einen der folgenden Liganden: Ethanol, Isobutanol, t-Butanol, Methanol, Tetrahydrofuran, Aceton, Ethylacetat, n-Propanol, Isopropanol oder Dimethyl-formamid. L preferably represents one of the following ligands: ethanol, isobutanol, t-butanol, methanol, tetrahydrofuran, acetone, ethyl acetate, n-propanol, isopropanol or dimethylformamide.

Die Infrarotstrahlung wird durch einen C02-Laser in einer isotopenselektiven Weise innerhalb der oben erwähnten Wellenzahl erzielt. The infrared radiation is achieved by a CO 2 laser in an isotope-selective manner within the above-mentioned wave number.

Die Bestrahlung kann bei einer Temperatur von weniger als 200° C, bevorzugt weniger als 130° C, und am stärksten bevorzugt zwischen 50 und 130° C, unter Bedingungen ausgeführt werden, in denen die Uranylverbindung in einer Gasphase existiert. Erfindungsgemäss wird das Verfahren unter solchen Bedingungen ausgeführt, bei denen die Uranylverbindung einen Dampfdruck von mindestens 0,1 Torr in diesem Temperaturbereich aufweist. The irradiation can be carried out at a temperature of less than 200 ° C, preferably less than 130 ° C, and most preferably between 50 and 130 ° C, under conditions in which the uranyl compound exists in a gas phase. According to the invention, the method is carried out under conditions in which the uranyl compound has a vapor pressure of at least 0.1 Torr in this temperature range.

Die Bestrahlung kann so ausgeführt werden, dass eines der Uran-Isotope, d. h. entweder U235 oder U238, selektiv angeregt wird und mindestens ein Photon Energie adsorbiert, bevorzugt mehr als ein Photon Energie. Da die Bestrahlung im wesentlichen ein Mittel zum Erwärmen der bestrahlten Uranylverbindung ist, wenn die genannte Bestrahlung unter den Bedingungen des vorliegenden Verfahrens ausgeführt wird, können die selektiv angeregten Isotope in einer isotopenselektiven Weise in eine chemisch verschiedene Form überführt werden, wobei irgendwelche Mittel eingesetzt werden können, deren Geschwindigkeit von der Temperatur abhängig ist. Somit kann die Anregung bis zu einem solchen Ausmass durchgeführt werden, dass die selektiv angeregten Moleküle dissoziieren, oder es kann bis zu einer Höhe angeregt werden, welche nicht reicht, um eine Dissoziation zu verursachen, und dafür die angeregten Moleküle in einer zweiten Stufe entweder durch Photolyse mit sichtbarem oder Ultraviolett-Licht oder durch chemische Reaktion mit einem gasförmigen Reaktionsmittel umgewandelt werden können. The irradiation can be carried out so that one of the uranium isotopes, i. H. either U235 or U238, is selectively excited and adsorbs at least one photon energy, preferably more than one photon energy. Since the radiation is essentially a means of heating the irradiated uranyl compound when said radiation is carried out under the conditions of the present method, the selectively excited isotopes can be converted to a chemically different form in an isotope-selective manner, using any means whose speed depends on the temperature. Thus, the excitation can be carried out to such an extent that the selectively excited molecules dissociate, or it can be excited to a level which is not sufficient to cause dissociation, and the excited molecules in a second stage either by Photolysis can be converted with visible or ultraviolet light or by chemical reaction with a gaseous reactant.

Es wurden neue Verbindungen, nämlich Hexafluoroace-tyl-acetonat-Salze von U02+2, welche mit einem neutralen Liganden (L) einen Komplex bilden, entdeckt, wobei die Produkte - U02(hfacac)2 - L - stabil und flüchtig sind und in den Verfahren zur Trennung der Uran-Isotope in der oben erwähnten Weise verwendet werden. New compounds, namely hexafluoroacetyl acetonate salts of U02 + 2, which form a complex with a neutral ligand (L), have been discovered, the products - U02 (hfacac) 2 - L - being stable and volatile and in the methods for separating the uranium isotopes in the manner mentioned above.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, in welcher das Absorptionsspektrum einer Mischung aus U0216(hfacac)2-THF und U016018(hfacac)2-THF aufgetragen ist; 1 is a graphical representation in which the absorption spectrum of a mixture of U0216 (hfacac) 2-THF and U016018 (hfacac) 2-THF is plotted;

Fig. 2 entspricht der graphischen Darstellung von Fig. 1, wobei das Absorptionsspektrum einer Mischung aus U23S02(hfacac)2 - THF und U23802(hfacac)2 - THF gezeigt ist; und FIG. 2 corresponds to the graphic representation of FIG. 1, the absorption spectrum of a mixture of U23S02 (hfacac) 2-THF and U23802 (hfacac) 2-THF being shown; and

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Isotopentrennverfahrens. 3 is a schematic representation of an apparatus for carrying out the isotope separation process according to the invention.

Wie bereits oben bemerkt, werden hier flüchtige uranylionhaltige Verbindungen verwendet, welche mindestens zwei Isotope des zu trennenden Elementes (z. B. Uran oder s As already noted above, volatile uranyl ion-containing compounds are used which contain at least two isotopes of the element to be separated (e.g. uranium or s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

618 103 618 103

Sauerstoff) enthalten und ein isotopisch verschobenes Absorptionsspektrum aufweisen, welches mit jenem Element (siehe Fig. 1 und 2) verbunden ist. Diese Verbindungen werden in der Gasphase, nämlich bei einem Dampfdruck von mindestens etwa 0,1 Torr, eingesetzt. In Übereinstimmung damit wurden neue Stoffzusammensetzungen, nämlich gewisse Hexafluorace-tylacetonat-Verbindungen von U02+2, gefunden, welche mit einem neutralen Liganden (L) einen Komplex bilden, so dass die Produkte U02(hfacac)2 • L stabil und flüchtig sind und im erfindungsgemässen Verfahren einsetzbar sind. Contain oxygen) and have an isotopically shifted absorption spectrum, which is connected to that element (see FIGS. 1 and 2). These compounds are used in the gas phase, namely at a vapor pressure of at least about 0.1 torr. In accordance with this, new substance compositions, namely certain hexafluoroacetylacetonate compounds of U02 + 2, were found which complex with a neutral ligand (L), so that the products U02 (hfacac) 2 • L are stable and volatile and im Processes according to the invention can be used.

