JPH05301028A - 同位体分離方法 - Google Patents
同位体分離方法Info
- Publication number
- JPH05301028A JPH05301028A JP4104787A JP10478792A JPH05301028A JP H05301028 A JPH05301028 A JP H05301028A JP 4104787 A JP4104787 A JP 4104787A JP 10478792 A JP10478792 A JP 10478792A JP H05301028 A JPH05301028 A JP H05301028A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- isotope
- component
- specific
- separation method
- laser beam
- Prior art date
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Abstract
(57)【要約】
【目的】不純物同位体の製品（特定同位体成分）への混
入を極力防止して、製品の品位向上を図ることができる
同位体分離方法を提供するにある。 【構成】この同位体分離方法は複数種類の同位体を含む
原料を加熱して蒸気流を発生させ、この蒸気流に特定同
位体成分に固有の選択励起・電離用レーザ光２２，２
４，２５を照射して励起され、電離した特定同位体成分
を電極に回収する同位体分離方法において、前記特定同
位体成分の選択励起・電離用レーザ光２２，２４，２５
の照射と同時にその特性同位体成分の光吸収周波数の広
がり内に光吸収共鳴周波数を有する他の不純物同位体成
分にＡＣシュタルク効果を生じさせるレーザ光２６を照
射する方法である。
入を極力防止して、製品の品位向上を図ることができる
同位体分離方法を提供するにある。 【構成】この同位体分離方法は複数種類の同位体を含む
原料を加熱して蒸気流を発生させ、この蒸気流に特定同
位体成分に固有の選択励起・電離用レーザ光２２，２
４，２５を照射して励起され、電離した特定同位体成分
を電極に回収する同位体分離方法において、前記特定同
位体成分の選択励起・電離用レーザ光２２，２４，２５
の照射と同時にその特性同位体成分の光吸収周波数の広
がり内に光吸収共鳴周波数を有する他の不純物同位体成
分にＡＣシュタルク効果を生じさせるレーザ光２６を照
射する方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばウラン濃縮法と
して適用される原子レーザ法に基づく同位体分離方法に
係わり、特にレーザ光による同位体の選択励起工程を改
良した同位体分離方法に関する。
して適用される原子レーザ法に基づく同位体分離方法に
係わり、特にレーザ光による同位体の選択励起工程を改
良した同位体分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、天然或いは回収ウランには、ウ
ラニウム２３４（Ｕ−２３４）、ウラニウム２３５（Ｕ
−２３５）、ウラニウム２３６（Ｕ−２３６）、ウラニ
ウム２３８（Ｕ−２３８）等の同位体成分が含まれてい
る。そして、原子炉用燃料として使用されるＵ−２３５
は、天然ウラン中に０．７％程度しか含まれておらず、
燃料とするためには、Ｕ−２３５を２％乃至５％程度ま
で濃縮させる必要がある。
ラニウム２３４（Ｕ−２３４）、ウラニウム２３５（Ｕ
−２３５）、ウラニウム２３６（Ｕ−２３６）、ウラニ
ウム２３８（Ｕ−２３８）等の同位体成分が含まれてい
る。そして、原子炉用燃料として使用されるＵ−２３５
は、天然ウラン中に０．７％程度しか含まれておらず、
燃料とするためには、Ｕ−２３５を２％乃至５％程度ま
で濃縮させる必要がある。
【０００３】このウラン濃縮技術として、近年レーザ式
同位体分離方法、特に原子レーザ法による同位体分離技
術の開発が進められている。
同位体分離方法、特に原子レーザ法による同位体分離技
術の開発が進められている。
【０００４】この原子レーザ法に基づく同位体分離法
は、金属ウランを電子ビームの照射によって真空中で加
熱してウラン蒸気流を発生させ、このウラン蒸気流にレ
