Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
G)eTe ~1> G)iTi<^l.
296
Никакая из описанных здесь схем не была развита достаточно глубоко. В настоящее время нельзя быть уверенным, что наблюдаемые физические разделительные эффекты приведут к экономичным крупномасштабным приложениям. Главная цель всех исследований связана скорее с дальнейшим изучением физических закономерностей, чем с созданием технологического процесса. Физика плазменного разделения значительно сложнее той, иа которой основана сегодняшняя обогатительная техника. Два способа — вращение плазмы и ионный циклотронный резонанс — выделяются наиболее обещающими результатами.
Физический принцип изотопного разделения во вращающейся плазме подтвержден экспериментами с неоном, аргоиом, криптоном и ураном. Кроме того, на криптоне была продемонстрирована непрерывная работа разделительного* элемента при наличии массового потока. Было показано несколько путей для создания вращающейся урановой плазмы. Измеренные к настоящему времени значения в общем согласуются с теоретическими расчетами, поэтому можно рассчитывать и иа достижение больших коэффициентов разделения и разделительной мощности, предсказанных теорией. Но полученных данных еще недостаточно, чтобы сконструировать разделительный элемент, который мог бы работать экономично. Экспериментальные результаты указывают на более или менее подходящие условия работы, включая геометрию установки и диапазон параметров. Например, увеличение магнитного поля до нескольких тесл, а кольцевого анода—до иескольких десятков сантиметров при токе порядка 100 А приведет к движущей силе, которая при соответствующем выборе других параметров дуги вызовет очень высокую скорость вращения. Это обеспечит эффективное разделение: около 100 кг ЕРР/год на разделительный элемент при удельном расходе энергии в несколько сот киловатт-часов па килограммовую единицу работы разделения. Не решены пока технические проблемы, связанные с использованием урановых соединений в плазменной фазе.
Что касается циклотронного резонанса, то, поскольку известны лишь механизм и немногочисленные экспериментальные результаты, классифицировать его трудно. Теоретические оценки, так же как и предварительные экспериментальные результаты, указывают, что таким способом можно достичь высокого коэффициента разделения. Представляется, что будет проблемой достижение высоких значений массового потока, поскольку плотность плазмы мала. Эксперименты с ураном пока еще не опубликованы.
Необходимы следующие шаги, чтобы доказать предсказанную осуществимость этих схем обогащения.
Благодарности. Н. Натрат обязан своим коллегам за существенную помощь, особенно X. Крезу, Г. Мюкку, М. Симону за их эксперименты с инертными газами, Д. Д. Макклюру за его теоретические разработки и всем им за многочисленные полезные предложения и дискуссии.
Ф. Босхотеиу приятно поблагодарить Л. Т. Ритьенса за поддержку работы, в которой использовался разряд с полым катодом, и Р. Комена за умелую помощь при проведении экспериментов.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
В, Вг —магнитная индукция: вектор, продольная компонента d — диаметр дуги Dij_ — коэффициент диффузии ионов перпендикулярно В
297
—потенциал ионизации Er — напряженность радиального электрического поля j> b> h — плотность тока: вектор, радиальная и продольная компоненты
к, 6 — плотность силы: вектор, азимутальная компонента
I — длина дуги ш, — масса иона п - полная плотность плазмы пе, ni% rti, — плотность электронов, ионов и нейтральных частиц Р — полное давление
Ро - давление нейтрального газа на стенке RL — локальная относительная концентрация изотопов Rlo — относительная концентрация изотопов на радиусе г0 г — радиус
г о — радиус рассматриваемой цилиндрической поверхности Га, г с, rw — радиусы анода, катода и стенки
— радиус отсекателя, полученный согласно следующему определению коэффициента деления потока
'V
6 = ^ nr drj ^ nr dr,
О о
rri — ионный циклотронный радиус Т — температура плазмы Те, Т,, Т„ —температуры электронов, ионов, нейтралов V, и vr. vz — скорость плазмы: вектор, азимутальная, радиальная и продольная компоненты „
Уф ии — максимальное значение в радиальном распределении усг — критическая скорость Vi, ti, — тепловая скорость ионов = Ri.IRlo — локальный коэффициент разделения
а,о — коэффициент трения р( = Ы;Т(; — параметр Холла для ионов Ф — электрический потенциал (г — коэффициент вязкости vth —термодиффузионная постоянная v — частота электрического поля Й = аф/г—угловая скорость вращения плазмы fio — R на оси (г=0)
(Не — электронная циклотронная частота (0i — ионная циклотронная частота р — плотность плазмы fci — время между электрон-ионньши соударениями Тн—время между ион-ионными соударениями Tin — время между соударениями ион—нейтрал
— постоянная времени для диффузионных процессов, перпендикулярных В.
?96
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Глава 1
1.1 J.J.Steyn: “Worldwide Separative Work Supply/Demand", in A1F Intern. Conf. on Uranium Enrichment, New Orleans, January (1978)
1.2 U.Braats, H.J.Dibbcrt: „Kernbrennstoffversorgung zwischen Verfugbarkeit und
Restriktionen“, Atomwirtschaft Jahrbuch (1978)
