Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Разделительные характеристики плазменной центрифуги определяли измерением концентрации изотопов в питающем, обогащенном и обедненном потоках в зависимости от экспериментальных параметров. В качестве рабочего газа использовался криптон. Относительная концентрация изотопов 82Кг/86Кг была определена в этих трех потоках с помощью квадрупольиого масс-спектрометра. Изменяли коэффициент деления потока (0), параметры дуги (/, В, Ро, /) и положение точек питания и отбора. Как было установлено, эффект разделения изотопов — продольный, что, наиболее вероятно, обусловлено наличием противотока в центрифуге. На рис. 7.7 приведены коэффициенты разделения для обогащенного и обедненного потоков при так называемых стандартных параметрах дуги. В этих условиях полный разделительный эффект q не зависит от массового потока F и коэффициента егс деления 0 вплоть до F = 6 см3/с (при нормальных значениях тем
1 ЕРР/го Масс д иВыа г?о кг/п гх /па/i, д
1 / J77V"
1 1 1 ! 1180 /Тч ( 705 \
1 / / / Ф/ / / S6 \ ' \ АЧ \\\\
т э I
О
Ч Р, и Sap
О 0,25 0,50 0,75 9
Рис. 7.8. Измеренные значении полного коэффициента разделения в криптоне (q — = R'/R") в зависимости от /, В, Р (каждая кривая получена при изменении только одного параметра) [7.16]
Рис. 7.9. Разделительная мощность в зависимости от коэффициента деления потока 0, измеренная в криптоне при стандартных параметрах дуги (/ = 80 А, В = = 0,6 Тл, Ро=3 мм рт. ст.), для двух вариантов расположения точек питания и отбора (а, б) и различных значений массового потока [7.16]
285
Пературы и давления — НТД), т. е. процесс разделения не возмущается таким потоком. Было обнаружено незначительное уменьшение q при большем массовом потоке: <7=1,11 (0 = 0, F=27 см3 НТД/с) вместо <7=1,13 (/7=0). Наибольший разделительный эффект (<7=1,30 [7.24]) имел место в случае иного расположения точек питания и отбора. Эффект возрастал с увеличением /, В и 1/Ро (рис. 7.8); зависимость от В более резко выражена.
Была подсчитана разделительная мощность в зависимости от коэффициента деления потока с использованием полученных значений массового потока и коэффициентов разделения (рис. 7.9). Для дуги стандартных параметров она составила 2 кг ЕРР/год при массовых потоках до 1180 кг Кг/год. Разделительную мощность можно увеличить, если увеличить массовый поток, параметры / и В или использовать геометрические факторы. Сравнение с рис. 7.5 показывает, что экспериментальные и теоретические значения 6U — одного порядка (строгое количественное сравнение невозможно).
Расход энергии в таких дугах равен обычно 5—10 кВт, не считая затрат на поддержание магнитного поля, что составит 40— 80 кВт-ч на 1 кг массового потока или 2 • 104ч-4 • 104 кВт-ч/кг ЕРР,
Ожидается, что разделительная мощность в несколько сот кг ЕРР/год может быть достигнута при оптимизации эксплуатационных и конструкционных параметров разделительного элемента. Это привело бы к удельному расходу энергии в несколько сот кВт • ч/кг ЕРР.
7.2.3. Эксперименты с урановыми дугами
Урановые дуги могут быть созданы различными способами, например, путем электродного испарения металлического урана или его соединений в газовой атмосфере или поджигом дуги в UF6. Первый способ использовали [7.19] для получения фундаментальных данных по оптическим свойствам урана. Как сообщалось фирмой «Мессершмитт-Бёльков-Блом» [7.11, 7.17, 7,18], в дугах обоих типов исследовалось разделение изотопов урана.
Дуга в парах металлического урана. В этом эксперименте урановый катод испаряется в гелиевой атмосфере, образуя сильно ионизованный вращающийся столб урановой плазмы. Геометрия и конструкция дуговой камеры, так же как и условия работы (/= = 40ч— 150 A, S = 0,5-f-0,8 Тл, Ро= 1 -=-25 мбар Не), были такими же, как и для дуг в инертных газах. Но полностью развитая урановая дуга образовывалась только в некотором диапазоне указанных параметров. Скорость испарения урана до 1 г/мин.
Локальную вращательную скорость ионов определяли измерением доплеровского смещения нескольких линий U II. Измерения показали наличие однородного вращения дугового столба (даже в центральной области дуги). Максимальная скорость слабо уменьшалась от катода к аноду (рис. 7.10).
286
Радиальные профили уф в различных сечениях по оси z превосходно согласуются с соответствующими рассчитанными распределениями (см. рис. 7.2). По сравнению с расчетом незначительно расширена область вращения, подобного вращению твердого тела, и спад максимальной вращательной скорости в направлении от
1,5
1 1 та*, SCM/c \ г/
Изменение I °(В=0,7ТЛ) JT
р/ \ Измен h v (i=i2i 1 ение В '/«)
1,0 1-В,Н/см
Рис. 7.11. Измеренные значения максимальной скорости вращения урановой плазмы в зависимости от движущей силы IX В (раздельное изменение / и В, /=30 см, Р0 = = 10 мм рт. ст.)
Рис. 7.10. Радиальные распределения скорости вращения плазмы г.^, измеренные в различных сечениях по длине урановой дуги при В =
= 0,6 Тл, / = 40 А, Ро=10 мм рт. ст. и трех значениях длины /: 19,4; 21 3;
22,6 см
катода к аноду более плавный. Вблизи катода, в пределах 10 мм, экспериментально измеренные профили скорости указывают на вращение плазмы в обратную сторону, что, наиболее вероятно, связано с кольцевой формой зоны эмиссии на катоде. Это обстоятельство не учитывалось в расчетах, результаты которых приведены на рис. 7.2.
