Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
В исследованиях по молекулярному варианту используется большое число разнообразных лазеров. Лазеры на основе полупроводниковых соединений (лазерные диоды) с успехом используются для спектроскопических измерений, в то время как для получения массовых количеств изотопов необходимы мощные лазеры.
Многие годы диапазон перестройки параметрических оптических генераторов был ограничен видимой и ближней инфракрасной областями спектра. В последнее время при использовании химического HF-лазера для накачки CdSe удалось расширить рабочий диапазон параметрических генераторов в область длин волн 8—12 мкм при ширине линий 0,3 см~* и далее до 20 мкм [6.29—6.30].
В настоящее время принято считать, что для производственного процесса будут использованы лазеры с фиксированными частотами, работающие прп оптической накачке такими эффективными лазерами, как СОг, СО, HF и DF. Другие возможности, связанные с использованием гармоник более высокого порядка, также не должны выпадать из поля зрения, поскольку в принципе позволя ют расширить доступный набор частот.
Весьма важное значение для ЛРИ имеет создание эксимерньи лазеров на галогенидах инертных газов. Эти лазеры работают подобно С02-лазеру, но генерируют излучение в ультрафиолетовой области спектра. Генерация возникает при диссоциативных переходах общего типа:
(АХ)* -> А + X -|- Ь,
где А — обычно инертный газ (Хе, Кг или Аг); X — атом галогена (F, С1 или Вг); (АХ)* — возбужденная молекула (экси-мер), которая находится в связанном состоянии (попросту суще-
* В американской литературе принят термин dye laser (лазер на красителе).— Прим. пер,
261
ствует в виде молекулы) только в электронно-возбужденном состоянии. Процесс получения зксимерных молекул имеет высокую эффективность.
Наилучшую генерационную способность имеют фториды инертных газов, которые генерируют излучение с длинами волн: ArF — ХГен~193 нм; KrF — Хге11~248 нм; XeF — лГен«354 нм.
Поскольку генерация происходит при переходе со связанного терма на отталкивательный, то возможна небольшая перестройка длины волны излучения. Так, измеренный диапазон перестройки для ArF-лазера составляет 600 см-1, а для KrF-лазера — около 350 см~’. УФ-диапазон генерации, высокая энергетическая эффективность таких лазеров (до 5%) и возможность небольшой перестройки длины волны излучения делают эти лазеры незаменимым инструментом в программах разработки лазерных методов разделения изотопов.
Исторически главным препятствием внедрения фотохимических процессов в промышленность являлись неудовлетворительные спектральные и энергетические характеристики источников света. Лазеры произвели радикальную революцию в этом вопросе. Доля электрической энергии, превращаемой в лазерных устройствах в полезное излучение, значительно возросла. Для традиционных источников света характерна значительная ширина линий излучения и наличие других, не используемых в данном процессе линий и полос излучения. Это не только приводит к сложностям получения изотопической селективности, но и вызывает подчас нежелательный фотолиз дочерних продуктов. Лазеры предоставляют уникальные возможности для разработки изотопически селективных пригодных фотохимических процессов.
6.3. МЕТОД АТОМНОГО ПАРА
Одним из первых подходов в проблеме ЛРИ урана явился метод, основанный на использовании уранового пара в качестве рабочего вешества. Металлический уран может быть испарен при электрическом нагреве. Атомы урана ионизуют посредством много' ступенчатого процесса с использованием ПЛК- Образованные фотоионы извлекают из урановой плазмы низкой плотности с помощью электрического поля. Этот процесс имеет очевидные преимущества, состоящие в отсутствии необходимости каких-либо сложных химических операций и еще в том, что при лабораторных экспериментах в этом случае возможен экспресс-анализ продуктов как по току ионов, так и масс-спектрометрически.
Первые патенты по этому методу были получены сотрудниками исследовательской лаборатории АВКО Эверетт [6.31—6.33] и позднее легли в основу усилий компании «Джерси Ньюклеар АВКО Айзотопс» по созданию экономически конкурентоспособного процесса разделения изотопов урана. Советские исследователи также предпринимают активные усилия в этой области [6.20].
262
\
Недавно в Ливерморской лаборатории был достигнут впечатляющий прогресс в направлении разработки крупномасштабного процесса разделения изотопов урана на основе фотоионизацни атомного пара урана [6.22].
6.3.1. Рабочее вещество
Обычно с горнообогатительных предприятий уран поступает в виде закиси-окиси урана U3CV Дальнейший возможный процесс [6.34] показан на рис. 6.3. Газодиффузионная н центробежная разделительные технологии используют в качество рабочего вещества UF6. Поэтому окисел урана сначала превращают в UF6, за-
UF6
Реакция с ?г ' Кальцинирование Восстановление
Рудный \ щ \ , ио2 Реакция с HF
концентрат иг^
Восстановление Mg или Са-—
U
металлический
Рис. 6.3. Химические процессы приготовления UF6 п металлического урана из
рудного концентрата
тем проводят процесс изотопного обогащения и после этого приготовляют реакторное топливо. В случае технологии ЛРИ, основанной на использовании атомного пара, закись-окись урана необходимо восстановить до металла, осуществить изотопное обогащение и затем переработать в реакторное топливо.
