Octrooiraad
[10] A T e r S i i z a g e l e g g S n g
[19]
Nederland
154]
nu
NL
Werkwijze en inrichting voor een scheiding van isotopen onder moleculen, die een aantal isotopen in een atoom bezitten.
[511 Int.CR: B01D59/10. [71 ] Aanvrager; Jersey Nucloar-Avco Isotopes, Inc. te Bellevue, Washington, Ver.St.v.Am. [74]
Gem.: Dr. S. Rosenthal c.s. Vereenigde Octrooibureaux Bezuidenhoutseweg 105 's-Gravonhage.
121)- Aanvrage Nr. 7510239. |22]
Ingediend 29 augustus 1975.
[32|
Voorrang vanaf 15 oktober 1974.
[331 Land van voorrang: Ver. St. v. Am. (US). (3T J Nummer van de voorrangsaanvrage: 514303. I23|
--
161] -(62| -•
*
[43]
Ter inzage gelugd 21 april 1976.
De aan dit blad gehechte stukken zijn een afdruk van de oorspronkelijk ingediende beschrijving met conclusie(s) en eventuele tekening(en).
TO 53 ^3
1
. Jersey Nuclear- Avco Isotopes, Inc., BBLLEVÜE, Washington, Verenigde Staten van. Amerika. Werkwijze en inrichting voor een scheiding van isotopen onder moleculen, die een aantal isotopen in een atoom bezitten. De uitvinding heeft betrekking op het scheiden van isotopen en meer in het bijzonder op een verhoogde scheiding van isotopen •uit een wijziging van de accommodatieco'éfficient, geïnduceerd door een laser. Het huidige productieniveau van uraniumverrijking, d.w.z. het scheiden van het U-235 isotoop wordt bereikt door wat in het algemeen bekend staat als de gasdiffusë.etechniek. Volgens de bekende aspecten van deze techniek worden moleculen van uraniumhexacluoride (UFg) onder druk door een stel kleine
10
gaten of kanalen in een diffusiescherm geperst, die de stroom van het uraniumhexacluoride gas beperkt en in zeer geringe mate de stroomsnelheid overeenkomstig het moleculaire gewicht beïnvloedt. Derhalve zal de stroomsnelheid door de kanalen een functie van het isotooptype zijn, waardoor een geringe
15
verrijking typisch 0,2$ per trap mogelijk is. De verrijking wordt typisch verbeterd door versch.eide.ae trappen in cascade aan te brengen, die zowel terugvoer- als meevoerstelsels tussen afval- respectievelijk productstromen gebruiken. Het zeer kleine massaversch.il tussen de atomen van ver-
20
schillende isotooptypen, waaruit het ttraniumhexafluoride— molecuul bestaat, en het nog kleinere totale, relatieve massaverschil tussen de volledige moleculen stelt een grens aan het verschil in diffusiesnelheden, die voor de wat de isotopen betreft, onderscheidenlijke moleculen kunnen worden be-
25
reikt. Zoals bovenstaand werd aangegeven, is deze grens zeer klein en maakt het noodzakelijk vele trappen van diffusiekanalen in cascade aan te brengen, indien uranium moet worden verrijkt vanuit zijn natuurlijk voorkomende concentratie van ongeveer 0,75'fco"fc ^ij benadering 2-k'fo voor typisch gebruik in energie-opwekkende reactors. Een geheel verschillende benadering voor de uraniumverrijking wordt beschreven in het Amerikaanse octrooisclirift
3.772.519»
dat v e r s c h i l l e n i n
stralingsabsórptiefrequentie
tussen i s o t o o p t y p e n , m e e r in h e t b i j z o n d e r van, e l e m e n t a i r uranlunfgebruikt, type m o g e l i j k 5
om i o n i s a t i e v a n d e e l t j e s v a n h e t
te m a k e n ,
stand k a n w o r d e n In
zodat
een s c h e i d i n g
elektrisch
een v o o r k e u r s u i t v o e r i n g s v o r m w o r d t v o l g e n s
stemde stralingsenergie
aan v e r s p r e i d e n d e m o l e c u l e n
afgetoe
te
d i e atomen v a n een g e k o z e n i s o t o o p t y p e b e z i t t e n .
