Обогащение урана

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ: Степень обогащения – α = М 235 /(M M 235 ) (Степень обогащения природного урана α f = 0,0071) Масса исходного урана – М f Масса обогащенного урана – М p Масса отходов – М t Коэффициент обогащения за один цикл - К К = (α p /1- α p )/(α t /1- α t ) Баланс массы: М f = M p + M t (1) α f M f = α p M p + α t M t (2) α f M f = α p M p + α t M t (2)

Обогащение урана ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ( ПРОДОЛЖЕНИЕ) Единица разделительной работы (SWU): V(α) = (1 - 2 α) ln ((1 – α)/ α) (3) SWU = M p V(α p ) + M t V(α t ) + M f V(α f ) [kг] (4) Оценка необходимого количества исходного количества урана и количества единиц разделительной работы. С помощью уравнений (1) и (2) получаем: M f = (α p – α t )/(α f – α t ) M p ; учтем также, что M p235 = α p M p Тогда M f = (α p – α t )/(α f – α t ) M p235 / α p Для случая высокого обогащения α p >> α t, α p – α t ≈ α p и, Для случая высокого обогащения α p >> α t, α p – α t ≈ α p и, следовательно M f = 1/(α f – α t ) M p235. Если α f = 0,0071 и α t = 0,002 следовательно M f = 1/(α f – α t ) M p235. Если α f = 0,0071 и α t = 0,002 M f ~ 200 M p235

Обогащение урана ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Оценка количества SWU, необходимого для производства 1 кг урана с 90% обогащением. Полагаем, что α t = 0,002. M p = 1 кг, M f = 180 кг, M t = 179кг. M p = 1 кг, M f = 180 кг, M t = 179кг. V t (0,002) = (1- 0,004) ln ((1-0,002)/0,002) ≈ 6,2 V f (0,007) = (1- 0,014) ln ((1-0,007)/0,007) ≈ 4,88 V p (0,9) = (1- 1,8) ln ((1-0,9)/0,9) ≈ 0,42 Получаем, что необходимое количество SWU = 230 кг Получаем, что необходимое количество SWU = 230 кг Для создания одного заряда необходимо затратить Для создания одного заряда необходимо затратить 1000 – 1200 SWU

Обогащение урана МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ -Электромагнитный -Диффузионный -Центрифужный -Лазерный -Газодинамический

Обогащение урана ДИФФУЗИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ - диаметр пор ~ Ǻ - рабочее вещество – UF 6 - обогащение за проход – 1, рабочее давление ~ 300 тор - рабочая температура ~ 40 о С - удельное энергопотребление ~ 2500 КВтчас/SWU ~ 2500 КВтчас/SWU - кол-во обогатительных каскадов, необходимое для получения 90% обогащения ~ 3000 Принципиальная схема диффузионного метода обогащения

Обогащение урана ДИФФУЗИОННЫЙ МЕТОД ОБОГАЩЕНИЯ ( ПРОДОЛЖЕНИЕ)

Обогащение урана МЕТОД ГАЗОВЫХ ЦЕНТРИФУГ - скорость вращения ~ 2000 об/сек - высота ~ см - радиус ~ 40 см - обогащение за проход ~ 1,3 – 1,6 - удельное энергопотребление ~ 200 KВтчас/SWU - средний проток ~ 0,02 г U/сек - разделительная мощность 5 – 100 кг SWU/год

Обогащение урана Лазерный метод разделения изотопов Лазерный метод разделения изотопов

Обогащение урана

ЗАВОДЫ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УРАНА США Город Тип, мощность (кг SWU) Oak Ridge (Tennesse) (остановлен) Paducash (Kentuki) Portsmouth (Ohio) (остановлен) (в стадии стр- ва) (в стадии стр- ва) диф., 6, диф., 11, диф., 7, центр.,

Обогащение урана ЗАВОДЫ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УРАНА (ПРОДОЛЖЕНИЕ) РФ Город Тип, мощность (кг SWU) УЭМК, Новоуральск ЭХЗ, Зеленогорск СХК, Северск ЭХК, Ангарск центр., центр., центр., центр.,

Обогащение урана ЗАВОДЫ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УРАНА (ПРОДОЛЖЕНИЕ) Европа, Азия и Латинская Америка Город, страна Тип, мощность (SWU) Tricastin, France France, planned France, planned Capehurst, UK Gronau, Germany Almelo, Netherlands Lanchow, China Ningyo-Toge, Japan PakistanIndiaBrazilArgentina дифф, центр., 7, центр., 2, центр., 1, центр., 2, центр., центр., центр., центр., дифф.,