Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
г
Из формулы (7.39) видно, что при у=0,2 % цена обогащенного урана из-за перенесения на отвал части затрат (~25%), относившихся на природный уран, снизится в общем незначительно и будет тем меньше, чем выше цена разделительной работы.
Металлический отвальный уран применяется не только в ядерной энергетике. Он может быть использован и частично уже используется как очень тяжелый металл (теоретическая плотность ~ 19,0 г/см3) для защиты от ионизирующего излучения при изготовлении контейнеров для перевозки радиоактивных веществ, а также для других технических целей.
Отвалы обедненного урана или торий? Правомерно сравнивать два вида воспроизводящего материала, которым мы располагаем для получения делящихся материалов: 238U и 232Th. Положим, что, в общем, они одинаково эффективны для применения в зонах воспроизводства реакторов на быстрых нейтронах. Но 238U в компактном виде как отвал сильнообедненного урана лежит на складе всегда готовый к применению по хорошо отработанной технологии, ториевые же руды нужно добывать из недр, извлекать из них металл и осуществлять весь сложный цикл получения из тория чистого воспроизводящего материала. Промышленная технология тория находится в начальной стадии разработки и освоения. По-видимому, цена 1 т отвала обедненного урана, даже с учетом затрат на его длительное хранение, будет существенно ниже цены 1 т тория. В этом состоит главная причина, объясняющая тот факт, что торий до сих пор не нащел практического применения в ядерной энергетике, несмотря на ряд несомненных достоинств. Можно сказать, что время для использования тория еще не наступило.
7.14. ЛАЗЕРНЫЙ МЕТОД РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА
Лазерный метод разделения изотопов урана основан на эффекте изотермического смещения спектральных линий в атомах урана. Частотный сдвиг между спектрами 235U и 238U составляет около 8 ГГц.
Настроив излучение лазера на очень узкую полосу длин волн, можно селективно возбудить уровень только нужного изотопа (в данном случае 235U) и затем осуществить его фотоионизацию.
Различают два способа разделения в зависимости от того, в каком состоянии находятся изотопы урана, взаимодействующие с лазерным излучением: в виде атомарного пара (метод AVLIS) или в виде газообразных молекул UF6 (метод MLIS — Molecular Laser Isotopic Separation).
Молекулярный метод лазерного обогащения урана оказался весьма сложным. Молекулы UF6 имеют много уровней энергии, соответствующих колебательным состояниям атомов в молекуле. И хотя колебательные уровни молекулы 235UF6 слегка смещены
Рнс. 7.19. Вакуумная печь для испарения урана под действием электронной бомбардировки (экспериментальная установка в Сакле, Франция)
НагреВательине устройство
Луч лазера
Электре'магнитное разделение
Рнс. 7.20. Принципиальная схема лазерного разделения изотопов урана в атомарном паре
относительно тех же уровней в молекуле 238UF6, очень сложно найти переход, обеспечивающий селективность и фотоионизацию 235UF6. Поэтому, несмотря на простоту и большой опыт обращения с UF6, осуществление метода MLIS на практике столкнулось с весьма значительными трудностями создания соответствующего лазерного устройства. Работы по их преодолению ведутся. Лазер должен генерировать монохроматическое излучение в средней и дальней областях инфракрасного спектра, иметь высокую частоту повторения импульсов (порядка 104 Гц), обладать большой мощностью (несколько сот киловатт) и функционировать надежно в течение нескольких лет.
Метод AVLIS в основном отработан на демонстрационной установке.
Физические основы AVLIS, Уран испаряется при температуре — 2600 К под действием электронно-лучевой бомбардировки (рис. 7.19). Взаимодействие лазерного излучения с парами 235U 248
Язотвпичккк смещение
4=
DC
? hv.
^38
Phc. 7.21. Схема фотононнзацнн атомарного пара
приводит к их ¦ионизации (рис. 7.20). В конце процесса ионы 235U удаляются из пара с помощью электромагнитного поля. Процесс может проводиться в несколько этапов (рис, 7.21). На первом этапе реализуется селективное возбуждение атомов 235U(hvi), для которого требуется настроенный с высокой точностью лазер. На втором этапе ионизируются возбужденные атомы.
Ионизация осуществляется с помощью трех лазеров на красителе (родамине), для которых необходима мощность —10 кВт.
Уран имеет сложное строение электронных оболочек. В нем насчитывается более 900 энергетических уровней, между которыми наблюдается более 9000 переходов. Сдвиг по энергии между соответствующими уровнями изотопов 235U и 238U составляет ~3-10~5 эВ, а сдвиг частот ~8 ГГц, поэтому частота лазерного излучения для селективного возбуждения атомов урана должна выдерживаться очень точно, погрешность не должна превышать ~ Ю-5 при ориентировочной энергии фотона ~ 1 эВ.
После возбуждения атомы 235U могут быть ионизованы с помощью дополнительного облучения (Луг) в один (процесс А) или два (процесс В) этапа (/1V2, /1V3). Для процесса Б энергия кванта на втором этапе (ftv2) может быть несколько ниже порога ионизации. В этом случае состояние ионизации достигается с помощью дополнительного электрического поля Е.
