Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Принципиальная схема установки для атомного метода разделения изотопов урана, разработанная в Ливерморской лаборатории им. Лоуренса, приведена на рис. 7.22. Установка состоит из трех частей: лазерной системы, настроенной на частоту селективного возбуждения; системы усиления лазерного луча; системы разделения ионизованного 235U. Используются два лазера: первый (на парах меди, мощностью 150 Вт) приводит в действие второй (на красителях), генерирующий свет с необходимой для процесса длиной волны (рис. 7.23).
Практическая реализация метода требует решения ряда технологических проблем, включающих разработку эффективного лазерного устройства, испарителя (для нагрева используются электронные пушки), специальных материалов для испарителя, а также средств поддержания герметичности сепаратора. В частности, в данном методе лазер должен обеспечить высокие монохроматичность и интенсивность излучения, а также точную настройку в диапазоне длин волн от УФ- до ИК-области (0,2— 22 мкм). Диаметр луча лазера должен быть также достаточно большим. Под действием электронного пучка локальная температура урана может достигать 2600 К. При такой температуре в связи с высокой скоростью испарения урана (примерно несколь-
Рнс. 7.22. Схема технологической установки для лазерного способа разделения изотопов урана AVLIS:
Л 4 — коллекторы сбора обогащенного и обедненного продукта; 2 — лазер на красителе н лазер иакачки иа парах меди; 3 — лазерный усилитель иа красителе; 5 — лазерный луч; 6 — пары ураиа; 7 — электронно-лучевой испаритель металлического ураиа
ких, сот граммов в 1 с), обладающего в парообразном и жидком состояниях высокой химической активностью, требуются специальные термоизоляторы.
Оценка производственной мощности и экономики АУЫБ.Для атомарного метода выполнены экономические оценки и разработана прототипная система. Система содержит 40 лазеров на парах меди, 5 лазеров и 7 предусилителей на красителях. Один рабочий цикл прохождения через разделительный модуль паров природного урана обеспечивает обогащение 235U до 3,2%.
На базе экспериментального модуля Ливерморской лаборатории до 1990 г. сооружается полномасштабная демонстрационная разделительная установка, на которой будут отрабатываться производственные циклы по обогащению урана (рис. 7.24). Разделительный модуль заключен в большой вакуумно-плотный корпус и включает в себя испаритель исходного продукта и коллектор обогащенного урана.
При плотности паров урана 1020 атомов/м3 (7•1O17 атомов 235U/m3) в модуле с объемом зоны взаимодействия лазерного излучения с парами урана —0,4 м3 (длина 200 м, диаметр 0,05 м), частоте генерации лазерных импульсов —104 Гц производительность установки атомарного разделения составит 0,6 г/с, или — 52 кг в сутки, или —18 т обогащенного урана в год.
Для получения высокого коэффициента разделения плотность
Рис. 7.23. Схема лазерного усилителя на красителе [показано пересечение лучей лазера на красителе (1) и лазера накачки . (2) в узком усилительном канале]
Рис. 7.24. Демонстрационная полномасштабная разделительная лазерная установка (модуль), сооружаемая в Ливер морской национальной лаборатории им. Лоуренса:
/ — сосуд для обедненного урана; 2 — луч лазера; 3 — пластины коллектора для электроосаждения обогащенного урана; 4 — электролучевая печь-испаритель; 5 — пары урана
паров урана должна быть достаточно малой, так как с ростом плотности увеличивается обмен зарядами между ионами 235U и атомами 238U, что снижает селективность процесса. В то же время плотность паров не может быть чрезмерно низкой, иначе упадет производительность установки. Поэтому ведутся работы по решению проблемы увеличения плотности урана при сохранении высокой селективности процесса.
По оценкам американских специалистов удельные капитальные затраты на сооружение завода производительностью 10 млн. ЕРР/год составят •—-122 дол. на 1 ЕРР/год. Это вытекает из следующей сводки-капитальных затрат, млн. дол. (по курсу 1986 г.) *:
Строительство стандартных зданий н сооружений.......157,83
Техническое оборудование:
лазеры................. 227,40
сепарационные системы............171,40
энергосиловые установки............81,71
КИП и автоматика..............10,65
вспомогательное оборудование..........47,20
Отделение подготовки урана (конверсия, испарение и т. п.) . . . 136,51
Вспомогательные энергоустановки...........8,55
Итого . -...............841,25
Проектные работы...............140,00
Монтажные работы............... 233,75
Всего...................1215,00
Капиталовложения в завод мощностью 5 млн. ЕРР/год оценивается в 700 млн. дол., или ?уд=140 дол. на 1 ЕРР/год.
^-Эксплуатационные расходы отнесены на мощность разделительного завода -^-5¦1O6 н 10•1O6 ЕРР/год и по расчетам американских специалистов обеспечивают цену 1 EPP 25—18,5 дол. (1986 г.), при этом затраты на электроэнергию составят около 30 %, на работы по подготовке урана ~20 %, заработную плату ~15%, материалы — 15 %, прочие ~20 %. [Это все — без учета затрат на амортизацию н ремонт оборудования н сооружений ( — 10—15 дол./ЕРР).]
