DE1767487B2 - Verfahren zur Rückgewinnung von radioaktiven Isotopen aus einem Glasstrom - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rückgewinnung von radioaktiven gasförmigen Leitisotopen aus einem Gasstrom unter Verwendung einer Reaktionsäule, die eine Anzahl von Kammern mit sanft gewölbten Wandungen aufweist, die jeweils über einen verengten Halsteil mit ebenfalls sanft gewölbten Wandungen verbunden sind und bei der die Kammern und Halsteile weich ineinander übergehen.

Aus der CH-PS 3 22 971 ist eine Vorrichtung zur Erzielung eines Stoffaustausches zwischen gasförmigen und flüssigen Stoffen bekannt, die eine Reaktionssäule umfaßt, bei welcher eine Anzahl von Kammern mit sanft gewölbten Wandungen vorgesehen sind, die in einem weichen Konturübergang ineinander übergehen. Die einzelnen Reaktionskammern sind aber von unterschiedlicher und erheblich unregelmäßiger Größe und Form. Es folgen jeweils abwechselnd aufeinander runde und ovale Kammern, wobei die langen Achsen der ovalen Kammern aufeinanderfolgend gegeneinander um 90° versetzt angeordnet sind. Eine solche Reaktionssäule läßt sich bestimmungsgemäß bei der Destillation, Absorption oder bei chemischen Austauschreaktionen verwenden, wobei die einzelnen Stoffe die Reaktionssäule im Gegenfluß passieren. Als Beispiel ist in dieser CH-PS die Trennung von 14N-Ammoniak und 15N-Ammoniak angegeben. Diese Ammoniak-Isotope sind nicht radioaktiv. Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist, daß diese für die Trennung und Wiedergewinnung von radioaktiven Isotopen nicht verwendet werden kann; außerdem ist nicht angegeben, wie hierzu vorzugehen wäre.

Bekannt ist weiterhin aus dem Buch von Vogel »Practical Organic Chemistry«, 3. Ausgabe auf S. 48, die Ausbildung von Rückflußkondensatoren mit doppelter Oberfläche, wobei ein in F i g. 1 Id dargestellter doppelflächiger Kondensator ein mittleres Rohr umfaßt, welches aus einer Anzahl von Kammern mit sanft gewölbten Wandungen besteht, die jeweils über einen verengten Halsteil mit ebenfalls sanft gewölbten Wandungen verbunden sind und bei der die Kammern und Halsteile weich ineinander übergehen. Solche Kondensatoren eigenen sich zur Verflüssigung von gekühlten Dämpfen, wobei wegen der hermetischen Trennung der beiden Rohrsysteme eine Anwendung bei

ίο der Rückgewinnung von radioaktiven gasförmigen Leitisotopen nicht möglich ist; auch enthält diese Veröffentlichung keine Hinweise in dieser Richtung.

Schließlich läßt sich in einem Referat von P. H a a c k in »Chemische Fabrik«, 5. Jahrgang 1932, S. 217, eine

is Reaktionsäule als bekannt entnehmen, die der Waschung größerer Gasmengen mit kleinen Mengen einer Absorptionsflüssigkeit dient Bei dieser Reaktionsäule sind kugelförmige einzelne Kammern vorgesehen, die schlagartig und abrupt in untereinander gleich große, verengte Halsteile übergehen. Durch die nahezu senkrecht zu der eigentlichen Strömungsrichtung der Reaktionsäule verlaufenden Übergangsbereiche gelingt eine gleichmäßige Verteilung der Stoffe in einer solchen Säule nicht.

Eine ähnliche Ausbildung von Reaktionsäulen, die zur Absorption von Gasen in Flüssigkeiten bestimmt sind, läßt sich der DE-PS 7 25 121 entnehmen. Die bekannte Vorrichtung umfaßt ein inneres gekühltes Kernrohr, welches gewellt ist und so von einem ebenfalls gewellten Mantelrohr umgeben ist, daß jeweils dem Wellenberg des einen Rohres ein Wellental des anderen Rohres gegenübersteht Die Übergänge zwischen den einzelnen, auf der Welligkeit beruhenden, von Verbreiterungen gebildeten Kammern in jeweils verengte Halsteile erfolgt auch hier abrupt ohne sanfte Wölbung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Rückgewinnung von radioaktiven gasförmigen Leitisotopen aus einem Gasstrom zu schaffen, wobei mit Hilfe der eingangs beschriebenen

