DE2461630A1

DE2461630A1 - Vorrichtung und verfahren zur aenderung der teilchenstromrichtung in einem isotopentrenner

Info

Publication number: DE2461630A1
Application number: DE19742461630
Authority: DE
Inventors: Harold K Forsen
Original assignee: Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Current assignee: Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Priority date: 1973-12-27
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1975-08-14
Also published as: FR2255939A1; GB1488400A; NL7416934A; BE823889A; AU7664574A; CH617868A5; JPS50100496A; IT1026104B; US3953731A; IL46145A; AU499520B2; IL46145A0; SE7416234L; ES433342A1; CA1024468A

Description

Patentanwälte

pipl.-lng. R. B E ET Z sen.

Dipl.-lng. K. LAMPRECHT

Dr.-lng. R.BEETZ jr.

8 München 22, steinsdorfstr. 10 Tel. (O89) 2272O1 /227244/295910

Telegr. Allpatent München Telex 522O48

052-23.591P(25.592H)

27. 12. 191k

Jersey Nuclear-Aveo Isotope», Inc., Adresse ist: Exxon Nuclear Co.

Bellevue (Washington), V.St.A.

Vorrichtung und Verfahren zur Änderung der Teilchenstrom richtung

in einem Isotopentrenner

Die Erfindung bezieht sich auf die Isotopentrennung und insbesondere auf eine Vorrichtung zur magnetischen Trennung von selektiv ionisierten Isotopen.

Es ist ein Verfahren zur Urananreicherung, insbesondere zur Anreicherung des U₀ -Isotops, bekannt (FR-OS 71.14 007), bei dem ein Dampf aus Uranmetall erzeugt wird, der sich als vorbestimmter Teilchenstrom ausdehnt. Das U_o„ -Isotop wird selektiv durch Einwirkung einer genau auf ein enges Band abgestimmten Laserstrahlung ionisiert,

052-(JNA-101/103)-Ko-r (8)

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um selektiv lediglich das U -Isotop ohne wesentliche Ionisation des

^i o 3

U -Isotops oder anderer Isotope anzuregen und zu ionisieren. Nach Zoo

der Ionisation werden die Ionen des U₀ --Isotops von neutralen Teilchen getrennt, indem ihr Teilchenstrom durch Anlegen eines gepulsten elektrischen Feldes und eines kontinuierlichen Magnetfeldes abgelenkt wird, die magnetohydrodynamischen Kreuzfeld-Kräfte auf die Elektronen und Ionen erzeugen. Die unterschiedlichen Flugbahnen dieser Ionen, die auf der Kreuzfeld-Beschleunigung beruhen, erlauben deren Sammeln im Abstand von den übrigen Komponenten des Dampfstroms.

Wenn lediglich ein Magnetfeld zur Trennung der selektiv ionisierten Teilchen aus dem Plasma verwendet werden soll, müssen zusätzliche Faktoren für eine gute Anreicherung beachtet werden. Insbesondere ist es zweckmäßig, einen Dampfstrom hoher Dichte zu verwenden, um die Menge der getrennten Teilchen zu erhöhen. Die erhöhte Dichte setzt eine verringerte Ladung saustauschzeit für die selektiv ionisierten Teilchen voraus, die ihrerseits ein höheres oder stärkeres Magnetfeld anzeigt, um den Ionenstrom um einen vorbestimmten Winkel abzulenken, bevor die Ionen ihre Ladung verlieren und neutral werden, so daß sie nicht weiter durch das Magnetfeld beeinflußbar sind. Ein starkes Magnetfeld erhöht jedoch die Zeeman-Aufspaltung oder führt zu einer Verbreiterung der Absorptions linien für jedes Isotop, so daß dadurch die Leistungsfähigkeit oder Selektivität der Anregung und der durch die Laserstrahlung erzeugten Ionisation verringert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine magnetische Trennung von selektiv ionisierten Teilchen einer Isotopenart in einem Dampfstrombereich aus mehreren Isotopenarten. Ein Magnetkraftfeld

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allein wird für eine ausreichende Trennung der selektiv ionisierten Teilchen der einen Isotopenart bei einer relativ hohen Teilchendichte verwendet, wobei keine wesentlichen Verluste in der Ionisationsselektivität auftreten, was auf der Zeema-Aufspaltung in den Teilchenabsorptionslinien beruht.