ーザ光を照射してＵ−２３５を選択的に励起・電離さ
せ、電離したＵ−２３５を、例えば電気的方法により電
極に回収し製品化する方法である。
は、金属ウランを電子ビームの照射によって真空中で加
熱してウラン蒸気流を発生させ、このウラン蒸気流にレ
ーザ光を照射してＵ−２３５を選択的に励起・電離さ
せ、電離したＵ−２３５を、例えば電気的方法により電
極に回収し製品化する方法である。
【０００５】この同位体分離方法は、Ｕ−２３５とＵ−
２３８とのエネルギー準位の違い（同位体シフト）を利
用して、Ｕ−２３５のみを選択的に励起させて電離さ
せ、さらに電離回収して濃縮するようにしたものであ
る。
２３８とのエネルギー準位の違い（同位体シフト）を利
用して、Ｕ−２３５のみを選択的に励起させて電離さ
せ、さらに電離回収して濃縮するようにしたものであ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな同位体分離方法によってウラン濃縮を行った場合、
Ｕ−２３５と同時に原料ウラニウムに少量含まれるＵ−
２３４あるいはＵ−２３６も電離回収されてしまう。こ
れは、Ｕ−２３５とＵ−２３４乃至Ｕ−２３６の間の同
位体シフトが、Ｕ−２３５とＵ−２３８の間の同位体シ
フトに比べ、一般に小さいからである。これらの不純物
同位体の製品への混入は、核燃料施設の遮蔽や原子炉中
性子経済の観点から望ましいことではなく、製品の品位
低下をもたらしてしまう。
うな同位体分離方法によってウラン濃縮を行った場合、
Ｕ−２３５と同時に原料ウラニウムに少量含まれるＵ−
２３４あるいはＵ−２３６も電離回収されてしまう。こ
れは、Ｕ−２３５とＵ−２３４乃至Ｕ−２３６の間の同
位体シフトが、Ｕ−２３５とＵ−２３８の間の同位体シ
フトに比べ、一般に小さいからである。これらの不純物
同位体の製品への混入は、核燃料施設の遮蔽や原子炉中
性子経済の観点から望ましいことではなく、製品の品位
低下をもたらしてしまう。
【０００７】従来の原子レーザ法による同位体分離で
は、レーザ光の照射により目標とする特定同位体成分に
付随して、その特定同位体成分の光吸収周波数の広がり
内に光吸収共鳴周波数を有する他の不純物同位体成分も
励起・電離され、製品の品位を低下させてしまうといっ
た問題があった。
は、レーザ光の照射により目標とする特定同位体成分に
付随して、その特定同位体成分の光吸収周波数の広がり
内に光吸収共鳴周波数を有する他の不純物同位体成分も
励起・電離され、製品の品位を低下させてしまうといっ
た問題があった。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、不純物同位体の製品（特定同位体成分）への
混入を極力防止して、製品の品位向上を図ることができ
るようにした同位体分離方法を提供することを目的とす
る。
たもので、不純物同位体の製品（特定同位体成分）への
混入を極力防止して、製品の品位向上を図ることができ
るようにした同位体分離方法を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る同位体分離方法は、複数種類の同位体
を含む原料を加熱して蒸気流を発生させ、この蒸気流に
特定同位体成分に固有の選択励起・電離用レーザ光を照
射して励起させ、電離した特定同位体成分を電極に回収
する同位体分離方法において、前記特定同位体成分の選
択励起・電離用レーザ光の照射と共にその特性同位体成
分の光吸収周波数の広がり内に光吸収共鳴周波数を有す
る他の不純物同位体成分にＡＣシュタルク効果を生じさ
せるレーザ光を照射するようにしたものでる。
め、本発明に係る同位体分離方法は、複数種類の同位体
を含む原料を加熱して蒸気流を発生させ、この蒸気流に
特定同位体成分に固有の選択励起・電離用レーザ光を照
射して励起させ、電離した特定同位体成分を電極に回収
する同位体分離方法において、前記特定同位体成分の選
択励起・電離用レーザ光の照射と共にその特性同位体成
分の光吸収周波数の広がり内に光吸収共鳴周波数を有す
る他の不純物同位体成分にＡＣシュタルク効果を生じさ
せるレーザ光を照射するようにしたものでる。
【００１０】
【作用】上記のように構成した本発明によれば、他の不