Reaktionssäule der erreichte Rückgewinnungseffekt so

groß ist, daß kein radioaktiver Rückstand verbleibt und über 99% des Leitisotops wiedergewonnen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Erzielung einer innigen Reaktion zwischen dem Gas und der Flüssigkeit und in der Möglichkeit, das

so Reaktionsprodukt praktisch rückstandsfrei aus der Säule in ein Sammelgefäß auszutreiben.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnung, die eine Schnittdarstellung einer Reaktionssäule mit den zugeordneten Einrichtungen schematisch zeigt, beschrieben. Dabei sollen die radioaktiven Leitisotope durch Reaktion mit einer das Leitisotop bindenden Flüssigkeit, im folgenden kurz Bindestoff genannt, erfaßt werden, der während des Gasdurchflusses durch die Säule eingebracht wird. Die Reaktionssäu- Ie 74 ist auch mit einer Einrichtung (Ventil) 70 zur Richtungsumkehr des Gasflusses durch die Säule verbunden, um den Bindestoff und das Reaktionsprodukt aus der Säule zu entfernen. Auch ist eine Meßprobenphiole 72 mit der Reaktionssäule 74 verbunden und dient zur Aufnahme des Bindestoffes und des Reaktionsproduktes aus der Säule in Abhängigkeit von der Umkehr des Gasflusses. Zu diesem Zweck werden in der dargestellten Zeichnung die Gase durch

das Ventil 70 hindurchgeleitet, das bei seiner aus der Zeichnung ersichtlichen Stellung die Gase durch ein Verbindungsstück 71 hindurch in eine Probenphiole 72 leitet Aus der Probenphiole 72 gelangen die Gase zum unteren Ende eines nach unten gerichteten Stutzens 73 der Reaktionssäule 74, die eine Reihe von Reaktionskammern 74a mit gewölbten Wandungen aufweist, die miteinander über sanft geschwungene verengte Halsteile 74b verbunden sind, wobei die Verbindungswände zwischen den Kammern 74a und den anschließenden verengten Haisteilen 74b weich ineinander übergehen und insgesamt eine weiche Kurvenlinie ergeben.

Beim Rückgewinnen des radioaktiven Leitisotops durch Reaktion mit dem Bindestoff wird ein Ventil 75 um 90° gedreht, wodurch eine vorgegebene Menge des Bindestoffes in einen Einlaßstutzen 76 im Mittelteil der Reaktionssäule 74 eingegeben wird, sofort nachdem die Sauerstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum für eine Materialprobe eingeschaltet worden ist Es fließt also schon das Gas durch die Reaktionssäule 74 nach oben, wenn der Bindestoff zum erstenmal in die Säule eintritt. Bei der besonderen Formgebung der Reaktionssäule in der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung hat sich herausgestellt, daß der Bindestoff auf die verschiedenen Reaktionskammern 74a der Säule gleichmäßig verteilt wird und eine solche Verteilung aufrechterhalten bleibt, solange Gas kontinuierlich durch die Säule 74 nach oben fließt Das heißt also, daß der nach oben gerichtete Gasfluß durch die Reaktionssäule eine gleichmäßige Verteilung des flüssigen Bindestoffes über die Wände der ballonförmigen verbreiterten Reaktionskammern 74a bewirkt und dabei ein Ausfließen des flüssigen Bindestoffes durch den verlängerten und nach unten abstehenden Stutzen 73 am unteren Ende der Reaktionssäule hindurch verhindert, so daß kein flüssiger Bindestoff in die Phiole 72 gelangt.