Die am meisten bevorzugten Verbindungen können im allgemeinen durch die folgende Formel beschrieben werden: The most preferred compounds can generally be described by the following formula:

U02(hfacac)2 • L U02 (hfacac) 2 • L

worin hfacac für ein Hexafluoracetylacetonat-Anion steht und L Isopropanol, Äthanol, Isobutanol, t-Butanol, Äthylacetat, n-Propanol, Methanol, Tetrahydrofuran, Aceton oder Dime-thylformamid bedeutet. where hfacac stands for a hexafluoroacetylacetonate anion and L means isopropanol, ethanol, isobutanol, t-butanol, ethyl acetate, n-propanol, methanol, tetrahydrofuran, acetone or dimethylformamide.

Die Dampfdrucke liegen insbesondere im Bereich von 0,1 bis 10 mm bei einem Temperaturintervall von 30 und 150° C. Die Zusammensetzung UÓ2(hfacac) • L weist zusätzlich keine Absorption im Infrarotbereich von 900 bis 975 cm-1 auf, anders als die asymmetrischen Streckschwingungen von U02, welche isotopenselektiv mit Licht vom C02~Laser angeregt werden. The vapor pressures are in particular in the range of 0.1 to 10 mm at a temperature interval of 30 and 150 ° C. The composition UÓ2 (hfacac) • L additionally has no absorption in the infrared range of 900 to 975 cm-1, unlike the asymmetrical ones Stretching vibrations of U02, which are isotope-selectively excited with light from the C02 ~ laser.

Alle diese Zusammensetzungen sublimieren unzersetzt bei Temperaturen von weniger als 100° C und genügen dem oben erwähnten Infrarot-Kriterium. All of these compositions sublimate without decomposing at temperatures below 100 ° C and meet the infrared criterion mentioned above.

In allen diesen Zusammensetzungen gibt es ein Infrarot-«Fenster» der Komponenten hfacac und L, was eine Bestrahlung der U02-Einheit mit Hilfe eines C02-Lasers erlaubt, und der Ligand L ermöglicht einem wahrscheinlichen Reaktions-s teilnehmer in irgendeiner folgenden photoinduzierten Zersetzung, schliesslich angeregtes U02 von nichtangeregtem U02 zt trennen. In all of these compositions there is an infrared "window" of the components hfacac and L, which allows the U02 unit to be irradiated with the aid of a C02 laser, and the ligand L enables a likely reaction participant in any subsequent photo-induced decomposition, finally separate excited U02 from non-excited U02.

Im Gegensatz zu allen vorher beschriebenen Uranylverbindungen weisen die genannten Dampfdrucke von mindestens io 10-1 Torr bei 130° C auf. In contrast to all previously described uranyl compounds, the vapor pressures mentioned are at least 10-1 Torr at 130 ° C.

Nachdem die Zusammensetzung gebildet ist, kann sie durch Heizen auf 50 bis 130° C verdampft werden, so dass ein Dampf entsteht, dessen Partialdruck grösser als 0,1 Torr ist. After the composition is formed, it can be evaporated by heating at 50 to 130 ° C, so that a vapor is formed, the partial pressure is greater than 0.1 Torr.

Diese Verbindungen können in der nachfolgend beschrie-15 benen Weise hergestellt werden: In den folgenden Herstellungsverfahren wird die Verbindung U02(hfacac)2 THF das beschriebene Beispiel sein. Genau das gleiche Vorgehen wird angewandt, um die anderen Verbindungen herzustellen, wobei anstelle von Tetrahydrofuran die Verbindungen Methanol, 20 Äthanol, i-Propanol, i-Butanol, t-Butanol, n-Propanol, Dime-thylformamid, Äthylacetat oder Aceton eingesetzt werden. Wenn einmal irgendeine dieser Verbindungen hergestellt ist, kann man irgendeine andere durch das Verfahren des Ligand-austausches erhalten, d. h. durch Behandlung der ersten Ver-25 bindung mit einem Überschuss (grösser als etwa 50molar) an zu substituierenden Liganden und durch Verdampfen des überschüssigen und ersetzten Liganden. These compounds can be prepared in the manner described below: In the following preparation processes, the compound U02 (hfacac) 2 THF will be the example described. Exactly the same procedure is used to prepare the other compounds, the compounds methanol, 20 ethanol, i-propanol, i-butanol, t-butanol, n-propanol, dimethylformamide, ethyl acetate or acetone being used instead of tetrahydrofuran. Once any of these compounds are made, any other can be obtained by the ligand exchange process, i. H. by treating the first compound with an excess (greater than about 50 molar) of ligand to be substituted and by evaporating the excess and replaced ligand.

Es wurden drei verschiedene Verfahren gefunden, um den Komplex U02(hfacac)2 - THF herzustellen; sie sind nachfol-30 gend wiedergegeben: Three different methods were found to prepare the U02 (hfacac) 2 - THF complex; they are shown below:

THF Lösung THF solution

A. U02C12 + 2Na(hfacac) U02(hfacac)2 • THF + 2NaCl. A. U02C12 + 2Na (hfacac) U02 (hfacac) 2 • THF + 2NaCl.

Wasserfreies Uranylchlorid wird mit etwa 2 Moläquivalenten Natrium-hexafluoracetylacetonat vereinigt, wobei dieses in Tetrahydrofuran aufgelöst ist. Das Tetrahydrofuran dient einerseits als Lösungsmittel und anderseits als neutraler Ligand. Anhydrous uranyl chloride is combined with about 2 molar equivalents of sodium hexafluoroacetylacetonate, which is dissolved in tetrahydrofuran. Tetrahydrofuran serves both as a solvent and as a neutral ligand.

Man setzt für jedes Mol Uranylchlorid ein Lösungsmittel, z. B. Tetrahydrofuran, in einer Menge von mindestens 1 Mol ein. Mehr als 1 Mol kann verwendet werden, um die Auflösung zu steigern. For each mole of uranyl chloride, a solvent, e.g. B. tetrahydrofuran, in an amount of at least 1 mole. More than 1 mole can be used to increase resolution.