Bei einer besonderen Ausführungsform und zusammen mit einer Vorrichtung zur U -Anreicherung wird ein Dampf strom aus elementarem Uran in einen Bereich geleitet, auf den eine schmalbandige, abgestimmte Laserstrahlung wiederholt einwirkt, um wenigstens eine selektive Zweistufen-Ionisation des U -Isotops im Dampf strom zu erzielen. Ein Magnetfeld liegt am Bereich des ionisierten U , das eine Lorentz-Kraft auf die sich bewegenden Ionen erzeugt, die diese zu einer von mehreren Kollektor- oder Sammelplatten leitet, die im allgemeinen parallel zum Dampf strom angeordnet sind, um ein Sammeln der U ^-Teilchen in im Vergleich zur Konzentration im allgemeinen Dampfstrom im wesentlichen angereicherten Anteilen zu ermöglichen. Um eine Verbreiterung der Absorptionslinien für die U - und U₀₀-Isotope im Dampfstrom vom angelegten Magnetfeld und so eine wesentliche Verringerung der Anregungs- und IonisationsSelektivität zu verhindern, wird das Magnetfeld vorzugsweise mit einer sich, zeitlich an- dernden Größe angelegt, die in bezug auf das wiederholte Einwirken der Laserstrahlung synchronisiert ist, damit eine relativ niedrige Feldstärke und entsprechend eine kleine Zeeman-Aufspaltung während der selektiven Anregung und Ionisation der U₀ --Teilchen entsteht.

Die Erfindung s ieht also für eine Ionentrennung, bei der ein Plasma mit Ionen einer Ionenart erzeugt wird, ein Verfahren und eine Vor-

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Λ -V

richtung vor, um magnetisch die Ionen aus dem Plasma abzusaugen, ohne die Ionisationsselektivität und -leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Die Strahlungsenergie wird einem Teilchenstrom aus mehreren Isotopenarten zugeführt, um selektiv Ionen wenigstens einer Isotopenart ohne entsprechende Ionisation der Teilchen der anderen Isotopenarten anzuregen und ionisieren. Ein Magnetfeld wird angelegt, um die Ionen der einen Isotopenart so ausreichend abzulenken, daß ein getrenntes Sammeln dieser Ionen ohne die anderen Komponenten des Teilchenstromes möglich ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung schließt einen Kompromiß zwischen den Forderungen nach einem starken Magnetfeld, um eine ausreichende Ablenkung vor dem Ladung saustausch zu bewirken, und den Forderungen nach einem begrenzten Magnetfeld, um eine Störung oder Einwirkung auf die selektive Ionisation aufgrund der Zeeman-Verbreiterung der Isotopenabsorptionslinien zu verhindern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. leine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur selektiven Isotopenionisation und -trennung,

Fig. 2 einen Schnitt eines Teils der Fig. 1 zur Erläuterung von Überlegungen, die zur Erfindung führten,

Fig. 3 eine abgewandelte schematischo Darstellung eines Teils der Fig. 2 zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 3 A ciiif zur Fig. 3 alternative Ausführungsform,

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■ ^: * 2461830

Fig, 4 Signale zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. § ein elektronisches Blockschaltbild einer der Vorrichtungen der Fig. 1 und 3 zugeordneten Anordnung,

Fig? 6 eine schepjatische Darstellung einer Einrichtung zur Einwirkung eines Magnetfeldes bei der Erfindung, und

Fig, 7 eine abgewandelte Darstellung einer Einrichtung zur Ein^ des Magnetfeldes bei der Erfindung,

Die Erfindung betrachtet die Verwendung eines Magnetfeldes allein, das auf einen Plasmastrom selektiv ionisierter Isotopenteilchen (Atonie oder Moleküle) einwirkt, um die Ionen einer Isotopenart ohne Beeinträchtigung der Ionisationsselektivität zu trennen. Für das Verständnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zweckmäßig, ein Gerät zu betrachten, dem diese zugeordnet ist, um einen Dampf strom - beider bevorzugten Anwendung auf eine Urananreicherung - elementaren Uranatome zu erzeugen, und um eine isotopenselektive Ionisation der U-

. - " - c* ti *3

Isotope im Dampfstrom herbeizuführen.

Zu diesem Zweck wird zunächst auf die Fig. 1 näher eingegangen. Ein Lasergerät 12 hat einen Ausgangsstrahl 14 einer· Laserstrahlung aus einem Lasermedium 16, wie insbesondere einer Farbstofflösung. Der Strahl 14 wird entsprechend einer Absorptionslinie für das U -Isotop auf eine vorbestimmte Frequenz abgestimmt und in einer engen Bandbreite gehalten, indem ggf. ein Etalon- oder Kalibrierfilter verwendet wird, um nicht U -Teilchen durch eine benachbarte Absorp-

33 )/JO 55 3·

■■■■= 2411630

tionslinie anzuregen. Das Lasermedium 16 ist ausgestattet mit einem Anregungsglied 18, das eine Besetzungsinvers.iQn ^UF Laseranregung des Mediums 16 erzeugt, einem Abstimmglied 30, das 4ie typischen Bauteile eines Laserraumes enthalten kann, und mit einem Laserimpuls-Auslöseglied 22, das jeden Ausgangsimpuls der Laserstrahlung im Strahl 14 zündet. Die Strahlungsdauer jedes Impulses des Strahles 14 kann insbesondere von ungefähr einigen ns bis zu einem merk*- lichen Bruchteil einer ^is reichen. Zur Erfüllung dieser Laserfunktion kann das Lasergerät 12 einen der "Dial-Ar-Line-Laser" der Firma "A vco Everett Besearch Laboratory", Inc,, Everett, Massachusetts (USA)? umfassen, und es kann weiterhin eine oder mehrere Verstarkungsptufen aufweisen?

Ein zweites Lasergerät 24, das dem Gerät 12 ähnlich ist oder einen Laser mit stärkerem Ausgangssignal aufweist, erzeugt einen Ausgangsstrahl 26, der mit dem Strahl 14 in einem dichroitischen Spiegel 28 oder durch ein Prisma zusammengefaßt wird, um einen zusammengesetzten Ausgangsstrahl 30 zu bilden, der aus den Strahlungen in den beiden Strahlen 14, 26 zusammengesetzt ist. Die Impulse in den Strahlen 14 und 26 können gleichzeitig oder nacheinander in wiederholten Intervallen durch Aktivierung der Lasergeräte 16 und 26 von einem Zeitgeber 32 einwirken.

Die Strahlungsfrequenzen in den Laserstrahlen 14 und 26 sind so ausgewählt, daß die selektiv zu ionisierenden U -Teilchen zuerst

durch Wechselwirkung mit Photonen im Strahl 14 bei genau der U-

y ' ' Cito O-

Absorptionslinie angeregt werden. Eine geeignete Absorptions linie kann aus Tabellen in der einschlägigen Literatur ermittelt werden» Anschließend

5 Q 9 8 3 J / 05 5a

können die angeregten Teilchen direkt durch Wechselwirkung mit einem anderen Photon im Strahl 26 ionisiert oder vor der Ionisation ein- oder mehrmals angeregt werden. Umabhängig von dem verwendeten Energieniveauschema für eine derartige Ionisation der U_ -Teilchen soll die Summe der verwendeten Photonenenergien das Ionisationspotential von U_ überschreiten.

Die Ionisation wird in einer Kammer 34 durchgeführt, die durch eine Vakuumpumpe 36 auf einem niedrigen Druck gehalten und der die Strahlung im Strahl 30 durch ein Fenster 38 und ein langes Rohr 40 zugeführt wird, um eine Verschmutzung des Fensters 38 zu verhindern_o Der durch die Kammer 34 verlaufende Strahl 30 wird durch einen Ionentrenner 42 geführt und tritt durch ein weiteres Fenster 46 aus einem zweiten Rohr 44 aus. Der Strahl 30 kann in einer oder mehreren zusätzlichen Kammern verwendet werden, um die Strahlenergie vollständiger auszunutzen. Bei einem typischen Anwendungsbeispiel wird ein Dampf aus elementarem Uran als ein sich von einer Dampfquelle 48 ausdehnender Teilchenstrom erzeugt und auf den Ionentrenner 42 zur Trennung des selektiv ionisierten U gerichtet, indem ein Magnetfeld oder Lorentz-Kräfte allein verwendet werden. Zur Verhinderung einer Zeeman-Aufspaltung kann eine besondere Anordnung vorgesehen werden, oder es wird das Magnetfeld vorzugsweise in zeitlicher Beziehung zu den Impulsen des Laserstrahles 60 durch Signale vom Zeitgeber 32 erzeugt, die zu einer Magnetfeld-Stromquelle 50 gespeist sind, die ihrerseits das Magnetfeld durch Spulen im Trenner 42 bildet, wie dies weiter unten erläutert wird. Weitere Merkmale der Vorrichtung werden anhand der Fig. 2 näher erläutert.

In der Fig. 2 ist die Dampfquelle 48 so dargestellt, daß sie

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- I - i

einen Tiegel 52 mit Kühlöffnungen 54 und einer Masse 56 aus elementarem Uran aufweist. Eine Elektronenstrahlquelle 58, die ein Heizdraht sein kann, erzeugt einen energiereichen Elektronenstrahl, der auf die Oberfläche der Uranmasse 56 fokussiert wird, um eine lokale Verdampfung insbesondere auf einer langen Linie 60 oder auf Folgen von Punkten über der Länge der durch den Tiegel 52 gebildeten Wanne zu erzeugen. Ein für die Fokussierung des Strahles 62 vorgesehenes Magnetfeld 68 kann ebenfalls auf den Bereich des Ionentrenners 42 einwirken, in den der sich radial ausdehnende Dampf strom von der Linienquelle 60 zugeführt wird, oder es können getrennte, isolierte Felder vorgesehen sein. Ein Feldpfad 63 in Fig. 1 kann zur Aufnahme des Fokussierfeldes in der Dampfquelle und zur weiteren Isolation der beiden Feldbereiche dienen. Es kann eine Abschirmung zwischen den beiden Bereichen vorgesehen sein. Der Dampf strom tritt in den Trenner 42 zwischen mehreren Sammelplatten. 64 ein, die im allgemeinen parallel zum Dampfstrom im Trenner vorgesehen sind. Die Sammelplatten 64 teilen den Ionentrenner in mehrere Kammern