De
een meer efficiente
f a c t o r is v o o r h e t
l i n g s e n e r g i e en de h i e r v a n
een g e v o l g z i j n d e de
t e n e i n d e te v e r z e k e r e n ,
die d o o r d e dtiffugas en dat d e
de
d a t i e of " h e c h t i n g " zullen h e b b e n . E e n v a r i a t i e
kanalen
moleculen
t e r u g s p r i n g e n , doch, een z e k e r e m a t e v a n
modatie-efficient
stra-
trillingsbe-
v a n de w a n d e n v a n d e k a n a l e n m e t m i n d e r d a n z u i v e r teit zullen
een
accommodatieco'éf-
stromen. De t e m p e r a t u r e n v a n h e t
gehandhaafd
diffusiesnel-
de t o e g e v o e r d e
ficient v a n d e m o l e c u l e n . l a t e n i n s t e l l e n ,
worden
isoto-
teweegbrengen van
krachtiging van het gekozen isotooptype
siekanalen
trillings-
scheiding van
s c h e i d i n g o n d e r de i s o t o o p t y p e n , k a n m e n
elasticiaccommo-
in de
zal bestaan tussen door trilling
accom-
bekrach-
tigde m o l e c u l e n en die w e l k e n i e t b e k r a c h t i g d z i j n en
zal
d i f f u s i e s n e l h e i d v o o r deze m o l e c u l e n g e b a s e e r d
isotoop-
type, a a n z i e n l i j k v a r i ë r e n . Dit k o m t d o o r d a t tigde m o l e c u l e n te h e c h t e n
een n e i g i n g h e b b e n b i j
elk
de
op h e t
de
niet-bekrach-
terugspringen
meer
en derhalve zich l a n g z a m e r l a n g s h e t k a n a a l v e r - :
spreiden. Hierdoor 30
uitvin--
moleculen,
h e i d de w e r k z a m e
25
de
verhoogd door fijn
p e n in d i f f u s i e t e c h n i e k e n m o g e l i j k » I n d i e n de
20
tot
v o e r e n v o o r h e t i n d u c e r e n v a n een t r i l l i n g i n d e
bekrachtiging maakt
in
isotoop-
gebracht.
ding het diffusiescheidingseffeet
10
ene
ontstaat
een aanzienlijke v e r b e t e r d e
d i n g s f a c t o r t u s s e n de p r o d u c t - en a f v a l s t r o m e n v o o r le d i f f u s i e t r a l m e t
een i s o t o p i s c h
veroorzaakte verandering
i n de
een
selectief door een
laser
onder-
staand n a d e r w o r d e n b e s c h r e v e n o n d e r v e r w i j z i n g n a a r de
75 1 0 2 3 9
enke-
accommodatiecoëfficient.
Deze en a n d e r e k e n m e r k e n v a n de u i t v i n d i n g z u l l e n
35ningen, w a a r i n een u i t v o e r i n g s v o r m
schei-:
is
weergegeven»
teke-
Fig. 1 is een blokschema van het stelsel en toont de mogelijke trapui tvoeriAgen voor het scheiden van isotopen met behulp van een aantal trappen onder gebruikmaking van technieken volgens de uitvinding; Fig. 2 is een blokschema van een enkele trap volgens de uitvinding; Fig. 3 i s een inwendig configuratieschema van de inrichting voor een gedeelte ran de constructie van fig. 2; en Fig. 4 is een soortgelijk inwendig constructureel aanzicht over de doorsnedelijnen aangegeven in fig. 3 5 Dé uitvinding beoogt een stelsel voor het verbeteren van het rendement van processen en hun desbetreffende inrichtingen voor het scheiden van isotopen door een toestand van trillingsbekrachtiging in moleculen teweeg te brengen, die atomen van een isotooptype bevatten» Be trillingsbekrachtiging wordt typisch geïnduceerd door laserbestraling van een gasmilieu van moleculen, die atomen van een aantal isotooptypen van een bekend element, typisch uranium bevatten. De bekrachtigde, trillende moleculen hebben een eigenschap, die een scheiding van de moleculen, gebaseerd op isotooptypen in een grotere mate mogelijk maakt, dan zou k&nnen worden bereikt zonder de trillingsbekrachtiging van de moleculen in bijvoorbeeld het gasdiffusieproces. De laserbekrachtiging, die gebruikt wordt voor het veroorzaken van een trillingsbekrachtiging van de moleculen volgens de uitvinding moet worden onderscheiden van de door een laser geïnduceerde bekrachtiging van elektronenenergieën in atomen of moleculen, zoals bijvoorbeeld "bekend uit de Amerikaanse octrooischriften 3 <>443. 087 en 3°772»519» Xn het laatstgenoemde octrooischrift wordt een laserbekrachtiging typisch van een aanzienlijk hogere frequentie gebruikt voor het teweegbrengen van een overgang in de energieotestand van bijvoorbeeld een uraniumatoom door een elektron van een buitenste baan te dwingen naar een meer verwijderde elektroneribaaa te stappen en tenslotte naar een geïoniseerde toestand 7 5 1! V n< C Pa ?Vr Q £7 »V
ij* «••
door stralingsabsorptie
of andere mechanismen. Volgens
u i t v i n d i n g wordt l a s e r b e s t r a l i n g van trilling v a n moleculaire
gebruikt v o o r h e t
atomen vanuit
foto-absoprtie door het molecuul wordt 5
straling, geabsorbeerd
energie, die
indiceert
l i n g b e k r a c h t i g i n g v a n de a t o m e n v a n k e t m o l e c u u l , d o o r e e n o s c i l l a t i e v a n de m o l e c u u l e l e m e n t e n laire hechtkrachten. Jn worden beschouwd 10
als h e t
deze z i n k a n de
laserbeeen
om h u n
laserbekrachtiging mechanische
resultaat wordt
te k u n n e n w o r d e n a f g e s t e m d ,
c u u l door t r i l l i n g z a l b e k r a c h t i g e n »
Bovendien wordt
mole-
de
wordt
lectiviteit
in t r i l l i n g s b e k r a c h t i g i n g
l i j k , omdat h e t
beperkt
geringe massaversch.il
v a n de m o l e c u l e n t u s s e n U - 2 3 5 en
,olecull b e v a t t e n . De e i g e n s c h a p p e n
l e c u u l , die m e c h a n i s c h e -harmonische
beperkingen. Aangezien
trilling m o g e l i j k
nium isotopen verschillen zullen
de h a r m o n i s c h e
mogeU-238 uranium
d o o r de
vergelijhecht-
de v e r s c h i l l e n d e
ura-
isotoopmass;aversch.illenj.
