- Email: [email protected]
Betriebserfahrungen und optimierung beim massenseparator mit reduziertem magnetfeldvolumen
NUCLEAR INSTRUMENTS
AND METHODS
38 (I965) I I 3 - I I 5 ;
© NORTH-HOLLAND
PUBLISHING
CO.
BETRIEBSERFAHRUNGEN UND OPTIMIERUNG BEIM MASSENSEPARATOR MIT REDUZIERTEM MAGNETFELDVOLUMEN F. TIMPL
Institut fiir stabile Isotope, Leipzig, DDR In order to exploit the advantages inherent in the medium-size electromagnetic isotope separators at the Institute of stable Isotopes which have a large beam-current and a high transmission due to beam-cross-over, and a reduced magnetic field volume as originally proposed by M. von Ardenne, it is necessary to study the dependence of the two main characteristics, namely
collector beam current and resolving power, vs the different operating variables. On the basis of this knowledge an exact optimisation of operating conditions is possible. It is shown that the suitable selection of the arbitrary variables, e.g. the heating power of the furnace, arc chamber and cathode, plays a fundamental role for an economic operation.
1. Einleitung Der yon v. Ardenne et al. entwickelte Massenseparator zeichnet sich durch grol3e Strahlstromst/irke bei reduziertem Magnetfeldvolumen ausl). Durch spezielle Strahlfiihrung wird im Luftspalt des Ablenkmagneten ein Strahl-cross-over gebildet, so dal3 trotz kleinem Abstand der Polschuhe eine hohe Tanktransmission erreicht wird.
werden; solche Zwischenvariable sind z.B. die St/irke des Bogenstromes I B und des Emissionsstromes 1E. Das AuflOsungsverm6gen RP hfingt von folgenden Variablen ab:
2. Aufgabenstellung Um die prinzipiellen Vorziige dieses Massentrenners voll auszusch6pfen, ist eine Optimierung der Betriebsparameter erforderlich. Nach Untersuchungen fiber die Optimierung der Anlage ftir die Trennung von Mg 2) wurde eine weitergehende Optimierung bei der Trennung der Cd-Isotope durchgefiihrt. Als charakteristische Leistungsgr/513en fiir einen Massenseparator sind die Taschenstromst/irke und das erreichte Aufl6sungsverm6gen anzusehen. Die St/irke des Taschenstromes IT hS_ngt von einer Reihe von variablen Betriebsgr6gen ab:
Ix = f [ I K ; UB; To(Po); TQ(PQ); U1]. Dabei ist: I K = Stromst/irke der Kathodenheizung, UB = Spannung der in der Quelle brennenden Niedervoltbogenentladung, To = Temperatur des Verdampferofens, die yon der Heizleistung des Ofens Po abh/ingt, TQ = Temperatur der Entladungskarnmer der Ionenquelle, die yon der Heizleistung der Ionenquelle PQ abh/ingt, U~ = Beschleunigungsspannung fiir die abgesaugten Ionen. Neben diesen unabhS_ngig voneinander verfinderlichen Betriebsgr6gen hfingt die Stfirke des Taschenstromes noch von einigen Zwischenvariablen ab, die ihrerseits von den unabh/ingigen Variablen bestimmt
RP----f[IT(IK; To; TO); UB; U,; U2; x, V]. Die neu hinzukommenden Symbole bedeuten: U2 = Fokussierungsspannung, x = Position des Auff/ingers in Strahlrichtung, p = Druck im Rezipienten. Um einen optimalen Betriebszustand mit m6glichst grol3em Taschenstrom und hohem Aufl6sungsverm6gen zu erzielen, ist die Abh~ingigkeit dieser beiden charakteristischen Leistungsgr6Ben yon den willkfirlich ver/inderlichen Betriebsgr6gen zu untersuchen und aus der Kenntnis dieser Zusammenh/inge die Optimierung abzuleiten, l]ber einen Tell der bei der Trennung der Cd-lsotope durchgeffihrten Untersuchungen wird nachstebend berichtet. 3. Versuchsdurchfiihrung Infolge geringer WfirmekapazitM der Glfihkatode wird bei der Ver/inderung ihres Heizstromes I X schnell wieder ein stationfirer Zustand erreicht. Aus diesem Grunde werden in der Versuchsreihe die St/irke des Taschenstromes IT und die H6he des Aufl6sungsverm6gens RP als Funktion von IK aufgenommen und die iibrigen Variablen wahrend der Versuchsreihe konstant gehalten. Der Einflul3der Temperatur des Ofens TOund der Entladungskammer To wird dadurch erfal3t, dal3 die Heizleistung fiir den Ofen P o u n d fiir die Entladungskammer Po als Parameter ffir die entstehende Kurvenschar gew/ihlt werden. Da Verdampferofen und Entladungskammer thermisch weitgehend entkoppelt sind, kann eine etwaige Aufheizung der Entladungskammer durch Verfinderung der Katodenheizung und ihre Rtickwirkung auf das Dampfangebot vernachl/issigt werden.
