Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
хг природного урана
ного урана,---—-:
кг обогащенного урана
U = ~=*-=^. (7.3)
P C0-у
В табл. 7.1 приведен выход обогащенного урана на 1 т природного урана для различного обогащения и содержания 235U в отвале. Если вместо природного урана с содержанием 235U, равным с0, для питания разделительного завода используется регенерат урана, полученный после радиохимической переработки отработавшего в
реакторе топлива с содержанием 235Uхк, большим*, чем содержание природного урана (хк>с0), то формулу (7.3) можно преобра-
кг регенерированного урана
зовать к следующему виду,-
кг обогащенного урана
U = ^-. (7-4)
Если в качестве исходного сырья для питания разделительного завода используется сильно выгоревший (хк<с0) в реакторе и затем регенерированный на радиохимическом заводе уран или берется со складов отвал со сравнительно высоким содержанием 235U (например, (/ = 0,3-^-0,5%) и имеются производственные возможности и экономическая целесообразность более глубокого извлечения из него 235U до содержания в отвале у\<у, например до у\ = = 0,1-^-0,15% (проблема переработки богатых отвалов), то в этом случае вычисляется коэффициент расхода такого обедненного урана на получение 1 кг урана с содержанием 235U, равным природ-, кг обедненного или отвального урана
ному C0, /об, -—-:
кг природного урана
U= -^=^-. (7.5)
У— У і
Приведенные в формулах (7.3) — (7.5) коэффициенты расхода исходного урана, поступающего на обогащение в форме гексафторида, даны без учета некоторых материальных потерь продукта, которые неизбежны в любом технологическом процессе. Такие потери (обозначим их у) * имеются и на разделительном заводе. Они йЄсьма малы и составляют десятые доли процента (у^0,005). Эти потери возникают главным образом в результате химического взаимодействия (своеобразной коррозии) гексафторида урана с контактирующими материалами, парами воды и пр. При этом возникают нелетучие соединения урана (например, тетрафторид урана— зеленая соль), осаждающиеся на внутренних стенках оборудования разделительных заводов. Они могут быть извлечены лишь при остановках и ремонтах. С учетом потерь коэффициенты расхода необходимо умножить на 1+Y- В контрактах на «обогатительный сервис» диффузионные заводы США принимают потери урана равными 0,5% (т. е. v=0,005), что учитывается при возврате заказчикам отвального продукта.
7.3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ K УРАНУ
Разделительный элемент и разделительная ступень. Как уже
говорилось, для молекулярно-кинетических методов, к которым относятся газодиффузионный и центробежный, характерно много-
* Отработавшее расчетную кампанию топливо большинства реакторов типа PWR, в том числе советских реакторов ВВЭР-440 и ВВЭР-1000, содержит невыгоревший слабообогащенный уран (лгк>с0).
** Y — потерн продукта, приведенные к концентрации исходного сырья Со-
(питание исходным сырьем)
(отвал обедненного 235V продукта)
Рис. 7.2. Схема работы разделительного элемента
кратное повторение единичного эффекта разделения, реализуемого в разделительном элементе. Для этого разделительные элементы соединяются в разделительный каскад. Ступенью каскада называется группа параллельно соединенных разделительных элементов (например, центрифуг). В газодиффузионном каскаде понятия ступени и разделительного элемента совпадают: ступенью является единичная газодиффузионная машина.
Разделительный элемент (рис. 7.2) работает по следующей схеме. На вход в элемент поступает поток исходной смеси F (питание); внутри элемента этот поток разделяется на два потока— поток обогащенной (легкой) фракции P=QF (отбор) и поток обедненной (тяжелой) фракции W= (1—Э) F (отвал); 0 обычно называется коэффициентом деления потока. В процессах обогащения урана можно считать, что гексафторид урана представляет собой бинарную смесь, состоящую из 235UF6 и 238UF6, так как содержание 234U весьма мало и им можно при дальнейшем рассмотрении пренебречь.
Коэффициенты разделения и обогащения. Процесс разделения смеси двух изотопов в разделительном элементе или разделительной ступени характеризуется коэффициентом разделения, который выражает отношение концентрации (массовой доли) нужного изотопа (в данном случае 235U) в бинарной смеси после процесса разделения к его концентрации в бинарной смеси перед осуществлением этого процесса. При определении получаемого в разделительном элементе обогащения или обеднения данным изотопом, т. е. приращения или снижения его массовой доли (концентрации), удобно пользоваться коэффициентами обогащения или обеднения, которые равны соответствующим коэффициентам разделения минус единица.
Рассмотрим процессы обогащения и обеднения изотопом урана 235U в разделительном элементе. Пусть на входе в разделительный элемент массовая доля (концентрация) 235U в гексафториде урана равна Xf, а доля содержащегося в нем 238U составляет 1—xF. После разделения доля 235U в обогащенной фракции увеличится и станет равной Хр, а в обедненной фракции она уменьшится^и составит