Die Konzentration an Uranylchlorid in der Lösung kann zwischen 0,01 und 14 Mol/1 variieren. Ein bevorzugter Konzentrationsbereich liegt zwischen 0,1 und 3 Mol/1. The concentration of uranyl chloride in the solution can vary between 0.01 and 14 mol / l. A preferred concentration range is between 0.1 and 3 mol / 1.

Das Reaktionsgemisch kann beim Siedepunkt von Tetrahydrofuran während einer Zeit unter Rückfluss erhitzt werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu vergrössern (weniger als 40 24 Stunden). The reaction mixture can be refluxed at the boiling point of tetrahydrofuran for a period of time to increase the rate of the reaction (less than 40 24 hours).

Das gewünschte, gebildete Produkt ist im Lösungsmittel löslich; das Produkt und das Lösungsmittel sind durch Filtration aus Natriumchlorid, welches in der Lösung unlöslich ist, trennbar. Das überschüssige Lösungsmittel wird verdampft 45 (unter Stickstoff), wobei das Produkt zurückbleibt. The desired product formed is soluble in the solvent; the product and the solvent can be separated by filtration from sodium chloride, which is insoluble in the solution. The excess solvent is evaporated 45 (under nitrogen), leaving the product.

B. U02(N03)2 • 6H20 + 2 Hhfacac + xs THF ■ B. U02 (N03) 2 • 6H20 + 2 Hhfacac + xs THF ■

C6H6 C6H6

► U 02 (hfacac)2 • THF. ► U 02 (hfacac) 2 • THF.

Ein Uranylsalz, wie Uranylnitrat, wird in einer genügenden und dem Abtrennen der unteren wässrigen Phase, wobei der Menge Wasser bei Umgebungstemperaturen aufgelöst. Der pH grösste Teil des Wassers und der anderen Koprodukte entfernt sollte zwischen 0 und 7 gehalten werden und kann durch Zu- 55 wird, wird die resultierende Benzollösung, welche das ge-gabe von anorganischen Säuren, wie z. B. HCl oder HN03, wünschte Produkt enthält, über wasserfreiem Natriumsulfat eingestellt werden. Die Konzentration an Uranylsalz kann von getrocknet. Das Natriumsulfat wird entfernt und die Benzollö-0,01 bis 10,0 Mol/1 reichen. sung eingedampft, um irgendeinen Überschuss an Wasser zu A uranyl salt, such as uranyl nitrate, is dissolved in sufficient and separating the lower aqueous phase, the amount of water being dissolved at ambient temperatures. The pH most of the water and the other coproducts removed should be kept between 0 and 7 and can be increased by 55, the resulting benzene solution, which the addition of inorganic acids, such as. B. HCl or HN03, desired product contains, can be adjusted over anhydrous sodium sulfate. The concentration of uranyl salt can be dried from. The sodium sulfate is removed and the benzene oil ranges from 0.01 to 10.0 mol / l. evaporated to any excess water

In einem Scheidetrichter wird diese Lösung zu einer Ben- entfernen, wobei das Produkt zurückbleibt. Das Lösungsmittel zollösung gegeben, welche mindestens 2 Moläquivalente Hexa- 60 kann durch eine herkömmliche Vakuumdestillation bei Umge-fluoracetylaceton und mindestens 1 Moläquivalent des neutra- bungstemperaturen oder durch Abziehen unter einem fliessen-len Liganden, z. B. Tetrahydrofuran, enthält. Es wird ein Vo- den Stickstoffstrom entfernt werden. Die Endprodukte sollten lumen Benzol eingesetzt, welches ungefähr gleich gross wie das- mit Vorteil in einer inerten Atmosphäre und vor dem Licht ge-jenige von Wasser ist. Nach dem Schütteln der Flüssigkeiten schützt aufbewahrt werden. In a separating funnel, this solution is removed to a ben, leaving the product behind. The solvent is added to the customs solution, which can be at least 2 molar equivalents of hexa- 60 by conventional vacuum distillation at reverse fluoroacetylacetone and at least 1 molar equivalent of neutralization temperatures or by stripping under a flowable ligand, e.g. B. tetrahydrofuran. A stream of nitrogen will be removed. The end products should use lumen benzene, which is about the same size as that - with advantage in an inert atmosphere and in front of the light of water. After shaking the liquids it should be kept protected.

65 65

C H C H

C. 2U02C12 + 4(CF3CO)2CH2 —-—^[U02(hfacac)2]2 +4HC1[U02 (hfacac)2j2 + xs THF 2U02 (hfacac)2 • THF C. 2U02C12 + 4 (CF3CO) 2CH2 --- ^ [U02 (hfacac) 2] 2 + 4HC1 [U02 (hfacac) 2j2 + xs THF 2U02 (hfacac) 2 • THF

618 103 618 103

6 6

Unkompliziertes Uranylhexafluoracetylacetonat wird zuerst hergestellt, indem man Uranylchlorid mit mindestens 2 Mol Diketon in unter Rückfluss kochendem Benzol umsetzt. Diese Arbeitsvorgänge werden bevorzugt in Abwesenheit von Luft ausgeführt. s Uncomplicated uranyl hexafluoroacetylacetonate is first made by reacting uranyl chloride with at least 2 moles of diketone in refluxing benzene. These operations are preferably carried out in the absence of air. s

Die Konzentration an Uranylchlorid, welches in einem Brei vorliegt, reicht von 0,001 bis 10 Mol/I; dieser wird mit mindestens 2 Äquivalenten Diketon umgesetzt. Das in der Reaktion erzeugte HCl wird entfernt. Das Produkt, [U02(hfacac)2]2 wird nach dem Verdampfen des Benzollösungsmittels gewon- io nen. Es kann einfach in den THF-Komplex überführt werden, wenn man es in mindestens 1 Moläquivalent des Lösungsmittels auflöst, oder es kann wie in Beispiel A erhalten werden. The concentration of uranyl chloride, which is present in a slurry, ranges from 0.001 to 10 mol / l; this is implemented with at least 2 equivalents of diketone. The HCl generated in the reaction is removed. The product, [U02 (hfacac) 2] 2 is obtained after the benzene solvent has evaporated. It can easily be converted to the THF complex by dissolving it in at least 1 molar equivalent of the solvent, or it can be obtained as in Example A.