113 IlI. NEW I N S T R U M E N T S AND T E C H N I Q U E S
114
F. TIMPL
Die Gr0Be des Taschenstromes wird tiber ein BetriebsmeBinstrument an der als Faraday-K~ifig ausgebildeten AuffS.ngertasche gemessen; die geometrische Form der Tasche und die Gr6Be des Eintrittsspaltes geben Gew/ihr dafiir, dab gebildete Sekundiirelektronen weitgehend im K/ifig gehalten werden und so das MeBergebnis nicht verf~lschen. Das Aufl0sungsverm6gen ftir die Halbwertsbreite wird folgendermaBen definiert:
]T
3-
,,~
] + - f (3,~+Po,P~,)
Z
po=es+w
/ :) pO!~O~ ///
,
RP.+ = (D/B+) (AM~M). Dabei ist D der Abstand zwischen den Peakmitten zweier benachbarter Massenlinien mit der Massendifferenz A M und B+ die Breite des Strahls der Masse M, gemessen beim halbert Wert der Maximalintensit~it. In gleicher Weise kann das Aufl~Ssungsverm~Sgen ftir 0.1; 0.05 oder 0.01 definiert werden, wenn die Breite des Strahls bei 10%, 5% oder 1 ~ des Maximalwertes gemessen wird. Die H6he des Aufl6sungsverm6gens wird dadurch ermittelt, dab die Halbwertsbreite des Strahls und der Abstand zweier Massenlinien an einem Oszillogramm gemessen werden, welches dadurch geschrieben wird, dab eine in der Ko|lektorebene schwingende Sonde die Verteilung der StrahlintensitS, t in Dispersionsrichtung abtastet. Durch gleichzeitige Verwendung einer Strahllageregelung ist die Stabilisierung der Strahlposition an einer gewtinschten Stelle gew/ihrleistet. 4. Versuehsergebnisse
4.1. l,r =f(IK; e o ; PQ) Der Taschenstrom -IT wiichst in ~ihnlicher Weise wie der Bogenstrom und der Emissionsstrom exponentiell mit zunehmender Katodenheizung an (Fig. 1). Wiihrend Emissions- und Bogenstrom aber nach wie vor steigen oder h0chstens einem Sattigungswert zustreben, zeigt der Taschenstrom ab bestimmter Katodenheizung wieder eine fallende Tendenz; er durchlauft also ein ausgepriigtes M aximum.Die Lage und auch die Gr6Be dieses Maximums hiingen bei konstanter Quellenheizung von der jeweiligen Ofenheizung ab. Bei gr0Berer Ofenheizung wird das Maximum von I T bereits bei kleinerem I K erreicht; auch der im 1. Kurventeil vorhandene exponentielle Anstieg I T =f(IK) verschiebt sich nach kleineren Katodenheizwerten, wenn die Ofenheizung griSl3er ist. Das ist prinzipiell verstandlich, weil bei h6herer Ofenheizung das verftigbare Dampfangebot grOBer ist und damit bei gleicher Ionisierungswahrscheinlichkeit auch die Anzahl der bei gleicher Elektronenzahl gebildeten Ionen zunimmt. DaB der Taschenstrom in Abh~mgigkeit von der Katodenheizung einen Maximalwert durchlauft, hiingt
Pa~ ?6b~q ...... Po -225W
,
/X+::" / /~>_+.+j ,,
-
\,-,+,+
++.,..