純物同位体成分にＡＣシュタルク効果を生じさせると、
この不純物同位体成分の光吸収ラインは２つに部分に分
裂し、しかもこの分裂の間隔は、投入エネルギーに比例
する。従って、投入エネルギーを十分大きくとって、こ
の分裂の結果生じた２つの光吸収ラインを電離・回収す
べき特定同位体成分の一連の光吸収周波数の広がりの外
に押出し、このような状況の元で、電離・回収しようと
する特定同位体成分を選択励起するためのレーザ光を照
射することにより、不純物同位体の光吸収ラインはもは
や特定同位体成分の光吸収周波数の広がりの中にないた
め、不純物同位体が励起・電離して製品に混入してしま
うことを防止することができる。
純物同位体成分にＡＣシュタルク効果を生じさせると、
この不純物同位体成分の光吸収ラインは２つに部分に分
裂し、しかもこの分裂の間隔は、投入エネルギーに比例
する。従って、投入エネルギーを十分大きくとって、こ
の分裂の結果生じた２つの光吸収ラインを電離・回収す
べき特定同位体成分の一連の光吸収周波数の広がりの外
に押出し、このような状況の元で、電離・回収しようと
する特定同位体成分を選択励起するためのレーザ光を照
射することにより、不純物同位体の光吸収ラインはもは
や特定同位体成分の光吸収周波数の広がりの中にないた
め、不純物同位体が励起・電離して製品に混入してしま
うことを防止することができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明に係わる同位体分離方法の一実
施例を図面を参照して説明する。先ず、図１によってこ
の同位体分離方法を適用する同位体分離装置を概略的に
説明する。
施例を図面を参照して説明する。先ず、図１によってこ
の同位体分離方法を適用する同位体分離装置を概略的に
説明する。
【００１２】この同位体分離装置では天然ウラン若しく
は使用済み核燃料の再処理によって得られる回収ウラン
など同位体原料としての金属ウラン１を蒸発用るつぼ２
内に収容する。次に、電子銃３から発射される電子ビー
ム４を図示しない外部磁場コイルにより偏向して蒸発用
るつぼ２内の金属ウラン１に照射する。すると、電子ビ
ーム４の照射を受けた金属ウラン１は、加熱されて蒸発
し蒸気流５となる。
は使用済み核燃料の再処理によって得られる回収ウラン
など同位体原料としての金属ウラン１を蒸発用るつぼ２
内に収容する。次に、電子銃３から発射される電子ビー
ム４を図示しない外部磁場コイルにより偏向して蒸発用
るつぼ２内の金属ウラン１に照射する。すると、電子ビ
ーム４の照射を受けた金属ウラン１は、加熱されて蒸発
し蒸気流５となる。
【００１３】一方、蒸発用るつぼ２の上方には、帯状プ
レートからなる陽電極６と陰電極７とが交互に配置さ
れ、その電極６，７間にそれぞれ光反応部８が形成され
る。この光反応部８の長手方向にレーザ光照射装置９か
らパルスレーザ光１０を照射することによって、同位体
原料から特定同位体原子であるＵ−２３５原子が選択的
に励起されてエネルギ準位が高められ、電離されて（イ
オン化）イオンとなる。
レートからなる陽電極６と陰電極７とが交互に配置さ
れ、その電極６，７間にそれぞれ光反応部８が形成され
る。この光反応部８の長手方向にレーザ光照射装置９か
らパルスレーザ光１０を照射することによって、同位体
原料から特定同位体原子であるＵ−２３５原子が選択的
に励起されてエネルギ準位が高められ、電離されて（イ
オン化）イオンとなる。
【００１４】また、陽電極６と陰電極７との間には電圧
を印加し、この電圧印加によりイオン化された特定同位
体原子のＵ−２３５が電界によって陰電極７の表面に吸
着され、回収される。
を印加し、この電圧印加によりイオン化された特定同位
体原子のＵ−２３５が電界によって陰電極７の表面に吸
着され、回収される。
【００１５】なお、イオン化されないで光反応部８を通
過した蒸気流１は、光反応部８の外縁側に配置された廃
品回収板１１に回収される。
過した蒸気流１は、光反応部８の外縁側に配置された廃
品回収板１１に回収される。
【００１６】図２は、原子レーザ法によるＵ−２３５の
選択励起・電離工程及びＡＣシュタルクを応用した不純
物同位体（この例ではＵ−２３６）の選択励起・電離工
程からの排除の工程を示すものである。
選択励起・電離工程及びＡＣシュタルクを応用した不純