Beispiel 1 15 Example 1 15

Herstellung von U02(hfacac) • THF nach Verfahren A Wasserfreies Uranylchlorid (3,4 g 10 mMol) wird in 25 ml THF aufgelöst; zu dieser Lösung werden 25 ml einer Lösung aus 4,6 g (20 mMol) des Natriumsalzes von Hexafluoracetyl-aceton gegeben. Die Reaktionsmischung wird während einer 20 Stunde unter Rückfluss gekocht, das Kochsalz abfiltriert und das Filtrat eingedampft, um 7,5 g eines gelben Feststoffes zu gewinnen, Schmelzpunkt 85 bis 86° C. Preparation of U02 (hfacac) • THF by Method A Anhydrous uranyl chloride (3.4 g 10 mmol) is dissolved in 25 ml THF; 25 ml of a solution of 4.6 g (20 mmol) of the sodium salt of hexafluoroacetyl-acetone are added to this solution. The reaction mixture is refluxed for 20 hours, the sodium chloride is filtered off and the filtrate is evaporated to give 7.5 g of a yellow solid, melting point 85 to 86 ° C.

Die Elementaranalyse für U02(hfacac)2-THF, (MG 756) ergab die folgenden Resultate: Elemental analysis for U02 (hfacac) 2-THF, (MG 756) gave the following results:

Berechnet Calculated

Gefunden Found

22,2 1,3 30,1 22.2 1.3 30.1

22.5 1,5 22.5 1.5

28.6 28.6

Beispiel 2 25 Example 2 25

Herstellung von U02 (hfacac) • L nach Verfahren B 5,0 g Uranylnitrat (10 mMol) werden in 100 ml Wasser, Preparation of U02 (hfacac) • L according to method B 5.0 g uranyl nitrate (10 mmol) are in 100 ml water,

welches bei einem pH von 3 gehalten wird, aufgelöst. In einem Scheidetrichter wird diese Lösung zu 100 ml einer Benzollösung gegeben, welche 4,6 g Hexafluoracetylacetat und 5 ml THF 3° enthält. Nach dem Schütteln der Flüssigkeiten und dem Abtrennen der unteren wässrigen Phase wird die resultierende Benzollösung über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und eingedampft, um 3,0 g eines gelben Feststoffes zu gewinnen, Schmelzpunkt 90° C. 35 which is kept at a pH of 3, dissolved. In a separating funnel, this solution is added to 100 ml of a benzene solution which contains 4.6 g of hexafluoroacetylacetate and 5 ml of THF 3 °. After shaking the liquids and separating the lower aqueous phase, the resulting benzene solution is dried over anhydrous sodium sulfate and evaporated to give 3.0 g of a yellow solid, melting point 90 ° C. 35

Beispiel 3 Example 3

Herstellung von U02(hfacac) • L nach Verfahren C Uranylhexafluoracetylacetonat wird hergestellt, indem man Uranylchlorid (3,4 g 10 mMol) in Benzol (50 ml) mit Hexa- 40 fluoracetylaceton (8,3 g, 40 mMol) unter Rückfluss erwärmt. Das Produkt ist in Benzol löslich und kann leicht daraus umkristallisiert werden. Wenn es in THF aufgelöst wird und zur Trocknung eingedampft wird, bleibt ein gelber Feststoff zurück, Schmelzpunkt 85 bis 87° C. 45 Preparation of U02 (hfacac) • L by Method C Uranylhexafluoroacetylacetonate is prepared by refluxing uranyl chloride (3.4 g 10 mmol) in benzene (50 ml) with hexa- 40 fluoroacetylacetone (8.3 g, 40 mmol). The product is soluble in benzene and can easily be recrystallized from it. When dissolved in THF and evaporated to dryness, a yellow solid remains, melting point 85 to 87 ° C. 45

Alle oben erhaltenen rohen Produkte sind im wesentlichen identisch. Damit die Zusammensetzungen in der beabsichtigten Weise verwendet werden können, könnten sie mit einer oder zwei allgemeinen Verfahren gereinigt werden, entweder durch Vakuum-Sublimation bei etwa 0,1 Torr (bei Temperatu- 50 ren von 50 bis 70 °C) oder durch Umkristallisieren aus Benzol oder Kohlenwasserstoffen, wie Hexan. In beiden Fällen erhält man die nette gelbe Kristalle, Schmelzpunkt 92 bis 92,5° C. All of the crude products obtained above are essentially identical. In order for the compositions to be used as intended, they could be purified by one or two general methods, either by vacuum sublimation at about 0.1 torr (at temperatures from 50 to 70 ° C) or by recrystallization Benzene or hydrocarbons such as hexane. In both cases the nice yellow crystals are obtained, melting point 92 to 92.5 ° C.

Mit einem Massenspektrum erhält man ein Molekulargewicht von 756 und mit Kryoskopie in Benzol eines von 752. With a mass spectrum a molecular weight of 756 is obtained and with cryoscopy in benzene one of 752.

Bei wiederholten Sublimationen bleibt die Zusammensetzung der Verbindung konstant. Dies bedeutet, dass der neutrale Ligand während und nach dem Verdampfen an die U02+2-Gruppe gebunden bleibt (nicht wie andere ß-Diketo-nate von U02+2, wie von Castellato beschrieben, vergleiche oben). With repeated sublimations, the composition of the compound remains constant. This means that the neutral ligand remains bound to the U02 + 2 group during and after evaporation (not like other ß-diketo-nates of U02 + 2, as described by Castellato, see above).

Die oben beschriebenen Zusammensetzungen werden durch Massenspektrometrie, Infrarot- und Ultraviolett-Spek-troskopie und NMR-Spektroskopie charakterisiert (zusätzlich zu den Elementaranalysen). Die Schmelzpunkte und Sublimationstemperaturen sowie die asymmetrischen Streckschwingungen im Infrarot sind in Tabelle I zusammengefasst. The compositions described above are characterized by mass spectrometry, infrared and ultraviolet spectroscopy and NMR spectroscopy (in addition to elemental analysis). The melting points and sublimation temperatures as well as the asymmetrical stretching vibrations in the infrared are summarized in Table I.