i
I
I
110
]ao
I~o
---
1. Abh~ingigkeit der Taschenstromstiirke I~ von der Katodenheizung IK; Heizleistung ftir Ofen und Entladungskammer Po und PQ sind Parameter in der Kurvenschar. Die iibrigen Betriebsbedingungen (UB= 120 V; U1 = 20 kV; U2= 5 kV; p 5 x 10-5 Torr; Abstand der Kollektorebene) sind konstant. Fig.
=
damit zusammen, daB yon einer bestimmten Katodenheizung ab der Betriebszustand der Ionenquelle instabil wird und die auftretenden Schwingungen zur Folge haben, dab der in die Kollektortasche gelangende Strahlstrom trotz weiter wachsenden Emissionsstromes im Mittel kleiner wird. Die erreichten Maximalwerte von IT =f(IK) besitzen aber bei verschiedenen Ofenheizungen auch verschiedene HOhe. Es zeigt sieh, dab bei einer mittleren Ofenheizung (z.B. Po = 192 W) der Maximalwert des Taschenstromes den absolut gr6Bten Wert besitzt und das Maximum wieder niedriger wird, wenn die Ofenheizung gr6Ber ist (z.B. Po = 263 W). Das heiBt aber, daB zur Optimierung des Taschenstromes nicht nur die fiir jede Ofenheizung optimale Katodenheizung einzustellen ist, sondern dab ftir das Erreichen der absolut h6chsten Taschenstromst~irke auch die Ofenheizung einen bestimmten Optimalwert besitzen mug. 4.2. RP =f(IK; P o ; PQ) Auch das AuflOsungsverm~Sgen durchl~iuft bei Ver~inderung der Katodenheizung und konstanter Ofenbzw. Quellenheizung in den untersuchten Bereichen in einigen F~illen ein Maximum; in einigen anderen F~illen geh6ren die aufgenommenen MeBpunkte nut dem abfallenden Ast der Kurve an (Fig. 2). Zwei ftir den Betrieb yon Trennanlagen wesentliche Ergebnisse lassen sich aus den experimenteUen Befunden ableiten: Als erstes zeigt sich, dab keineswegs das Aufl6sungsvermOgen h6her liegt, wenn die StrahlstromstS.rke klein gehalten wird. Zweitens ist festzustellen, dab der Maxi-
M A S S E N S E P A R A T O R MIT R E D U Z I E R T E M M A G N E T F E L D V O L U M E N
nur etwa 8 ~ hOher, vgl. PQ =265 W und Po = 238 W mit PQ = 338 W und Po = 192 W), sich erheblich auf die Optimierung der Anlage hinsichtlich des Auf16sungsverm6gens auswirkt. Beim Vergleich der gleichen beiden Kurven zeigt sich, dal3 bei der niedrigeren Quellenheizung nicht nur der erreichbare Maximalwert des Aufl6sungsverm6gens um ca. 20~o h6her liegt, sondern dab der Verlauf R P =f(IK) in der N~ihe des Maximalwertes eine Art Plateau bildet und die sonst vorhandene st~irke Abh~ingigkeit v o n d e r Katodenheizung hier nicht gegeben ist.
R,I
500
400
3OO
coo IOO
115
//' \.\'iPi '~, Po-ZZo~ \~".
J
I
I
I1O
I~o
13o
~
A
Fig. 2. Abh~ingigkeit des Aufl6sungsverm6gens R P von d~r Katodenheizung I~; Heizleistung ftir Ofen und Entladungskarnmer P o u n d PQ sind Parameter in der Kurvenschar. Die fibrigen Betriebsbedingungen (Fig. 1) sind konstant.
