Газообразный гексафторид - уран
Cтраница 2
В качестве последнего используют или газообразный гексафторид урана, или урановую плазму, для получения которой возбуждают электрический разряд в гексафториде урана. Использование ядерных реакторов с высокотемпературными газофазными ТВЭЛами для нагрева рабочего тела силовой установки может существенно повысить ее КПД. В схеме МГД-генератора с высокотемпературным ядерным реактором рабочее тело, например аргон, омывает область, занятую газофазным ТВЭЛом. Существенной проблемой при этом является вероятность смешения рабочего тела с газофазным ТВЭЛом. Поэтому интересен вариант, когда рабочее тело силовой установки является одновременно и топливом реактора. [16]
При обогащении руды радиоактивные отходы могут попасть в близлежащие реки и озера. При обогащении уранового концентрата возможна некоторая утечка газообразного гексафторида урана из конденсационно-испари-тельной установки в атмосферу. Получаемые при производстве тепловыделяющих элементов некоторые урановые сплавы, стружки, опилки могут воспламеняться во время транспортировки или хранения, в результате в окружающую среду могут быть выброшены значительные количества отходов сгоревшего урана. [17]
Следует различать два класса противоточного движения: внутренний термомеханический противоток ( циркуляция) и противоток с внешним возбуждением. Схематически центрифуга с циркуляцией изображена на рис. 4.2. Газообразный гексафторид урана вводят внутрь ротора через тонкую трубку на оси. Это дает возможность изменять осевое расположение точки питания, перемещая трубку в вертикальном направлении. Обедненный и обогащенный потоки выводят вблизи концов ротора через два отборника, которые имеют сходство с небольшими трубками Пито, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси ротора. [18]
 |
Принципиальная схема электродиализатора с одной мембраной.| К выводу уравнения для диффузионного потока при диалнл. [19] |
Этот метод был впервые применен в 1932 г. для разделения изотопов неона. В настоящее время он широко применяется для разделения изотопов урана 235 и 238 ( j31 / 2 1 0043); уран предварительно превращают в газообразный гексафторид урана, сублимирующий при 56 С. [20]
Схема процесса и его аппаратурное оформление показаны в общем виде на рис. 11.24. Первая стадия заключается в восстановлении урана из гексафторида урана до элементного урана или до низших фторидов урана. Эта промежуточная цель достигается возбуждением электрического разряда в потоке смеси газообразного гексафторида урана с водородом; при этом смесь гексафторида урана с водородом превращается в уран-фтор-водородную плазму, содержащую смесь атомов урана, водорода и фтора, молекулы фторидов урана ( UF4, UFs, UF2, UF), фтора, водорода, положительно и отрицательно заряженные ионы и электроны. Если при этой операции температура плазмы составляет при атмосферном или близком к нему давлении 6000 К, основная часть урана содержится в виде атомов U, т.е. в газовой фазе имеет место полное восстановление урана. По выходе ( и - Г - Н) - плазмы из зоны электрического разряда происходит интенсивная рекомбинация молекул фторидов урана, сопровождаемая мощным световым излучением и конденсацией нелетучих при обычных условиях фрагментов молекул гексафторида урана: тетрафторида и трифторида урана, а также элементного урана. Рекомбинация может приводить к образованию летучих фторидов: пентафторида, и даже гексафторида урана. [21]
Схема процесса и его аппаратурное оформление показаны в общем виде на рис. 11.24. Первая стадия заключается в восстановлении урана из гексафторида урана до элементного урана или до низших фторидов урана. Эта промежуточная цель достигается возбуждением электрического разряда в потоке смеси газообразного гексафторида урана с водородом; при этом смесь гексафторида урана с водородом превращается в уран-фтор-водородную плазму, содержащую смесь атомов урана, водорода и фтора, молекулы фторидов урана ( UF4, UFs, UF2, UF), фтора, водорода, положительно и отрицательно заряженные ионы и электроны. Если при этой операции температура плазмы составляет при атмосферном или близком к нему давлении 6000 К, основная часть урана содержится в виде атомов U, т.е. в газовой фазе имеет место полное восстановление урана. По выходе ( U-F-H) - плазмы из зоны электрического разряда происходит интенсивная рекомбинация молекул фторидов урана, сопровождаемая мощным световым излучением и конденсацией нелетучих при обычных условиях фрагментов молекул гексафторида урана: тетрафторида и трифторида урана, а также элементного урана. Рекомбинация может приводить к образованию летучих фторидов: пентафторида, и даже гексафторида урана. [22]
Наличие этой главы в книге объясняется стремлением автора обосновать общую систему реконструкции ядерного топливного цикла на основе новых методов аффинажа и плазменных процессов с включением в него и разделительного уранового производства. В отличие от других глав, построенных преимущественно на основе моих собственных работ, эта глава построена на опубликованных материалах моих коллег из Института молекулярной физики РНЦ Курчатовский институт и зарубежных источниках. Тем не менее следует сказать, что моя работа в области физики, химии и технологии плазмы началась с того, что я был включен в группу физиков, занявшихся плазменной технологией разделения изотопов урана с помощью бегущей электромагнитной волны и плазменной центрифуги. Объектом исследования был газообразный гексафторид урана, в экспериментах по разделению позднее стали использовать смеси гексафторидов урана и вольфрама. В этой группе я был единственным, имевшим базовое химическое образование ( я окончил химический факультет Ленинградского государственного университета); возможно, поэтому, изучив хрестоматийный материал по свойствам плазмы различных газовых разрядов, я обратил внимание на то, чем совершенно пренебрегли физики: на радиационно-термическую и фотохимическую неустойчивость объекта разделения - молекул гексафторида урана. По моим расчетам выходило, что в условиях высокочастотных разрядов низкого давления молекулы UFg должны распадаться на молекулы UFs, UF4, UFs, F2 и атомы F; кроме того, должны возникать положительно и отрицательно заряженные ионы, так что первоначальная задача разделить изотопы урана в молекулах UFg неизмеримо усложнялась. [23]
Первоначально для разделения U236 и U 238 использовался электромагнитный метод. Этот метод был дополнен и постепенно заменен процессом газовой диффузии. Диффузионные заводы, работающие на газообразном гексафториде урана, требуют для получения достаточно чистого U235 тысячи диффузионных каскадов. [24]
Важнейшим внутренним природным фактором является масса атома, сосредоточенная главным образом в ядре в совокупности его протонов и нейтронов. Положительный заряд ядра определяется числом протонов, которые в свою очередь, определяют число электронов. Различное число нейтронов в атоме обусловливает изотопный состав. Физические свойства изотопов одного и того же металла зависят от числа нейтронов, что особенно заметно у легких атомов. На некотором различии физических свойств газообразного гексафторида урана основано обогащение последним. Структура ядра определяет радиоактивность металла. [25]
Легкие частицы имеют скорости больше, чем тяжелые, и чаще сталкиваются с пористой диафрагмой ( мембраной), что способствует их предпочтительному проникновению. Чтобы обеспечить режим кнудсеновской диффузии, диаметр отверстий в диафрагме должен быть меньше десятой части среднего свободного пробега молекул. Таким образом, метод газовой диффузии основан на различии кинетических свойств разделяемых газов. Этот метод был впервые применен в 1932 г. для разделения изотопов неона. В настоящее время метод широко применяется для разделения изотопов урана 235 и 238 ( ( 3i / 2 1 0043), который предварительно превращают в газообразный гексафторид урана, сублимирующий при 56 С. [26]
Страницы: 1 2