Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
~-={.N2 — N")j( \ — 0);
N2 — N2 = D/7 [&0/(l + kO — 0)]; J
(1 -f ?0) = TV + kON2. i
Здесь D = e0SZN (1—N) и /’’(О) определены формулами (3.137), а концентрации N, Nu N'2 и коэффициенты деления k, 0 показаны на рис. 3.24. Величина обогащения ступени N' — N получается исключением других концентраций из этих семи уравнений. В случае ео 1 коэффициент обогащения ступени с делителем по схеме скрещенных потоков имеет вид:
<*-1 =e0(l-G)[1!-(5Z)1lnr497 + (5Z)2lnr497] - (ЗЛ71)
где коэффициенты деления потоков в делителях Di и D2 равны соответственно 0i = 0/(l+&0) и 02 = ?0/(1+&0— 0). Разделительная мощность ступени складывается из разделительных мощностей двух делителей, и 6U2, за вычетом потерь на смешивание во внутреннем узле; значения 6U и коэффициента обогащения ступени (а—1), определяемого формулой (3.171), связаны между собой обычным соотношением (3.127). По сравнению со ступенью без внутренней циркуляции при тех же потоках питания L обогащенной L0 и обедненной L( 1—0) фракций коэффициент обогащения ступени с циркуляцией увеличивается на 37,5%, а разделительная мощность на 89%, если k—\ и 0 = = 1/2. Однако возрастает и работа сжатия, так как поток пита-иия и внутренний поток легкой фракции умножаются соответственно на 1+?0=1,5 и 1+/г = 2 при таком же потоке тяжелой фракции. Ступень с внутренней циркуляцией может представ-лять интерес, если выигрыш в коэффициенте обогащения дает преимущества, несмотря на увеличение работы сжатия и усложнения коммуникаций ступени. Исследование уравнений стоимости (см. разд. 3.5) делителя, компрессора и системы теплоотвода показывает, что схема с внутренней циркуляцией лучше подходит для ступеней средней и высокой концентраций в каскаде.
Приведенные примеры показывают, как влияют характеристики ступени на выбор оптимальной конструкции диффузионной ступени, при котором следует учитывать также ограничения, накладываемые свойствами технологического газа UF6 (см. разд. 3.3), соответствующую газодиффузионную технологию (разд. 3.4) и экономические соображения (разд. 3.5).
3.3. СВОЙСТВА ГЕКСАФТОРИДА УРАНА
В этом разделе дается краткий обзор основных физических и химических свойств гексафторида урана, существенных для оп-
117
тимизации конструкции и изготовления оборудования завода для разделения изотопов.
3.3.1. Физические свойстве
Физические свойства UF6 были рассмотрены в обзорах Каца
и Рабиновича [3.18], де Витта [3.185] и Шателе [3.186], в ко-
топых содержится большая часть данных, опубликованных до
1976 г.
Молекулярные и оптические свойства При комнатной температуре и атмосферном давлении UF6 представляет собой бесцветное твердое вещество. Монокристаллы UF6 относятся к ромбической (ортогональной) системе. Их решетка принадлежит пространственной группе симметрии D^ с постоянными решетки а=
О 'О (О
. =99,0 А, 6 = 89,6 А и с=52,1 А; элементарная ячейка содер-
жит четыре молекулы UF6. Октаэдрическая структура молекулы в ней несколько искажена, и положения атомов фтора не эквивалентны. Это искажение обусловлено тем, что в кристаллическом поле молекулы обмениваются своими атомами фтора; это подтверждается данными по ядерному магнитному резонансу (ЯМР)
[3.187]. Искажение уменьшается с ростом температуры.
В газовой фазе гексафторид урана не ассоциирован. Молекула UF6 по структуре принадлежит точечной группе симметрии Oh и имеет форму октаэдра, в котором длина каждой из связей U — F одинакова и равна 0,2 гм, что следует из данных по колебатель-щу ным спектрам, диэлектрической проницаемости, электронной дифракции в паровой фазе, а также из согласия результатов определения термодинамических свойств по спектроскопическим данным и теплоемкости.
В жидкой фазе октаэдрическая симметрия, по-видимому, не нарушается. Однако в пластической фазе, промежуточной между жидким и твердым состояниями, нарушение симметрии существует, как показывают данные по ЯМР и рамановским спектрам для UF6 и других гексафторидов [3.188].
В колебательном спектре молекул UF6 из шести фундаментальных частот точечной группы Oh две относятся к активным инфракрасным колебаниям (л?з = 623, v4 = 181 см-1), три—к комбинационным (рамановским) колебаниям (Vi = 637, v2 = 535 и v5 =
i =202 см'1) и одна—к неактивным колебаниям (v6=140 см~!).
В видимой и ультрафиолетовой областях спектра имеется много электронных уровней.
Критические потенциалы ионизации располагаются в диапазоне от 15,5 В для UF5+ до 50,3 В для и~\
Гексафторид урана в газообразном состоянии парамагнитен.
Как показывают точные измерения диэлектрической проницаемости е, проделанные Магнусоном [3.189], гексафторид урана не имеет постоянного электрического дипольного момента:
(е, — 1) изменяется от 3,815 • 10~3 при 28,2 °С до 3,226 • 10-3 при
53,1 °С.
118
Коэффициенты переноса в газовой фазе. Коэффициент вязкости газообразного UF6 был измерен методом капилляра при числах Рейнольдса меньше 100 во избежание турбулентности; результаты Майерсона и Эйхера [3.190] были представлены Мартенссо-ном [3.120] в виде эмпирической формулы (вязкость измеряется в мкпз *)