Tabelle I Table I

Zusammenfassung der Komplexe U02(hfacac)2 -L Summary of complexes U02 (hfacac) 2 -L

L L

Schmelzpunkt Melting point

Sublima Sublima

U02+2-Infrarot- U02 + 2 infrared

(°C) (° C)

tions- tion

Absorption absorption

temperatur* temperature*

(cm-1, (cm-1,

Benzollösung Benzene solution

THF THF

92- 92,8 92-92.8

70°C 70 ° C

950 950

CH3OH CH3OH

117-120 117-120

50°C 50 ° C

947 947

C2HsOH C2HsOH

110-115 110-115

40°C 40 ° C

947 947

i-C3H7OH i-C3H7OH

128-129 128-129

45°C 45 ° C

948 948

Ì-C4H9OH Ì-C4H9OH

51- 55 51-55

80°C 80 ° C

948 948

t-C4H9OH t-C4H9OH

105-177 105-177

60°C 60 ° C

948 948

CH3COCH3 CH3COCH3

89- 92 89-92

55°C 55 ° C

948 948

Äthylacetat Ethyl acetate

58- 63 58- 63

100°C 100 ° C

948 948

* Alle hatten Dampfdrucke von mindestens 0,1 Torr bei 100°C. * All had vapor pressures of at least 0.1 torr at 100 ° C.

Es soll bemerkt werden, dass die Einstellung der Wellenlängen für das Arbeiten mit dem C02-Laser in einem gewissen Ausmass durch Variation der Verteilung der Sauerstoffisotope im C02 bewirkt werden kann. Somit ist es nicht absolut verboten, Kombinationen von hfacac und L zu verwenden, welche die Strahlung im Bereich von 810 bis 1116 cm-1 absorbieren; es ist lediglich notwendig, dass eine Absorption von hfacac und L im Arbeitsbereich des Lasers vermieden wird. It should be noted that the adjustment of the wavelengths for working with the C02 laser can be effected to a certain extent by varying the distribution of the oxygen isotopes in the C02. Thus, it is not absolutely forbidden to use combinations of hfacac and L that absorb radiation in the range of 810 to 1116 cm-1; it is only necessary to avoid absorption of hfacac and L in the working area of the laser.

Die neue Verbindung wird durch die folgende Formel ausgedrückt: The new compound is expressed by the following formula:

UO^CCF^-C-C-C-CF^) .Tetrahydrofuran^ UO ^ CCF ^ -C-C-C-CF ^). Tetrahydrofuran ^

2- 2-

0 H 0 0 H 0

Infolge der Kombination ihrer Stabilität bei den Bedingungen, unter welchen das erfindungsgemässe Verfahren ausgeführt wird, mit ihrer hohen Flüchtigkeit, stellt sie die am meisten bevorzugte Verbindung für die Verwendung im erfindungsgemässen Verfahren dar. Die Flüchtigkeit dieser Verbindung ist genügend hoch, um die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens bei untergesättigten Bedingungen zu ermöglichen. Das bedeutet, dass der Partialdruck der gasförmigen, bestrahlten Moleküle kleiner als der Sättigungsdampfdruck sein kann. Anders als das Erfordernis, dass die Bestrahlung im bevorzugten Bereich von 810 bis 1095 cm-1 ausgeführt und die bestrahlte flüchtige isotope Verbindung die Uranyl-65 gruppe umfasst, kann das erfindungsgemässe Verfahren ausgeführt werden, indem bereits bekannte Verfahren zur Isotopentrennung verwendet werden. Siehe z. B. das oben erwähnte US-Patent Nr. 3 937 956. Wird jedoch das erfindungsgemässe As a result of the combination of its stability under the conditions under which the process according to the invention is carried out with its high volatility, it is the most preferred compound for use in the process according to the invention. The volatility of this compound is sufficiently high to carry out the process according to the invention To enable the process under unsaturated conditions. This means that the partial pressure of the gaseous, irradiated molecules can be lower than the saturation vapor pressure. In contrast to the requirement that the irradiation be carried out in the preferred range from 810 to 1095 cm-1 and that the irradiated volatile isotopic compound comprises the uranyl-65 group, the method according to the invention can be carried out using already known methods for isotope separation. See e.g. See, for example, the aforementioned U.S. Patent No. 3,937,956. However, if the invention

7 7

618103 618103

Verfahren mittels Bestrahlung, z. B. mit sichtbarem und/oder UV-Licht ausgeführt, wobei dies wie oben beschrieben in Kombination mit einer Bestrahlung in einem Bereich von 810 bis 1116 cm-1 erfolgt, werden die Wellenlänge, Bandbreite von jeder Strahlung, Pulsweite, Energie in jeder Einstrahlungs-Wellenlänge, Zeit zwischen den Pulsen, das zeitliche Charakteristikum von jeder Wellenlänge der Strahlung werden eingestellt, um die Isotopen-Anreicherung und/oder Ausbeute und/oder Trennungsarbeit pro aufgewendete Energie zu optimieren. Method using radiation, e.g. B. carried out with visible and / or UV light, this as described above in combination with radiation in a range from 810 to 1116 cm-1, the wavelength, bandwidth of each radiation, pulse width, energy in each irradiation Wavelength, time between pulses, the temporal characteristic of each wavelength of radiation are set in order to optimize the isotope enrichment and / or yield and / or separation work per energy used.