malwert yon R P bei einer Katodenheizung erreicht wird, die kleiner ist als die ffir den maximalen Taschenstrom erforderliche optimale Katodenheizung. Vor der DurchfiJhrung einer Trennfahrt ist also zu entscheiden, ob auf optimale Taschenstromst~irke oder optimale Auft6sung eingestellt werden soll. Glficklicherweise liegen die Maxima dieser beiden Kurven bei Katodenheizungen, die sich nicht sehr stark voneinander unterscheiden, so dab auch ein Kompromil3 zwischen Taschenstrommaximum und gr613tem Aufl6sungsverm6gen ohne weiteres m6glich ist. Bemerkenswert ist, dab die Stfirke der Quellenheizung, die beim Aufsuchen des Taschenstromoptimums keinen herausragenden Einflul3 zeigt (das absolute Taschenstrommaximum liegt bei einer Ver~inderung der Quellenheizung um ca. 20~
5. Sehluflfolgerungen Weil der Taschenstrom die in der Zeiteinheit gesammelte Isotopenmenge bestimmt und das Aufl6sungsverm6gen ftir die dabei erzielte Anreicherung mai3geblich ist, stellen Taschenstrom und Aufl6sungsverm6gen die f~irdie Leistung eines elektromagnetischen Isotopentrenners charakteristischen Gr613en dar. Die experimentell bestimmte Abh/ingigkeit dieser beiden Gr6Ben von den frei wS.hlbaren Betriebsparametern zeigt, dab beide Gr6Ben in Abh/ingigkeit vonder Katodenheizung Maximalwerte durchlaufen und die Maxima nicht bei gleicher Kathodenheizung liegen. Bei der Suche nach gtinstigen Betriebsbedingungen der Trennanlage ist die Entscheidung zu fiillen, ob ein m6glichst groi3er Taschenstrom oder ein hohes Auf16sungsverm6gen erzielt werden soil. Der meist notwendige KompromiB kann aber an Hand der gefundenen Zusammenh~inge nach exakten Gesetzm~iBigkeiten geschlossen werden, so dab unter Beriicksichtigung der gestellten Aufgabe optimale Betriebsbedingungen erreichbar sind. Literatur 1) M. v. Ardenne et al., Kernenergie 5 (1962) 305. 2) F. Timpl et al., Abh. Akad. Wiss., K1. Chemie, Geologie und Biologie 7 (1964) 285.
III.NEW
I N S T R U M E N T S AND T E C H N I Q U E S
AND METHODS
38 (I965) I I 3 - I I 5 ;
© NORTH-HOLLAND
PUBLISHING
CO.
BETRIEBSERFAHRUNGEN UND OPTIMIERUNG BEIM MASSENSEPARATOR MIT REDUZIERTEM MAGNETFELDVOLUMEN F. TIMPL
Institut fiir stabile Isotope, Leipzig, DDR In order to exploit the advantages inherent in the medium-size electromagnetic isotope separators at the Institute of stable Isotopes which have a large beam-current and a high transmission due to beam-cross-over, and a reduced magnetic field volume as originally proposed by M. von Ardenne, it is necessary to study the dependence of the two main characteristics, namely
collector beam current and resolving power, vs the different operating variables. On the basis of this knowledge an exact optimisation of operating conditions is possible. It is shown that the suitable selection of the arbitrary variables, e.g. the heating power of the furnace, arc chamber and cathode, plays a fundamental role for an economic operation.
1. Einleitung Der yon v. Ardenne et al. entwickelte Massenseparator zeichnet sich durch grol3e Strahlstromst/irke bei reduziertem Magnetfeldvolumen ausl). Durch spezielle Strahlfiihrung wird im Luftspalt des Ablenkmagneten ein Strahl-cross-over gebildet, so dal3 trotz kleinem Abstand der Polschuhe eine hohe Tanktransmission erreicht wird.