Das Magnetfeld 68, das zur Fokussierung des Elektronenstrahls 62 dienen kann, kann sich aus dem Bereich der Kammern 66 erstrekken. Im allgemeinen wirkt keine Kraft auf die neutralen Dampfteilchen im Dampf strom vom Magnetfeld 68 ein, bis die U -Teilchen mit der Laserstrahlung selektiv ionisiert sind. Es ist zweckmäßig, die Laserstrahlung in einem Teilzylinderband 70 durch den Teil der Kammern 66 zuzuführen, die zuerst den Dampf strom empfangen. Die im Bereich 70 erzeugten Ionen unterliegen einer Ablenkung oder Richtungsänderung infolge der Lorentz-Kraft auf einer typischen Kurve 72 von einem Radius, der durch die Stärke des Feldes 68 bestimmt ist. Die neutralen Teilchen verbleiben auf ihren Bahnen zur hinteren Sammelplatte 67.

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Wenn eine derartige Vorrichtung zur Herstellung wirtschaftlicher Mengen angereicherten U _ dienen soll, ist es wichtig, eine wesent-

CiOO

liehe Dichte der Uranteilchen in dem auf den Trenner 42 gerichteten Dampf strom vorzusehen, ,was insbesondere dann gilt, wenn die Dampfgeschwindigkeiten relativ niedrig sind. Derartig hohe Teilchendichten haben jedoch die Wirkung, daß der Ladungsaustauschabstand, nämlich die Bahnlänge ionisierter Teilchen vor einem Elektronenaustauschzusammenstoß mit einem neutralen Teilchen, verringert wird, was im allgemeinen für U wegen dessen Häufigkeit gilt, wodurch ein La-

JbO 3 ·*

dungsverlust der Ionen herbeigeführt und eine Ladung auf ein neutrales Teilchen übertragen wird. Es ist daher wichtig, daß eine ausreichende Ablenkung des ionisierten U _ erreicht wird, bevor eine wesentliche Anzahl von Ladungsaustaus ehr eaktionen auftritt, nicht nur um sicherzustellen, daß die U -Teilchen für ein getrenntes Sam meln auf den Platten 64 abgelenkt werden, sondern auch um zu gewährleisten, daß möglichst wenig U„_ -Teilchen abgelenkt und auf

Zoo

den Platten 64 gesammelt werden.

Für eine quantitative Kalibrierung kann-eine willkürliche Winkeländerung in der Richtung, beispielsweise 45 , als die Ablenkung ausgewählt werden, die vor dem Ladungsaustausch eintritt. Durch engen Abstand der Platten 64 und deren geeignete Verlängerung über den Ionisationsbereich 70 hinaus kann noch ein schlechtester Ionisationspunkt, wie beispielsweise der Punkt 74, bestimmt werden, so daß sich eine Teilchenbahn ergibt, die ein Sammeln auf einer der Platten 64 bewirkt. Es ist offensichtlich, daß die Trennung um so größer und demgemäß die Leistungsfähigkeit der Anreicherung um so höher ist, je größer die Ablenkung vor dem Ladungsaustausch ist. Zur Er lau-

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- te -

terung werden als nützliches Maß 45 ausgewählt. Wenn dies und die bekannte Theorie beachtet werden, so ergibt sich, daß die Stärke des verwendeten Feldes 68 größer als

JL m η y V r 4 q

aber kleiner als

2 m V

q«

sein sollte, mit

η * Teilchendichte,

S = Trennung oder Abstand der Platten 64, 6* f Ladungsaustausch-Querschnitt,

V = relative Geschwindigkeit der Teilchen in bezug auf V , und

V = Stromgeschwindigkeit der Teilchen der Masse m und der Ladung q.