Da das erfindungsgemässe Verfahren durch Einstrahlung im Bereich von 810 bis 1116 cm-1 ausgeführt wird, müssen die Wellenlänge, Bandbreite, Energie, Pulsweite, Pulszeitcharakter eingestellt werden, um eine maximale Ausbeute bei einer optimalen Isotopentrennung zu erreichen. Dies kann die Verwendung eines zweiten Infrarot-Lasers erfordern, wobei man bei Null-Resonanz der Grundschwingung, der Zustands-Ab-sorptionsbande oder der thermisch besetzten heissen Banden oder bei einer Kombination davon arbeitet. Die Charakteristika dieses C02-Lasers müssen ähnlich wie oben eingestellt werden, um optimale Parameter zu erhalten. Since the method according to the invention is carried out by irradiation in the range from 810 to 1116 cm-1, the wavelength, bandwidth, energy, pulse width, pulse-time character must be set in order to achieve a maximum yield with optimal isotope separation. This may require the use of a second infrared laser, operating with zero resonance of the fundamental, the state absorption band or the thermally occupied hot band, or a combination thereof. The characteristics of this C02 laser must be set similarly as above to get optimal parameters.

Beispiel 4 Example 4

Der Tetrahydrofurankomplex von Uranylhexafluoracetylacetonat wird verdampft, um einen Druck grösser als 0,1 Torr bei einer Temperatur von weniger als etwa 130° C zu ergeben. Der Dampf wird mit einem über einen Übergang von 10,6 /im bei einer Leistungsstärke grösser als 104 Watt (W)/cm2, aber weniger als 106W/cm2 mit einer Impulsbreite von 10"H und 10~6 sec abstimmbaren C02-Laser bestrahlt; während der gleichen Pulsweite wird die genannte Probe ebenfalls mit einem C02-Laser bestrahlt, der beim 9,6-jMm-Übergang mit einer maximalen Leistungsstärke grösser als 106 W/cm2, aber kleiner als 109 W/cm2 gehandhabt wird. Als ein Resultat der genannten Bestrahlung wird die Probe in einer isotopenselektiven Weise in neue Teilchen umgewandelt, welche weniger flüchtig und/oder weniger stabil ist. Die genannten neuen Teilchen werden gewonnen und von den nichtumgewandelten Molekülen nach bereits bekannten Verfahren abgetrennt. Die Wellenlänge, Pulsweite, Pulsüberlappung, Energie und Arbeitstemperatur werden wechselseitig eingestellt, um die Anreicherung oder Ausbeute zu optimieren. The tetrahydrofuran complex of uranyl hexafluoroacetylacetonate is evaporated to give a pressure greater than 0.1 torr at a temperature less than about 130 ° C. The steam is irradiated with a C02 laser that can be tuned via a transition of 10.6 / im at a power greater than 104 watts (W) / cm2 but less than 106W / cm2 with a pulse width of 10 "H and 10 ~ 6 sec During the same pulse width, the sample mentioned is also irradiated with a C02 laser, which is handled at the 9.6-jMm transition with a maximum power greater than 106 W / cm2 but less than 109 W / cm2. As a result the radiation is used to convert the sample into new particles in an isotope-selective manner, which is less volatile and / or less stable, and the new particles are obtained and separated from the unconverted molecules by known methods: the wavelength, pulse width, pulse overlap, energy and working temperature are mutually adjusted to optimize enrichment or yield.

In einer weiteren Ausführung kann Strahlung von 5300 Â + 300 Â anstelle der mittels des oben beschriebenen 9,6-j«m-C02-Lasers erzeugten Strahlung verwendet werden. In another embodiment, radiation of 5300 Â + 300 Â can be used instead of the radiation generated by means of the 9.6-j «m-C02 laser described above.

In einer weiteren zusätzlichen Ausführung wurde Strahlung von 3700 ±300 Â statt der mit dem oben beschriebenen 9,6-^m-C02-Laser erzeugten Strahlung eingesetzt. In a further additional embodiment, radiation of 3700 ± 300 Â was used instead of the radiation generated with the 9.6- ^ m-C02 laser described above.