werden; solche Zwischenvariable sind z.B. die St/irke des Bogenstromes I B und des Emissionsstromes 1E. Das AuflOsungsverm6gen RP hfingt von folgenden Variablen ab:
2. Aufgabenstellung Um die prinzipiellen Vorziige dieses Massentrenners voll auszusch6pfen, ist eine Optimierung der Betriebsparameter erforderlich. Nach Untersuchungen fiber die Optimierung der Anlage ftir die Trennung von Mg 2) wurde eine weitergehende Optimierung bei der Trennung der Cd-Isotope durchgefiihrt. Als charakteristische Leistungsgr/513en fiir einen Massenseparator sind die Taschenstromst/irke und das erreichte Aufl6sungsverm6gen anzusehen. Die St/irke des Taschenstromes IT hS_ngt von einer Reihe von variablen Betriebsgr6gen ab:
Ix = f [ I K ; UB; To(Po); TQ(PQ); U1]. Dabei ist: I K = Stromst/irke der Kathodenheizung, UB = Spannung der in der Quelle brennenden Niedervoltbogenentladung, To = Temperatur des Verdampferofens, die yon der Heizleistung des Ofens Po abh/ingt, TQ = Temperatur der Entladungskarnmer der Ionenquelle, die yon der Heizleistung der Ionenquelle PQ abh/ingt, U~ = Beschleunigungsspannung fiir die abgesaugten Ionen. Neben diesen unabhS_ngig voneinander verfinderlichen Betriebsgr6gen hfingt die Stfirke des Taschenstromes noch von einigen Zwischenvariablen ab, die ihrerseits von den unabh/ingigen Variablen bestimmt
RP----f[IT(IK; To; TO); UB; U,; U2; x, V]. Die neu hinzukommenden Symbole bedeuten: U2 = Fokussierungsspannung, x = Position des Auff/ingers in Strahlrichtung, p = Druck im Rezipienten. Um einen optimalen Betriebszustand mit m6glichst grol3em Taschenstrom und hohem Aufl6sungsverm6gen zu erzielen, ist die Abh~ingigkeit dieser beiden charakteristischen Leistungsgr6Ben yon den willkfirlich ver/inderlichen Betriebsgr6gen zu untersuchen und aus der Kenntnis dieser Zusammenh/inge die Optimierung abzuleiten, l]ber einen Tell der bei der Trennung der Cd-lsotope durchgeffihrten Untersuchungen wird nachstebend berichtet. 3. Versuchsdurchfiihrung Infolge geringer WfirmekapazitM der Glfihkatode wird bei der Ver/inderung ihres Heizstromes I X schnell wieder ein stationfirer Zustand erreicht. Aus diesem Grunde werden in der Versuchsreihe die St/irke des Taschenstromes IT und die H6he des Aufl6sungsverm6gens RP als Funktion von IK aufgenommen und die iibrigen Variablen wahrend der Versuchsreihe konstant gehalten. Der Einflul3der Temperatur des Ofens TOund der Entladungskammer To wird dadurch erfal3t, dal3 die Heizleistung fiir den Ofen P o u n d fiir die Entladungskammer Po als Parameter ffir die entstehende Kurvenschar gew/ihlt werden. Da Verdampferofen und Entladungskammer thermisch weitgehend entkoppelt sind, kann eine etwaige Aufheizung der Entladungskammer durch Verfinderung der Katodenheizung und ihre Rtickwirkung auf das Dampfangebot vernachl/issigt werden.
113 IlI. NEW I N S T R U M E N T S AND T E C H N I Q U E S
114
F. TIMPL
Die Gr0Be des Taschenstromes wird tiber ein BetriebsmeBinstrument an der als Faraday-K~ifig ausgebildeten AuffS.ngertasche gemessen; die geometrische Form der Tasche und die Gr6Be des Eintrittsspaltes geben Gew/ihr dafiir, dab gebildete Sekundiirelektronen weitgehend im K/ifig gehalten werden und so das MeBergebnis nicht verf~lschen. Das Aufl0sungsverm6gen ftir die Halbwertsbreite wird folgendermaBen definiert:
]T
3-
,,~
] + - f (3,~+Po,P~,)
Z
po=es+w
/ :) pO!~O~ ///
,
RP.+ = (D/B+) (AM~M). Dabei ist D der Abstand zwischen den Peakmitten zweier benachbarter Massenlinien mit der Massendifferenz A M und B+ die Breite des Strahls der Masse M, gemessen beim halbert Wert der Maximalintensit~it. In gleicher Weise kann das Aufl~Ssungsverm~Sgen ftir 0.1; 0.05 oder 0.01 definiert werden, wenn die Breite des Strahls bei 10%, 5% oder 1 ~ des Maximalwertes gemessen wird. Die H6he des Aufl6sungsverm6gens wird dadurch ermittelt, dab die Halbwertsbreite des Strahls und der Abstand zweier Massenlinien an einem Oszillogramm gemessen werden, welches dadurch geschrieben wird, dab eine in der Ko|lektorebene schwingende Sonde die Verteilung der StrahlintensitS, t in Dispersionsrichtung abtastet. Durch gleichzeitige Verwendung einer Strahllageregelung ist die Stabilisierung der Strahlposition an einer gewtinschten Stelle gew/ihrleistet. 4. Versuehsergebnisse