Aus dem obigen Ausdruck geht hervor, daß mit zunehmender Teilchendichte oder zunehmender relativer Geschwindigkeit des Dampfes, was zur Erhöhung der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit der Vorrichtung angestrebt wird, das erforderliche Magnetfeld ebenfalls zunimmt. Es gibt jedoch einen Effekt, der auf eine Einschränkung der Größe des Magnetfeldes für eine leistungsfähige selektive Ionisation hinwirkt. Wie oben angedeutet wurde, hängt die Leistungsfähigkeit der Anreicherung von der Selektivität der Ionisation ab, so daß im wesentlichen mehr LT _ als U "_ ionisiert wird. Dies erfordert nicht nur eine fein abgestimmte, enge Bandbreite der Photonenenergie in der zugeführten An-

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regungslaser strahlung, um die Teilchen des U -Isotops ohne die

L* «J J

U -Teilchen anzuregen, sondern auch, daß die Absorptionslinien . 238

für LL _ und U_o„„ getrennt und genau sind* Es liegt eine bestimmte 235 238

Isotopenverschiebung zwischen ausgewählten Absorptionslinien für die beiden Uranisotope vor, wenn kein Magnetfeld vorhanden ist. Für ein Magnetfeld zeigt jedoch.die Quantentheorie, daß sich die Anregungsübergänge für U_oq und U _R überlappen können und sich der Selektivitätsgrad in der Anregung und Ionisation in einem von der ausgewählten U₀- AbsorptionsÜnie, der Dampftemperatur und der Magnetfeldstärke abhängigem Ausmaß verringern kann. Dies ist der sogenannte Zeeman-Effekt.

Es wurde eine sich zeitlich'und räumlich ändernde Magnetfeldanordnung entwickelt, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist und diese gegenläufigen Wirkungen im wesentlichen überwindet. Eine Stromquelle 76 ist vorgesehen, die ein zeitlich veränderliches, axiales Magnetfeld in den Kammern 66 mit einer sich von Kammer zu Kammer ändernden Richtung des axialen Flusses erzeugt. Die Quelle 76 speist einen Strom durch eine Spulenanordnung mit abgeänderten Platten 78 und dünnen Drähten 80, die die Kanten der Platten verbinden, die dem Strom gegenüberliegen, sowie mit dünnen Drähten 82, die entgegengesetzt liegende Kanten der Platten 78 mit der Quelle 76 verbinden. Sammelplatten 81 für neutrale Teilchen, im allgemeinen Uf -Teil-

238

chen, sind hinter den Kammern 66 vorgesehen, um die unabgelenkten Teilchen zu empfangen. Während die Geometrie der Spulen- und Plattenanordnungen weiter unten anhand der Fig. 6 und 7 näher erläutert wird, soll zunächst auf die Fig. 4 Bezug genommen werden, um typische Signale für die zeitlich veränderlichen Magnetfelder 84 in der

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Kammer 66 anzuzeigen. Das Signal 86 hat einen im allgemeinen sinusförmigen Verlauf und ist relativ leicht herzustellen, während das Signal 88 rechteckförmig ist und eine vorbestimmte Verweilzeit aufweist. Ein Strom von der Quelle 76 erzeugt die Signale 86 oder 88 für die Magnetfeldstärke und ist' mit den wiederholten Laserimpulsen im Strahl 30 der Fig. 1 synchronisiert, so daß das Magnetfeld während der Perioden der Lasereinstrahlung auf den Urandampf relativ niedrig ist, wie dies in Punkten 90 in der Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Fall wird die Zeeman-Äuf spaltung während kritischer Zeiten der selektiven Anregung und Ionisation am niedrigsten gehalten, während hohe Magnetfelder während unmittelbar folgender Perioden erzeugt werden, um die Leistungsfähigkeit der Ionentrennung durch eine verstärkte Krafteinwirkung auf die durchlaufenden Ionen zu verbessern. Es ist offensichtlich, daß mit um so dichterem Magnetfeld folgend auf die Impulse der Laserstrahlung die Anreicherung insgesamt leistungsfähiger ist, zumindest was die Ionenablenkung anbelangt, bevor ein Ladungsaustausch nach der Ionisation eintritt. Aus diesem Grund hat eine rechteckförmige oder nahezu rechteckförmige Ausbildung den Vorteil eines schnellen Anwachsens der Magnetfeldstärke* Auch kann ein vorbestimmter Abschlußpunkt im Magnetfeld vor der Erzeugung des nächsten Laserimpulses ausreichend früh festgelegt werden, um das Vorliegen einer minimalen Magnetkraft auf die LL „ -Ionen sicherzustellen, die aus den Ladung saustaus ehr eak-tionen erzeugt werden. Eine schnellere Änderung der Magnetfelder kann jedoch zur Erzeugung ungewollter elektrischer Felder führen«

In der Fig* 5 ist eine allgemein einsetzbare Synchronisieranordnung dargestellt, die zixr Steuerung der Anregung der Lasergeräte und 24 und dazu verwendet werden kann, um das Magnetfeld 84 in

