Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Химия -> Беккер Е. -> "Обогащение урана" -> 79

Обогащение урана - Беккер Е.

Беккер Е. Обогащение урана — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 320 c.
Скачать (прямая ссылка): obogoshenieurna1983.djvu
Предыдущая << 1 .. 73 74 75 76 77 78 < 79 > 80 81 82 83 84 85 .. 136 >> Следующая

12* 179
жили, что в пробах неона, взятых на уровне земли и на высоте 30 км в атмосфере, изотопный состав будет существенно различаться. Через 15 лет Бимс продемонстрировал в университете Виргинии действующую центрифугу и вскоре после этого успешно разделил изотопы хлора. Первая попытка использования газовой центрифуги для разделения изотопов урана была предпринята в США во время второй мировой войны в целях производства высокообогащенного урана в рамках программы создания атомного оружия. Хотя отдельные центрифуги были разработаны, изготовлены и успешно функционировали, технологии изготовления высокоскоростных вращающихся машин соответствующего уровня в то время не было, и в 1943 г. от центробежного метода отказались в пользу газовой диффузии. Тем не менее основы теории газовой центрифуги были разработаны именно в этот период. Обратив внимание на математическое подобие центрифуги и ди-стилляционной колонны, Коэн в 1940 г. распространил на газовую центрифугу теорию термодиффузионной колонны, разработанную Ферри, Джонсом и Онсагером.
После второй мировой войны исследования и разработки центробежного метода разделения продолжались в ряде стран уже для других целей, в частности для производства ядерного топлива для реакторов с водяным охлаждением. Гротом в Германии была создана центрифуга с усовершенствованной геометрией, повышенной скоростью и производительностью, на которой он в 1958 г. осуществил обогащение изотопов аргона. В это же время Циппе, проводивший аналогичные эксперименты в СССР, США и Германии, разработал легкую и прочную конструкцию центрифуги, которая лежит в основе современных аппаратов. Современное состояние центробежного метода обсуждается Вилла-ни в гл. 1.
Одно из главных достоинств центробежного метода — коэффициент разделения в этом процессе зависит от разности молекулярных масс двух изотопов, а не отношения А М/М или А М/М2, как в некоторых других методах. Следовательно, он наиболее пригоден для разделения изотопов тяжелых элементов. Однако сооружение крупномасштабного завода для обогащения урана с использованием центробежного метода сопряжено с необходимостью решения множества новых и трудных задач, относящихся к машиностроению, технологии и экономике. В этой главе подобные проблемы не затрагиваются, а рассматриваются лишь теоретические вопросы газовой центрифуги. В разд. 4.1 кратко изложены основные понятия, касающиеся коэффициента разделения и противоточного течения; разд. 4.2 посвящен гидродинамическому анализу, который проводят для определения поля скорости газа внутри ротора. В разд. 4.3 вычисленное поле скорости используют для анализа процесса разделения. Этот анализ позволяет определить поле концентраций, устанавливающихся под действием противоточной циркуляции газа и центробежной силы, ответственной за первичный эффект разделения.
180
4.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ОБЗОР
4.1.1. Элементарный коэффициент разделения
В газовом центробежном процессе, применяемом для обогащения урана, используется различие в поведении изотопов под действием интенсивного гравитационного поля. Такое поле создается внутри цилиндра радиусом а и высотой ZH, быстро вращающегося вокруг своей оси с угловой скоростью Q. Цилиндр заполняется газообразным гексафторидом урана (UF6), фактически представляющим собой бинарную смесь 235UF6 (молярная масса AIi = 349 г) и 238UFe (молярная масса М2 = 352 г). Под действием центробежной силы тяжелая фракция 238UF6 перемещается преимущественно к периферии, создавая частичное разделение изотопов урана в радиальном направлении. Чтобы вычислить элементарный коэффициент разделения, предположим сначала, что во вращающемся цилиндре находится моноизотопный идеальный газ. Результирующим движением газа будет хорошо известное изотермическое квазитвердое вращение или круговое движение.
Газ, вращающийся как твердое тело, имеет следующие компоненты скорости:
Термодинамические переменные р (давление), р (плотность) и Т (температура) определяются радиальной компонентой уравнения движения и уравнением состояния газа:
где г — радиальная координата; R — универсальная газовая постоянная, i? = 8,314 Дж/(моль-К); М — молярная масса.
Исключив из первого уравнения (4.2) р и проинтегрировав его по г от 0 до а, получим:
= 0; Vr = 0; Ke = Яг.
(4.1)
dpjdr — р22г; p = (R/M)pT; Т — Т0,
(4.2)
р (а)/р (0) = exp (М22 a2/2RT„).
(4.3)
Если привести во вращение два газа с" молярными массами М, и М2, то их стенка
парциальные давления pi и р2 будут: центрифуги |
Стенка
(4.4)
Распределение легкого и тяжелого изотопов в центрифуге показано на рис. 4.1. Парциальные давления pi и Рг связаны с мольными долями (концентрациями) легкого изотопа N и
Рис. 4.1. Распределение тяжелых (П и легких (2) молекул в центрифуге
Расстояние от оси ' вращен.ия
181
Таблица 4.1. Элементарный коэффициент разделения q 0 изотопов урана и отношение давления UFS для различной окружной скорости (Т0 =310 К)
тяжелого
ниями:
изотопа (1—N) соотноше-
(4.5)
Окружная скорость, н-c-1 Яо Отношение давления на стенке и на оси
Предыдущая << 1 .. 73 74 75 76 77 78 < 79 > 80 81 82 83 84 85 .. 136 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed