Octrooiraad
[loiAÏerluzagelegging
Nederland
nu 70CI3182
[19]
NL
[54]
Werkwijze voor het scheiden van isotopen en inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze. ,
[51]
Int.Cl2.: B01D59/48.
[71]
Aanvrager: TRW Inc. te Redondo Beach, Californiê, Ver.St.v.Am.
[74]
Gem.: Ir. F.X. Noz c.s. Algemeen Octrooibureau , Boschdijk 155 Eindhoven.
[21]
Aanvrage Nr. 7603162.
[22]
Ingediend 26 maart 1976. ,
[32]
Voorrang vanaf 27 maart 1975.
[33]
Land van voorrang: Ver. St. v, Am. (US).
[31]
Nummer van de voorrangsaanvrage: 562993.
[23]
--
[61]
--
[62]
--
[43]
j
Ter inzage gelegd 29 september 1976,
De aan dit blad gehechte afdruk van de beschrijving met conclusie(s) en eventuele tekening(en) bevat afwijkingen ten opzichte van de oorspronkelijk ingediertde stukken; deze laatste kunnen bij de Octrooiraad op verzoek worden ingezien.
-1-
18277/FG/jh
Aanvrager: TRW INC. Redondo Beach, Californië, Verenigde Staten van Amerika Korte aanduiding: Werkwijze voor het scheiden van isotopen en inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.
De uitvinding heeft bietrekking op een werkwijze voor het scheiden van een isotoop van een element Van andere isotopen. De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting geschikt voor het uitvoeren van deze werkwijze. Zoals gezegd heeft deuLtvxnding betrekking op een werkwijze voor het scheiden van isotopen van elkaar en meer in het bijzonder op een betrekkel goedkope wijze «voor het scheiden van isotopen in een vrijwel neutrale dichte plasma. l t De belangrijkste werkwijze die men op het ogenblik kent voer het schci van uraniumisotopen op commerciële basis is het gasdiffusieproces. Om de capaciteit van dergelijke diffusiefabrieken te vergroten is een grote kapitv investering vereist die enkele honderden miljoenen dollars per jaar kan bedragen. De laatste jaren heeft men door onderzoek in vele landen door vele personen meer inzicht en kennis verkregen betreffende plasma's. In het bijzonder de kennis over het gedrag van dichte plasma's is sterk toegenomen. Isotoopscheiding in een dichte plasma moet de scheiding van veel grotere hoeveelheden van de gewenste>isotopen tegen een lagere kostprijs en onder minder energieverbruik mogelijk maken. Verder wordt de scheiding van isotopen in een dichte plasma vergemakkelijkt
tengevolge van het feit dat plasma-
inrichtingen bestaan die voor soortgelijke werkwijzen kunnei^worden toegepast. Daartoe behoren de zogenaamde Q-machines. Het is algemeen bekend dat een straal geladen deeltjes niet boven een bepaalde dichtheid kan komen omdat de geladen deeltjes elkaar afstoten. Ander zijds worden in een neutraal plasma hoe dicht het ook is afzonderlijk geladen deeltjes geneutraliseerd door andere deeltjes met tegenovergestelde lading. Daarom kan men een plasma veel dichter maken dan een geladen straal. Duidelijk zal zijn dat een goedkopere werkwijze voor het scheiden vnn isotopen het mogelijk maakt isotopen te gaan toepassen voor doeleinden die tot nu toe eenvoudig te duur waren. Dergelijke isotopen bezitten bijvoorbeeld vele toepassingen in de medischs sfeer. Ze kunnen ook geschikt zijn voor lichtbronnen die aonochromatisch licht opwekken dat wil zeggen licht dat we„
76 0 3 1 6 2
-2-
,
18277/FG/jh i-
gegenereerd door een enkele' isotoop van een geschikt element. Verder kan het gewenst zijn lasers te vervaardigen met een laserbaay materiaal m
de
vorm van een enkele isotoop-van een geschikt element. Aflonderlijke isotopen kan men ook voor nucleaire Reactoren toepassen. In dat géval kan het gewenst zijn een bepaalde isotoop tie te passen die de beste neutroneigenschappen, bezit voor de reactor zoals een bijzonder grote of kleine^ neutron3
absorptie-dwarsdoorsnede. Er zijn talrijke werkwijzen voorgesteld voor het scheiden van isotopen door andere werkwijzen dan door het gasdiffusieproces. Daartoe behoort de toepassing van een laser voor het exciteren van een bepaald energieniveau van een isotoop zonder de andere isotopen aan te slaan. Uit kan een
verstel-
bare laser noodzakelijk maken om bijvoorbeeld de uraniumisotoop 235 preferentieel aan te slaan ten opzicfite vain de uraniumisotoop 238. Het aangeslagen uraniumatoom kan dan gemakkelijker worden geïoniseerd in vergelijking met het niet-aangeslagen ion zodat een scheiding van de geladpn en neutrale isotopen gemakkelijk kan worden uitgevoerd. Een dergelijke scheidingsmethode vindt men bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.558.877. Een soortgelijk
twee-fotonai schema voor het aanslaan en $aarop\volgend
ioniseren van
een bepaalde isotoop vindt men beschreven in het Amerikaanse
octrooischrift 3.772.519. De.toepassing van een laser om ^en gas te ioniseren i door het elektrisch veld veroorzaakt door een gefocusseerde laserstraal vindt men beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.378.204. De toepassing van laserstralen voor het vormen van plasma of voor het bombarderen van microdeeltjes is ook wel voorgesteld in de Amerikaanse octrooischriften 3.360.733 en 3.679.897. •Plasma-begrenzende organen met magnetische spiegels, zijn algemeen bekend. Een voorbeeld van een octrooischrift op dit gebied is het Amerikaanse octrooischrift 3.257.579.
De toepassing van een divergerend magnetisch
veld, soms een magnetisch mondstuk genoemdj is voorgesteld voor de scheiding van ten minste twee isotopen in ht Amerikaanse octrooischrift 3.845.300. Verder kan gewezen worden op een publicatie van
Hidekuma in
Physical Review Letters van 23 december 1974, volume 33, nr. 26,'blz. 1537-1540, Daarin wordt voorgesteld bepaalde soorten ionen tegen te höuden of vast te houden terwijl men de andere uit e e n houder laat ontsnappen. Dit wordt veroorzaakt door een magnetische T e n ?
A v,
9
vergrendeling verkregen door bepaalde magneet-
-14-
18277/FG/j^5
velden. Het doel van de proef bestond daaruit het mogelijk te maken onzuiverheden uit de reactor te laten ontsnappen terwijl de gewenste deeltjes achtexbleven. De uitvinding voorziet in een nieuwe werkwijze en een daarvoor geschikte inrichting voor het scheiden van isotopen van verschillende elementen; het voordeel van de nieuwe werkwijze is dat deze veel goedkoper is dan de tot op heden bekende werkwijzen. Bij de werkwijze volgens, de uitvinding wordt gebruik gemaakt van een betrekkelijk dicht plasma waardoor de opbrengst van de werkwijze sterk wordt" verbeterd. De werkwijze volgens de uitvindirg is geschikt vo^r het scheiden van de isotopen van vele elementen die meer dan éen isotoop bezitten. ' De werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat een vrij:"-.", neutraal plasma wordt opgewekt met een element met ten minste twee geionisde te scheiden isotopen; een vrijwel stationair magnetisch veld door bet plasma wordt aangelegd; meer' energie wordt overgedragen op een bepaalde isotoop dan op de andere isotopen terwijl het element zich in het magnetisch veld bevindt; en de isotopen-van elkaar worden gescheiden-op basis van hun verschillende energieën.