oscillatiefrequenties
b e k r a c h t i g i n g v a n de m o l e c u l e n
mo-
maken,
atoommassa en moleculaire
de m a s s a ' s v o o r
se-
van het
w o r d e n b e s c h r e v e n d o o r de t w e e d e orde d i f f e r e n t i a l © k i n g , b e t r e k k i n g h e b b e n d e op
in. de
is i s o t o p i s c h e
atomen, die een atoom v a n h e t z e v e n a t o m e n b e v a t t e n d e hexafluoride
laser
bekrachtigd,,
I n h.et g e v a l van u r a n i u m h e x a f l u o r i d e
25
een spe-
v o o r h e t v e r s c h a f f e n v a n een. i s o t o p i s c h e s e l e c t i v i t e i t moleculen, die door trilling zijn
20
bij
die het
z o d a n i g i n g e s t e l d , dat z i j n u i t g a n g s g o l f l e n g t e 15
tril-
molecu-
v o o r k e u r d e l a s e r g e k o z e n v a n w e g e z i j n v e r m o g e n op cifieke f r e q u e n t i e
door
bijvoorbeeld
i n d u c e r e n v a n een s t r i k t
o s c i l l a t i e v a n h e t m o l e c u u l . V o o r dit
veroorzaken
gegeven. De
door h.et m o l e c u u l
de
voor
dienovereenkomstig
trillingsverschil-
len. 30
I n dit g e v a l is h e t u r a n i u m h e x a f l u o r i d e
molecuul
van
»
b i j z o n d e r b e l a n g als g e v o l g v a n h e t slechts
één
atoom v a n h e t
feit,
element b e v a t 9
dat
w a a r v a n de
m o e t e n w o r d e n g e s c h e i d e n . Z o u e r m e e r d a n êén bepaalde 35
aantal 7 5
element
zijn, dan zou
9
isotopen
atoom v a n
dat
er e e n p r o l i f e r a t i e v a n h e t
absorptielijnen zijn, waar het
1 G 2 3
elk m o l e c u u l
gewenste
isotooptype
in verschillen.de percentages in elk molecuul optrad en zou er een minder duidelijk onderscheid tussen de frequenties voor absorptielijnen zijn. Met deze overwegingen als achtergrond van de uitvinding kan nu de hij wijze van voorbeeld gekozen inrichting en werkwijzen voor het toepassen van de uitvinding onder verwijzing naar de tekening worden beschreven. Meer in het bijzonder bij de werkwijze volgens de uitvinding kan het gewenst zijn verscheidene verrijkingstrappen op een cascademanier te gebruiken die elk een invoer van gasfazemoleculen (bijvoorbeeld HFg) ontvangen en een verrijkte uitgangs- of products trooai alsmede een verarmde of afvaluitgangsstroom leveren, De verrijkte stroom kan worden toegevoerd aan de eerstvolgende verrijkingstrap van hogere orde en de verarmde stroom kan worden toegevoerd aan de eerstvolgende verrijkingstrap van lagere orde. Een dergelijk schema is bij wijze van voorbeeld weergegeven in fig. 1. Er is een aantal trappen 12, 14 en 16 (S^, S
en
, weergegeven, die elk slechts drie trappen voorstellen,
in een uit een aantal trappen bestaande verrijkingsinstallatie. Zoals weergegeven in fig, 1 worden de moleculen in gastoestand over een toevoerleiding 18 (Fq) aan de middelste trap 14 (Sq) toegevoerd. De toevoer naar trap 14 is een mengsel van de toevoerleiding 18 met de afvalleiding W^ van trap 12 (S^) en de productleiding
van trap 16 (S_ i ). De pro-
ductafvoer van de trap 14 (Pq) wordt naar de volgende trap 12 (S^) van hogere orde toegevoerd, tezamen met de verarmde afvoer, ¥^5 van de vorige trap S^j van de eerstvolgende hogere orde, die niet is weergegeven. Se toevoerleiding F^ naar de trap 12 (S^) is de combinatie van de afvalleidinguitgang ¥
van trap 14, en de product leidinguitgang
van de trap
S ^ j die niet is weergegeven*, Er kunnen evenveel trappen aan elke kant van de trap 14 worden gebruikt als voor de totale verrijking van het stelsel gewenst is. De totale verrijking is het product van de afzonderlijke trapverrijkingsfactor, verheven tot de macht van het aantal trappen in de ketting.
