Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
6.5.3. Эксплуатационные расходы
Каждому функциональному элементу ЛРИ-завода будет соответствовать своя доля эксплуатационных расходов. По-видимому, главным в этом списке явятся текущие затраты па систему питания и лазеры.
Экономику системы питания в атомном варианте будут прежде всего определять срок ее службы, затраты при ремонте и техобслуживания. Регулярный плановый ремонт, по всей вероятно-
18* 275
сти, необходим источнику уранового пара. Поэтому решающее преимущество могут получить системы испарения электронным пучком, где только нити накала электронной пушки находятся при сверхвысокой температуре.
Для молекулярного варианта основную роль будет играть работа сжатия газа. Поскольку работа сжатия пропорциональна полной массе перерабатываемого газа, то представляется, что молекулярные пучки и родственные им системы не смогут конкурировать даже с процессом газовой диффузии из-за очень высокой стоимости сжатия сильно разреженных газов.
Минимальная энергня, необходимая для проведения ЛРИ-про-цесса, составляет около 2—4 эВ на атом 235U, расходуемых в молекулярном варианте на разрыв химических связей. В атомном варианте эта энергия равна 6,2 эВ, необходимых для ионизации атома урана. Однако эффективность генерации лазерного излучения лежит в пределах от 0,1% до нескольких процентов. Дополнительные потери возникают при неточном сведении лазерных лучей, отражении от зеркал и при прохождении окон. Все эти непроизводительные затраты должны быть еще умножены на некоторый коэффициент, учитывающий тот факт, что не всегда первое возбуждение атома или молекулы непременно приводит к окончательному выделению нужного изотопа иа сборнике продукта. Тем не менее представляется, что, несмотря на все эти непроизводительные потери, общие затраты составят менее 4-105 эВ на атом 235U, т. е. меньше, чем при центробежной технологии.
6.5.4 Местоположение завода
В том случае, если малое энергопотребление и небольшие размеры завода могут быть обеспечены лазерным методом разделения изотопов, отпадает необходимость располагать заводы вблизи крупных источников электроэнергии. Станет возможным строительство разделительных предприятий около урановых рудников.
ГЛАВА 7
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ПЛАЗМЕ
Ф. Босхотен, Н. Иатрат
Ионизованный газ называют плазмой, если дебаевская длина экранирования заряженных частиц мала по сравнению с линейными размерами рассматриваемого объема. В сильноионизованном газе соударения между заряженными частицами (кулоновские соударения) преобладают над их соударениями с нейтралами. При обратном соотношении говорят о слабоиоиизованном газе. В зависимости от степени ионизации и температуры поведение плазмы может быть описано с помощью двух моделей: двухжидкост-
276
ной гидродинамической (с учетом ионов и электронов) и трехжидкостной (с учетом нейтралов). Вследствие действия силы Ло-рентца время жизни заряженных частиц в плазме может существенно изменяться при наложении внешнего магнитного поля. С учетом вида сил, действующих на частицы (центробежные силы, градиенты давления, силы трения и силы, связанные с переменным электрическим полем), были предложены различные проекты для разделения частиц различных масс в плазме. До настоящего времени исследования концентрировались на двух методах: разделение в центробежном поле и в условиях ионного циклотронного резонанса.
В лаборатории плазму обычно создают в электрическом поле. (Степень ионизации, которая может быть достигнута при термическом нагреве газа, недостаточно высока, хотя и можно получить высокоионизованную плазму низкой плотности и температуры при поверхностной ионизации). Взаимодействие приложенного электрического поля п газа, которое при определенных условиях приводит к газовому разряду, в общем весьма сложно. Однако в отсутствие магнитного поля газовый разряд достаточно понятен и свойства плазмы могут быть рассчитаны. Более трудно получить надежную информацию о роли нейтральных частиц. Очевидно, что уровень работы в области плазменного разделения изотопов прямо соответствует уровню понимания свойств плазмы.
Разделение изотопов получено в газовых разрядах постоянного, переменного и импульсного токов. Разделение в нейтральном газе с использованием плазмы в качестве вспомогательной среды представляется более сложным подходом к решению задачи. Но поскольку нейтральные частицы всегда присутствуют в газовом разряде, подобные процессы могут происходить и в установках, рассчитанных на полностью ионизованную плазму. К настоящему времени большинство экспериментов выполнено на инертных газах. Исследовалась также урановая плазма: была получена плазма высокой плотности в сильноточной дуге (урановую плазму низкой плотности можно получить путем поверхностной ионизации).
Расход энергии, необходимый для нагрева газа, диссоциации, ионизации и компенсации потерь, в любом случае существенно влияет на стоимость плазменного разделения изотопов. Создание магнитного поля практически не будет связано с расходом энергии, если применить постоянные магниты или сверхпроводящие катушки.