'
De werkwijze volgens
positieve
ionen gorden geneutraliseerd. Tenslotte kan men ook een neutraal mengsel van positieve en negatieve ionen en elektronen toepassen. De tweede stap bestaat daaruit dat deze neutrale dichte plasma wordt geïnjecteerd in een magneetveld waarin een van de isotopen moer energie krijgt toebedeeld dan de andere. Opgemerkt wordt dat het ook mogelijk in het plasma in het magneetveld te vormen zodat het niet geïnjecteerd Mioeft te worden. De verschillende energieën kunnen bijvoorbeeld worden overgedragen door de gewenste isotoop selectief bij zijn resonantiefrequentie aan te slaan die dichtbij maar niet op hetzelfde niveau ligt als de cyclotronfrequentie van de isotoop. De corresponderende collectieve resonantiefrequentie van de belangrijkste isotoopsoort kan echter aanzienlijk verschillen van zijn eigen
-4l i
18277/FG/jh
i I-
bijzondere cyclotronfrequentie. De collectieve resonantiefrequenties hangen gewoonlijk af van de plasmadichtheid, de relatieve concentratie elektronen wanneer het plasma elektronen•i bevalt, de sterkte van het magnetisch veld, de verhouding van lading tot massa vari de betreffende isotoop en waarschijnlijk van de fysische parameters van de plasma-inrichting zelf zoals de verhouding van de lengte van de plasmakqlom tot de radius daarvan. Tenslotte wordt het bepaalde isotoop gescheiden van de andere isotopen op 'basis van het energieverschxl. Dit kan bijvoorbeeld worden gedaan met behulp van een differentiële diffusie van de ionen over een magneetveld tff met magnetische spiegels waardoor de energie-rijkere soort wordt samengehouden. Hieronder worden nog vele" werkwijzen besproken voor het scheiden van; een isotoop var: andere op basis van hun energieverschil; men kan daarvoor bijvoorbeeld ook energie-afhankelijke chemische reacties toepassen. Er worden ook vele oplossingen besproken voor het vormen
van de gewenste plasma en voor het aan-
brengen van verschillende energieën aan de verschillende isotopen. De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van enkele figuren: Fig. la is een schematische .dwarsdoorsnede door een- op zich bekende Q-machine die gemodificeerd is om kaliumisotopen van elkaar te scheiden, onder toepassing van een
oscillerend magneetveld-om inductief e,en oscillerend
elektrisch veld op te wekken,, fig. lb is een dwarsdoorsnede in vergrote schaal van de sonde die kan worden toegepast bij de inrichting volgens fig. la. In dezp figuren zijn tevens de loopbanen van een ion en een elektron aangegeven,
,
fig. 2 is een schematische doorsnede van een andere gemodificeerde Q-machine onder toepassing van een oscillerend elektrisch veld om de isotopen van een bepaald element van elkaar te scheiden, fig. 3 is een schematische dporsnede van een verdere inrichting geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze, volgens de uitvinding voorzien van een aantal magneetspoelen om een .golvend of
variërend magneetveld op te wekken
om zo versthillende energieën aan te brengen op de ionen die langs de longitudinale as van de buis voortbewegen, fig. 4 is een grafiek waarin het magneetveld van de' inrichting volgens fig. 3 is weergegeven als functie van de afstand om de golven of heen en weergaande bewegingen van het veld zoals waargenomen door een bewegend ion weer te geven,
-14-
18277/FG/j^5
fig. 5 is een dwarsdoorsnede van een inrichting ovéreenkomend met die van fig. 3 voor het opwekken van een helicaal variërend magnetisch \eLd dat ook kan worden toegepast voor de scheiding van isotopen, fig. 6 is een schematische dwarsdoorsnede van een inrichting met naast elkaar gelegen magneetvelden met ruimten tussen deze velden zonder magneetveld om zo een differentiële diffusie van de gewenëte isotopen te verkrijgen teneinde de isotopen van elkaar te scheiden, fig. 7 is een schematische doorsnede waarin het gedrag van deeltjes in de inrichting volgens fig. 6 is weergegeven om de differentiële diffusie toe te lichten,
«
fig. 8 is een schematische dwarsdoorsnede van een buis voorzien van magnetische spiegels aan beide uiteinden om de diffusie van een minder energierijke isotoop daardoor uit te voeren terwijl de energierijkere isotoop wordt vastgehouden, fig. 9 is een schematische dwarsdoorsnede van een verdere machine met meerdere magnetische spiegels; om de differentiële diffusie» van isotopen door de inrichting toe te lichten om deze te scheiden, fig. 10 is een dwarsdoorsnede van een inrichting met een magnetisch mondstuk om een divergerend magneetveld op'te wekken om
isotopen in
afhankelijkheid van hun energie te scheiden, fig. 11 is een schematische .dwarsdoorsnede van een verdere inrichting voor het scheiden van de isotopen van elkaar op basis van hun verschillende snelheden tengevolge van een elektrisch veld dat in een verschillende vluchttijd resulteert, fig. 12 is een grafiek waarin een set pulsen is weergegeven die wordt toegepast om de ionen van het plasma te versnellen en waarin een tweede set pulsen is weergegeven om de ionen te scheiden in overeenstemming met hun verschil in vluchttijd, fig. 13 is een schematische dwarsdoorsnede van een .verdere inrichting volgens de uitvinjjing om isotopen toe te voeren met behulpi van synchrone drukgolven opgewekt door een stationair magneetveld en een" oscillerend helicaal magneetveld, fig. 14 is een schematische dwarsdoorsnede van een -inrichting voor het scheiden van isotopen met behulp van ionen-akoestische golfopvanging en fig. 15 is een schematische dwarsdoorsnede van een inrichting voor
-0•
18277/!FC-/jh
i het differentieel verstrooien van ionen op basis van hun massa door schokken zonder collisie. Zoals hierboven reeds aangegeven bestaat de scheiding of aanrijking van een bepaalde isotoop in principe uit drie verschilfende en achtereenvolgende stappen: in de eerste plaats is het noodzakelijk een plasma te vormen dat vrijwel neutraal is en betrekkelijk dicht is. De dichtheid van het plasr^ moet 1 0 ^ - 10"^ deeltjes per 'cm^ bedragen. Het plasma kan uit positieve ionen bestaan die geneutraliseerd zijn met elektronen of uit negatieve ionen die met een geschikt positief ion zijn geneutraliseerd. Verder is het
i • „ mogelijk dat het plasma bestaat uit een mengsel van elektronen en negatieve ionen die geneutraliseerd zijn, door positieve ionen. De ionèn kunnen bestaan uit het element dat moet worden gescheiden of kunnen afkomstig zijn van een chemische verbinding die het te scheiden element bevat. Bij de volgende stap van de werkwijze is het noodzakelijk een verschillende energie aan te brengen op de te scheiden isotopen. Dit kan men op vele wijzen doen zoals hieronder nog nader wordt toegelicht. De kleinere hoeveelheid aanwezige isotoop dat wil zeggen de zeldzamere isotoop kan meer energie krijgen toebedeeld dan de in grotere hoeveelheid voorkomende isotoop. Er worden hieronder nog vele werkwijzen beschreven om dit effect te verkrijgen. Als laatste stap wordende twee isotopen die dan een verschillende energie hebben verkregen gescheiden op basis van deze
verschillende energieën.
Ook deze stap, kan op zeeï veel verschillende wijzen worden uitgevoerd zoals hieronder nog nader wordt toegelicht. Het vormen van een dicht, neutraal plasma. Een van de eenvoudigste gevallen is het vormen van een^lasma bestaande uit een klkalimetaal. Men kan bijvoorbeeld gemakkelijk een plasma van kalium vormen door toepassen van de volgende werkwijze. Het kalium wordt in een geschikte oven verwarmd in een geëvacueerde ruimte. De kaliumatomen o£ de straal kalium wordt dan naar een warme elektrode gericht die bijvoorbeeld van wolfraam, tantaai of rhenium kan zijn. Wanneer een kaliumatoom op de warme elektrode botst wordt het geïoniseerd onder vorming van een positief kaliumion. Er worden continu elektronen geëmitteerd door de warme elektrode. Deze elektronen
neutraliseren de gevormde ionen. Het aantal elektronen hangt af van
het elektrische veld dat door de ionen wordt opgewekt dat op zijn beurt wear een functie is van de temperatuur.
-7-
18277/FG/jh
Inplaats dat men kalium verdampt is het ook mogelijk uit te gaan van kaliumchloride dat dan voldoende wordt verwarmd om de moleculaire binding los te maken zodat dan enkele neutrale kaliumatomen ontstaan en chlooratomen naast kaliunren chloorionen. De werkwijze kan dan worden voortgefcfet zoals hierböven beschreven. Er 2ijn vele andere werkwijzen voor het vormen van een plasma met andere alkalimetalen. Zo'n plasiga kan worden gevormd in een stationair longitudinaal magneetveld op derwijze van een Q-machine of het plasma kan later in het magneetveld worden gebracht. Deze laatste werkwijze kan bijvoorbeeld noodzakelijk zijn wanneer het warme element wordt gevormd door filamenten. -De filamenten kunnen zich buiten het magneetveld bevinden om voldoende ruimte tussen naast elkaar gelegen filamenten te verkrijgen. Een andere methode voor het scheiden van de isotoop 41K bestaat »it~eer£ chemische s-cheidingsmethode. Het kalium positief ion kan in een olartaa .worden gevormd zoals hierboven beschreven.De hieronder volgende reactie is endotherm en vindt plaats met de energierijkste van de isotopen: 4i
>41 KF + CF 3 +
K* + CF4
(1)
Het kaliumfluoride kan d§n gemakkelijk chemisch worden gescheiden. * 37 Op soortgelijke wijze kan men de chloorisotoop CL bereiden uit
+
i
een neutrale plasma met K-., Men Kan bijvoorbeeld tetrachloorkoolstof toevoegen aan het plasma en dan de volgende reactie uitvoeren: e" + CC14
^CC1 3 + Cl"
Daarna wordt CH^Br toegevoegd dat cp zijn beurt de vorming van CK^Cl bewerkstelligt en de volgende reactie vindt dan plaats: Cl" + CH^Br
^CH3C1 + Br"
Reactie (3) is exotherm en kan worden toegepast om ionen op basis van hun energieën te scheiden. Wanneer de chloorisotopen met massa 35 en 37 differentieel worden verwarmd zodat chloor 37 minder energierijk wordt vindt de reactie alleen metJ'cL~ met CH„F. j
" J OS 16 2
plaats.Sen soortgelijke reactie vindt plsats
-}-
18277/FG/jh
Een plssma met uranium moet gewoonlijk worden gevormd op ie:; soortgelijke wijze. Het uranium 'kan dan brijvoorbeeld als volgt worden geschei'er: ü + + AB 5
>UA + K +
(4)
In de hierboven beschreven reactie betekent A fltfor, chloor, -"tiki
stof, zuurstof, koolstof exï dergelijke. Wanneer de reactie endotherm is kan de scheiding worden uitgevoerd door het ion van de gewenste isotoop selectief te verwarmen. Anderzijds kan wanneer de reactie exotherm is}de vorming van de gewenste isotoopion 10
worden verkregen door
de overblijvende soort van het isotoop selectief
te verwarmen." Het is ook mogelijk selectieve reacties toe te passen op basis van de respectieve-dwarsdoorsnede die afhangt van de energie. Dit geldt sLfs wanneer de energiedrempelwaarden voor de reactie niet van belang zijn. 15
Een andere meer belevende 'benadering bestaat daaruit dat selectie/ü reacties worden uitgevoerd dnder toepassing van negatieve ionen die uit UFg (uraniumhexafluoride) zijn gevormd; dit is een vluchtige uraniumverbinding. Uraniumhexafluoride1 bezit een betrekkelijk hoge .dampdruk bij kamertemperatuur van wel 100 tor.J Bovendien bezit uraniumhexafluoride een hoge
20
elektron-hechtingsenergie zodat het gemakkelijk negatieve ionen vormt. De volgende reactie kan bijvoorbeeld plaatsvinden: ÜFg + e
»UF~
+ F,
(5)
waarin UF. uraniumpentafluoride voorstelt. 25
^ Hierbij wordt aangetekend dat hier in plaats van een positief ion een negatief ion wordt gevormd dat dan".moet worden geneutraliseerd met een geschikt positief ion zoals K+. Het uraniumpentafluorideion kan een exotherme elektron overdrachtsreactie ondergaan met uraniumhexafluoride:
30 UF5" + UF6
UF 6 " f UF5
(6)
Het uraniumisotoopion kan dan worden gescheiden bijvoorbeeld door middel van een dissociatie veroorzaakt door een collisie van het energierijke molecule met de gewenste isotoop volgens de volgende* reactie: 35
73 0 3 16 2
-14- 18277/FG/j^5
UF," + Xe
>UF,
6
+ nF + Xe,
6-n
(7)
'
waarin n een geheel getal 'kle:'her dan 6 voorstelt. Opnieuw kar chemische scheiding worden uitgevoerc. Inplaats dat men het uraniumhexafluoride laat botsen met xenon is- het ook mogelijk argon of een andnr edelgas voor de botsingen toe te pass=n of ook inerte deeltjes. Het is ook mogelijk het uraniunpentafluoride de volgende reactie met BF^ te laten aangaan:
UF5" + BF3
;>UF4 + BF4"
(8)
10 Een andere reactie die toegepast kan worden resulteert in de vorming van UF,-CN volgens de volgehde reactie: UFG" + HCN
>UF5CN" + HF
(9)
Verdere chemische veranderingen met uranium waarmee men een isotoo" 15
van de andere chemisch kan scheiden betreffen soortgelijke verbindinger van uranium met andere halogenen zoals chloor, broom of jodium. Ken kan bijvoorbeeld de volgende reactie uitvoeren: £uc13
UC14 + Xe20
+
Cl
Opnieuw wordt opgemerkt dat andere edelgassen of inerte deeltjes kunnen worden toegepast voor de dissociatie evenals andere uranium- en chloorverbindingen zoals uraniumhexachloride. Selectieve ladinguitwisseling kan ook worden uitgevoerd met andere atomen of moleculen. In dat geval moet de reactie worden uitgevoerd op
25
basis van de energie.
'^
Het is mogelijk dat een elektronuitwisseling plaatsvindt tussen de twee isotopen 235 en 238 van het uraniumhexafluoride. Door kiezen van een bepaalde energie kan de reactie in de gewenste richting worden uitgevoerd. 30
Een neutrale plasma met negatieve uraniumionen en positieve ionen kan verband houden met de volgende reactie: Cs + UFg
£ C s + + UFg
(11)
Zo krijgt men direct het gewenste plasma dat neutraal is. Deze reactie 25
kan worden uitgevoerd door direct contact van de twee dampen. De hechting?-
-14-
18277/FG/j^5
energie voor het toevoegen van een elektron aan het uraniumbexafluoride bedraagt 4eV (elektronvolt). .Verder zijn 3,8 eV vereist om een elektron van het cesium te verwijderen,. De hierboven beschreven reactie met cesium betreft een ladingsoverdracht. Reacties van dit type bezitten gewoonlijk een grote dwarsdoorsnede omdat zij op grote afstanden kunnen plaatsvinden. Men kan dus verwachten dat dit type reactie gunstig afsluit in vergelijking met andere reacties zoals: Cs + UFg.
^ Cs F + UF5.
(12)
De laatste reactie verèist het contact tussen de molecules. Er zijn ook andere reacties met het césium éogelijk. Het aanbrengen van een verschillende energie aan de isotopen. Zoals hierboven uitgelegd bestaat de tweede stap bij de werkwijze volgens de uitvinding eruit dat men verschillende energie verleent aan de isotopen van een bepaald elemènt. Dit kan men bijvoorbeeld doen door gebruik te maken van de collectieve resonantie vlakbij de cyclotronfrequentie van de betreffende isotoop. Aangezien deze werkwijze plaatsvindt in een betrekke" lijk dicht plasma wordt de cyölotronfrequentie gewijzigd tengevolge van de effecten van het aantal van de deeltjes in het plasma, de s.terkte van het magneetveld, de verhouding van elektrische lading tot massa van het isotoop en tengevolge van andere factoren zoals de fysische afmetingen van het plasma. De elektrische ladingscheiding van de plasmacomponenten kan er de reden van zijn dat de collectieve resonantiefrequentie van de belangrijkste isotoop aanzienlijk afwijkt van zijn eigen c>yclotronfrequentie. Gelijktijdig zal deze frequentie ook afwijken v^n de collectieve resonantiefre^uentie van de minst belangrijke isotoop die zich dan wat dichterbij de eigen cyclotronfrequentie daarvan bevindt. Het netto resultaat van deze collectieve resonantie scheidingseffecten of ladingsscheidingeffecten kan een verdere vergroting van dat gedeelte van de resonantiefrequentie scheiding veroorzaken die een gevolg is van de verschillen in alleen de ionencyclotronfrequentie. Het kan ook het effect van de belangrijkste soort resonantie minimaliseren in verband met variaties van deze frequentie in verschillende gebieden van het plasma. Het laatste effect is een van verschillende die kunnen opwekken wat wel als resonantie verbreding wordt aangeduid. Differentiële excitatie van een isotoop bij het geval van kalium word'"
18277/?G/;h
-11-
nu toegelicht aan de hand van figuren la en lb. Fig. lb laat bij wijze van voorbeeld een bepaalde sonde
zien
cn wordt
hieronder nader beschreven. Fig. la laat een op zich bekende doch die bijvoorbeeld uit een
gewijzigde Q-tnachine zien
cilindrische omhulling 10 bestaat die aan oeice
uiteinden is afgesloten met eindplaatsen 11 en die voorzien kan zijn
-vr. c . verbinden.
zijbuis 12 om de buis met vacuumpomp en verdere hulpinrichtingen te
Rondom buis 10 zijn spoelen 14 aangebracht die ringvormig kunnen zijn en die rondom de buis liggen. De spoelen 14 wekken wanneer se in energierijke U
0
t
•
• '
toestand worden gebracht een stationair longitudinaal magneetveld op. Zoals weergegeven bij 15 zijn de spoelen aan beide uiteinden dichter bij elkaar e . een dichter magneetveld op te wekken; men noemt dit gewoonlijk een magnetic z-.e spiegel.
J
Het kalium kan worden verdampt uit een oven die schematisch is w e e gegeven met 16 en die op een temperatuur van ongeveer 250 °C kan worden gehouden. Het verdampte kalium botst dan tegen een warme plaat 17 die op een temperatuur van ongeveer 2000 °C wordt gehouden. Plaat 17 kan worden verwarmd met een filament 18; de energietoevoer daarvan is ter vereenvoudigirg van de tekening weggelaten. De relatieve temperaturen van de oven
16 en van de warme plaat 17
bepalen de verhouding van elektronemissie tot kaliumionvorming. Met andere woorden een kaliumatoom dat tegen de. warme plaat 17 botst verliest een elektron onder vorming van een positief kaliumioii. Elektronen1 ^worden continu geemitteerd tengevolge van het thermisch ionisch effect van de warme plaat. De warme*plaat kan bijvoorbeeld van wolfraam, tantaai of rhenium zijn. De ionen en elektronen die dan een dicht neutraal plasma vormen bewegen zich naar links in fig. la in overeenstemming met hun thermische snelheden en gaan door een cirkelvormige opening 21 in een schild 20. Het plasma kan een dichtheid van lO 10 - 10 12 deeltjes per cm"3 bezitten. De <3ruk kan ongeveer 10
2
\ot
35
atmosfeer bedragen en de temperatuur kan tussen 1000 cn 20000 °C liggen. Het plasma gaat dus naar links in fig. la waar het uiteindelijk wordt opgevangen door een collector 22. De spanning van het plasma met betrekking tot de collector 22 kan tussen 0 en +3 volt liggen al naar gelang de temperatuur van de oven 16 en de warme plaat 17. De spanning tussen schild 20 en collector 22 kan +0,1 tot +0,5 volt bedragen. Aangezien de ionen de elektronen
-12- '
18277/FG/jh
uit de warme plaat 17 moeten extraheren kan aet plasma zelf een positieve spanning bezitten met betrekking tot de plaat 17 die meh als een aarde potentiaal kan beschouwen. Er is ook een sond* 25 aangebracht-tussen sclr'. 20 en collector 22 in de af te leggen weg van het plasma om het icotoou te verzamelen dat een hogere energie heeft verkregen, in dit geval de kaliun 41 isotoop. Met deze inrichting is een nieuwe reeks oscillatiefrecuenties mogelijk. Daaronder vallen de collectieve resonantiefrequenties van beide ionsoorten. Terwijl een isotoop door resonantie wordt aangedreven of "verwarmd" worden indivuduêle ionen van de andere isotoop periodiek in een energierijke toestand gebr4cht en weer energie-armer gemaakt door het drijvend veld. Het netto-resultaat is een groot fractioneel energieverschil tussen de resonantie en de niet-resonantie geioniseerde isotopen. In de ruimte tussen schild 20 en collector 22 is een spiraal 26 aangebracht om het tweede magneetveld op te wekken waardoor het plasma gaat. Di; is een oscillerend magneetveld dat kan worden opgewekt door de spoel 26 met een oscillatiegenerator 27. Een capaciteit 28 kan in een van de toevoerleidingen die generator 27 met spoel 26 verbindt zijn aangebracht om een reeks resonantiecircuit te vormen dat gaat oscilleren bij de frequentie van de generator 27. Het resultaat bestaat daaruit dat een oscillerend inductief veld wordt ontwikkeld in een richting dwars op de voortplantingsrichting van het plasma. Dit wordt hieronder ïiog nader toegelicht. Schild 20 werkt als warmteschild om de wanden van de omhulling 10 te beschermen tegen de hoge temperatuur van de warme plaat 3,^. Door koelen van de wanden van omhulling 10 kan een lage dampdruk worden gehandhaafd zodat men een vrijwel neutraal plasma kan verkrijgen. Verder kan een koelspiraal 30 zijn aangebracht binnenin buis 10 vrijwel over de gehele lengte van de buis. Spoel 30 kan op kamertemperatuur worden gehouden, of daar beneden met behulp van koud water of deze spiraal kan zelfs worden gekoeld met sterkere koelmiddelen. Tengevolge van de invloed van het oscillerend elektrisch veld gecombineerd met het longitudinale magnetische veld en de thermische snelheid van de ionen leggen de ionen een helicale route af van rechts naar links in fig. la. De sonde 22 is op
vergrote schaal weergegeven in fig. lb. De sonde kan
-14-
18277/FG/j^5
bijvoorbeeld voorzien zijn van een cilindrisch schild 31 dat bijvoorbeeld van tantalum vervaardigd kan zijn. Hef is geïsoleerd met twee isolerende cilinders 32 en 33 die bijvoorbeeld uit aluminiumoxyde kunnen bestaan. Een cirkelvormige plaatachtige collector 35 is binnen schild 31 aange5
bracht en onder de buitenste rand 36 Jaarvan. Kromme 37 geeft de af te leggei weg aan van een elektron dat een taer kleine transversale beweging bezit en dat daarom niet tot de collector 35 kan doordringen. Kromme 38 laat de af te leggen weg zien van een ion met een veel grotere dwarsbeweging zodat ,'it op de collector 35 kan botnen over
10
de rand 36 van« schild 31. Collector 3; kan ondersteund zijn door eer. vervprmingsdraad 40 om het gasvrij te maken en kan geïsoleerd zijn met een iFol^rcrd-i staaf 41. Tijdens de isctoopscheiding echter moet de collector 25 kouc gek'-frf" worden net als collector 35 zodat de opgevangen ionen niet opnieuw verdanpen. Men kan collector 35 daartoé volgens op zich bekende wijze koelen.
