DE2849162C2 - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Isotopentrennung nach Patent 26 59 590 - Google Patents

Description

Die Erfindung bezweckt eine weitere Ausbildung der Erfindung nach dem Hauptpatent 26 59 590, gemäß dem zur Trennung von Isotopen ein Gemisch aus gasförmigen Isotopenverbindungen und Zusatzgas in einer Düse adiabatisch entspannt wird, anschließend die Moleküle des durch die adiabatische Entspannung gebildeten Gasstrahles mit Hilfe wenigstens einer Laserstrahlung isotopenspezifisch angeregt werden und nachfolgend die angeregten und nichtangeregten Moleküle physikalisch getrennt werden, wobei das Entspannungsverhältnis und die Anfangstemperatur so gewählt werden, daß das Zusatzgas oder wenigstens eine Komponente des aus mehreren Komponenten bestehenden Zusatzgases kondensiert und die sich am kondensierten Zusatzgas oder an der kondensierten oder vorübergehend kondensierenden Komponente anlagernden, nichtangeregten Moleküle der gasförmigen Isotopenverbindungen aufgrund der Massenunterschiede zwischen den Kondensationskomplexen und den nichtkondensierten Teilchen von den angeregten Molekülen getrennt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses mit dem Hauptpatent geschützten Verfahrens zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Isotopentrennung nach Patent 26 59 590 der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Aufbauform durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist im Anspruch 2 angegeben.

Mit der neuen Einrichtung wird am Ende des Bestrahlungsbereiches durch mechanische Mittel eine Umlenkung der Gasströmung bewirkt; durch die dabei infolge der Verdichtung auftretende Temperaturerhöhung es findet ein starker Verdichtunsstoß statt — wird die weitere Kondensation gestoppt. Infolge der bei der Umlenkung auftretenden Zentrifugalkräfte sammeln sich die schwereren Kondensationskomplexe außen und die nichtkondensierten Teilchen innen. Mittels Abschäler werden die Bereiche mit schweren von jenen mit leichten Teilchen getrennt

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß sich ein auf die Bestrahlungszone unmittelbar folgender Fächer aus einer Vielzahl von Diffusorräumen, jeweils mit Ablenkwänden und Abschälern versehen, ergibt und sich dadurch bei gegebener Laserbestrahlungsleistung sehr gute Abtrenneffekte erzielen lassen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den F i g. 1 bis 3 dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Düse mit Diffusoren sowie Anregungszonen in etwa lOOfacher Vergrößerung. Die EiHspannungsdüse ist mit 1 bezeichnet, der durch sie hindurchtretende Gasstrahl mit 2. Der die Düse verlassende Gasstrahl breitet sich radial aus und erreicht die radial um die Düsen herum angeordneten Diffusorräume 40. Die Zonen der Lasereinstrahlung sind als in diese DiffusosTäume hineinragende strichpunktiert umrandete Zonen 3 dargestellt. Sie entstehen durch mehrfache Reflexion des verwendeten Laserstrahles. Durch Strömungspfeile ist für einen Diffusorraum 40 der Verlauf der Strömung dargestellt. Dieser ist dabei durch die Wände 43 begrenzt, wobei die Oberfläche an der Stelle 41 dieser Wand so gestaltet ist, daß die Strömung scharf umgelenkt wird und dabei Zentrifugalkräfte entstehen. Ein Abschäler 42 trennt den angereicherten Teilstrom 5 vom abgereicherten Teilstrom 6.

F i g. 2 zeigt im Querschnitt eine Einrichtung, die sich innerhalb einer rohrförmigen Halterungskonstruktion 7 befindet und nach dem bekannten Prinzip der Stapeltechnik aus durch Fotoätzung ausgeschnittenen Metallfolien aufgebaut sein kann. Der Übersichtlichkeit halber sind jedoch hier die einzelnen Teile durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet. Über einen Kanal 11 gelangt der Gasstrom des Isotopengemisches zur Schlitzdüse 1 und von dort, wie in Fig. 1 dargestellt, in den Bestrahlungsraum, der in die Diffusoren mündet. Diese werden durch Körper 4, die radial angeordnet sind, gebildet. Sie sind mit einem radialen Schlitz zur Abführung des angereicherten Strömungsanteiles 5 ver-

sehen, dabei stellt die eine Wandung die die Strömung umlenkende Diffusorwand 43 dar, die andere Begrenzungswand den Abschäler 42 Zwischen diesen Körpern 4 verbleiben Zwischenräume, die der radialen Abführung des abgereicherten (6) Strömungsanteiles, also jenes Anteiles mit den schwereren Teilchen dient In diesem Querschnitt sind außerdem noch Kanäle 12 für die an sich bekannte Absaugung der in den Randbezirken der Düse sich eventuell bildenden Grenzschichten vorgesehen.