In. de als v o o r b e e l d g e k o z e n u i t v o e r i n g v a n tiet s t e l s e l volgens
de u i t v i n d i n g zal
g e v e n in fig,
X, t y p i s c h
elke
trap i n
de k e t t i n g ,
de c o m p o n e n t e n b e v a t t e n ,
-weerge-
weergege-
v e n in fig. 2 . D e a f v a l -
en p r o d u c t t o e v o e x i n g a n g e n v a n
aangrenzende
algemeen voorgesteld
trap in h e t
d©
door d e g r o o t -
"^i+l' " w o r < * e J a t o e g e v o e r d a a n v e r s c h i l l e n d e
heden
ten v a n een c o m p r e s s o r 20. De P. - g a s s t r o o m z a l lagere d r u k h e b b e n
dan de
poor-
typisch
een
^ s t r o o m en z a l d e r h a l v e a a n de -
c o m p r e s s o r ZO op v e r s c h i l l e n d e d r u k p u n t e n w o r d e n
toegevoerd
v o o r h e t v e r k r i j g e n v a n een uit g a n g s s t r o o m F ^ in e e n l e i d i n g 22, die een m e n g s e l v a n afvalt de d e s b e t r e f f e n d e
en p r o d u c t i n v o e r s t r o m e n
druk, v o o r s t e l t .
De
22
stroomleiding
onder wordt
t o e g e v o e r d a a n een k o u d e r e trap 2 k , die t y p i s c h
een w a r m t e -
w i s s e l a a r s p i r a a l k a n b e v a t t e n om in een l e i d i n g
26 een
afvoer op
een b e p a a l d e
temperatuur v o o r alle
ren. J>e t e m p e r a t u u r i n deze leiding; 26 w o r d t gas t o e s t a n d v o o r b e k r a c h t i g d e te h a n d h a v e n , die in schaffen van
de m o l e c u u l t y p e n
in
26 s t r o m e n
alle m o l e c u l e n
28® D i t
gelijktijdig
ratuur v o l d o e n d e l a a g w o r d t g e h o u d e n om p u l a t i e v a n de l a g e r l i g g e n d e
een v o l -
de
te
van
tempe-
een s i g n i f i c a n t e
energietoestanden
bei-
kriterium
te h a n d h a v e n t e n e i n d e c o n d e n s a t i e
te v e r m i j d e n , t e r w i j l
een
ver-
accnmmodatieco'éfficient v o o r
een l a t e r e d i f f u s i e t r a p
temperatuur
leve-
moleculen
en v o o r h e t
wordt m e e r in h e t b i j z o n d e r g e n o e m d als d e eis om doend h o g e
te
geregeld om
en niet-bekrachtigde
de leiding
een e f f e c t i e v e
trappen
stroom-
po-
verzekeren» •
m e e r in h e t b i j z o n d e r de g r o n d e n e r g i e t o e s t a n d v o o r de
ÜF^
m o l e c u l e n . E e n t e m p e r a t u u r v a n 2 0 0 ° K b l i j k t v o o r dit d o e l d e l i j k t y p i s c h te z i j n
en l e v e r t
een
theoretische
re-
grond—
toesstandpojbulatie »
De inrichting, die de diffusietrap 28 in de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bevat, is in een inwendige doorsnede in fig. 3 en 4 weergegeven,, Verwezen wordt naar deze figuren en meer in het bijzonder naar fig. 3» De gekoelde gasachtige voeding in de leiding 26 wordt toegevoerd aan een spruitstuk 30s
da
-t langs de lengte van de diffusie-
trap 28 loopt. Het spruitstuk 30 verdeelt het ingevoerde gas over een reeks kanalen 32, die zich. op een afstand van elkaar langs de lengte van het spruitstuk 30 bevinden en begrensd •worden door kanaalscheidingsinrichtingen 34. De kanaalscheidingsinrichtingen 34 bevatten koelpoorten 36 waardoorheen, een koelvloeistof, bijvoorbeeld water, stroomt om de warmte-*die in het stelsel is ontstaan, door laserbestraling te verwijderen, teneinde de temperatuur van de stroom op hetzelfde niveau te houden als in de leiding 26. De kanaalscheidingsinrichtingen 34 zijn voorzien van kanaalwanden 38, die als begrenzingen voor de kanalen werken. Het gas, dat door de kanalen 32 stroomt, komt een uitlaatspruitstuk 40 binnen, dat in verbinding staat met een productafvoerleiding 42. De verlenging van het spruitstuk 30 voorbij de gebieden van de kanalen 32 naar een leiding 44 bevat de afvalafvoerstroom. Het gebied .van de kanalen 32 tussen de wanden 38, begrensd door de stippellijnen als een massieve ruimte 46 met rechthoelsfee afmetingen, wordt belicht door laserstralen, vanuit een aantal laserstelsels, weergegeven in fig. 4 langs de doorsnedelijnen weergegeven in fig. 3« Zoals ook duidelijker in fig 0 4 is weergegeven, wordt het koelmiddel, dat aan de kanalen 36 wordt toegevoerd, over een ingangs spruits tuk 50 geleverd en over een afvoerspruitstuk 52 afgevoerd. De bovengenoemde temperatuur overwegingen gelden ook hier. Een lagere grens voor de temperatuur zou het geval zijn, wanneer de niet-bekrachtigde moleculen condenseren of van faze veranderen wanneer zij tegen de wanden van de kanalen 32 botsen. De laserstelsels 48 kunnen typisch bestaan uit continue laserstelsels. Typische —1 —1 bekrachtigingsffequenties zijn nabij 624 cm
