Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
13
1.3. НОВЫЕ МЕТОДЫ
1.3.1. Лазерное разделение
В последние годы активно изучались различные варианты новых методов, включая лазерное разделение, для разработки удовлетворительных альтернатив существующим промышленным методом разделения изотопов.
Лазерное разделение основано на селективном возбуждении атомов U (испаряемых из металла при 2500 К) или молекул UF6 лазерным лучом. Эти методы привлекательны тем, что могут эффективно использовать энергию лазерного луча прн условии, что начальная селективность существенно не нарушается последующими деселектирующими явлениями.
В то время как центробежное разделение требует энергетических затрат, на порядок меньших, чем газодиффузионное, лазерный метод потенциально может быть еще менее энергоемок.
В лазерных экспериментах на парах урана были получены миллиграммовые количества изотопа Z35U. В этих опытах атомы нужного изотопа селективно ионизовались и отделялись от нейтральнх атомов с помощью электрических илн магнитных полей.
Другой способ заключается в проведении фотохимических реакций селективно возубжденных молекул UFe, Продукты реакции затем физическим или химическим путем отделяются от молекул UFe.
Проблемы, преимущества и перспективы обоих вариантов лазерного разделения рассмотрены в гл. 6.
Следует отметить, что благодаря высокой селективности лазерного метода необходимое обогащение изотопом Z35U может быть получено при малом числе ступеней. Этот факт приводит к противоречию с требованием, чтобы ядерпая технология обеспечивала нераспространение ядерного оружия П-Ю]. Высокая селективность делает этот метод особенно привлекательным для дальнейшей переработки отвалов существующих обогатительных заводов. Были сделаны расчеты по использованию лазерного метода для уменьшения концентрации 235U в отвалах от существующего сейчас уровня 0,25 до 0,1 %. Это могло бы привести к уменьшению топливных потребностей почти на 20 % и тем самым обеспечить более эффективное использование природного урана.
1.3.2. Химический обмен
Химический обмен в применении к разделению изотопов многих элементов, включая уран, исследуется уже довольно долго. В то время как этот метод был с успехом применен для разделения легких элементов, эффективность разделения урана оказалась слишком малой для практических целей. Однако (1977 г.) французский Комиссариат по атомной энергии (КАЭ) объявил о разработке перспективного способа разделения изотопов урана, основанного на химическом обмене. Изменение взглядов в этом вопросе связано с обнаружением реакции, дающей почти вдвое больший элементарный коэффициент обогащения по сравнению с ранее опубликованными данными [1.11].
Один из наиболее высоких приведенных в литературе коэффициентов разделения равен 1,0015 для ионообменной реакции между U(IV) в смоле и U (VI) в растворе [1.12]. Были сделаны оценки непрерывного окислительно-восстановительного процесса, основанного на этом элементарном эффекте с харак-
14
терным периодом обмена, равным 1 с. Хотя потребление энергии оценивается в 1100—1400 кВт-ч/кг ЕРР, что значительно меньше, чем для газодиффузионного метода, перспективы по капитальным затратам выглядят удручающе.
Кроме высокого элементарного разделительного эффекта французская схема предусматривает удобную реакцию и контактную кинетику, что дает разделительную мощность контактора, равную 100 кг ЕРР/год на 1 м3, т. е. вдвое больше, чем когда либо сообщалось ранее. Удельные капитальные затраты поэтому должны быть более приемлемыми, чем оцененные для подобных методов раньше.
Из экспериментальных данных по французской схеме удельное потребление энергии для промышленных установок предполагается ниже чем 600 кВт-ч/кг ЕРР. Это меньше чем одна треть соответствующей величины для газодиффузионных заводов. Демонстрационный завод с разделительной мощностью около 100 т ЕРР/год должен быть построен в 1985 г. для проверки оценочных данных.
Относительно высокая загрузка урана на заводах, использующих технологию химического обмена и низкий элементарный разделительный эффект, приводят к большой длительности установления равновесия. Для французского варианта технологии эта длительность выглядит в 10—100 раз больше, чем на газодиффузионном заводе.
1.3.3. Электромагнитные методы
В области электромагнитных методов разделения лабораторные исследования проводили для изучения возможности применения ряда новых концепций. В последние несколько лет определенные усилия были направлены, в частности, на исследования плазменного разделения. В этой области были признаны два наиболее удачных метода: вращение плазмы и ионный циклотронный резонанс.
Вращение плазмы представляет интерес потому, что в ней могут быть получены высокие центробежные ускорения («108 м/с2). Хотя разделение, обусловленное центробежным эффектом, частично снижается вследствие обратной диффузии при очень высокой температуре (например, 50 000 К), существующей в плазме, здесь можно ожидать достижения более высокого коэффициента разделения, чем в механических центрифугах.
Характерные исследования в этой области описаны в гл. 6.
