Isotopentrennung mit kontinuierlich arbeitenden Trennrohren

Zusammenfassung

DasClusius-Dickel-Trennrohrverfahren ist für Stoffe, von denen es geeignete, gasförmige Verbindungen gibt, das einfachste Verfahren zur Isotopentrennung. Wir schlagen im folgenden eine kontinuierlich arbeitende Anordnung vor, bei der den Trennrohren an jeder Stelle durch kontinuierliche oder einigermaßen feinstufige Radiusänderung der günstigste Radius gegeben ist. Die dadurch erzielten Vorteile sind:

• 1. Extrem hohe Endkonzentrationen zu erreichen bedingt keinen besonderen Aufwand. Die vorgeschlagene Anordnung ist darin allen kontinuierlich arbeitenden mit zylindrischen Rohren und erst recht allen diskontinuierlich arbeitenden sehr überlegen.

• 2. Die Anlaufzeit ist in demselben Verhältnis bei unserer Anordnung günstiger als bei den anderen. Zum Beispiel würde eine auf minimale Anlaufzeit berechnete, für die Gewinnung sehr kleiner hochangereicherter Gasmengen bestimmte, diskontinuierliche Anlage nur wenig von unserer abweichen.

• 3. Der Nutzeffekt kommt bei unserem Vorschlag schon bei kleineren Laboratoriumsanlagen (Leistungsaufnahme 1 bis 10 kW) nahe an das überhaupt mögliche Optimum heran.

• 4. Die Berechnung gestaltet sich einfach; sehr viel einfacher als die von Anlagen, die aus zylindrischen Rohren zusammengesetzt sind. Ohne Schwierigkeit sind gewünschte Kompromisse wie z.B. zwischen Nutzeffekt und Anlaufzeit zu übersehen.

• 5. Die Berechnung, speziell der Leistung und der Konstruktionsdaten, ist zuverlässig. Sie beruht auf einfachen Ähnlichkeitsgesetzen und auf vier Daten, die an einem kleinen Probetrennrohr empirisch leichtzu bestimmen sind. Einzig der optimale Nutzeffekt kann in ungünstigen Fällen durch nicht vermeidbare leichte Ungenauigkeiten ganz geringfügig verfehlt werden.

Zum Vergleich unserer Anlage mit diskontinuierlich arbeitenden ist zu sagen: Im Grenzfall sehr kleiner Anreicherung braucht ein einfaches, aber optimal dimensioniertes, zylindrisches Trennrohr diskontinuierlich zwar nur 23% mehr Heizenergie als die optimale kontinuierliche Anordnung. Will man dagegen hoch anreichern (d.h. etwa Trennfaktor >10²) und stellt noch die Nebenforderung, daß die Trenndauer bis zur Entnahme getrennten Gases aus dem Endvolumen wenigstens in der Größenordnung der Anlaufzeit des kontinuierlichen Falls bleiben soll, so werden Ausbeute und Nutzeffekt notwendig um Zehnerpotenzen schlechter als im kontinuierlichen Fall. Man könnte zwar diskontinuierliche Anlagen mit demselben Nutzeffekt wie kontinuierliche bauen, aber man braucht dann erstens Trennrohre mit zeitlich wachsender Länge, zweitens Trenndauern von Jahrzehnten bis Jahrhunderten für eine Füllung.

Im kontinuierlichen Fall wäre zu vergleichen mit den vonJones undFurry hauptsächlich diskutierten Anlagen, die aus unter sich gleichen, zylindrischen Rohren zusammengesetzt sind. In dem dafür noch relativ günstigen Fall der Anreicherung von Methan auf 20% C¹³ beträgt beiJones undFurry die Gesamtheizleistung das 25fache der unsrigen, der Nutzeffekt ist die Hälfte, die Anlaufzeit etwa gleich. Wollte man dagegen ebenso nachJones undFurry eine Anlage für die Anreicherung auf 99,9% entwerfen (vgl. unser Beispiel in Tabelle 8 mit knapp 11 kW Aufnahme), so brauchte man eine Leistungsaufnahme von über 1000 kW, wenn man Nutzeffekt und Anlaufzeit nicht ernstlich verschlechtern wollte.