Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Для обеспечения лучшей разделительной характеристики нужно иметь как можно меньшую толщину делящего слоя пористой
* Для х<1.
перегородки (доли микрометра), но в то же время она должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать перепад давления несколько атмосфер (>0,5 МПа).
Для более наглядного представления о существенном влиянии на технико-экономические показатели разделительного завода качества пористых перегородок и размера их пор (средний радиус 0,005 и 0,01 мкм) приведем расчетные данные по экономике двух газодиффузионных заводов (см. табл. 8.2), полученные шведскими инженерами. Из таблицы видно, что при средних радиусах пор достигается возможность работы при том же коэффициенте обогащения, но на повышенном в ~1,5 раза давлении газа и соответственно при меньших расходах, благодаря чему снижаются абсолютная и удельная стоимости оборудования и вследствие этого стоимость единицы разделительной работы уменьшается на ~4 дол. (по ценам 1970 г.).
Какой средний минимальный радиус пор практически достижим, экономически эффективен и надежно обеспечивается технологией? В настоящее время информация в печати по этому вопросу отсутствует. Выполнить перегородки с наименьшим практически возможным радиусом пор (например, 0,005 и 0,01 мкм) неизмеримо сложнее, чем с большим радиусом (например, в пределах до 0,1 мкм), так как существуют ограничения, определяемые свойствами материала, стабильностью проницаемости пористой перегородки при ее длительной эксплуатации, коррозионными явлениями, прочностью, возможностями технологического процесса при массовом производстве и т. п. Общая рабочая геометрическая поверхность пористых перегородок в одной большой ступени американских диффузионных заводов составляет 200— 210 м2. Но отношение суммарного «живого» сечения пор к их геометрической площади равно лишь нескольким долям процента.
Обращает на себя внимание приведенное в табл. 8.2 значение расчетного коэффициента обогащения (0,0019—0,00176). Оно почти в 2,5 раза меньше теоретического значения ео, о котором сообщалось выше.
Высокая энергоемкость и проблемы охлаждения. Большое удельное электропотребление диффузионного завода (2400— 2500 кВт-ч/ЕРР) является его характерной особенностью и крупнейшим недостатком. Например, завод в Падьюке (США) потребляет ~22 млрд. кВт-ч в год. Вся эта энергия практически переходит в тепло, которое отводится водой с малым перепадом температур. Расход охлаждающей воды для этого завода весьма значителен *.
Во избежание остановок завода системы электро- и водоснабжения должны быть надежны и иметь необходимое резервирование. Не меньшее значение имеют строгое и непрерывное поддержание вакуума во всей технологической цепочке каскадов и
* Суточное потребление циркуляционной охлаждающей воды на заводе в Падьюке 1,9 млн. м3, в Портсмуте 1,71 млн. м3, в Ок-Рндже 1,52 млн. м3.
автоматическая защита от аварийных случаев нарушения вакуума, а также обеспечение точного автоматического регулирования газовых потоков.
8.4. ЦЕНТРИФУЖНЫЙ (ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ) МЕТОД РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА
Идея использовать гравитационные или центробежные силы для разделения смеси газов, имеющих различные молекулярные массы, не нова. Еще в 1895 г. Бредиг, а после открытия изотопов химических элементов Линдеман и Астон (1919 г.) провели первые исследования, предложив использовать центрифугу. Их работы были продолжены позже американцами Мелликеном и Чепменом, занимавшимися разделением изотопов хлора и брома. В предвоенный период в США профессор Бимс с сотрудниками провели первые успешные экспериментальные исследования с газовой центрифугой, ротор которой работает в высоком вакууме. В 1941 г. немецкие ученые Мартин и Кун теоретически показали, что наибольшие перспективы может дать предложенная в 1939 г. американским ученым Юри противоточная центрифуга, в которой используется тепловая конвекция для осевой циркуляции газа внутри ротора.
Обобщенную теорию разделения изотопов урана как методом газовой диффузии, так и с помощью противоточных центрифуг развил в США К. Коэн (1951 г.). Опытами Бимса в США и Гроота в ФРГ было подтверждено соответствие теории и эксперимента и показана принципиальная возможность практического решения задали. В дальнейшем исследователи в разных странах внесли свой вклад в теорию и технику газовых центрифуг.
Разработка центрифуг для разделения изотопов урана была включена в США в программу по быстрейшему промышленному получению высокообога-щенного урана для атомной бомбы и рассматривалась тогда как наиболее обет щающее успех направление. Однако, несмотря на большие усилия и затраты, американским специалистам не удалось в то время довести центрифужный метод до промышленного внедрения. В США был принят более отработанный и надежный, но весьма энергоемкий метод газовой диффузии.
На многие годы (после неудач в США) практический интерес к центрифужному методу в США и в Западной Европе пропал, хотя лабораторные исследования продолжались. Разработанные группами Бимса и Морфи в США, Гроота и Байлера в ФРГ, Кистмейкера и Лоса в Нидерландах, Кронбергера в Великобритании опытные образцы центрифуг были сложны, дороги, требовали значительного количества энергии на вращение роторов, на потери в подшипниковых опорах, не обладали достаточной надежностью и имели другие недостатки, что делало их, по признанию профессора Гроота, непригодными для использования в крупных установках.