Beispiel 5 Example 5

In bezug auf Fig. 3 werden die Sauerstoff-Isotope von U02(hfacac)2 - THF (siehe Fig. 1) in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemässen Verfahren getrennt. Die Uranylverbindung wurde in einen geheizten, aus rostfreiem Stahl konstruierten Ofen 1 gebracht und durch Heizmittel 2 erwärmt. Der Ofen hatte eine Austrittsöffnung 3 mit einem Durchmesser von etwa 1,27 x IQ"2 cm; er wurde auf etwa 120° C erwärmt. Die Uranylverbindung schmolz somit und das geschmolzene Material hatte einen Dampfdruck von einigen Torr bei dieser Temperatur; ein Strahl 18 wurde somit bei der Austrittsöffnung 3 hergestellt. Ein geschätzter Strahlenfluss von etwa IO20 Moleküle/sec • cm2 wurde bei der Ofenaustrittsöffnung 3 erzeugt, und der molekulare Strahl selber wurde bei einem Druck von 1 x 10r? Torr in einer Apparatur gehalten. Der molekulare Strahl 8 wurde durch den mit flüssigem Stickstoff gekühlten Kollimator 4 klar definiert, welcher das Durchgehen von lediglich jenen aus der Öffnung 3 austretenden Molekülen mit einer vorbestimmten Ausdehnung der Geschwindigkeitsvektoren erlaubt. Der Strahl 8 wurde etwa 2 cm vor der Ofenaustrittsöffnung 3 ausserhalb des mit flüssigem Stickstoff gekühlten Kollimators 4 mit einem gepulsten C02-TEA-Laser, wie durch Strahl 5 in Fig. 3 gezeigt, geschnitten (crossed). Der Strahl 5 ging durch ein Paar BaF2-Fenster 6, welches zum Koppeln der 10,6-/.im-Strahlung in das System verwendet wird, welches im wesentlichen unter Vakuum gehalten wird, wie oben diskutiert. Der Laser hatte eine Impulsform, so dass etwa 70% der totalen Impulsenergie in einem Anfangsimpuls von 70 Nanosekunden (FWHM) mit etwa 30% der Impulsenergie in einem weiten Ausläufer von 500 Nanosekunden enthalten war. Der Durchmesser des Laserstrahls 5 bei seinem Schnittpunkt mit dem Strahl war etwa 1 cm. Die Bestrahlung durch einen in Resonanz befindlichen C02-Laserübergang bewirkte, dass eine unimolekulare Zersetzung eintrat, wodurch die Fragmente davon hergestellt wurden. Dieses Dissoziationsverfahren verleiht den Fragmenten genügend zufällige Translationsenergie, um eine riesige Mehrzahl aus dem Strahl herauszubewegen. Der Strahl selber ging weiter zu einem Kollektor 7 des Restes des Strahls, bekannt als die Ausläufer, nachdem er durch die mit flüssigem Stickstoff gekühlte Öffnung 9 zwecks Sammlung der dissoziierten Fragmente gegangen war, welche etwa 50 cm unterhalb der Ofenaustrittsöffnung 3 lokalisiert waren und welche einen Winkel von 10^ Einheitsflächenwinkel (steradians) einschalteten. Der Kollektor 7 war ebenfalls stickstoffgekühlt. Um die Konzentration der U0216(hfa-cac)2 • THF-Spezies in den Ausläufern um etwa 90%/Im-puls/Durchgang herabzusetzen, wurde der C02-Laser auf den P(6)-Übergang der 10,6-/im-Laserbande abgestimmt und der molekulare Strahl wurde bei 140 mJ/Impuls bestrahlt. Um die Konzentration der U0lä0w(hfacac)2 - THF-Spezies in Ausläufern um etwa 90%/ImpuIs/Durchgang zu reduzieren, wurde der C02-Laser auf den P(26)-Übergang der 10,6-^m-Bande abgestimmt und bei 140 mJ/Impuls bestrahlt. Diese Ausläufer wurden im Ausläuferkollektor 7 gesammelt, welcher Kühlfallen enthielt, und sie konnten dann für die weitere Verwendung überführt werden. Die Kopfstücke können ebenfalls durch einen Kopfkollektor 11 gesammelt werden, welcher dazu einen mit Stickstoff gekühlten zylindrischen Kollektor enthält. 3, the oxygen isotopes of U02 (hfacac) 2 -THF (see FIG. 1) are separated in accordance with the method of the present invention. The uranyl compound was placed in a heated furnace 1 constructed of stainless steel and heated by heating means 2. The furnace had an outlet opening 3 with a diameter of approximately 1.27 x IQ "2 cm; it was heated to approximately 120 ° C. The uranyl compound thus melted and the molten material had a vapor pressure of a few torr at this temperature; a jet 18 was thus produced at the outlet opening 3. An estimated radiation flow of approximately IO20 molecules / sec • cm2 was generated at the furnace outlet opening 3, and the molecular beam itself was held in an apparatus at a pressure of 1 x 10r? Torr. The molecular beam 8 was clearly defined by the collimator 4 cooled with liquid nitrogen, which allows only those molecules emerging from the opening 3 with a predetermined extent of the velocity vectors to pass through. The beam 8 became approximately 2 cm in front of the furnace exit opening 3 outside the collimator cooled with liquid nitrogen 4 cut with a pulsed C02-TEA laser as shown by beam 5 in Fig. 3 (cros sed). Beam 5 passed through a pair of BaF2 windows 6, which is used to couple the 10.6 - /. Im radiation into the system, which is kept substantially under vacuum, as discussed above. The laser had a pulse shape, so that about 70% of the total pulse energy was contained in an initial pulse of 70 nanoseconds (FWHM) with about 30% of the pulse energy in a wide extension of 500 nanoseconds. The diameter of the laser beam 5 at its intersection with the beam was about 1 cm. Irradiation through a resonant C02 laser junction caused unimolecular decomposition to occur, thereby producing the fragments thereof. This dissociation process gives the fragments enough random translation energy to move a huge majority out of the beam. The jet itself went on to a collector 7 of the rest of the jet, known as the tails, after passing through the liquid nitrogen-cooled opening 9 to collect the dissociated fragments which were located about 50 cm below the furnace exit opening 3 and which were one Angle of 10 ^ unit surface angle (steradians) switched on. The collector 7 was also nitrogen-cooled. In order to reduce the concentration of the U0216 (hfa-cac) 2 • THF species in the foothills by approximately 90% / pulse / pass, the C02 laser was switched to the 10.6- / im on the P (6) transition -Laser band tuned and the molecular beam was irradiated at 140 mJ / pulse. In order to reduce the concentration of the U0lä0w (hfacac) 2 - THF species in branches by about 90% / ImpuIs / pass, the C02 laser was tuned to the P (26) transition of the 10.6- ^ m band and irradiated at 140 mJ / pulse. These runners were collected in the runners collector 7, which contained cold traps, and could then be transferred for further use. The head pieces can also be collected by a head collector 11, which for this purpose contains a nitrogen-cooled cylindrical collector.

Um die zeitintegrierte Verarmung in jedem dieser Fälle zu erhöhen, könnte die Zahl der Durchgänge des Laserstrahls durch den molekularen Strahl hindurch erhöht werden, beispielsweise mit winkelförmigen reflektierenden Wänden. Die wirksamste Photonausnützung wird stattfinden, wenn man dafür sorgt, dass die vorgängig ausgesetzten Anteile des molekularen Strahls der Strahlung in einem solchen Falle nicht wieder ausgesetzt werden. Die Impulswiederholungsgeschwindigkeit kann so eingestellt werden, dass wenn das Mehrfachdurch-gangs-Wechselwirkungsvolumen durch den Strahl wieder gefüllt wird, es wieder in seiner Vollständigkeit der Laserstrahlung ausgesetzt wird. Die Bestrahlung kann so viele Male wiederholt werden, wie dies gewünscht ist. Alternativ kann ein CW-Laser verwendet werden. In einem solchen Falle kann die Intensität in Übereinstimmung mit der Durchgangszeit der Moleküle durch die Laserstrahlbreite eingestellt werden. Diese Kontaktzeit ist in vielen Arten analog zur Laserimpulsbreite in der gepulsten Weise (Mode). In order to increase the time-integrated depletion in each of these cases, the number of passes of the laser beam through the molecular beam could be increased, for example with angled reflecting walls. The most effective use of photons will take place if it is ensured that the previously exposed portions of the molecular beam are not exposed to the radiation again in such a case. The pulse repetition rate can be set so that when the multi-pass interaction volume is refilled by the beam, it is again exposed in its completeness to the laser radiation. The radiation can be repeated as many times as desired. Alternatively, a CW laser can be used. In such a case, the intensity can be adjusted in accordance with the transit time of the molecules through the laser beam width. In many ways, this contact time is analogous to the laser pulse width in the pulsed manner (mode).