Um die vorgewählte Menge von Bindestoff in die Reaktionssäule einzuführen, wird die Flüssigkeit über eine nicht dargestellte Dosiervorrichtung geliefert, die einen beweglichen Kolben mit einer einstellbaren Haltestellung enthält Dadurch wird dieser Kolben bei jedem Zuführungsschritt an der gleichen Stelle angehalten, so daß immer die gleiche Menge von flüssigem Bindestoff geliefert wird. Zwar kann ein handbetätigter Kolben verwendet werden, doch kann dies auch automatisch in Abhängigkeit von der Verstellung des Ventils 75 erfolgen. Nachdem die abgemessene Menge von Bindestoff in die Reaktionssäule geliefert worden ist, wird das Ventil 75 in seine Normallage zurückgedreht und die Dosiervorrichtung wird automatisch mit neuem flüssigem Bindestoff aus der Vorratsflasche 78 aufgefüllt. Die Flüssigkeit wird aus der Vorratsflasche 78 mit Hilfe von Stickstoff in die Dosiervorrichtung gefördert, der in den oberen Raum der Flasche 73 eingedrückt wird.

Die Gase, die das radioaktive Leitisotop, z. B. ¹⁴CO^ enthalten, werden durch die Reaktionssäule nach oben geleitet, und es reagiert die radioaktive Komponente mit dem Bindestoff, z. B. Äthanolamin und bildet ein Reaktionsprodukt, das innerhalb der Reaktionskammern 74a zusammen mit dem flüssigen Bindestoff gehalten wird. Die Menge des Reaktionsproduktes, das in den verschiedenen Reaktionskammern 74a gehalten wird, ändert sich über die Länge der Reaktionssäule. Es hat sich aber herausgestellt, daß die in der besonders geformten Reaktionssäule bewirkte Reaktion über 99% des Leitisotops erfaßt. Die Gase, die keine Reaktion eineeeaneen sind, werden am oberen Ende der Reaktionssäule durch ein Verbindungsglied 79 und durch ein Ventil 80 hindurch in die Atmosphäre abgeleitet

Um die Reaktionstemperatur innerhalb der Säule 74 zu steuern, wird durch einen die Säule 74 umgebenden Ringraum eine wärmeübertragende Flüssigkeit hindurchgeleitet In diesem Zusammenhang hat sich herausgestellt, daß diese Reaktionssäule eine wirkungsvolle Wärmeübertragung mit einem hohen Wirkungsgrad gewährleistet Es darf angenommen werden, daß das Zusammenwirken des aufwärts strömenden Gases mit der innerhalb der verbreiterten Reaktionskammern 74a gehaltenen Flüssigkeit die gesamte Flüssigkeit in innigen Kontakt mit den Säulenwänden bringt und dadurch einen wirkungsvollen Wärmeübergang zwischen der Flüssigkeit und den Säulenwänden bewirkt.

Nach Beendigung der Verbrennung der Materialprobe wird eine Stickstoffgasspülung während einer geeigneten Reinigungszeitspanne fortgeführt, beispielsweise 30 Sekunden lang. Dann wird das Ventil 70 um 90° gedreht, so daß das reinigende Stickstoffgas in das obere Ende der Reaktionssäule 74 geleitet wird und dadurch eine Umkehr der Richtung des Gasflusses durch die Säule bewirkt Wenn der Gasfluß durch die Reaktionssäule 74 hindurch nach unten erfolgt, wird mit ihm die in der Säule enthaltene Flüssigkeit einschließlich des Reaktionsproduktes, das bei der Reaktion des Bindestoffes mit der das Leitisotop enthaltenden Gaskomponente entstanden ist, in die Meßprobenphiole 72 befördert Die Gase treten aus der Phiole 72 nach oben durch das Verbindungsstück 71 hindurch und über den Durchlaß 70a des Ventils 70 ins Freie.

Das Ventil 70 wird dann in seine Ursprungsstellung zurückgedreht, so daß wieder der Gasfluß durch die Reaktionssäule 74 nach oben erfolgt Das Verbindungsglied 79 am oberen Ende der Reaktionssäule 74 kann anschließend mit einem Paar von mit 81 und 82 bezeichneten Flüssigkeitsversorgungssystemen verbunden werden.

