Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
* Работают иа природном ураие только тяжеловодиые реакторы CANDU и в настоящее время вновь ие сооружаемые, ио еще находящиеся в эксплуатации графитогазовые реакторы типа реакторов Magnox. Их доля в общей мощности АЭС в мире в 1980 г. составила около 12 %, в 1985 г. уменьшилась до 8 % и Далее будет снижаться.
ТВС, в транспортировании и хранении отработавшего топлива, его химической регенерации. Все это в целом позволяет получать от АЭС с современными реакторами на тепловых нейтронах большой мощности значительный экономический эффект.
Без урана высокого (до 90 %•) и среднего (до 20 %) обогащения невозможно создание современных исследовательских реакторов, а также ядерных реакторов для атомного морского флота. Уран среднего обогащения используется для первых загрузок активных зон реакторов на быстрых нейтронах при их работе в конвертерном режиме.
Таким образом, обогащенный уран является концентрированным и высококалорийным ядерным топливом современной ядерной энергетики, обеспечивающим ее технический прогресс и экономическую конкурентоспособность. Промышленное производство обогащенного урана — важнейшая стадия ядерного топливного цикла. Однако разработка эффективных методов разделения изотопов урана и промышленное получение обогащенного урана в крупных масштабах оказались весьма сложной научной и инженерно-технической задачей.
Огромные принципиальные трудности решения этой задачи связаны с тем, что для разделения изотопов урана невозможно применить обычные химические методы. Как известно, изотопы одного и того же химического элемента имеют одинаковые заряды, но различаются своими атомными массами. Это обусловливает и некоторые различия в физических и химических свойствах изотопов элементов. И хотя эти различия невелики, они все же позволяют с успехом использовать их в промышленных методах разделения изотоповїурана.
Некоторые методы разделения основаны на прямом использовании различия масс ионов, молекул или атомов. Примерами могут служить электромагнитное разделение (в том числе с использованием плазменных центрифуг), газодиффузионный метод, разделение в газовых центрифугах, газодинамические методы (в том числе с использованием разделительного сопла или вихревой трубки).
В обычном электромагнитном методе разделение достигается благодаря тому, что ускоренные до одинаковой энергии ионы движутся поперек постоянного магнитного поля по окружностям, радиус которых зависит от массы иона. Следовательно, смесь ионов, вышедших из источника, разделяется в таком электромагнитном сепараторе на пучки, каждый из которых содержит ионы только одной массы. Наибольшее расхождение между разделительными пучками достигается после того, как ионы пройдут путь, равный половине окружности. Если в соответствующих этому условию местах установить коллекторы ионов, то в идеальном случае можно собрать полностью разделенные изотопы урана. В реальных условиях имеют место процессы, приводящие к тому, что в коллектор, предназначенный для извлечения какого-нибудь одного изотопа, частично попадают и другие. Поэтому на практике элек-202
тромагнитный метод не позволяет полностью разделить изотопы элемента, однако высокое обогащение достигается в однократной операции. По своей физической природе электромагнитный метод разделения изотопов наиболее универсален и может быть применен к любому химическому элементу.
В методе газовой диффузии используется различие скоростей теплового движения молекул изотопов, имеющих разную массу, при принудительном прохождении ими весьма малых по размерам пор и капилляров специальной пористой перегородки (газодиффузионного фильтра) в условиях вакуума, когда молекулы практически нб сталкиваются между собой. Этот метод можно применять для/ разделения смесей изотопов, находящихся в газообразном сосгюянии. В случае урана наиболее пригодным для этой цели оказалсй гексафторид урана UF6.
Разделение изотопов в газовой центрифуге основано на том, что при термодинамическом равновесии в потенциальном поле центробежных сил устанавливается равновесное распределение молекул гга Максвеллу—Больцману, существенно зависящее от молекулярной массы. В равновесном состоянии концентрация легких молерул относительно выше вблизи оси, а концентрация тяжелых молекул — возле стенки ротора. Как и в методе газовой диффузии, исходная смесь изотопов для разделения в центрифуге должна быть газообразной (гексафторид урана). Метод газовых центрифуг называют также центробежным методом.
В основе метода разделительного сопла *, разрабатываемого в ФРГ для обогащения урана, лежит отклонение дозвуковой газовой струи. При малом радиусе кривизны линий тока и большой скорости -струи газ приобретает значительное центробежное ускорение, приводящее к частичному разделению смеси (аналогичные процессы имеют место в роторе газовой центрифуги). Однако в отличие от центробежного метода эффект разделения в сопле возникает в неравновесных условиях газодинамического течения смеси. Разновидность метода разделительного сопла представляет собой метод вихревой трубки, разрабатываемый в ЮАР. В целях увеличения скорости струи, а тем самым и увеличения эффекта разделения в качестве технологического газа применяется водород в смеси с небольшим по объему (не более 4 %) количеством гекса-фторида урана.