Beispiel 6 Example 6

Um die Uran-Isotope zu trennen (siehe Fig. 2), wurde ein Beispiel, welches dem in Beispiel 4 beschriebenen ähnlich ist, wiederum unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 3 ausgeführt. Um in diesem Falle die Konzentration von U23802(hfacac)2 • THF in den Ausläufern zu reduzieren und eine Anreicherung an U23S in den Ausläufern (a = 1,22)* To separate the uranium isotopes (see Figure 2), an example similar to that described in Example 4 was again performed using the device of Figure 3. In this case, to reduce the concentration of U23802 (hfacac) 2 • THF in the foothills and an enrichment of U23S in the foothills (a = 1.22) *

U23S/U238 nach der Bestrahlung wa = — U23S / U238 after irradiation wa = -

U23S/U238 vor der Bestrahlung U23S / U238 before irradiation

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

618 103 618 103

8 8th

zu erzielen, wurde der 10,6-/tm-C02-Laser auf den P(10)-Übergang bei einer Laserenergie von 120 mJ/cm2 mit einer Impulsbreite von 400 Nanosekunden (FWHM) unter Verwendung einer angereicherten Probe, d. h. U238/U235 = To achieve the 10.6 / tm-C02 laser was on the P (10) transition at a laser energy of 120 mJ / cm2 with a pulse width of 400 nanoseconds (FWHM) using an enriched sample, i. H. U238 / U235 =

betrieben, und es wurde eine etwa 60%ige Verarmung an der Probe erreicht. operated, and an approximately 60% depletion of the sample was achieved.

Um den Vorgang umzukehren und somit die Konzentration an U23S-Spezies im Ausläufer herabzusetzen und eine Anreicherung von 1,12 der U238-Spezies in den Ausläufern zu er- io zielen, wurde eine Strahlung von 87 m/J/cm2 des P(4)-Uber~ gangs der I0,6-Mm-C02-Laserbande verwendet, und es wurde eine etwa 50%ige Erschöpfung beobachtet. In order to reverse the process and thus reduce the concentration of U23S species in the foothills and achieve an accumulation of 1.12 of the U238 species in the foothills, a radiation of 87 m / J / cm2 of the P (4) Transition of the I0.6-Mm-C02 laser band was used and approximately 50% exhaustion was observed.

Es war interessant zu bemerken, dass wenn der Energie-fluss des C02-Lasers auf den P(4)-Übergang von 87 mJ/cm2 is auf 150 mJ/cm2 erhöht wurde, wie oben beschrieben, keine solche Anreicherung beobachtet wurde (es wurde eine etwa 69 %ige Verarmung beobachtet). Ein erwartetes Kennzeichen der homogenartigen liniengeformten Absorbern, welche überlappende Isotopenabsorptionen haben (siehe Fig. 2), ist, dass es eher leicht ist, das System zu übertreiben (Overdrive) und damit Isotopenselektivität zu verlieren. Diese selbstverständlichen Folgerungen davon sind, dass jedes Molekül einer jeden Isotopenkomponente das Kennzeichen hat, welches durch die Linienform gezeigt wird. Die Linienform ist somit nicht eine statistische Darstellung wie in vielen Fällen, sondern eine tatsächliche Darstellung der Absorptionskennzeichen eines jeden Moleküls. Somit kann die Emissionslinie des Lasers entweder eng oder so breit sein, wie dies für C02-Laservorrichtungen praktisch ist, während sie nicht breiter als die Hälfte der Breite bei der Hälfte des Maximums der Absorptionsbande ist. Somit kann man in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Verfahren und im Gegensatz zu früheren Verfahren eine Vielzahl von Lasern mit eingestellten Frequenzen und breiten Weiten verwenden, um ein hochwirksames Isotopentrennungsverfahren zu erzeugen. It was interesting to note that when the energy flow of the C02 laser to the P (4) transition was increased from 87 mJ / cm2 to 150 mJ / cm2 as described above, no such enrichment was observed (it was an approximately 69% depletion was observed). An expected characteristic of the homogeneous line-shaped absorbers which have overlapping isotope absorptions (see FIG. 2) is that it is rather easy to overdrive the system and thus to lose isotope selectivity. These obvious conclusions are that every molecule of every isotope component has the characteristic that is shown by the line shape. The line shape is therefore not a statistical representation as in many cases, but an actual representation of the absorption characteristics of each molecule. Thus, the laser emission line can be either narrow or as wide as is practical for CO 2 laser devices while being no wider than half the width at half the maximum of the absorption band. Thus, in accordance with the present method and unlike previous methods, a variety of lasers with set frequencies and wide ranges can be used to produce a highly efficient isotope separation method.

s s

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

618 103

1. A process for the separation of uranium isotopes, characterized in that a uranyl compound of the formula

UO220 / ^ F3C "CO" CH ~ COCF3) 2 "

wherein L is a monodentate ligand evaporates, said uranyl compound being vaporizable without decomposition to form a vapor pressure of at least 0.1 torr, that said uranyl compound in the vapor phase for selective excitation with a CO 2 laser at a wave number of 810 to Irradiated 1116 cm-1 and separated the excited molecules from the non-excited molecules.

2. The method according to claim 1, characterized in that the separation of the excited molecules is achieved by irradiating said volatile uranyl compound under conditions in which the excited molecules dissociate.

2nd

PATENT CLAIMS

3. The method according to claim 1, characterized in that the uranyl compound is in the gas phase at a temperature of less than 200 ° C.

4. The method according to claim 1, characterized in that said CO 2 laser generates a first infrared radiation and that the method for separating the excited molecules is carried out by their irradiation with a second infrared radiation in order to convert the excited molecules into a separable product.

5. The method according to claim 1, characterized in that the ligand (L) is selected from the group of isopropanol, ethanol, isobutanol, tert-butanol, methanol, tetrahydrofuran, acetone, dimethylformamide, n-propanol and ethyl acetate.