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eine Phasenbeziehung zu bringen. Ein Oszillator 92 kann als Frequenznormale für diese Anordnung vorgesehen sein, und sein Ausgangssignal wird zur Verstärkung in einen Leistungsverstärker 94 eingespeist. Das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 94 kann wahlweise durch einen Kondensator oder eine andere Reaktanzeinrichtung in einem Abstimmglied 96 abgestimmt werden, um in oder in der Nähe der Resonanz in Spulen 98 bei erhöhter Leistungsfähigkeit und einem erhöhten Strom eingespeist zu werden» Das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 94 wird ebenfalls in einen Fühler 100 eingespeist, der ein Steuerglied 102 zur Änderung der Phasenbeziehungen der Ausgangssignale des Fühlers 100 aufweisen kann, die das Laser-Auslöseglied 22 über ein Laser-Ansteuerglied 104 erregen. Der Fühler 100 kann in typischer Weise ein gegenüber einer Steigerung empfindlicher Schwellenwertfühler sein, wie dieser bereits beschrieben wurde.

Die Einzelheiten der Spulen zur Erzeugung· des Feldes 84 in der Kammer 66 sind näher in den Fig. 6 und 7 erläutert. In der Fig. 6 sind zwei Kammern 66 in Termen der sie umgebenden Spulenanordnungen und der Platten 78 dargestellt, die sie trennen. Die Platten 78 haben eine Abmessung 106 in Richtung des Dampfstromes. Es ist zweckmäßig, Spulen 108 um jede Kammer in Abständen entlang deren Länge in einem Abstand voneinander vorzusehen, der im allgemeinen nicht größer als die Abmessung 106 der Platten ist. Die Spulen werden von einer Quelle 110 erregt, um einen geschlossenen Kreis des Magnetfeldes 84 zwischen benachbarten Kammern 66 zu erzeugen, wie dies dargestellt ist, was auch für andere nicht dargestellte benachbarte Kammern gilt. Dieser Feldverlauf verringert den Einfluß dieses ■ Trennfeides auf das den Elektronenstrahl fokussierende Feld, wobei eine

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getrennte Fokussierung verwendet wird. Zu diesem Zweck bezeichnen "A" und "B" bei den Spulen 108 eine mögliche Verbindung mit den entsprechenden Anschlüssen der Quelle 110. Um sicherzustellen, daß das Magnetfeld vollständig um die Platten 78 verläuft und nicht durch deren Endteile abgeschnitten wird, können die Endspulen, wie beispielsweise die Spulen 112, eine zusätzliche Anzahl von Wicklungen, wie beispielsweise 10 Wicklungen, im Gegensatz zu einer einzigen Wicklung für die Spulen 108 aufweisen.

Wie näher in der Fig. 7 dargestellt ist, haben die Spulen Leitungspfade, die die Platten 78 sowie einige dünne fadenförmige Drähte 114 einschließen, die die Kanten der Platten an vorbestimmten Stellen entlang deren Länge auf der dem Dampfstrom gegenüberliegenden Seite verbinden. Ähnliche fadenförmige Leitungen 116 sind an entsprechenden Stellen entlang gegenüberliegenden Seiten der Platten 78 vorgesehen. Die dünnen fadenförmigen Verbindungen 114 und 116 fangen einen kleinen Teil des Dampf stromes ab, wie dies dargestellt ist; und es kann zweckmäßig sein, sicherzustellen, daß sie ausreichend durch den Stromfluß erhitzt sind, um das Uran zu verflüssigen und so die Ansammlung von Abscheidungen darauf zu vermeiden. Wie in der Fig. 7 dargestellt ist, können Endteile 118 der Platten 78 vorgesehen sein, die aus größeren Metallstäben bestehen, um den Fluß vollständig um sie zu lenken, bevor eine gesonderte Anzahl von Wicklungen angeordnet wird, wie dies oben anhand der Spulen 112 der Fig. 6 erläutert wurde.

Bei typischen Anwendungsfällen kann die Spulenabmessung 106 in der Länge von einigen Zentimetern bis zu einem wesentlichen Teil eines Meters reichen, wobei die Spulenströme im Bereich von 10 kA

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bis 1ÖOO kA und. der Laser im puls und die Feldfrequenz bei nahezu 50 kHz liegen,, abhängig von der Geschwindigkeit des Dampf stromes und der Größe des. laserbestrahlungsbereiches 70 in der Fig. 2. Andere Abmessungen sind jedoch auch möglich.

in einem anderen Ausführüngsbeispiel der Erfindung (Fig. können die hinteren Sammelplatten für Üg, durch Platten 122 quer zu den äußeren Kanten der Platten 78 ersetzt seinw In diesem Fall müssen die Leiter zu den Platten 78 nicht eine Schleife über die Enden der Kammern 66 bilden, da Bildströme in den Platten 122 erzeugt werden, wie dies; durch Pfeile angedeutet ist ^ um im wesentlichen die. Wirkung eines, in einer geschlossenen Schleife fließenden "■ Sttomes zu erzeugen. ■ . · . ■ ■ :