15
De irvloed van de bewegingen van de ionen en elektronen in een pla°na van het type zoals gevormd in de inrichting volgens fig. la wordt nu toegelicht. Eerst wordt de cyclotronbeweging verklaard waaraan een geladen deeltje wordt onderworpen onder invloed van een magneetveld. De magnetische kfcaclit werkt onder rechte hoeken op de snelheid van geladen deeltjes in. Zo vormen
20
de vectoren van de kracht en de snelheid een hoek van 90°. De cyclotronfrequentie wordt bepaald door de verhouding van de lading tot de massa van het deeltje vermenigvuldigd met het magneetveld en deels door de lichtsnelheid. De Larmorradius is evenredig aan de vierkantswortel uit de deeltjesenergie gedeeld door de cyclotronfrequentie,^
25
Het is nu mogelijk een geladen deeltje te exciteren door dit te onderwerpen aan een oscillerend elektrisch veld met een frequentie die dichtbij de cyclotronresonantiefrequentie ligt maar daar wel van verschilt. In dit geval moet er en een magneetveld en een elektrisch veld onder rechte hoeken met elkaar zijn waarbij het elektrisch veld een component
30
evenwijdig aan de beweging van het deeltje bezit. De frequentie waarmee het elektrisch veld varieert moet dusdanig zijn dat het deeltje een toename in energie of snelheid verkrijgt. Zo wordt het deeltje versneld langs een spiraalvormige of cycloïdale weg. Als resultaat verkrijgt het deeltje een translationale snelheid onder een rechte hoek met het elektrisch veld.
^5
Wanneer het deeltje wordt aangedreven met zijn eigen resonantiefrequ ^ 'r ~f "f' r a s% 3 y - - •„. 5 M L
-14-
18277/FG/j^5
gaat het steeds meer energie '!opnemën. Anderzijds varieert teen deeltje of ion» dat niet in resonantie is, zijn eneirgie op een wijze bepaald door de vie.rk.rptswortel van een sinusfunctie. Anderzijds verkrijgt een ion 'dat in fase is een steeds grotere energie evenredig aan de vierkantswortel uit tijd. Als resultaat wint een deeltje da^t- in resonantie is met het oscillerend elektrisch veld energie of dit wordt "verwarmd". De tijdsperiode kan 'zo worden gekozen dat een maximum verschil optreedt gemiddeld tussen de energie van het deeltje in resonantie en een ander deeltje dat niet in resonantie is. Zo is het mogelijk een isotoop die slechts een kleife percentage uitmaakt van de totale geioniseerde isotooppopulatie bij zijn?collectieve resonantie « frequentie die vlakbij de cyciotronresonantiefrequentie kaü liggen. Men moet wel bedenken-dat zelfs in dit geval de collectieve resonantiefrequentie die rf» wijkt van de cyclotronfrequentie, er dichtbij kan liggen. De andere isotoop wordt alleen verwarmd wanneer-deze wordt onderworpen aan zijn collectieve resonantiefrequentie. De reden voor«het verschil in gedrag tussen de twee ionsoorten bestaat daaruit dat de collectieve bewegingen van de in grote hoeveelheid aanwezige isotope4 elektrische krachten induceren binnenin het plasma tengevolge van ladingsdheiding. Dit modificeert de cirkelvormige beweging van de ionen tengevolge van- alleen het stationair magnetisch veld. Anderzijds veroorzaakt de bewe'ging van de in kleine hoeveelheid aanwezige isotoop een veel kleinere ladingscheiding en daardoor een veel kleiner elektrisch veld, en kleinere verschuivingen in de resonantiefre^quentie.In grote mate wordt een ladingscheiding' tengevolge van de beweging van de vminder bei
langrijke isotopen (dat wil zeggen de in kleine hoeveelheid aanwezige ''isotopen) genivelleerd door een vrijwel gelijke maar tegenovergestelde scheiding van de belangrijkste isotoop. Deze beweging van de belangrijkste soort hangt echter met weinig energie samen omdat slechts een kleine beweging van de belangrijkste soort vereist is om de beweging van de minder belangrijke soort te balanceren. Een gedetailleerde beschrijving van dit verschijnsel hangt daarom ®k af van de specifieke parameters van de plasma-inrichting. De hieronder volgende vergelijking is echter geschikt voor een plasmaplak begrensd door twee ongebonden vlakke oppervlakken. Daaruit kan men de belangrijkste eigenschappen van de resonantiefrequentie aflezen:
afhankelijkheid van de collectieve ionenbewegingen
-15-
f
18277/FG/jh
r
4tr Q E
K " 1 + I
upA2 (1 - i vft/uj u
ci 2 " %
*
(ii)
2ic
"ov* t
waarin
de soort geladen deeltjes aangeeft enüjpjE de plasmafrequentie aangeeft
voor het £de deeltje of geassocieerd met de corresponderende ionsoort die -;ls volgt wordt bepaald: , „ « .
PJ[
.
,
ü 4TT e2 n,? - . - :
^ '
'
C12)
M
.
In de formules (11) en (1-2) geldt: E is het elektrisch veld in de plasmaplak in een richting- loodrecht op de vlakke grenzen, e is de lading van het elektron ngis ' de m
getaldichtheid van de deeltjes voor de £de isotoop of soort,
m is de massa van de
£de isotoop,
Ls
i
*
Verder geldt in vergelijking (11) Ucj> is de cyclotronfrequentie voor de Mo
is
Ida soort,
aandrijffrequentie,
is de effectieve cpllisiefrequentie voor de
ede soort en i is
Wanneer men de noemer in yergclijkxngdljgolijk aan 0 zet wordt (Jfi r^/iOnmifcïf' toestand verkregen. Deze formule kan vereenvoudigd worden doó& aan te nemen dat een plasma van elektronen en ionen van U235 en U238 wordt gepompt. Wanneer verder wordt aangenomen dat het pompen plaatsvindt bij de résonantiefrequentie voor U235 en dat de collisiefrequentie veel kleiner is dan het verschil in cyclotronfrequenties van de twee uraniumisotopen verkrijgt men de volgende vergelijking voor de resonantie: 2 0 = 1+ V38 +
m ce
^ 2 c238 - c235
u
+
«p235
f
Tivui c235
(i3}
18277/FG/j^5
-14-
2 w •
4vTi.a2 ]e
=
,,, % (13a)
m. D In de hierboven weergegeven formu'.e is n^ het gewenste aantal soorten j en m. de massa van soorten j. 3
In deze formule betekent U
weer plasmafrequentie, wijst het subscript P e op het elektron en geven 235 en 238 de respectieve waarden van de twee uraniumisotopen aan. In de formules 13 en 13a zijn ter vereenvoudiging de invloeden op de cyclotronfrequentie van de moleculaire massa's in plaats van de eenvoudige ionen verwaarloosd. Wanneer men verder aanneemt dat de ion11 4 dichtheid n = 10 en B het magneetveld 10 gauss bedraagt verkrijgt men de volgende vergelijking:
w
c235
W
-
c238
Daaruit volgt: c235
*
40
B
^
4
X
c235 — 40
(14)
N
• t0
M
=
1q5,
Opgemerkt wordt dat een stationair longitudinaal magneetveld de elektronen maar niet de ionen aanzienlijk in bewegingsvrijheid beperkt. Dit betekent dat de ionen een vrijwel dwarse beweging aan kunnen nemen. Dit betekent dat wanneer het plasma uit ionen en elektronen bestaat de elektronen aanwezig zijn in een dunne cilinder langs de as van de buis zodat elektrische ladingen gewoonlijk geneutraliseerd zijn. De ionen kunnen echter dwarse bewegingen buiten deze cilinder maken in het bijzonder wanneer zij worden verwarmd dat wil zeggen wanneer zij energie hebben verkregen. De aantrekking uitgeoefend door de elektronen op de positieve ionen zullen de ionen terugtrekken naar de as van de buis. De dwarsbeweging van de belangrijkste isotoop resulteert in een grotere ladingscheiding. Dit verklaart gedeeltelijk waarom de collectieve resönantiefrequentie verschilt voor verschillende isotopen. In dit geval breidt het plasma zich ook over een grotere lengte uit zodat de elektronen niet axiaal uit het plasma kunnen
18277/FG/j^5
-14-
bewegen en langs andere veldlijnen terugkere:.. Wanneer anderzijds het plasma uit positieve en negatieve ionen bestaat behoeft het plasma niet zo lang te zijn. De i.ïotoop die resoneert met de aangebrachte oscillatiefrequentie neemt gemakkïjijk een grotere translatiesnelheid aan en beweegt daardoor verder van de as af. Wanneer de mindere soort wordt geëxciteerd is de beweging van de belangrijkste soort gewoonlijk in tegenovergestelde richting zodat de ladingseparatie wordt gecompenseerd. Dit effect kan worden toegepast bij de werkwijze volgens de uitvinding voor de scheiding van de isotopen. De verschillende translatiesnelheden worden benu in de sonde van fig. 1b. Een potentiaal kan worden aangebracht op collector 35 zodat alleen de energierijkere isotoop bij de collector kan komen. De inrichting volgens fig. la en lb is met succes toegepast voor het samenwerken van kalium en van chloorisotopen. Het plasma in de inrichting volgens fig. la bestond uit een kolom met een diameter van 5 cm en een 9
lengte van 1 meter. Het aantal deeltjes bedroeg 10 - 10
10
3
per cm . De tempe-
ratuur van de ionen en elektronen komt overeen met een energie van 0,2 eV. De ionensnelheid bedroeg 7 x 104 cm per seconde. Het stationair magneetveld bezat een waarde van 2 - 3,5 kilogauss (KG). Hetsoscillerend magneetveld bedroeg 15G of 30G piek tot piek. De Larmorradius bedragt 1,5 mm en de collectieve resonantiefrequentie van de minder belangrijke isotoop ligt tussen 70 en 73,6 kHz. Er werden ionen gevonden met een energie van wel 3 eV wanneer het 41 plasma wordt aangedreven bij de collectieve resonantiefrequentie van K. De vastgestelde stroom bij de sonde van fig. lb die kan worden beschouwd als een ionenenergie-analysator werd grafisch afgezet als functie van de frequentie van het oscillerend magneetveld bij verschillende potentialen van de sonde. De verschuiving tussen de collectieve resonantiefrequenties van twee ionsoorten neemt toe bij verhogen van de plasmadichtheid. De breedte van de resonantiepiek bedraagt ongeveer 2% hetgeen een gevolg kan zijn van de ionendoorgangstijdverbreding. De breedte neemt verder toe wanneer het plasma ruisniveau toeneemt. De verrijkingsfactoren kunnen worden berekend door de resonantie verkregen voor "^K symmetrisch te extrapoleren tot de ^ K resonanties. Uit deze gegevens werden verrijkingsfactoren tussen 20 en 83% gevonden al naar gelang het vertragingspotentiaal aangebracht op de sonde van fig. lb. Hoe
-18-
18277/fG/jh
.lager het potentiaal van de sonde is des t>. groter is de veJrrijkingsfactor. Wanneer het oscillerend magneetveld plotseling wordt uitgeschakeld duurt het ongeveer 1 milliseconde voordat e energetische Sonen verdwijnen. Dit wijst erop dat de vastgestelde resona^ies bulk plasma^esonahties zijn en geen gelocaliseerde resonaiities vlakbi de sonde. Door de pompenergle f
te verhogen kan de opvangsnelïieid wdrdenverhoogd. Een
hetéxe
oplossing kan
verkregen worden bij grotere magneetjeld.'n omdat het frequentieverschil tutter, de twee resonerende frequenties linéair :oeneemt met verhogen van de sterkte van het magneetveld.
