164547. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gázkeverékeknek az alkotók molekula- vagy atomsúlya szerinti frakciókra való szétválasztására
3 164547 4 cirkuláljon keresztül a forgórészen, az egyik irányban a kerület mentén, a másik irányban pedig egy kisebb sugár mentén. A szakirodalomban található adatok azonban azt bizonyítják, hogy az e megoldáshoz alkalmazott gépek 5 nagysága következtében a szétválasztási munka termelékenysége nagyságrenddel kisebb, mint ami a diffúzióval dolgozó, előbb ismertetett berendezéseknél elérhető. Egy gyakorlati célokra használt, centrifugálás elvét használó dúsító üzemben a 10 gépek százait, ezreit kellene beállítani. Az eddig ismert eljárásokkal és berendezésekkel kapcsolatban nyert tapasztalatok arra utalnak, hogy a kitűzött feladat ellátására olyan gépeket kell kidolgozni, amelyek tömeggyártással készíthe- 15 tők, olcsók, és ez nem könnyű tervezési probléma. Egy gázcentrifuga műszakilag megvalósítható, azonban még nem biztos, hogy ez a gyakorlatban is alkalmazható, mivel eddig csak kis méretű, kísérleti gázcentrifugákat építettek és így 20 az üzemi méretű gázcentrifugák előállítási költségére vonatkozóan nincsenek kellő ismeretek. Már javasolták a tehetetlenségi hatás felhasználását is, ami abból adódik, hogy a gázkeverékek alkotóinak tömege különböző. A tehetetlenségi 25 hatást mozgó alkatrész nélküli gázcentrifugában kívánták alkalmazni. Kézenfekvő eljárás a gáznak egy ciklonban való forgatása, aminek folyamán várható, hogy a nehezebb molekulák a ciklon külső széle felé, a könnyebb molekulák pedig a 30 ciklon közepe felé térnek ki, illetve áramlanak. Azonban a ciklon fenntartása céljából szükség van a gázkeveréknek bizonyos mértékű befelé áramlására és a diffúzió és kinematikai belső súrlódás közötti meghatározott viszony következtében azt 35 kapjuk, hogy mindkét alkotó a ciklon közepe felé mozog, bár különböző sebességgel. A szakirodalom ismertet ilyen módon végzett szétválasztási kísérleteket, azonban az irodalmi 40 adatok szerint ennél az eljárásnál a nagy Reynolds számoknál fellépő turbulenciák nehézségeket okoznak. Ennek következtében ezt az eljárást sem lehet megfelelőnek tekintem és az a vélemény alakult ki, hogy az ilyen módon való 45 szétválasztás legjobb esetben is csak a diffúziós eljárás hatásosságát éri el, azonban mivel nagy az energiafogyasztás, a centrifugálással való szétválasztás előnye a gázdiffúziós eljáráshoz viszonyítva jelentéktelen. Van olyan irodalmi adat is, amely 50 szerint a centrifugálással végzett eljárás kevésbé zökkenőnélküli, mint a diffúziós eljárás, és ugyanakkor nincsenek olyan előnyös tulajdonságai, mint a diffúziós eljárásnak. A szakirodalom szerint a gázdiffúziós eljárás 55 gyakorlati célokra sokkal alkalmasabb a gáz centrifugálásával dolgozó eljárásnál, azonban elismeri, hogy új centrifugálási eljárás kidolgozása esetén ez esetleg megfelelőbb lehet a diffúziós eljárásnál. 60 Találmányunk feladata olyan centrifugáló eljárás és az eljárás foganatosítására olyan berendezés létesítése, amelyek révén az eddig ismert, hasonló típusú eljárásokhoz és berendezésekhez viszonyítva jelentősen jobb hatásfok érhető el. 65 Találmányunk létrehozása során azt találtuk, hogy különböző molekula- vagy atomsúlyú komponensekből álló gázkeverékek komponensei a molekula- vagy atomsúlyok alapján a komponensek frakcióira választhatók szét akkor, ha a keveréket egy kúp alakú örvénylést alkalmazva centrifugális erőnek vetjük alá, amelynél a kúp alakú örvénylés átmérője a gázbeömlésnél 5 mm-nél nem nagyobb, az abszolút nyomás 5 és 1000 higanymilliméter között van, és a nyomásviszony 1,5 és 10 közötti. A nyomásviszony Fbeömlés/Pmagkiömiés révén van meghatározva. Ilyen munkakörülmények között -amelyek a szétválasztáshoz nagyon fontosak- egy nagyobb molekulasúlyú frakciót lehet elkülöníteni az örvénylés kerületi részén és egy kisebb molekulasúlyú frakciót az örvénylés magrészében. Ez az eljárás egyszerű és zökkenőnélküli, nem kíván mozgó alkatrészekkel ellátott berendezést (eltekintve a gázt hajtó szerkezetrésztől) és a gyakorlatban nagy mértékben is előállítható az eljárás foganatosítására alkalmas berendezés. Ha a gázkomponensek molekula- vagy atomsúlyai egymástól nagymértékben eltérnek, egyetlen ciklonfokozatban már jó szétválasztást lehet elérni. Ha azonban a molekula- vagy atomsúlyok aránylag közel vannak egymáshoz, az eljárást több fokozatban meg kell ismételni, amely esetben a nagyobb molekulasúlyú vagy kisebb molakulasúlyú frakciót mindig az örvénylés megfelelő részéről vezetjük el és azután egy további ciklonfokozatba visszacirkuláltatjuk. Izotópok, mint például U 235-nek U 238-ból való kiválasztása esetén az örvénylés magrészében kielégítő dúsítás elérésére több száz ciklon fokozatot kell alkalmazni. A találmány szerinti eljárás révén a gázkeverékeknek alkotók molekula- vagy atomsúlya szerinti frakciókra való szétválasztását azáltal oldjuk meg, hogy a keveréket egy kúp alakú örvénylésben centrifugális erőnek vetjük alá, miközben a kúpalakú örvénylés gázbeömlés felőli végének átmérőjét 5 mm-nél kisebb értéken, a gázbeömlés abszolút nyomását 5 és 1000 higanymilliméter közötti értéken, a Pbeömiés/p magkiömiés nyomásviszonyt pedig 1,5 és 10 közötti értéken tartjuk, a nagyobb molekulasúlyú frakciót az örvénylés kerületi részéről kivezetjük, és a kisebb molekulasúlyú frakciót az örvénylés magrészéből kiválasztjuk. A találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló, találmány szerinti berendezésnek kör keresztmetszetű szétválasztó kamrával kialakított háza van, a kamra kiömlővége és beömlővége közül legalább a kiömlővég kúp alakú, a beömlővég átmérője maximálisan 5 mm, a kiömlővég átmérője legalább 0,01 mm, a beömlővégen a házban legalább egy, a gázt a házon kívüli térből a kamrába érintőlegesen áramoltató és a kamrában a beömlővégtől a kiömlővég felé örvénylő gázáramlást létrehozó gázbeömlő nyílása van. örvénylő áramlás közben a gáz komponensei annál közelebb kerülnek az örvénylés kerületéhez, minél nagyobb a molekula- vagy atomsúlyúk, és annál közelebb kerülnek az örvénylés magjához, minél kisebb a molekula- vagy atomsúlyuk. Az 2