4.1. l,r =f(IK; e o ; PQ) Der Taschenstrom -IT wiichst in ~ihnlicher Weise wie der Bogenstrom und der Emissionsstrom exponentiell mit zunehmender Katodenheizung an (Fig. 1). Wiihrend Emissions- und Bogenstrom aber nach wie vor steigen oder h0chstens einem Sattigungswert zustreben, zeigt der Taschenstrom ab bestimmter Katodenheizung wieder eine fallende Tendenz; er durchlauft also ein ausgepriigtes M aximum.Die Lage und auch die Gr6Be dieses Maximums hiingen bei konstanter Quellenheizung von der jeweiligen Ofenheizung ab. Bei gr0Berer Ofenheizung wird das Maximum von I T bereits bei kleinerem I K erreicht; auch der im 1. Kurventeil vorhandene exponentielle Anstieg I T =f(IK) verschiebt sich nach kleineren Katodenheizwerten, wenn die Ofenheizung griSl3er ist. Das ist prinzipiell verstandlich, weil bei h6herer Ofenheizung das verftigbare Dampfangebot grOBer ist und damit bei gleicher Ionisierungswahrscheinlichkeit auch die Anzahl der bei gleicher Elektronenzahl gebildeten Ionen zunimmt. DaB der Taschenstrom in Abh~mgigkeit von der Katodenheizung einen Maximalwert durchlauft, hiingt
Pa~ ?6b~q ...... Po -225W
,
/X+::" / /~>_+.+j ,,
-
\,-,+,+
++.,..
i
I
I
110
]ao
I~o
---
1. Abh~ingigkeit der Taschenstromstiirke I~ von der Katodenheizung IK; Heizleistung ftir Ofen und Entladungskammer Po und PQ sind Parameter in der Kurvenschar. Die iibrigen Betriebsbedingungen (UB= 120 V; U1 = 20 kV; U2= 5 kV; p 5 x 10-5 Torr; Abstand der Kollektorebene) sind konstant. Fig.
=
damit zusammen, daB yon einer bestimmten Katodenheizung ab der Betriebszustand der Ionenquelle instabil wird und die auftretenden Schwingungen zur Folge haben, dab der in die Kollektortasche gelangende Strahlstrom trotz weiter wachsenden Emissionsstromes im Mittel kleiner wird. Die erreichten Maximalwerte von IT =f(IK) besitzen aber bei verschiedenen Ofenheizungen auch verschiedene HOhe. Es zeigt sieh, dab bei einer mittleren Ofenheizung (z.B. Po = 192 W) der Maximalwert des Taschenstromes den absolut gr6Bten Wert besitzt und das Maximum wieder niedriger wird, wenn die Ofenheizung gr6Ber ist (z.B. Po = 263 W). Das heiBt aber, daB zur Optimierung des Taschenstromes nicht nur die fiir jede Ofenheizung optimale Katodenheizung einzustellen ist, sondern dab ftir das Erreichen der absolut h6chsten Taschenstromst~irke auch die Ofenheizung einen bestimmten Optimalwert besitzen mug. 4.2. RP =f(IK; P o ; PQ) Auch das AuflOsungsverm~Sgen durchl~iuft bei Ver~inderung der Katodenheizung und konstanter Ofenbzw. Quellenheizung in den untersuchten Bereichen in einigen F~illen ein Maximum; in einigen anderen F~illen geh6ren die aufgenommenen MeBpunkte nut dem abfallenden Ast der Kurve an (Fig. 2). Zwei ftir den Betrieb yon Trennanlagen wesentliche Ergebnisse lassen sich aus den experimenteUen Befunden ableiten: Als erstes zeigt sich, dab keineswegs das Aufl6sungsvermOgen h6her liegt, wenn die StrahlstromstS.rke klein gehalten wird. Zweitens ist festzustellen, dab der Maxi-
M A S S E N S E P A R A T O R MIT R E D U Z I E R T E M M A G N E T F E L D V O L U M E N
nur etwa 8 ~ hOher, vgl. PQ =265 W und Po = 238 W mit PQ = 338 W und Po = 192 W), sich erheblich auf die Optimierung der Anlage hinsichtlich des Auf16sungsverm6gens auswirkt. Beim Vergleich der gleichen beiden Kurven zeigt sich, dal3 bei der niedrigeren Quellenheizung nicht nur der erreichbare Maximalwert des Aufl6sungsverm6gens um ca. 20~o h6her liegt, sondern dab der Verlauf R P =f(IK) in der N~ihe des Maximalwertes eine Art Plateau bildet und die sonst vorhandene st~irke Abh~ingigkeit v o n d e r Katodenheizung hier nicht gegeben ist.