\
i
Soortgelijke resultaten! zijn-verkcïgen met een mengstel van K+, Cl- en 1 elektronen. Een scheiding tussSen 35 Cl el 37 Cl werd verkregen op de wijze f zoals hierboven beschreven. 2 , *
'
De ionen van een neutraal plasma tunnen ook worden geëxciteerd of verwarmd met een andere inrichting dan dis weergegeven in fig. la en 1b. Een dergelijke inrichting is weergegeven in fig.° 2. De inri&hting" volgens fig. 2 is ook een gemodificeerde Q-machi^e en bestaat uit eèn ges-loten houder 45 die bijvoorbeeld een vierkante of rechthoekige dwarsdoorsnede kan bezitten. Houder 45 kan afgesloten zijntaeteindpUten 46. De ionen künnen worden opgewekt zoals schematisch weergegeven dipor -loos 47 die gelijk kan zijn aan de oven 16 en de warme plaat 17 vfolgens'^ fig, la. In ieder geval komen positieve kaliumionen of een ander geschikte iönsooct uit doos 47. Deze worden dan versneld met een versnellersro^ster 48 waarop een geschikte!-negatieve spanning is aangebracht. Een elektronenbron moet ooV, worden aangebracht om een neutraal plasma te verkrijgen. Een dergèlijke elektronenbron is op zich bekend en is daarom niet weergegeven. Er wordt in de houder 45 een stationair longitudinaal magneetveld aangebracht. Dit kan men bijvoorbeeld doen met behulp van de spoelen 50 die rondom houder 45 zijn aangebracht. Een paar evenwijdige platen 51 en 52 zijn aan tegenover gelegen kanten in de houder 45 aangebracht. Een oscillatiegenerator 53 is verbonden met de platen 51 en 52 om zo een oscillerend elektrisch veld met de gewenste resonantiefrequentiezoals hierboven beschreven te ontwikkelen. Het oscillerend elektrisch veld van de inrichting volgens fig. 2 vervult dezelfde functie als het oscillerend magneetvdld van de uitvoeringsvorm volgens fig. la. Ionen worden dan voortbëwogen'tengevolge van hun thermische beweging van links naar rechts in fig. 2 en kunnen worden verzameld é'oor een sonde 54 -76
m è i
-1)-
1827?/FG/jh
«
die bijvoorbeeld de vorm kan hebben van de sonde volgens fig. lb. De richting van de straal is weergegeven met pijler: 55. Verder werkt dfe uitvoeringsvorm volgens fig. 2 op dezelfde wijze als dis van fig. 1. Hen kan bij het uitvoeren van de werkwijze volgens 'de uitvinding ook energie overdragen aan een bepaald isotoop op een andere wijze. Dit wordt toegelicht aan de -hand van de fig, 3 en 4. In de uitvoeringsvorm van fig. 3 is er van uitgegaan dat uraniumionen worden toegevoerd in buis 57 aan de linkerkant zoals weergegeven met pijl 58. Er worden positieve of'negatieve ionen toegepast. Negatieve uraniumionen kunnen op de hierboven beschreven wijze worden gevormd. Deze worden vërsneld door een paar versnellingsroosters 60 waarop een negatieve spanning voor positieve ionen of eèn positieve spanning voor negatieve ionen^wordt aangebracht zodat de versnelde ionen naar rechts bewegen. Opgemerkt wordt dat het plasma ook nu weer wordt geneutraliseerd door op de juistefrijzegeladen ionen of met elëktronen. Een golvend magneetveld wordt opgewekt door een serie op een afstand van elkaar aangebrachte spoelen 61, 62, ...Aan het eind van-'de buis wordt een magnetische spiegel gevormd door
èpoel 63. De magnetische configuratie is
weergegeven in fig. 4 waarin B het magneetveld aangeeft en d de afstand. Zoals men duidelijk kan zien in kromme 64 -is het magneetveld golvend of gerimpeld. Als resultaat ziet een"ion dat zich beweegt in de richting van pijl 58 golvende of oscillerende magneetveldlijnen die overeenkomen met het effect van de inrichting volgens fig.- la en 2. Met andere woordeneen bewegend ion ziet een golvend magneetveld. Wanneer de snelheid van de ionen op de juiste wijze afgestemd is op de golvingen van een magneetveld zien de ioneji een resonantiefrequentie die de samengestelde resonantiefrequentie van de gewenste isotoop kan zijn. Een uniform lóngtudinaal magneetveld wordt gehandhaafd extra daar boven op met behulp van spoel 65 zodat het plasma in de richting van de as van de buis 57 wordt samengehouden Een wijziging van de inrichting volgens fig. 3 is weergegeven in fig. 5 waarin soortgelijke elementen met hetzelfde referentiecijfer zijn aangegeven. De uitvoeringsvorm volgens fig. 5 verschilt van die volgens fig. 3 doordat een reeks helicale spoelen 67 zijn aangebracht. Deze spoe'len vormen hel icale magneetve1d1ijnen om ertoe bij te dragen dat uraniumionen in de richting van pijl 58 worden voortbewogen. Deze bevorderen ook een dwarsbeweging van de ionen die ver-.chillend is voor de verschillende isotopen zoals hierbc/'r. 7 1 Za 1ifiu9 u Ru < 'j
-20-
18277/FG/jh
q uitgelegd zodat een eventuele scheiding va de isotopen wdrrdt vergemakkelijkt. De scheiding van de isotopen. Hierboven is toegelicht hoe de isoDpen van een element differentieel kunnen
worden verwarmd dat wil zeggen hot)deze verschillende energieën
kunnen verkrijgen. Hieronder wordt beschreven hoe de isotopen met verschillende energieën fysisch kunnen worden gp:heiden van elkaar om zo een isotoop-aanrijking of scheiding te veifkrijkin. Dit kan bijvoorbeeld borden )?erkhgen met sonde 22 yolgens fig. la of fig. lb. Er zijn echter vele andere '^gelijkheden om isotopen te scheiden op basis van hun verschillend^ energieën. Dit kan men bijvoorbeeld doen met behulp van een bron van magnetische baifières gescheiden door ruimtes zotter veld waardoor een snellere diffusie van
energie-rijkere
ionen over een ruimte
zonder veld mogelijk is tussen twee natVt elkaar gelegen magneetvelden. Een dergelijke uitvoeringsvorm van de uitvinding is weergegeven in fig. 6 en 7. Fig. 6 geeft schematisch een ges'.oten houder 70 weet waarin geschikte spoelen
zijn aangebracht, dié ter verduidelijking zijn weggelaten. Deze
*
i
wekken een magneetveld B op dat in benec'ingaande richting gaat zoals weergegeven met pijl 71 en een tweede magneetveld dat in een nar
boven gaande
richting loopt zoals weergegeven met pij}. 72. De twee magnetische gebieden zijn gescheiden door een' ruimte 73 zonder veld. De symbolen 74 geven aan dat de stroom m
de spoelen naar benede; gaat terwijl de symbolen 7r> aangeven
dat de elektrische stroom in de .spoelen tiaar boven gaat vanaf het vlak van papier.