物同位体（この例ではＵ−２３６）の選択励起・電離工
程からの排除の工程を示すものである。
【００１７】先ず、基底レベル２０から第１励起レベル
２１へ光遷移させる第１励起用レーザ光２２、第１励起
レベル２１から第２励起レベル２３に光遷移させる第２
励起用レーザ光２４、及び第２励起レベルから電離させ
る電離用レーザ光２５の照射と同時に、ＡＣシュタルク
効果惹起用レーザ光２６を照射する。このレーザ光２６
の周波数は、不純物同位体Ｕ−２３６の事前に選定され
たＡＣシュタルク効果惹起用レベル２７と基底レベル２
０乃至第１励起レベル２１との間の光遷移周波数に同調
するように設定されている。
２１へ光遷移させる第１励起用レーザ光２２、第１励起
レベル２１から第２励起レベル２３に光遷移させる第２
励起用レーザ光２４、及び第２励起レベルから電離させ
る電離用レーザ光２５の照射と同時に、ＡＣシュタルク
効果惹起用レーザ光２６を照射する。このレーザ光２６
の周波数は、不純物同位体Ｕ−２３６の事前に選定され
たＡＣシュタルク効果惹起用レベル２７と基底レベル２
０乃至第１励起レベル２１との間の光遷移周波数に同調
するように設定されている。
【００１８】そして、電離・回収しようとする特定同位
体成分の光吸収周波数の広がり内に光吸収共鳴周波数を
有する不純物同位体の特定の光吸収ラインに周波数同調
させてレーザ光２６を照射し、このレーザ光２６のエネ
ルギーを十分大きくするとＡＣシュタルク効果が生じ、
この光吸収に係わる上下エネルギーレベルはそれぞれ２
つに分裂して分裂レベル２８となる。
体成分の光吸収周波数の広がり内に光吸収共鳴周波数を
有する不純物同位体の特定の光吸収ラインに周波数同調
させてレーザ光２６を照射し、このレーザ光２６のエネ
ルギーを十分大きくするとＡＣシュタルク効果が生じ、
この光吸収に係わる上下エネルギーレベルはそれぞれ２
つに分裂して分裂レベル２８となる。
【００１９】この時の分裂した２つの分裂レベル２８間
のエネルギーの差Ωは、光の周波数［ GHz］でエネルギ
ーを表した時、レーザ光２６の出力密度をＩ［Kw/ c
m2 ］、この光吸収に係わるダイポールモーメントをμ
［ Debye］とした時、
のエネルギーの差Ωは、光の周波数［ GHz］でエネルギ
ーを表した時、レーザ光２６の出力密度をＩ［Kw/ c
m2 ］、この光吸収に係わるダイポールモーメントをμ
［ Debye］とした時、
【数１】Ω＝０．４３７・μ・Ｉ1/2 で表わされる。
【００２０】この時、ＡＣシュタルク効果を生じる上下
エネルギーレベルのどちらか一方を、原子の基底レベル
２０または電離・回収しようとする特定同位体成分の選
択励起の為の励起レベルと一致させ、更に特定同位体成
分の光吸収周波数の広がり幅をΔとしてΩ＞Δとなるよ
うなレーザ出力密度Ｉを取れば、不純物同位体の光吸収
ラインは２つの部分に分裂したうえ２つの部分は共に特
定同位体成分の光吸収周波数の広がり幅の外に押し出さ
れる。
エネルギーレベルのどちらか一方を、原子の基底レベル
２０または電離・回収しようとする特定同位体成分の選
択励起の為の励起レベルと一致させ、更に特定同位体成
分の光吸収周波数の広がり幅をΔとしてΩ＞Δとなるよ
うなレーザ出力密度Ｉを取れば、不純物同位体の光吸収
ラインは２つの部分に分裂したうえ２つの部分は共に特
定同位体成分の光吸収周波数の広がり幅の外に押し出さ
れる。
【００２１】ここで、不純物同位体の光吸収ラインは、
本来特定同位体成分の光吸収周波数の広がりの中央に有
ったものとしたが、Ω＞２Δとなるようなレーザ出力密
度Ｉを取れば、不純物同位体の光吸収ラインが本来特定
同位体成分の光吸収周波数の広がりの中の何処に有った
としても、不純物同位体の分裂した光吸収ラインの２つ
の部分は、共に特定同位体成分の光吸収周波数の広がり
幅の外に押し出されることになる。
本来特定同位体成分の光吸収周波数の広がりの中央に有
ったものとしたが、Ω＞２Δとなるようなレーザ出力密
度Ｉを取れば、不純物同位体の光吸収ラインが本来特定
同位体成分の光吸収周波数の広がりの中の何処に有った
としても、不純物同位体の分裂した光吸収ラインの２つ
の部分は、共に特定同位体成分の光吸収周波数の広がり
幅の外に押し出されることになる。