R,I
500
400
3OO
coo IOO
115
//' \.\'iPi '~, Po-ZZo~ \~".
J
I
I
I1O
I~o
13o
~
A
Fig. 2. Abh~ingigkeit des Aufl6sungsverm6gens R P von d~r Katodenheizung I~; Heizleistung ftir Ofen und Entladungskarnmer P o u n d PQ sind Parameter in der Kurvenschar. Die fibrigen Betriebsbedingungen (Fig. 1) sind konstant.
malwert yon R P bei einer Katodenheizung erreicht wird, die kleiner ist als die ffir den maximalen Taschenstrom erforderliche optimale Katodenheizung. Vor der DurchfiJhrung einer Trennfahrt ist also zu entscheiden, ob auf optimale Taschenstromst~irke oder optimale Auft6sung eingestellt werden soll. Glficklicherweise liegen die Maxima dieser beiden Kurven bei Katodenheizungen, die sich nicht sehr stark voneinander unterscheiden, so dab auch ein Kompromil3 zwischen Taschenstrommaximum und gr613tem Aufl6sungsverm6gen ohne weiteres m6glich ist. Bemerkenswert ist, dab die Stfirke der Quellenheizung, die beim Aufsuchen des Taschenstromoptimums keinen herausragenden Einflul3 zeigt (das absolute Taschenstrommaximum liegt bei einer Ver~inderung der Quellenheizung um ca. 20~
5. Sehluflfolgerungen Weil der Taschenstrom die in der Zeiteinheit gesammelte Isotopenmenge bestimmt und das Aufl6sungsverm6gen ftir die dabei erzielte Anreicherung mai3geblich ist, stellen Taschenstrom und Aufl6sungsverm6gen die f~irdie Leistung eines elektromagnetischen Isotopentrenners charakteristischen Gr613en dar. Die experimentell bestimmte Abh/ingigkeit dieser beiden Gr6Ben von den frei wS.hlbaren Betriebsparametern zeigt, dab beide Gr6Ben in Abh/ingigkeit vonder Katodenheizung Maximalwerte durchlaufen und die Maxima nicht bei gleicher Kathodenheizung liegen. Bei der Suche nach gtinstigen Betriebsbedingungen der Trennanlage ist die Entscheidung zu fiillen, ob ein m6glichst groi3er Taschenstrom oder ein hohes Auf16sungsverm6gen erzielt werden soil. Der meist notwendige KompromiB kann aber an Hand der gefundenen Zusammenh~inge nach exakten Gesetzm~iBigkeiten geschlossen werden, so dab unter Beriicksichtigung der gestellten Aufgabe optimale Betriebsbedingungen erreichbar sind. Literatur 1) M. v. Ardenne et al., Kernenergie 5 (1962) 305. 2) F. Timpl et al., Abh. Akad. Wiss., K1. Chemie, Geologie und Biologie 7 (1964) 285.
III.NEW
I N S T R U M E N T S AND T E C H N I Q U E S