Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Общая требуемая площадь для размещения лазерного завода составит ~50 000 м2, в том числе для размещения лазеров 9000 м2, разделительных модулей 17 000 м2, установки по подготовке урана к испарению, конденсации и транспортировке ~18 000 м2.
В расчетах заводов содержание 236U в отвале принималось равным 0,047 %.
При разделительной мощности 5 млн. ЕРР/год лазерный завод может обеспечить производство в год 25 т высокообогащенного до 93 % урана. Одним нз эффективных направлений применения лазерной технологии в США считают переработку (дообогащение) накопившихся на диффузионных заводах отвалов обедненного урана. В 1990 г. их будет 700 тыс. т со средним 1/=0,25 %.
По оценкам 1985 г. (США) энергозатраты составляют при диффузионном методе 2400, центрифужном 100, лазерном 100 кВт/ЕРР. Цена разделительной работы при диффузионном методе 75, центрифужном 60—75, лазерном 50— 60 дол./ЕРР по курсу доллара 1984 г. Удельные капиталовложения в лазерный завод составят ~200, а в центрифужный (с SET-5) —375 дол./ЕРР в год.
* Цифры округлены. Расчетный срок эксплуатации принят 25 лет.
Одним из важных достоинств метода AVLIS считается исключение из технологии обогащения урана фтора (для UF6), так как химический концентрат UaOe можно прямо превращать в металлический уран, который используется для получения атомарного уранового пара. На завод, изготавливающий твэлы, поступает обогащенный U или UO2.
Метод AVLIS в США рассматривается и изучается (в несколько измененной модификации) и для разделения изотопов плутония, т. е. выделения 239Pu из регенерированного плутония, накопленного в отработавшем на АЭС топливе. В этом случае может быть получено на порядок больше (чем 235U) количество плутония на установке одинаковой мощности. Однако следует заметить что технология, связанная с применением атомарного плутониевого пара (его температура кипения —3500 К) несравненно сложнее технологии, связанной с применением атомарного пара урана.
ГЛАВА 8
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОБОГАЩЕННОГО УРАНА
8.1. ГЕКСАФТОРИД УРАНА
Во всех процессах разделения изотопов урана используется только одно его химическое соединение — шестифтористый уран — гексафторид урана.
В 1900 г. Муассоном, открывшим в 1886 г. новый химический элемент — фтор, было замечено, что металлический уран энергично реагирует (горит) с фтором, образуя с ним летучее соединение— гексафторид урана (UF6). Реакция идет с большим выделением тепла — 2200 кал/кг (9210 кДж/кг). При взаимодействии с водой фтор образует плавиковую кислоту (HF)—важнейший химический продукт, применяющийся во многих технологических процессах современной промышленности.
Фтор широко распространен в земной коре, однако в природе в чистом виде не встречается, так как обладает весьма высокой химической активностью и является сильнейшим окислителем*. Фтор образует химические соединения практически со всеми элементами периодической системы, за исключением благородных газов**. Наиболее устойчивые пленки на металлических
* Фтор получил свое название от греческого слова фторос — гибель, разрушение. Свободный фтор — бледно-желтый газ, состоящий из двухатомных молекул F2. Плотность при 200C 1,693 кг/м3. Фтор токсичен (ПДК в воздухе 0,15 мг/м3). Известны четыре короткоживущнх радиоактивных изотопа фтора с массовыми числами 17, 18, 20, 21.
** Прн известных условиях получены фтористые соединения н благородных газов, например криптона.
поверхностях образует фтор с никелем, медью, магнием, что и используется для коррозионной защиты этих металлов, контактирующих с фтором, а также с плавиковой кислотой и неустойчивыми фтористыми соединениями, к которым в известной мере относится и UFe-
В настоящее время фтор широко используется в производстве различных низкокипящих жидкостей — фреонов для холодильных установок, а также при изготовлении кислотостойких пластмасс — тефлонов. Фторидные процессы применяются не только в атомной промышленности, но и в технологии цветной металлургии и других отраслях. Основным сырьем для промышленного получения фтора служит флюорит (плавиковый шпат) (CaF2*).
Фторирование урана и его соединение можно вести по различным технологическим схемам. При фторировании окислов урана обычно применяют двухстадийный процесс, в результате которого при некотором избытке фтора сначала получают ура-нилфторид (UO2F2). Вторая стадия — получение гексафторида проходит при сравнительно невысокой температуре ( — 2700C):
1) UO2+F2=UO2F2(r=450-b500oC)
или
U3O8+3F2=3UO2F2+O2(r=350-r-370°C);
2) 3U02F2-f6F2=3UF6+302 (t «270 0C).
При одностадийном пламенном процессе (метод прямого фторирования) реакции также идут в избытке фтора, но при более высокой температуре (до 10000C). Здесь главная проблема — надежный отвод тепла, выделяемого в реакции. Большое распространение имеет метод получения UF6 из тетрафторида урана: UF4-I-F2-^UF6 (i^300-=-400°C). Газообразный элементарный фтор обычно получают непосредственно на предприятиях, где осуществляется производство гексафторида урана.