en 825 cm
De laserstelsels, die gebruikt kunnen worden voor het leveren van deze bestraling bevatten*loodzout (Pb Se) diodelasers voor de eerste frequentie of CS^ damplasers voor de tweede frequentie. Voor de CS_ laser wordt de damp gevormd uit het C-13 koolstofisotoop om op de 825 cm -1 absorptielijn af te stemmen.» De laserbestraling, uitgeoefend op de massieve rechthoe75 1 D Z 3 9
-
8
-
kige gebieden 46 wordt in bandbreedte beperkt door bekende frequentie-selectieve technieken voor het verkrijgen van een selectieve bekrachtiging van moleculen, die in het aangegeven voorbeeld, de uranium hexafluoridevorm hebben met U-235 als 5
het uraniumatoom van het molecuul. Indien de temperatuur van ' het gas in de kanalen 32 wordt geregeld, zoals bovenstaand
, ^
aangegeven, zullen de niet-bekrachtigde moleculen tegen de wanden 38 slaan of hiermede reageren en gedurende een korte periode blijven kleven. Deze periode is in hoge mate afhanke-
10
Ü j k van de temperatuur; Yoor een zuiver elastisch terugspringen van bekrachtigde deeltjes om een 10 -13 secondeinterval of een trillingsperiode .is typisch, zodat een "kleven" —12 van één orde van grootte, of 10
seconde, bevredigend zou
zijn. Dit kleefverschijnsel, genaamd accommodatie, wordt be15
schreven door een accommodatiecoëfficient:,
. Het snellere
passeren van door trilling bekrachtigde moleculen door de kanalen 32 leidt tot een verrijking van moleculen van het bekrachtigde isotooptype. in de afvoerpoort 4o, vergeleken met het invoerspruitst.uk 30 en leidt tot een verarming van de be20
krachtigde isotoop in de afvalleiding 44<> Dit effect kan kwantitatief worden gezien uit de vergelijking voor de diffusiesnelheid I s -O 1 s
nu
=s
1
'h e l / 4 4 —
dn dx
waarin n de gasdichtheid, u de snelheid langs het kanaal, c. 25
cte gemiddelde snelheid van de moleculen; ^ de accommodatiecoëfficient en dn/dx de deeltjesdichtheidsgradient langs het kanaal is. Onder gebruikmaking van de subindices A en B voor h.ét aangeven van deze termen voor de U-235 en U-238 isotopen en na enige algebra, blijkt dat,
* 1/2
3
-°
\
product i
n product B V. 7 rJ > *1 u Jc) X0 i
^
[^voeding/ n
v&eding \ y
}
Q V/ B
^
'
(A . ~
waarin, m de moleculaire massa is» Derhalve zullen, de dichtheidsverhoudingen bij de producten voedingspunten beide betrokken zijn door de vierkantswortel van de isotoopmassaverhouding, alsmede de verhouding van de accommodatiecoëfficient. De massaverhoudingen leveren de basis voor de scheiding in standaard diffusie technologie en worden beperkt tot een maximum scheidingsfactor van ongeveer 1,004 per trap voor uranium als gevolg van de dichtheid van de isotoopmassa's, Verwacht kan echter worden» dat de accommodatiecoëfficÈnt met een factor twee of beter zal variëren, hetgeen een scheidingsfactor van twee of hoger geeft, hetgeen een belangrijke verbetering is. Indien uranium tt-235 moleculen worden bekrachtigd, zullen de massaverschilien en de accommodatiecoëfficient-verschillen diffusie in dezelfde richting beïnvloeden, zodat de twee effecten elkaar versterken. Wanneer de aanduidingen H en L als de afmetingen voor de respectievelijke scheiding en lengte van de wanden 38 in de kanalen 32 worden gebruikt, stellen de eisen van efficiente verrijking volgens de techniek van door een laserwijziging van de accommodatie-effectbeperkingen op de afmetingen H en h . Aangezien het noodzakelijk is, dat de verspreidende moleculen verscheidene botsingen met de wanden tijdens elke passage van de kanalen 32 maken, moet de lengte ï, veel groter zijn dan de scheiding H. De scheiding H moet ook veel kleiner zijn dan de gemiddelde vrije weg tussen moleculaire botsingen teneinde een veel hogere waarschijnlijkheid te verzekeren van hotsingen van moleculen met wanden dan botsingen van moleculen met moleculen. Hierdoor wordt een verlies aan trillingsbekrachtiging, alsmede bekrachtigingsselectiviteit vermeden. Bovendien moet de scheiding H groter zijn dan de golflengte van de bekrachtigingslaser om haar voortplanting langs de kanalen 32 mogelijk te maken. Tenslotte is de gebruikte theorie gebaseerd op stroomsnelheden, die de subsonore snelheid niet overschrijden. De uitvinding is niet beperkt tot de specifieke beschreven
7 r, 1 f : :•> 3 Q
voorkeursuitvoeringsvornjo
Vele wijzigingen
en
alternatieven
v a n h e t g e g e v e n v o o r b e e l d z i j n m o g e l i j k z o n d e r dat h e t v a n de u i t v i n d i n g wordt
verlaten.