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Pa tentansprgehe

1. Vorrichtung zur Änderung der Strom richtung selektivionisierter Teilchen in einem Isotopentrenner, um deren getrennte Sammlung zu ermöglichen; wobei der Isotopentrenner eine. Einrichtung aufweist, die eine isotopenselektive Ionisation in einem Teilchenstrom aus mehreren Isotopenarten erzeugt, so daß ein Bereich mit Ionen wenigstens einer Isotopenart entsteht,

gekennzeichnet du rch

eine Einrichtung (50) zur Anlegung eines Magnetfeldes an den Teilchenstrom, um die Stromrichtung der ionisierten Teilchen zu ändern, wobei das angelegte Magnetfeld ausreichend stark ist, mn die Isotopenselektivität der Ionisation - zu verringern; und · ; · .,'

eine Einrichtung (32) zur zeitlichen Änderung des angelegten Magnetfeldes, um die Verringerung der Ionisationsseloktivitä't zu schwächen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Sammelplatten (64), die im wesentlichein entlang des Teilchenstroms und in einer Lage vorgesehen sind, um die in der Stromrichtung durch das angelegte Magnetfeld geänderten Teilchen aufzufangen und zu sammeln.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Samrnelplatten (64) im wesentlichen übe-μ >i -h I niisationsbereich in Richtung des Teilchen .-stromes hinaus erstrecken, um die ionisierten

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Claims

Teilchen zu sammeln, die durch das Magnetfeld in der Stromrichtung geändert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere getrennte Kammern (66) quer zum Teilchenstrom, mehrere elektrische Strompfade (82) um jede der Kammern (66), und

eine Einrichtung (76) zur Erregung jedes Strompfades (82), um das angelegte Magnetfeld. um die Kammern (66) in abwechselnden Richtungen in benachbarte Kammern zu richten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (12, 24) zur Zufuhr von Strahlungsenergie in jede Kammer (66), um Teilchen wenigstens einer Isotopenart selektiv zu ionisieren,

eine Einrichtung (22) zur Erzeugung der Strahlungsenergie in wiederholten Impulsen,

wobei die Einrichtung (32) zur zeitlichen Änderung ein Glied zur Steuerung der Einwirkung des Magnetfeldes auf jede Kammer (66) hat, um ein Feld zu erzeugen, das während der Einwirkung der ionisierenden Strahlungsenergie auf jede Kammer (66) relativ schwach und nach Abschluß der einwirkenden ionisierenden Strahlung auf jede Kammer (66) relativ stark ist, und

wobei das einwirkende starke Magnetfeld eine ausreichende Zeeman-

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Verbreiterung der Absorptionslinien für die Teilchen des Teilchen-Stromes erzeugt, so daß es während der Ionisation bei Einwirkung die Leistungsfähigkeit der selektiven Ionisation merklich verringert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Strompfade aufweisen:

mehrere Leiterplatten (78), die die Kammern (66) trennen,

mehrere dünne elektrische Verbindungen (80) zwischen ersten Kanten der Leiterplatten (64), und

mehrere dünne elektrische Verbindungen (80) zwischen ersten Kanten der Leiterplatten (64), und

mehrere elektrische Verbindungen (82) von den Leiterplatten (64) an zweiten Kanten zur Einrichtung (76) zur Erregung jedes Strompfades,

wobei die Leiterplatten (64) eine elektrische Leitung zwischen den elektrischen Verbindungen (80, 82) herstellen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den elektrischen Verbindungen (80, 82) entlang den Leiterplatten (64) nicht wesentlich größer als die Abmessung der Leiterplatten (64) in Stromrichtung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet", daß die Leiterplatten (64) ein Mittel (HO) aufweisen, das das Magnetfeld um die Leiterplatten durch die Kammern (66) führt.

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9,. "Verrichtung nach ■ Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel-...(.11O) zusätzliche^ Spulen in den Strompfaden an den Enden der Leiterplatten (64) hat. -

• 10. Vorrichtung nach-Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (llO) eine Verdickung der Enden der Leiterplatten (64) hat.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die: Einrichtung (76) zur Erregung jedes Strompfädes die elektrischen Verbindungen (80, 82) aufheizt, so daß Teilchen des Teilchenstrom es schmelzen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mehrere weitere Platten· (67)" zur Sammlung der Teilchen des Teilchenstromes, die in Teilchenstromrichtung nicht durch das angelegte Magnetfeld geändert sind, wobei die Platten (67) so an einer Stelle vorgesehen sind, daß sie auf den elektrischen Strom in den Strompfaden ansprechen, um das angelegte Magnetfeld zu verstärken.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf strom erzeugt ist durch eine Einrichtung (62) zur magnetischen Ausrichtung eines energiereichen Strahles (62) auf eine Oberfläche eines Stoffes (56), so daß dieser verdampft, und daß eine Einrichtung den magnetisch ausgerichteten Strahl von Änderungen im angelegten Magnetfeld isoliert.