5
Fig. 7 geeft bij wijze jvan toelichting de afgelegde ,weSg van een ion 76 weer dat binnen ruimte 77 komt met een naar beneden gericht magneetveld 71. Het deeltje botst, zoals weergegeven bij 78 tegen een ander deeltje en de route wordt veranderd zodat een naar beneden gaande spiraai wordt verkregen zoals weergegeven bij 80. De achtereenvolgende botsingen zoals weergegeven bij 81 maken dat het deeltje eventueel terecht komt in de ruimte 73 zonder veld en vandaar in het tweede magneetveld 82 en eventueel uit het veld komt bij 83. De diffusietijd van het deeltje 76 hangt af van de Lamorradius hetgeen de radius van de spiraal 80 ^s. Iedere botsing van het deeltje transporteert de kringloop van het ion naar boven tot de helix sals 80.
diameter van zijn
j
Tengevolge van iedere bptsing bezit het deeltje ruwweg een gelijke
-14-
18277/FG/j^5
waarschijnlijkheid dat naar links in plaats van naar rechts wordt bewogen. Eenvoudigheidshalve zijn echter alleen de hier van belaiig zijnde botsingen weergegeven. Een soortgelijke weg van een tweede energierijker deeltje 84 is ook aangegeven. Opgemerkt wordt dat wanneer botsingen met neutrale deeltjes overheersen zodat de verstrooiïngsdwarsdoorsnede slechts in geringe ;mate afhangt van de energie de energierijkere soort ion diffundeert over de magnetische t ruimten 77 en 82 en wel sneller dan de minder energierijke ionen. Het is ook mogelijk magnetische spiegels toe te passen om de warmere , soort bijeen«te houden terwijl de koelere of minder energierijke ionen uit de spiegelruimte wegstromen. Een dergelijke uitvoeringsvorm is weergegeven in fig. 8. Fig. 8 geeft een inrichting weer met een houder 90 die cirkelvormig van doorsnede kan zijn en die aan beide uiteinden afgesloten moet zijn ,(iü de tekening niet weergegeven). Een geschikt dicht, neutraal plasma met .bijvoorbeeld uraniumisotopeh wordt in dilinder 90 gebracht. Een longitudinaal magneetveld wordt door de spoelen 91 die rondom de cilinder 90 zijn aangebracht opgewekt. Verdere magneetspoelen zijn aan beide uiteinden aangebracht zoals weergegeven bij 92 zodat men aan beide uiteinden van de buis 90 een magneetspiegel verkrijgt. Het plasma moet natuurlijk in de magneetveldruimte worden gebracht op de hierboven beschreven wijze en de ionen moeten verschillend worden verwarmd. • De magnetische krachtlijnen zijn schematisch weergegeven bij 93. Een energierijk ion is bij 94 weergegeven op zijn helicale roup,|. Wanneer een ion bewee'gt in het gebied van de spiegel wordt zijn transverse beweging opgebouwd ten* koste van de longitudinale beweging. Het effect is sterker hoe langer de transversale beweging in het begin was. Dit betekent dat een ion dat in dwarsrichting verwarmd is bij het bereiken van de rechterkant wordt teruggeleid naar de linkerkant zoals weergegeven bij 95 omdat het niet voldoende longitudinale bewegingsenergie bezit om door de spiegel te komen. De route van een minder energierijk ion is weergegeven bij 96. Omgekeerd geldt dat omdat dit ion minder energie bezit het minder dwarsbeweging bezit en dientengevolge vergelijkenderwijs een grotere longitudinale beweging. Tengevolge van zijn grotere energie in de longitudinale richting kan-het
-22'
1S277/FG/jh
voorbij de magneetspiegel komen zoals weergegeven bij 97: Als resultaat •gaan de minder energierijke ioèen voorbij de spiegel terwijl de energierijkere ionen door de twee Spiegels worden afgeschermd. ï)it is een geschikte wijze voor het scheiden van'de energierijke van de minder energierijke
5
ionen.
vi
•
In plaats dat het plasma tussen twee spiegels wordt uitgehouden is het ook mogelijk de diffusié van het plasma door een aantal spiegels te regelen. Een dergelijke strüctuur is weergegeven in fig. >'9. Ook hier bevindt het plasma zich in een cilindrische buis 90 die aan zijn uiteinden gesloten
10
kan zijn. Een «longitudinaal magneetveld wordt opgewekt dcnor een spoel 91 die een stationair veld levert. De magneetspiegels zijn a'angebracht met behulp van een aantal op een afstand van elkaar gelegen spoelen '100. De zo verkregen magnetische veldlijnen zijn ,aangegeven bij 101. Opgemerkt wordt dat de veldlijnen convergeren bij ieder van de spiegelspoelen 100. Deze structuur maakt
15
een differentiële diffusie yan de-minder energierijke ionen door het aantal spiegels onmogelijk. De energierijkere ionen worden door ieder van de magnetische spiegels op de hierboven beschreven wijze tegengehouden.
V
Een andere werkwijzejvoor het scheiden van de isotopen op basis van hun verschillende energie kan wqrden uitgevoerd met behulp van/een zogenaamd 20
magnetisch mondstuk. Zoals weergegeven in fig. 10 wordt het plasma toegevoerd in een naar buiten uitlopende buis 105 met de vorm van een trompet of klok. De klokvormige buis 105 kan een cilindrische dwarsdoorsnede bezitten en kan voorzien zijn van magnetische spoelen die op een afstand yan elkaar zijn aangebracht', zoaife weergegeven bij 106. Spoel 107 bezit eep^grotere diameter
25
zodat daarin de vorm van de klokvormige buis 105 past. Als resultaat zijn de magnetische veldlijnen 108 naar buiten toe gebogen
zodat men een magnetisch
mondstuk ve'rkrijgt. De weg van een energierijk 'deeltje is weergegeven bij 110. Deze weg wortït gekarakteriseerd door een betrekkelijk grote dwarssnelheidscomponeht. Aan de linkerkant van buis 105 is het magneetveld betrekkelijk Jl)
sterk en aan de rechterkant
xs het dienovereenkomstig zwakker. Dientengevolge
wordt "de loodrechte snelheids van het energierijkere ion in de linkerkant
- - ,i > V«
- 1 '' S -'
• n'-nn " in ' r- vr» ' • ' "
• " " " '^' ' ' " '
omgezet in een meer evenwijdige snelheid aan de rechterkant zoals weergegeven bij 111. Daardoor worden de energierijkere deeltjes geëjecteerd onder een hoek met de longitudinale as van symmetrie. J 3
-
hoofdzakelijk
>
f in Een niet-resonerende isotoop dat wil zeggen een isotoop met een la^- r-a i' /i -iï If 'O" ^ w O I y £
— * , nrj jl^r-vpr* { np^i
-23-
,
18277/FG/jh
energie legt de weg af zoals weergegeven tij 112. Dit deeltje heeft een kleinere dwarssnelheid zoals hierboven uitgelegd. De parallelle of axiale energie vaü de ionen met lage énergie neemt ook toe naar de rechterkant van fig. 10 maar in veel geringere mate omdat de totale energie dat wil zeggen de evenwijdige en dwarsenergieëh behouden moeten blijven. De verschillende isotopen kunnen worden gescheiden op basis van hun axiale energieën zoals bijvoorbeeld door toepassing van energie-gevoelige organen zoals voorgesteld voor de directe energie-omzetting op spiegel fusie-inrichtingen. Zij kunnen ook worden gescheiden door ze eenvoudig door geschikte roosters met tegenspanning te leiden. * Spatiale scheiding is ook mogelijk. Er wordt natuurlijk verondersteld dat de ionenjvan te voren zijn verwarmd of een verschillen energie hebben gekregen. Over het algemeen zet het magnetisch mondstuk volgens; fig. 10 de energie loodrecht op de magnetische veldlijnen van de energierijke isotopen om in energie evenwijiig aan de magnetische veldlijnen die dan kunnen worden •toegepast om de isotopen te scheiden. Het is ook mogelijk de energierijkere ionen van de minder energierijke ionen te scheiden tengevolge van hun verschillende vluchttijd. Dit kan men doe met de inrichting volgens fig. 11. Het-plasma wordt gehouden in buis 115 an de ionen worden verschillend verwarmd zodat dc energierijkere ionen sneller bewegen of een grotere snelheid bezitten dan de minder energierijke ionen. De ionen kunnen eenvoudig worden versneld aan het begin met behulp van een paar roosters 116 die aan de linkerkant van de buis 115 zijn aangebracht. Geschikte pulsen worden aangebracht tussen de roosters 116 met ib^hulp van eèn pulsgenerator 117 en de pulsen zijn weergegeven in fig. 1% bij 118. De duur van iedere puls 118 en de uit-tijd worden bepaald dar de [gewenste snelheid van de versnelde ionen. De snelheid van het lichtere ion is iets groter dan van het zwaardere ion zodat het lichtere ion eerst bij een tweede paar roosters 120 komt, Een gèschikte vertragende spanning wordt dan aangebracht door pulsgenerator 117 aan de vertragende roosters 120. Deze pulsen zijn in fig. 12 weergegeven bij 121 en deze bezitten een tegenovergestelde polariteit dan die van de versnellende pulsen 118. Deze pulsen zijn zo getimed met betrekking tot de versnellende pulsen 118 dat zij het mogelijk maken dat het sneller ion voorbijgaat terwijl een langzamer ion wordt tegengehouden. De vereiste lengte
76 03 1 6 2
-24-
18277/EG/jh
van buis 115 kan echter betrekkelijk r grot zijl
tenzij de duur van iedere ver-
snellende doos 118 betrekkelijk kort is p de versnellings spanning betrekkelijk laag is.
\
I
„
De isotopen kunnen ook Worden gescheiden door toepassing van de golfdruk van de cyclotrongolf op de 'resonerene isotoop. In dat geval kan het gewenst zijn een ander gas behalve het u r n i u m op te nemen om de voortplanting van de cyclotrongolven te vergemakkelijken. Dit kan men uitvoeren in de inrichting volgens fig. 13. Ook hier w o x t het plasma binnen een cylindrische buis
90 gehouden. Een reeks spoelen 12' is rondom buis 90 aangebracht om een
longitudinaal magneetveld op té wekken. !fen helicale spoel 126 is ook rondom buis 90 aangebracht om een helicaal vele op te wekken dat dusdanig is dat het oscilleert door de spoelen ,126 te verbinden met een geschikte oscillatie1 generator zoals weergegeven in^de fig.