kader
- 11 -
C O N C L U S I E S
1,
Werkwijze voor het teweegbrengen van een scheiding van
isotopen onder moleculen, die een aantal isotopen in een atoom bezitten met het kenmerk, dat een stromingsmilieu van de moleculen, waarvan een atoom in verscheidene isotopen, aanwezig is, tot stand wordt gebracht, een voor de isotopen selectieve trillingsbekrachtiging van de moleculen van het stromingsmilieu wordt geïnduceerd voor het veroorzaken van een moleculaire trilling van moleculen, die een atoom van een voorafvastgesteld isotooptype bezitten zonder dienovereenkomstig een trilling van de moleculen te induceren, die een atoom van een ander isotooptype hebben en dat men de stromende moleculen laat reageren met tenminste één lichaam teneinde de stroming hiervan te veranderen als een functie van de trillingsbekrachtiging van de moleculen» 2.
Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de
reactie van. de stromende moleculen met tenminste êêa. lichaam het over een kanaal voeren van de stromende moleculen omvat. 3.
Werkwijze volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat een
diffusiebarrikre aanwezig is, die verscheidene kanalen heeft. 4.
"Werkwijze volgens conclusie 3
me
"k ket kenmerk, dat de
moleculen een gasachtige uraniumverbinding bevatten. 5.
Werkwijze volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat de '
gasachtige uraniumverbinding een halogeenverbinding bevat. 6.
Werkwijze volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de
verbinding UFg is» 7o
Werkwijze volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de
temperatuur van het oppervlak wordt gehandhaafd om een terugspringreactie van de moleculen met het oppervlak mogelijk te maken met een accommodatiecoëfficientie voor de terugspringreactie, die afhangt van de trillingsbekrachtiging van de terugspringende moleculen en dat de accommödatiecoëfficient voor de door trilling bekrachtigde moleculen
- 12 -
die atomen van het voorafVastgestelde isotooptype bezitten een snellere stroming over het oppervlak teweegbrengt. 8.
Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de
moleculenstrooifisubsonoor is. 9o
Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de
teweegbrenging van de trillingsbekrachtiging van de moleculen omvat het toevoeren van stralingsenergie aan het stromingsmilieu met een frequentie en bandbreedte, die de trillingsbekrachtiging van moleculen van de stroom met een selectiviteit voor de isotopen induceert. 10. Werkwijze volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat het toevoeren van stralingsenergie het toevoeren van las erenergie omvat o 11» Werkwijze volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat de laserenergie een continue straling van een loodzoutdiodelaser onrvat <» 12, Werkwijze volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat de moleculen UIV
bevatten en de loodzoutlaser wordt afgestemd 235 op een absorptielijn voor UFg nabij 624 golfnummers. 6
13. Werkwijze volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat de laserenergie een continue straling van een CS^ laser omvat. l40
Werkwijze volgens conclusie 13 met het kenmerk, dat de
moleculen UF, bevatten en de CS„ laser wordt afgestemd op een 6 235 absorptielijn voor UFg
nabij 825 golfnummers.
15. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de inductie- en reactiestappen op moleculen verrijkt in de voorafvast gesteld e isotoop worden herhaald en dat de inductie- en reactiestappen op de moleculen, verarmd in het voorafvastgestelde isotoop afzonderlijk worden herhaald» l6o Werkwijze voor het teweegbrengen van een scheiding onder een moleculaire deeltjes, die tenminste één atoom van een aantal isotooptypen bezitten met het kenmerk, dat een stromingsmilieu van de moleculen tot stand wordt gebracht, die in dit milieu een atoom hiervan in verscheidene isotooptypen bezitten, een trillingsbekrachtiging van de moleculen van
- 13 -
het stromingsmilieu met een voor de isotopenselectieviteit wordt geïnduceerd teneinde een moleculaire trilling van dié moleculen te veroorzaken, die het atoom van het ene isotooptype bezitten zonder dienovereenkomstig een trilling van moleculen te induceren, die het atoom van een ander isotooptype bezitten, dat de stroom moleculen van het milieu in een aantal diffusiekanalen wordt gericht, dat de temperatuur van de wanden van de kanalen wordt geregeld teneinde het terugspringen van de moleculen van de milieustroom vanaf de wanden van de kanalen met een accommodatiecoëfficient mogelijk te maken, die met de trillingsbekrachtiging van de moleculen in de stroom varieerto 17. Werkwijze volgens conclusie 17 met ixet kenmerk, dat de moleculen van de stroom die de kanalen passeren en die welke de kanalen niet passeren, afzonderlijk opnieuw aan de induetie- en richtstappen worden toegevoerd» 18o Werkwijze volgens conclusie 16 met het kenmerk, dat de moleculen UF^ bevatten en dat bij de induetiestap een infrarode laserstraling aan de stromende deeltjes wordt toegevoerd. 19o Werkwijze voor het tot stand brengen van een scheiding onder moleculaire deeltjes, die tenminste êén uranium atoom van verscheidene isotooptypen bezitten* met h.et kenmerk, dat een stromingsmilieu van de moleculen tot stand wordt gebracht, die het uranium atoom van. de verscheidene isotooptypen bezitten, dat de temperatuur van het stromingsmilieu wordt geregeld op een temperatuur boven condensatie, doch voldoende laag voor het verschaffen van significante populaties van de moleculen in lage trillingsenergietoestanden, dat het stromingsmilieu aan een stel kanalen wordt toegevoerd s dat de kanalen worden belicht met elektromagnetische straling van »
spectraal gehalte om de moleculen door trilling te bekrachtigen, die U-235 atomen bezitten zonder een overeenkomstige bekrachtiging van moleculen, die een ander uranium isotooptype bezitten, dat de belichte kanalen worden afgekoeld, dat de moleculen, die de kanalen passeren worden verzameld in een
product! ei ding van moleculen, verrijkt in h.et TJ-235 atoom en dat de moleculen, die de kanalen niet passeren wosiden verzameld in een afvalstroom, verarmd in het XJ-iJ35 atoom. 20. Werkwijze volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat de kanalen breder zijn dan de golflengte van de elektromagnetische straling. 21. Werkwijze volgens conclusie 20 met het kenmerk, dat de breedte van de kanalen klein is ten opzichte van de gemiddelde vrije weg van de moleculen in de kanalen. 22. Werkwijze volgens conclusie 19 met het kenmerk, dat de kanalen zodanig zijn gedimensioneerd, dat een meervoudig terugspringen van de moleculen vanaf de kanaalwanden. bij het passeren door de kanalen wordt veroorzaakt. 23. Inrichting voor het teweegbrengen van een isotoopscheiding onder moleculen, die een aantal isotopen in een atoom bezitten gekenmerkt door een inrichting voor het tot stand brengen vaya. een stromingsmilieu van de moleculen, waarvan een atoom in verscheidene isotooptypen aanwezig is, een inrichting voor het induceren van een trillingsbekrachtiging, die voor de isotopen selectief is van de moleculen in het stromingsmilieu teneinde een moleculaire trilling van de moleculen te veroorzaken die een atoom van een voorafvastgesteld isotooptype bezitten zonder het dienovereenkomstig induceren van een trilling van moleculen, die een atoom van een ander isotooptype bezitten en tenminste één lichaam, dat met de stromende moleculen reageert om de stroming hiervan te veranderen als functie van de trillingsbekrachtiging van de molecuien D 2k. Inrichting volgens conclusie 23 met het kenmerk, dat het tenminste ene lichaam een oppervlak van een kanaal bevat 0 25o Inrichting volgens conclusie Zk met het kenmerk door een diffusiebarrikre met een aantfe.1 kanalen. 26. Inrichting volgens conclusie 25 met het kenmerk, dat de moleculen een gasvormige uranium verbinding bevatten. 27. Inrichting volgens conclusie 25 gekenmerkt door een inrichting om de temperatuur van het oppervlak te handhaven