【００２２】従って、この時、レーザ光２６の出力密度
Ｉを
Ｉを
【数２】Ｉ＞（Δ／０．４３７μ）2 乃至は
【数３】Ｉ＞（２Δ／０．４３７μ）2 とすれば、図３（ａ）に示すように、本来Ｕ−２３５の
光吸収ライン２９の広がり幅Δの間に有ったＵ−２３６
の光吸収ライン３０は分裂し、この分裂した光吸収ライ
ン３１は、図３（ｂ）に示すように、Ｕ−２３５の光吸
収ライン２９の広がり幅Δの外側に押し出される。
光吸収ライン２９の広がり幅Δの間に有ったＵ−２３６
の光吸収ライン３０は分裂し、この分裂した光吸収ライ
ン３１は、図３（ｂ）に示すように、Ｕ−２３５の光吸
収ライン２９の広がり幅Δの外側に押し出される。
【００２３】ここに、一例として、ダイポールモーメン
トを１ Debye、広がり幅Δを３ GHzとすると、レーザ出
力密度Ｉが１００ kW/cm2 以上あればエネルギ差Ωが４
GHz以上となり、Ｕ−２３６の光吸収ライン３０は、Ｕ
−２３５の光吸収ライン２９の広がり幅Δの外側に押し
出されることになる。
トを１ Debye、広がり幅Δを３ GHzとすると、レーザ出
力密度Ｉが１００ kW/cm2 以上あればエネルギ差Ωが４
GHz以上となり、Ｕ−２３６の光吸収ライン３０は、Ｕ
−２３５の光吸収ライン２９の広がり幅Δの外側に押し
出されることになる。
【００２４】このような状況の元で、電離・回収しよう
とする特定同位体成分を選択励起するための励起用レー
ザ光２３を照射すると、不純物同位体、即ちＵ−２３６
の光吸収ライン３０はもはや特定同位体成分の光吸収周
波数の広がりの中にないので、不純物同位体は、このレ
ーザ光２３に感応せず、従って励起・電離して製品に混
入することがない。
とする特定同位体成分を選択励起するための励起用レー
ザ光２３を照射すると、不純物同位体、即ちＵ−２３６
の光吸収ライン３０はもはや特定同位体成分の光吸収周
波数の広がりの中にないので、不純物同位体は、このレ
ーザ光２３に感応せず、従って励起・電離して製品に混
入することがない。
【００２５】このように、ＡＣシュタルク効果惹起用レ
ーザ光２６を照射することにより、不純物同位体Ｕ−２
３６の光吸収ライン３０をＵ−２３５の光吸収同位体の
広がりの中からなくすことができ、これによって、Ｕ−
２３６が選択励起用レーザ２３に感応してしまうことを
なくして、Ｕ−２３６が励起・電離して製品に混入して
しまうことを防止ことができる。
ーザ光２６を照射することにより、不純物同位体Ｕ−２
３６の光吸収ライン３０をＵ−２３５の光吸収同位体の
広がりの中からなくすことができ、これによって、Ｕ−
２３６が選択励起用レーザ２３に感応してしまうことを
なくして、Ｕ−２３６が励起・電離して製品に混入して
しまうことを防止ことができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は上記のような構成であるので、
特定同位体成分の選択励起・電離用レーザ光の照射と同
時に照射されるＡＣシュタルク効果を生じさせる為のレ
ーザ光の効果により、不純物同位体成分の励起や電離を
低減させ、これにより製品の品位を保つ意味から望まし
くない不純物同位体の電離・回収による製品への混入を
極力防止することができる。
特定同位体成分の選択励起・電離用レーザ光の照射と同
時に照射されるＡＣシュタルク効果を生じさせる為のレ
ーザ光の効果により、不純物同位体成分の励起や電離を
低減させ、これにより製品の品位を保つ意味から望まし
くない不純物同位体の電離・回収による製品への混入を
極力防止することができる。
【図１】本発明に係る同位体分離方法を適用する同位体
分離装置の概略図。
分離装置の概略図。
【図２】本発明の一実施例の光励起・電離のプロセスの
説明に付する図。
説明に付する図。
【図３】（ａ），（ｂ）はＡＣシュタンク効果の前後に
おけるウランの光吸収ラインを示すグラフ。
おけるウランの光吸収ラインを示すグラフ。
【図４】ＡＣシュタンク効果による分裂計算例を示すグ
ラフ。
ラフ。
１ 原料ウラン ３ 電子銃 ４ 電子ビーム ５ 蒸気流 ６，７ 電極 ８ 光反応部 １０ レーザビーム ２０ 基底レベル ２１，２３ 励起レベル ２２，２４ 励起用レーザ光 ２５ 電離用レーザ光 ２６ ＡＣシュタルク効果惹起用レーザ光 ２７ ＡＣシュタルク効果惹起用レベル ２８ 分裂レベル ２９，３０，３１ 光吸収ライン