,a en 2.
i
Het stationaire magneetveld is aangegeven met de evenwijdige lijnen 127. Het oscillerend magneetveld is .aangege\nn met een pijl 128. Het zo verkregen elektrisch veld is weergegeven cbij 130 «lat natuurlijk oscilleert. De parallelle krachtvector is weergegeven b i j 131 en -;e snelheid van de deeltjes is weergegeven bij 132. Een longitudinale krach; wordt uitgeoefend door de cyclotrongolf op de ionen. Die ionen dief reson'ant zijn worden aan een evenredig sterkere kracht onderworpen. Deze sterkere kracht is voldoende om een elektrostatische barrière te overwinnen schematisch weergegeven met de roosters 133 waartussen een spanning is aangebracht door middel van een spanningsbron 134. Dit maakt het mogelijk te scheiden door elektrische afstoting die een elektrische barrière vormt van de energierijkere van de minder e n e r g i e r i j k ionen. De zogenaamde warme ionen ontsnappen naar rechts terwijl de andere ionen worden vastgehouden.
,
Het is ook mogelijk gebruik te maken van akoestische
golven om dé
snellere of lichtere isotoop in te sluiten. Dit is weergegeven in fig. 14 waar 90 weer een cilindrische buis weergeeft waarin het plasma wordt gehouden. De
akoestische golf wordt opgewekt door roosters 140 waaraan een oscillerende
spanning wordt toegevoerd via generator 141. Daardoor
o n t s t a a n
golven met grote amplitude van de ionen. De akoestische
akoestische
golf is schematisch
weergegeven bij 142. De ionen van de lichte isotoop bewegen sneller en daardoor met een snelheid meer overeenkomend met de golfsnelheid zodat zij in golfzog 143 kunnen worden ingesloten zqals weergegeven bij 144.
-14- 18277/FG/j^ 5
Het plasma bevat betreltkelijke w£.rme elektronen en betrekkelijk koude ionen. De akoestische golf beweegt sneller :dan de gemiddelde thermische snelheid van de ionen. De lichtere ionen bezitten echter een iets grotere thermische snelheid en bewegen meer met dezelfde snelheid van de snelheid van de akoestische golf. De ionen bewegerdmet de "'snelheid van de akoestische golf worden ingesloten door de golf die naar rechts Beweegt. Daardoor worden meer'lichte ionen vastgehouden. Anderzijds worden minder energierijke ionen achtergelaten. Tenslotte kan men zoals weergegeven in fig. 15 een schok zonder botsingen toepassen voor het verstrooien van het lichtere ion terwijl het zwaardere ion wordt doorgelaten. Het plasma is aangebracht in een houder 90 dip is onderverdeeld in twee gebieden 145 en 146 met behulp van geschikte gesloten roosters of kooien, respectievelijk 145a en 146a. Het plasma met uranium en een ande~? isotoop bevindt zich hoofdzakelijk in kooi 145a. De twee kooien 145a en 146a die bijvoorbeeld uit draadroosters kunnen bestaan kunnen worden gepulst met een pulsgenerator 147 die de pulsen 148 opwekt. Aangezien de twee kooien verschillende potentialen bezitten wordt een schokfront in,één gedeelte gelanceerd zoals schematisch weergegeven bij 150. Het schokfront beweegt naar links zoals weergegeven met pijl 151. Dit schokfront 150 verstrooit de lichtere ionen preferentieel zoals weergegeven bij 152. Het zwaardere ion weergegeven met pijl 153 wordt veel minder beïnvloed en blijft achter. Daardoor wordt het lichtere ion preferentieel geconcentreerd'en verzameld aan de linkerkant van buis 90. De potentialen van de twee kooien 145 en. 146 bepalen op hun beurt het plasmapotentiaal. Hierboven is dus een werkwijze en een inrichting besql^even voor het scheiden van isotopen of voor het aanrijken van een gewenst isotoop. Dit wordt uitgevoerd in een dicht neutraal plasma. Er zijn verschillende werkwijzen beschreven voor het vormen van een dergelijk plasma bestaande uit bijvoorbeeld een alkalimetaal of uranium. Verschillende energieën worden aan de isotopen gegeven bijvoorbeeld door ze onder een elektrisch veld te versnellen zodat hun snelheid van hun massa afhangt. Men kan ook een verschillende energie toebedelen aan de isotopen door ze te onderwerpen aan een resonantiefrequentie die voor iedere isotoop verschillend is. Tenslotte zijn verschillende inrichtingen beschreven om de gewenste isotoop fysisch te scheiden of aan te rijken op basis van hun verschillende energieën. Dit kan men bijvoorbeeld doen door differentiële diffusie door een magneetveld of magnetische spiegels of door toepassing van s®n
-2<-
18277/FG/jh i
magnetisch mondstuk. Men kan ook een bepmlde isotoop insluiten in een akoestische golf of de isotopen^ kunnen differentieel worden verstrooid in afhankelijkheid van hun massa ;door schokkn zonder botsingen. Tenslotte f kunnen synchrone golfdrukkexi worden toegipast om de isotopen te scheiden. De energierijke isotopen kunnen ook wonen gescheiden van de minder energie rijke isotopen door chemische reacties o.e afhankelijk zijn van de energie, zoals hierboven beschreven. ,
-CONCLUSIES-
-27-
18277/FG/jh
CONCLUSIES. «
1.Werkwijze voor het scheiden van «en isotoop van een element van andere isotopen, met het kenmerk, dat een vrijweï neutraal plasma wordt opgewekt met eert element met ten minste twee geïoniseerde te scheiden isotopen; een vrijwel stationair magnetisch veld door het plasma wordt aangelegd; meer energie wo^dt overgedragen op een bepaalde isotoop dan op de andere isotopen terwijl het element zich in het magnetisch veld bevindt; en de isotopen van elkaar worden gescheiden op basis van hun verschillende energieën. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan een bepaald isotoop meer energie wordt overgedragen door het element te onderwerpen fac. zijn reson&ntiefrequentie die wordt bepaald door de plasmadichtheid, ce stc-^.t® van het magneetveld en de verhouding van de lading tot de massa van het bepaalde isotoop. 3„Wej?kwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een elektrisch veld Wórdt aangebracht op het plasma variërend volgens de gewenste resonantiefrequentie. 4. Werkwijze volgens conclusie 2, met hefr- kenmerk, dat een extra magneetveld wdrdfc aangebracht op het plasma om ervoor te zorgen dat de ionen variatie? ondeirgaan van het extra magneetveld overeenkomend met de gewenste resonantiefrequentie. 5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het extra magneetveld wórdt gevarieerd bij de gewenste resonantiefrequentie. 6. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het extra magneetveld een stationair magneetveld is dat op het plasma wordt aangebracht, periodiek Variërend in grootte langs een bepaalde richting terwijl de ionen van het element die moeten worden gescheiden langs deze richting worden bewogen en in 'de magneetvelden. j 7. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het extra magneetveld een Stationair magneetveld is aangebracht op het plasma en dat dit veld "helicaal wordt verstoord zodat helicale magneetveJdlijnen worden verkregen en _ het te scheiden element door de magnetische veldlijnen wordt hdwopo.n, 8. Werkwijze volgens concluoiee 1-7, met het kenmerk, dat een tw=":ck stófcioftaiï- magneetveld wordt opgewekt en de isotopen met verschillende energie dwars door het tweede magneetveld worden gediffundeerd waarbij de
7 0 0 3 16 2
-28-
18^77/FG/jh
isotopen met verschillende energieën met versihillende snelheden diffunderen. ••
É
9. Werkwijze volgens conclusies 1-8, rat het kenmerk,: dat een aantal op een afstand van elkaar aangebrachte magnetische spiegelvelden worden opgewekt in het plasraagebied om de 'isotopen door de magnetische spiegels te scheiden waarbij de energierijke isotoop wor.t • 5 tegengehouden i terwijl de minder ¥
energierijke isotopen voorbij d'e magnetische spiegelvelden gaan. 10. Werkwijze volgens conclusies 1-9, net het kenmerk, dat de isotoper worden onderworpen aan een elektrisch versnellend veld en zij vervolgens worden gescheiden op grond van(hun verschiljende vluchttijd^tengevolge van verschillende massa. de verschillende ,snelheid overeenkomend met hun 1 11. Werkwijze volgens conclusies 1-1! voor het scheiden van twee kaliumisotopen, met het kenmerk, dat de plc?imavormingsstap bestaat uit het (a) verdampen van kalium, (b) het laten botsen van de verdampte kaliumatomen j op een plaat van wolfraam, tantaai of rhenijim en (c) het verwarmen van deze plaat tot een verhoogde temperatuur, waarbij de botsende kaliumionen worden omgezet in positieve ionen terwijl elektronen worden afgegeven zodat een neutraal dicht plasma wordt verkregen; een longitudinaal stationair magneetveld wordt opgewekt; het neutrale plasma in het magneetveld.wordt geïnjecteerd om de energie over te dragen en een oscillerend elektrisch veld wordt opgewekt met een bepaalde resonantiefrequentie bepaald door de sterkte van het magneetveld, de plasmadichtheid en de verhouding van de= elektrische lading tot massa van het gekozen kaliumisotoop om zo differentieel meer energie aan het bepaalde kaliumisotoop over ,te dragen dan op de andere; en dat de energie rijkere kaliumisotoop wordt opgevangen. L2. Werkwijze volgeris conclusie 1, met het kenmerk, dat de stap voor het aanbrengen van een magneetveld bestaat uit het opwekken van pen stationair magneetveld langs een longitudinale as en verder bestaat uit het injecteren van het plasma in het magneetveld en het bewegen van de geïoniseerde isotopen langs de longitudinale as in een bepaalde richting. 13. Werkwijze volgens conclusies 8-12, met het kenmerk, dat een aantal op een afstand van elkaar gelagen tweede magneetvelden wordt opgewekt onder vrijwel rechte hoeken met een-longitudinale as waartussen een ruimte is gelegen vrijwel zonder veld, waarbij de energierijkere geïoniseerde isotoop preferentieel migreert langs de longitudinale as in een bepaalde richting dwars door het aantal tweede magneetvelden en de daartussen gelegen ruimte •
* fl).