teneinde een terugspringre ac ti e van de moleculen met het oppervlak mogelijk te maken met een accommodatiecoëfficient voor de terugspringreactie, die afhangt van de trillingsbekrachtiging van de terugspringende moleculen, waarbij de accommodatieco'éfficient voor de door een trilling bekrachtigde moleculen met -atomen van het voorafvastgestelde isotooptype een snellere stroming hiervan over h,et oppervlak veroorzaakt.. 28. Inrichting volgens conclusie 23 met het kenmerk, dat de moleculenstroom subsonoor is. 29. Inrichting volgens conclusie 23 gekenmerkt door een inrichting voor het toevoeren van stralingsenergie aan het stromingsmilieu met een frequentie en een bandbreedte: die een trillingsbekrachtiging van moleculen van de stroom met een selectiviteit voor de isotopen induceert. 30o Inrichting volgens conclusie 29 met h.et kenmerk, dat de inrichting, die de stralingsenergie toevoert, een laserinrichting bevat. 31» Inrichting volgens conclusie 30raet het kenmerk, dat de laserinrichting een loodzoutdiodelaser bevat, 32. Inrichting volgens conclusie 31 met het kenmerk s dat de.moleculen TJIV bevatten en dat de loodzoutlaser is afgest-ssnd 6 2.35 op een absorptielijn voor TEE^ nabij 6zk golfnummers. 33. Inrichting volgens conclusie 30 ciet het kenmerk, dat de laserinrichting een CSg laser bevat. 34c Inrichting volgens conclusie 33 m e t het kenmerk, dat de moleculen "UTïV bevatten en de CS^ laser is afgestemd op een 235 absorptielijn voor ÜF^ nabij 825 golfnummers. 35» Inrichting voor het teweegbrengen van een scheiding onder moleculaire deeltjes, die tenminste lln atoom van een aantal isotooptypen bezitten gekenmerkt door een inrichting voor het tot stand brengen van «een stromingsmilieu van de moleculen, die een atoom hiervan in het milieu in verscheidene isotooptypen bezitten, een inrichting voor het induceren van een trillingsbekrachtiging; van de moleculen van het stromingsmilieu met een selectiviteit voor de isotopen ten-
einde een moleculaire trilling van dié moleculen te veroorzaken, die het atoom van het ene isotooptype hebben zonder dienovereenkomstig een trilling van moleculen te induceren, die het atoom van een ander isotooptype hebben, een aantal diffusiekanalen, een inrichting om de stroom moleculen van het milieu in het aantal diffusiekanalen te richten, een inrichting voor het regelen van de temperatuur van de wanden van de kanalen om het terugspringen van de moleculen van het stromingsmilieu vanaf de wanden van de kanalen mogelijk te maken met een accoiamodatieco'éfficient die varieert met de trillingsbekrachtiging van de moleculen in de stroom. 36. Inrichting volgens conclusie 35 «net het kenmerk, dat de moleculen UF^ bevatten en dat de indueeerinrichting is voorzien van een inrichting om infrarode laserstralen aan de stromende deeltjes toe te voeren. 37. Inrichting voor het tot stand brengen van een scheiding onder moleculaire deeltjes die tenminste één uranium atoom van een aantal isotooptypen bezatten gekenmerkt door een inrichting voor het tot stand brengen van een stromingsmilieu van de moleculen-, die het uranium atoom van de verscheidene isotooptypen bezitten9 een inrichting voor het re gelen van de temperatuur van het stromingsmilieu op een temperatuur boven condensatie, doch voldoende laag om significante populaties van de moleculen in lage trillings energietoestanden te leveren, een stel kanalen» waaraan het stromingsmilieu wordt toegevoerd., een inrichting voor het belichten van de kanalen met elektromagnetische straling van spectraal gehalte voor het met een trilling bekrachtigen van de moleculen die IJ „ atomen hebben, zonder een overeenkomstige bekrachtiging 2 35 van moleculen, die een ander uranium isotooptype hebben s een inrichting voor het koelen varf de belichte kanalen, een inrichting voor het verzamelen van de moleculen, die de kanalen passeren, in een productstroom van moleculen, verrijkt in het U-235 atoom en een inrichting voor het verzamelen van de moleculen, die de kanalen niet gepasseerd zijn als afval•7 E a : •
0
stroom die in. h.et 11-235 atoom is verarmd. 38. Inrichting volgens conclusie 37 roet het kenmerk, dat de kanalen breder zijn dan de elektromagnetische bestraling» 39. Inrichting volgens conclusie 38 ®et het kenmerk, dat de breedte van de kanalen kleiner is ten opzichte van de gemiddelde vrije weg van de moleculen in de kanalen» 40c Inrichting volgens conclusie 37 met het kenmerk» dat de kanalen zodanig zijn gedimensioneerd, dat zij een meervoudig terugspringen van de moleculen vanaf de kanaalwanden bij het passeren door de kanalen veroorzaken<>
*
7 / W% 1 5 t/ fu V% Ve
FIG. I
w ,20
24
Fl ^22
WL+I P:i" 1
X
^28
26
Q r Pi
FIG. 2
n ~7 "I O
Ló
Jersey Kuclear-Avco Isotopes Ine»
m
00
r
\ SF-
Jrr
U fel
1
II I
I\
1
N U I\
h .s s s V I\ Iq
o ll_
75 1 0 2 3 9
C\l m