14. Vorrichtung zur Isotopen-Teile li·mlrennung, gekennzeichnet din ch

eine erste Einrichtung (48) zur Erzeugung eines Teilchenstroms aus mehreren Isotopenarten,

eine zweite Einrichtung (12, 24) zur selektiven Ionisation von Teilchen einer Isotopenart im Teilchenst rom,

mehrere längliche Kammern (66), die. Seite an Seite quer zum Teilchenstrom vorgesehen sind', . ■ . - ■ - ·;

eine dritte Einrichtung (50), die ein Magnetfeld in Längsrichtung an die Kammern (66) anlegt,

eine vierte Einrichtung (.32) zur Erzeugung eines periodischen Signals,

eine fünfte Einrichtung (22), die auf das periodische Signal anspricht, um wiederholt die zweite Einrichtung (12, 24) anzuregen, und

eine sechste Einrichtung, die auf das periodische Signal anspricht, um die Größe des angelegten Magnetfeldes zu ändern, so daß dieses wäshrend der wiederholten Anregung der zweiten Einrichtung (12,, 24) relativ niedrig und nach der wiederholten Anregung der zweiten Einrichtung (12, 24) relativ hoch ist.

15^ Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (50) ein Glied zur Erzeugung des Magnetfeldes in sich ändernden Richtungen in benachbarten Kammern (66) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste. Einrichtung das angelegte Magnetfeld vor wesentlichen Beschleunigungen der Ionen ändert, die auf Ladungsaustauschreaktionen im ionisierten Teilchenstrom beruhen.

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17. Verfahren zur Trennung ionisierter Teilchen in einer Vorrichtung zur Isotopentrennung, wobei Teilchen aus mehreren Isotopenarten in einem Teilehenstrom einer selektiven Isotopentrennung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetfeld auf den Strom der ionisierten Teilchen einwirkt, um eine Änderung in einer vorbestimmten Richtung des ionisierten Teilchenstromes zu erzeugen, und daß das angelegte Magnetfeld zeitlich verändert wird, um die Ionisationsselektivität der Teilchen zu erhöhen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrer Stromrichtung geänderten Teilehen aufgefangen werden, um diese getrennt von den übrigen Komponenten des Teilchenstromes zu sammeln.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur zeitlichen Veränderung die Stärke des angelegten Magnetfeldes, während der Ionisation verringert, um die Zeernan-Verbreiterung der Absorptionslinien für die Teilchen des Teilchenstromes herabzusetzen, die sonst die Isotopenselektivität der Ionisation der Teilchen beeinträchtigen. ·

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Veränderung schnell das angelegte Magnetfeld direkt nach der selektiven Ionisation der Teilchen erhöht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Veränderung nach der Richtungsänderung des ionisierten Teil-

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chenstromes vor wesentlichen Beschleunigungen der Ionen aufgrund von Ladungsaustauschreaktionen das einwirkende Magnetfeld verringert wird.

.22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß wiederholt eine isotopenselektiv-ionisierende Strahlung auf den Teilchenstrom an vorbestimmten Stellen einwirkt, daß bei einer Magnetfeldsteuerung das angelegte Magnetfeld in einer vorbestimmten Pha senbeziehung zur wiederholten Einwirkung der isotopenselektiv-ionisierten Strahlung auf den Teilchenstrom schwingt, so daß das Magnetfeld während der Ionisation relativ schwach und zwischen wiederholten Einwirkungen der isotopenselektiv-ionisierenden Strahlung relativ stark ist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Magnetfeldes während des Intervalls zwischen der Ionisation so groß ist, daß es bei Einwirkung während der Ionisation im wesentlichen die Ionisationsselektivität beeinträchtigen würde.

24. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Magnetfeldeinwirkung das Magnetfeld in sich ändernden Richtungen auf einen Teilchenstrombereich hinter einem Punkt der isotopenselektiven Ionisation der Teilchen einwirkt.

25. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchenstrom durch eine magnetisch zu einer Oberfläche eines Stoffes (56) aus mehreren Isotopenarten geführte Energie gebildet

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wird, um einen sich radial ausdehnenden Dampf strom aus der Oberfläche zu erzeugen, und daß das Magnetfeld so angelegt wird, daß eine Störung mit der magnetisch zur Oberfläche geführten Energie möglichst klein ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch geführte Energie von Beeinflussungen durch das angelegte Magnetfeld isoliert wird. „

27. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine selektive Ionisation der Teilchen der einen Isotopenart durch Einwirkung einer Laserstrahlungsenergie bei Frequenzen, die wenigstens eine Absorptionslinie für die Teilchen der einen Isotopenart einschließen.

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