Обогащение урана

Обогащение урана

Обогащение урана
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ:
Степень обогащения – α = М235/(M238+ M235)
(Степень обогащения природного урана αf = 0,0071)
Масса исходного урана – Мf
Масса обогащенного урана – Мp
Масса отходов – Мt
Коэффициент обогащения за один цикл - К
К = (αp/1- αp)/(αt/1- αt)
Баланс массы:
Мf = Mp + Mt (1)
αfMf = αpMp + αtMt (2)

Обогащение урана
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Единица разделительной работы (SWU):
V(α) = (1 - 2 α) ln ((1 – α)/ α) (3)
SWU = Mp V(αp) + Mt V(αt) + Mf V(αf) [kг] (4)
Оценка необходимого количества исходного количества урана и
количества единиц разделительной работы.
С помощью уравнений (1) и (2) получаем:
Mf = (αp – αt)/(αf – αt) Mp ; учтем также, что Mp235 = αpMp
Тогда Mf = (αp – αt)/(αf – αt) Mp235/ αp
Для случая высокого обогащения αp >> αt , αp – αt ≈ αp и,
следовательно Mf = 1/(αf – αt) Mp235 . Если αf = 0,0071 и αt = 0,002
Mf ~ 200 Mp235

Обогащение урана
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Оценка количества SWU, необходимого для производства 1 кг
урана с 90% обогащением. Полагаем, что αt = 0,002.
Mp = 1 кг, Mf = 180 кг, Mt = 179кг .
Vt(0,002) = (1- 0,004) ln ((1-0,002)/0,002) ≈ 6,2
Vf(0,007) = (1- 0,014) ln ((1-0,007)/0,007) ≈ 4,88
Vp(0,9) = (1- 1,8) ln ((1-0,9)/0,9) ≈ 0,42
Получаем, что необходимое количество SWU = 230 кг
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 ~ 100-400 Ǻ
- рабочее вещество – UF6
- обогащение за проход – 1,0043
- рабочее давление ~ 300 тор
- рабочая температура ~ 40 оС
- удельное энергопотребление
~ 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 ~ 150 - 250 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

Обогащение урана

Обогащение урана
ЗАВОДЫ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УРАНА
США

Обогащение урана
ЗАВОДЫ ПО ОБОГАЩЕНИЮ
УРАНА (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
РФ