Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Максимальная скорость при заданной движущей силе IXB приблизительно на 10% выше, чем в чистом гелии. Она возрастает почти линейно с увеличением IX В, причем разница зависимостей от / и В очень мала (см. рис. 7.11). Достигнутые к настоящему времени значения скорости превышают критическую (2,19Х ХЮ5 см/с): = • 105 см/с для /= 130 А, В=0,8 Тл, Р0 —
= 7 мбар, / = 30 см. В короткой дуге (/=18 см) была получена скорость 3,5-105 см/с. Поэтому ожидается дальнейшее возрастание уф с увеличением IX В.
До сих пор температура плазмы и плотность частиц непосредственно не были измерены. Однако электронная температура была оценена на основе оптического спектра урана и составила около 6500 К- Это верхний предел ионной температуры. Средняя плотность частиц урана, оцененная по количеству сконденсированного
287
Рис. 7.12. Значения локального коэффициента разделения aL изотопов 235U—238U, измеренные различными масс-спектрометрами на торцевом зонде (/=120 А, В = 0,7Тл, Vq>max = 1,7-10" см/с), и рассчитанный профиль Uj. (Уфшах = 1,7 -105 см/с, 6000 ^ ;SST<g 7000 К, Ul = 1,0 на радиусе г = = 18 мм):
/ — магнитный масс-спектрометр; 2 — масс-спектрометр па вторичных ионах
~ 5 10 75 г му вещества, составила 1014—1015 см~3
I" ’ (продольная скорость частиц при-
нималась равной 104 см/с).
Испаренный и ионизованный уран, распространяющийся вдоль дуги, конденсировался в основном на торцевых поверхностях, т. е. на аноде и водоохлаждаемом кварцевом зонде, находящемся в анодном кольце. Была измерена концентрация изотопов в различных точках слоя металла, сконденсированного на этом зонде, (рис. 7.12). В измерениях использовали масс-спектрометры двух типов: на вторичных ионах и магнитный. Магнитный масс-спектрометр обеспечивал большую точность измерений. Таким путем впервые было продемонстрировано обогащение урана в плазменной центрифуге.
Радиальный профиль aL достаточно хорошо соответствует теоретической кривой, построенной для случая, когда aL=l,0 на радиусе г=18 мм. Были измерены значения aL до 1,10 (5 = 0,7 Тл, I—120 А, / = 30 см). Необходимо выполнить дальнейшие эксперименты для определения зависимости aL(I, В, /).
Расход энергии в урановой дуге примерно на 50% выше, чем в гелиевой. Сделать определенное заключение об удельном расходе энергии не представилось возможным, поскольку разделительная мощность не была измерена.
Дуга UF6. Экспериментальные устройства для возбуждения дуг в UF6 сравнительно сложны из-за необходимости защитить от коррозии электроды и окна. Эти вопросы детально описаны в [7.11]. Геометрия модели была близка к применявшейся в других экспериментах с вращающимися дугами. Хотя эксперименты с UF6 еще не закончены, можно сообщить некоторые результаты. Установлено, что в определенном диапазоне параметров стабильная дуга в UFe может существовать. Было найдено, что разделение изотопов урана является продольным эффектом. Значение a низкое: порядка 1,01. Физические и химические процессы детально еще непонятны. Имеются серьезные проблемы с UF-молекула-ми, которые не все рекомбинируют в UF6, а осаждаются на стенках. По-видимому, уменьшить эти потери можно путем изменения геометрии.
288
IX ДУГА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ С ПОЛЫМ КАТОДОМ
Разряд с полым катодом, подобный использовавшемуся в Техническом университете Эйндховена, представляет собой дугу в магнитном поле, окруженную вакуумом (детальное описание можно найти в [7.28]). Дуга такогц типа была впервые создана Лю-сом [7.29]. Первоначально он также предполагал использовать вращение дуги для разделения изотопов. Газ (в данном случае
Рис. 7.13. Схема экспериментальной установки для разделения изотопов в
дуге с полым катодом:
1 — электродная опора (регулируемая); 2— газовое питание; 3 — столб дуги; 4 —вакуумная камера; 5 — взятие проб; 6 — анод; 7 — откачка; 8— квадрупольный анализатор; 9— нагреватель; 10— охлаждаемые ловушки; 11— игольчатый вентиль; 12 — откачка; 13 — баллон с аргоном; 14 — измеритель потока; 15 — катод
аргон) вводится через раскаленную танталовую или вольфрамовую трубку со стороны катода, где эффективно ионизуется и нагревается *. Катодная область не только включает в себя объем внутри трубки, но и распространена в осевом направлении на расстояние порядка 20 см от ее конца. От этой области — до анода плазма положительного столба (называемая также наружной плазмой) обеспечивает проводимость электрического тока и тепла. Большая часть частиц плазмы рекомбинирует на аноде. На этой стороне дуги давление нейтрального газа существенно более высокое (Ро= 10-1 мбар), чем со стороны катода (Ро=Ю~3 мбар). Схема установки показана на рис. 7.13. Использовался масс-спектрометр квадрупольиого типа.
* Разряд низкого давления может поддерживаться и при напуске газа через анод. В этом варианте свойства плазмы различаются лишь количественно (но не качественно). Плазма несколько более однородна в осевом направлении, однако ее разделительная мощность меньше.
19 Зак. 2067
289
7.3.1. Описание плазмь!
Электронную плотность ne(r, г), ионную температуру Tt(r, г), электронную температуру Те(г, г), скорость массового потока v(r, z) и потенциал плазмы Ф(г, г) измеряли в зависимости от параметров разряда: тока дуги / (10—300 А), газового питания F (0,2—8 см3 НТД/с), напряженности магнитного поля В (0,02— 0,54 Тл), однородного в пределах 5%, длины дуги / (непрерывно изменяемой от 25 до 250 см) и диаметра шнура d (внутренний диаметр катодных трубок составлял 6, 9, 12, 20, 30 мм; кроме того, использовалось несколько специальных моделей). Разряд поддерживали стационарным. При «стандартных» условиях (/= — 140 см, </=1,3 см, 6 = 0,34 Тл, /=100 А и F=4,5 см3 НТД/с) падение напряжения на дуге составляло около 70 В. Приведенные далее рисунки могут служить иллюстрацией того, что даже в простой установке реальная плазма весьма сложна.