-29-
18277/FG/j^5
zonder magneetveld. 14. Werkwijze volgens conclusies 12-13, met het kenmerk, dat een Stationair magneetveld wordt toegepast met veldlijnen die naar buiten toe divergeren vanaf de longitudinale as waarbij de geïoniseerde isotopen vrijkomen aan het gedeelte met naar buiten divergerende veldlijnen op dusdanige wijze dat men ze kan scheiden. 15. Werkwijze volgens conclusies 12-14, met het kenmerk, dat een extra magneetveld en een elektrisch veld worden opgewekt die met een bepaalde resonantiefrequentie oscilleren, waarbij het extra magneetveld en het elektrisc. veld uit fase zijn zodat een longitudinale kracht op de geïoniseerde isotopen wordt uitgeoefend en een elektrostatische barrière wordt gevormd die vrijwel een rechte hoek maakt met de longitudinale as waarbij de energierijkere ionen door deze elektrostatische barrière kunnen komen terwijl de minder energierijke ionen daardoor worden tegengehouden. 16. Werkwijze volgens conclusies 12-15, met het kenmerk, dat een akoestische golf wordt opgewekt langs de longitudinale as met een grote amplitude waarbij de geïoniseerde isotoop met kleinere massa bij voorkeur wordt ingesloten in de zog van de akoestische•golf terwijl de zwaardere isotopen door de akoestische golf gaan. 17. Werkwijze volgens conclusies 12-16, met het kenmerk, dat twee op een afstand van elkaar gelegen naast elkaar gelegen volumes worden aangebracht en ieder op een verschillend elektrisch potentiaal wordt gehouden waarbij een schokgolf wordt opgewekt in een van de twee volumes waarbij het geïoniseerde isotoop met kleinere massa preferentieel wordt Verstrooid door
het zich voortplantend golffront terwijl het geïoniseerde isotoop met grotere massa in staat is het golffront te passeren zodat de isotopen gescheiden kunnen worden. 18. Werkwijze volgens conclusies 1-17, met het kenmerk, dat voor het scheiden de geïoniseerde isotopen selectief chemisch worden omgezet zodat iedsr isetoop eerst een verschillende chemische verbinding vormt die men verder chemisch kan scheiden. •19. Werkwijze volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat men een uraniumverbinding laat botsen tegen een inert deeltje om een bepaalde van de isotopen in een andere uraniumverbinding om te zetten. 20. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat als uranium-
-30t 1
'
18277/FG/jh
t
i verbinding uraniumhexafluoride wordt toegepast en dat de andere uraniumverbinding een uraniumfluoride'verbinding :s met minder dün 6 fluoratomen. 21. Werkwijze volgens conclusies 18-^), met het kenmerk, dat men de isotopen een endotherme reactie laat ond(rgaan met eenjenergiedrempelwaarde zodat de reactie alleen plaatsvindt met de energierijkere fsotoop zodat deze chemisch kan worden gescheidefi. ' 22. Werkwijze volgens Conclusies 1 8 - m e t het kenmerk, dat men de t isotopen een energie-afhankelijke chemische«reactie laat aangan die selec!
r
tief reageert met de energierijkere'isotoop-maar niet met de minder energie'' rijke isotoop. « 23. Werkwijze volgens Conclusie 19,«et het kenmerk,'dat als inert deeltje een edelgas wordt toegepast. 24. Inrichting voor hefc van elkaar scheiden van de isotopen van een element","* in een dicht vrijwel neutraal plasma, met het kenmerk, dat deze bestaat uit een langgerekte geëvacueerde.'houder ;een orgaan: om een stationair magneetveld op te wekken binnenin de houder; een orgaan om,een plasma in de houder te vormen en om het geyormde plasma te injecteren in het magneetveld; een paar geleidende platen die zijn aangebracht in de houder; een oscillatiegenerator verbonden met de platen om een elektrisch wisselveld op te wekken met een bepaalde frequentie om een bepaald isotoop selectief aan te slaan; en een sonde aangebracht in de houder en in het magneetveld om het energierijkere isotoop te verzamelen. \ 25. Inrichting voor he£ van elkaar scheiden van de isotopen van een element, in een dicht vrijwel neutraal plasma, met het kenmafljk, dat deze best^: -uit een langgerekte geëvacueerde houder; een orgaan om een stationair magneetveld in de houder te vormen met een longitudinale as; een orgaan om op een afstand van elkaar gelegen stationaire magneetvelden in de houder langs de longitudinale as te vormen; een orgaan om ervoor te zorgen dat de geïoniseerde. isotopen in een bepaalde richting langs de longitudinale as bewegen en met een bepaalde snelheid die gecorreleerd is aan de afstand van de op een afstand gelegen magneetvelden waarbij de bewegende ionen variatie zien van het magneetveld zodat zij een energie krijgen die samenhangt met hun collectieve resonantiefrequentie. 26.Inrichting volgens S5, met het kenmerk, dat het orgaan om op een afstand van elkaar gelegen magneetvelden in de houder te vormen op een afstand
76 0 3 16 2
f
-31-
18277/FG/jh
van elkaar gelegen helicale magneetvelden levert zodat een extra longitudinale beweging aan de ionen wordt verleend. 27. Inrichting voor het van elkaar scheiden van de isotopen van een element, e e n dicht, vrijwel neutraal plasma, met het kenmerk, dat deze bestaat uit een langwerpige geëvacueerde houder met een longitudinale as; een orgaan om het plasma in de houder te injecteren en om de ionen langs die as in een bepaalde richting voort te planten; een orgaan om verschillende ener' gieëh te verlenen aan de geïoniseerde isotopen; en een orgaan om op een afstand gelegen magneetvelden'*? te wekken in de houding onder vrijwel rechte hoeken met een longitudinale fichting met een veldvrije rui'mte daartussen, waarbij de energierijkere geïóniseerde isotoop preferentieél migreert dwars • doör de dwarse magneetvelden en de veldvrije ruimte. 28. Inrichting voor het van elkaar scheiden van de isotopen van een element, in een dicht, vrijwel neutraal plasma, met het kenmerk, dat deze inrichting bestaat uit een langwerpige geëvacueerde houder; een orgaan om een eerste stationair magneetveld in de houder op te wekken langs een longitudinale as; een orgaan om in de houder een tweede magneetveld op te wekken dat wisselt met een bepaalde resonantiefrequentie; en een orgaan aangebracht in de houder onder vrijwel rechte hoeken met de as om een elektrostatische barrière te vormen waardoor de energierijkere geïoniseerde isotopen kunnen gaan maar de minder energierijke isotopen niet. 29. Inrichting voor het van elkaar scheiden van de isotopen van een element,iö. een dicht, vrijwel neutraal plasma, met het kenmerk, dat de inrichting bestaat uit een langwerpige geëvacueerde houder; eeti paar op een afstand .gelegen geleidende roosters in de houder; een bron met een wisselspanning verbonden tussen de roosters om in de houder een ionen-akoestische golf met bepaalde amplitude en frequentie op te wekken en een orgaan om het plasma in de houder te injecteren waarbij het geïoniseerde "isotoop met kleinere massa bij voorkeur wordt ingesloten (trapped) in de zog (trough) van de opgewekte akoestische golf* 30. Inrichting voor het van elkaar scheiden van de isotopen van een element, in een dicht, vrijwel neutraal plasma, met het kenmerk, dat deze inrichting bestaat uit een langwerpig geëvacueerde houder; een paar gesloten elektrisch-geleidendé roosters aangebracht in de houder en op enige afstand van elkaar aangebracht zodat twee naast elkaar gelegen volumes worden •K? & m. BJ £ n (ft < '>V - 1 £ £
18277/PG/jh
-32-
gevormd en een. orgaan om periodiek elektrische pulsen tussen de roosters aan te brengen waarbij een schokgolf front wordt opgewekt in een van de volumes dat het geïoniseerde isotoop met geringere massa preferentieel verstrooit maar het mogelijk maakt het geïoniseerd isotoop met grotere massa te laten doorgaan zodat ieder van de isotopen binnen het volume begrensd door een van de roosters wordt aangerijkt. 31. Inrichting voor het van elkaar scheiden van kaliumisotopen , met het kenmerkj dat deze inrichting bestaat uit een langwerpige geëvacueerde buis; een in de buis aangebrachte plaat Van wolfraam, rhenium of tantaai; een orgaan om de plaat te verwarmen tot een hoge temperatuur; een orgaan om kaliumionen te vormen en om deze naar de plaat te richten; een orgaan om een stationair magneetveld in de buis te vormen; een orgaan om eeroscillerend elektrisch veld ;in de buis te vormen met een frequentie overeenkomend met de resonantiefrequentie van het uitgekozen isotoop in het plassia; een sonde aangebracht in een magneetveld; en een orgaan om op de sonde een elektrisch potentiaal aan te brengen van "dusdanige groott'e dat de minder energierijke kaliumisotoop wordt afgestoten maar de energierijkste kaliumisotoop bij de sonde kan komen. (
f
32. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat deze een orgaan bevat om de wanden van de buis te koelen. 33. Inrichting volgen? conclusie 31, met het kenmerk, dat deze voorzien is van eeü orgaan om de sonde te koelen.
I
I
•••••MM'
Fig. 1a
0 — r n n ^ ^ ^ n r r j ^ '
Fig. 1b
2
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
7 § 0 3 16 2
Fig. 9
®
(•?
74
75
Q
Fig. 6
®
Fig. ïi
76 0 3 1 6 2
-II8-
Fig. 12 -I2I-
125
A
Fig. 13 I33<j^j 134
SIS!
£
X XX XXX XX X Fig. 14
Fig. 15
7603
162