Wie bereits erwähnt kann dieser Aufbau mit Hilfe der Stapeltechnik erzeugt werden, jedoch können auch die einzelnen Körper 4 snit Hilfe von Stützringen 72 und 73 auf dem gegenseitigen Sollabstand gehalten und damit die gewünschten Strömungsverhältnisse sichergestellt werden.

Einen Längsschnitt durch diese Anordnung zeigt Fig.3, der etwa der Linie IH-111 von Fig.2 entspricht Die rohrförmige Halterungskonstruktion 7 ist in ein Gehäuse 10 eingebaut, das einen stirnseitigen Sammelraum 51, in den die Gasströme 5 einmünden, sowie eine radiale Sammelkammer 61 enthält, in die über Schlitze 71 in der Halterungskonstruktion 7 die abgereicherten Strömungsanteile 6 gelangen. Über die Stutzen 62 und 52 werden diese Strömungsanteile der Anreicherungsapparatur entnommen. Ober den Anschluß 8 erfolgt die Zufuhr des Isotopengemisches. Die Anschlüsse 9 stehen in Verbindung mit den Kanälen 12 für die Grenzschichtabsaugung. Der Laserstrahl 3 tritt über Brewsterfenster 13 in den Bestrahlungsraum ein und wird über einen Spiegel 31 mehrfach hin und her reflektiert und erzeugt auf diese Weise die in F i g. 1 dargestellten Bestrahlungszonen. Pumpenanschlüsse sowie Versorgungsquellen usw. sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Eine Druckrückgewinnung kann durch geeignete Wahl des Hinterdruckes, also des Druckes nach den Diffusoren, eingestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

45

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60

65

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Isotopentrennung nach Patent 26 59 590, bei dem ein Gemisch aus gasförmigen Isotopenverbindungen und Zusatzgas in einer Düse adiabatisch entspannt wird und bei dem anschließend die Moleküle des durch adiabatische Entspannung gebildeten Gasstrahles mit Hilfe wenigstens einer Laserstrahlung isotopenspezifisch angeregt werden und bei dem nachfolgend die angeregten und nichtangeregten Moieküle physikalisch getrennt werden, wobei das Entspannungsverhältnis und die Anfangstemperatur so gewählt werden, daß das Zusatzgas oder wenigstens eine Komponente des Zusatzgases kondensiert, daß sich die nichtangeregten Moleküle der gasförmigen Isotopenverbindungen am kondensierten Zusatzgas oder an dessen wenigstens vorübergehend kondensierender Komponente anlagern und daß die entstandenen Kondensationskomplexe von den nichtkondensierten, angeregten Molekülen getrennt werden, mit einem Gehäuse mit Anschlüssen für das Gasgemisch, für eine Grenzschichtabsaugung und zur Abführung der an- und abgereicherten Gasströme, das mit einer schlitzförmigen Entspannungsdüse, einem Diffusorraum, Abschälern und von dem Gehäuse gebildeten, nachgeschalteten Sammelkammern für die an- und abgereicherten Gasanteile sowie axial angeordneten Brewsterfenstern für den Durchlaß einer Laserstrahlung versehen ist, und mit einem Laser, dessen Strahlung mehrfach über Spiegel reflektiert wird und zwischen der schlitzförmigen Entspannungsdüse und dem Diffusorraum mit den Abschälern verläuft, dadurch gekennzeichnet,

daß mehrere Diffusorräume (40) in radialer Verteilung um die schlitzförmige Düse (1) angeordnet sind, die jeweils von schrägen Wänden (43) zur Ablenkung der Gasströmung begrenzt und durch Abschäler (42) geteilt sind,

daß die Zonen der Laserstrahlung (3) in die Diffusorräume hineinreichen

und daß als den Diffusorräumen nachgeschaltete Sammelkammern je eine axial und eine radial angeordnete Sammelkammer (51,61) vorhanden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß sie innerhalb einer rohrförmigen Halterungskonstruktion (7) nach dem Prinzip der Stapeltechnik aus durch Fotoätzung hergestellten Metallfolien aufgebaut ist.