Claims (1)
- 【請求項１】 複数種類の同位体を含む原料を加熱して
蒸気流を発生させ、この蒸気流に特定同位体成分に固有
の選択励起・電離用レーザ光を照射して励起させ、電離
した特定同位体成分を電極に回収する同位体分離方法に
おいて、前記特定同位体成分の選択励起・電離用レーザ
光の照射と同時にその特性同位体成分の光吸収周波数の
広がり内に光吸収共鳴周波数を有する他の不純物同位体
成分にＡＣシュタルク効果を生じさせるレーザ光を照射
することを特徴とする同位体分離方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4104787A JPH05301028A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 同位体分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4104787A JPH05301028A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 同位体分離方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05301028A true JPH05301028A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=14390182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4104787A Pending JPH05301028A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 同位体分離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05301028A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002007865A1 (es) * | 2000-07-07 | 2002-01-31 | Cenita, S.A. | Método para la identificación de sustancias, la determinación de sus características moleculares y su manipulación para aislarlas o concentrarlas a partir de mezclas o disoluciones |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP4104787A patent/JPH05301028A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002007865A1 (es) * | 2000-07-07 | 2002-01-31 | Cenita, S.A. | Método para la identificación de sustancias, la determinación de sus características moleculares y su manipulación para aislarlas o concentrarlas a partir de mezclas o disoluciones |
| ES2164030A1 (es) * | 2000-07-07 | 2002-02-01 | Cenita S A | Metodo para la identificacion de sustancias, la determinacion de sus caracteristicas moleculares y su manipulacion para aislarlas o concentrarlas a partir de mezclas o disoluciones. |
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