Das erste Versorgungssystem 81 liefert über ein Ventil 84 eine Flüssigkeit, die zum Lösen des Reaktionsproduktes dient, das durch die Reaktion der Isotopenkomponente mit dem Bindestoff gebildet worden ist Das Lösungsmittel fließt nach unten in die Reaktionssäule 74 und wird darin in der gleichen Weise verteilt, wie bereits im Zusammenhang mit der Zuführung des flüssigen Bindestoffes durch den Einlaßstutzen 76 hindurch erläutert worden ist. Es hat sich gezeigt, daß die Kombination des nach oben gerichteten Gasflusses und die Eingabe des Lösungsmittels an der Spitze der Säule an den Innenwänden der Reaktionssäule zu einer Scheuerwirkung führt, so daß das restliche Reaktionsprodukt das in der Säule enthalten ist von den Wänden der Reaktionssäule gelöst und in der Meßphiole 72 aufgefangen wird.

Nachdem das Lösungsmittel an der Spitze der Reaktionssäule eingegeben worden ist, wird der durch die Säule hindurch nach oben gerichtete Stickstofffluß über eine Zeitdauer von ungefähr !5—45 Sekunden fortgeführt Die Zeitdauer hängt ab von der bei der Reaktion verwendeten Konzentration von CO2 relativ zum Bindestoff. Das Ventil 70 wird dann wieder um 90° gedrel.*, um den Gasfluß durch die Reaktionssäule umzukehren und dadurch das flüssige Lösungsmittel nach unten durch die Reaktionssäule hindurch in die Meßprobenphiole 72 auszuführen. Das Ventil 70 wird dann wieder in seine Ursprungsstellung zurückbewegt, so daß das inerte Gas noch einmal nach oben durch die

Reaktionssäule strömt, und am oberen Ende der Reaktionssäule wird Scintillatorflüssigkeit aus dem zweiten Versorgungssystem 82 durch das Ventil 87 in das Verbindungsglied 79 an der Spitze der Reaktionssäule 74 befördert. Wegen des nach oben gerichteten Gasstromes in der Reaktionssäule bewirkt diese Flüssigkeit wieder eine Scheuerwirkung an den Wänden der Reaktionssäule 74. Nachdem die Flüssigkeit in die Säule eingegeben worden ist, wird der Stickstofffluß etwa 5—10 Sekunden lang aufrechterhalten. Anschließend wird der Gasfluß in der Säule 74 wieder umgekehrt, indem das Ventil 70 gedreht wird, um die Scintillatorflüssigkeit aus der Säule in die Phiole 72 zi befördern. Die mit der Reaktionssäule 74 zusammenwir kenden Flüssigkeitsversorgungssysteme bewirken e
schnelle und wirkungsvolle Einrichtung mit einen Wiedergewinnungseffekt, der über 99% liegt, so daß nu ganz geringe radioaktive Rückstände in der Größenord nung von 1/1000 oder weniger verbleiben. Darübe hinaus wird das Leitisotop nur durch ein einziges Venti 70 befördert, und auch nur dann, wenn es sich ii

ίο Gasform befindet, wodurch eine weitere Erleichterung einer vollständigen Rückgewinnung des radioaktivei Leitisotops gegeben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Rückgewinnung von radioaktiven gasförmigen Leitisotopen aus einem Gasstrom unter Verwendung einer Reaktionsäule, die eine Anzahl von Kammern mit sanft gewölbten Wandungen aufweist, die jeweils Ober einen verengten Halsteil mit ebenfalls sanft gewölbten Wandungen verbunden sind und bei der die Kammern und Halsteile weich ineinander übergehen, dadurch gekennzeichnet, daß man den durch Verbrennung einer Materialprobe erhaltenen Gasstrom in die Säule unten einfahrt und man sofort, nachdem eine Sauerstoffzufuhr zum Verbrennungsraum eingeschaltet worden ist, eine vorgegebene Menge einer das Leitisotop bindenden Flüssigkeit in die Säule einführt und man die Flüssigkeit durch den Gasstrom über die ganze Länge der Säule gleichmäßig verteilt und in der Säule hält und daß man nach Beendigung der Verbrennung der Materialprobe eine Zeitlang eine Stickstoffgasspülung durchführt und dann das Stickstoffgas zum Austreiben des Reaktionsprodukts sowie der Flüssigkeit aus der Säule der Säule oben aufgibt und daß man anschließend den Stickstoffgasfluß umkehrt, am oberen Ende der Säule ein flüssiges Lösungsmittel für das Reaktionsprodukt einleitet und über die Säule verteilt und danach durch erneute Umkehr des Gasflusses das Lösungsmittel aus der Säule austreibt.