იზოტოპური სისტემების გამოყოფის ლაბორატორია. ურანის იზოტოპების გამოყოფა

იზოტოპის გამოყოფა

იზოტოპის გამოყოფა- ტექნოლოგიური პროცესი, რომლის დროსაც ამ ელემენტის ცალკეული იზოტოპები იზოლირებულია მასალისგან, რომელიც შედგება ერთი ქიმიური ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპების ნარევისგან. იზოტოპების გამოყოფის პროცესის ძირითადი გამოყენებაა ბირთვული საწვავის, იარაღის ხარისხის რადიოაქტიური მასალების წარმოება და სხვა აპლიკაციები, რომლებიც მოიცავს რადიოაქტიური ნივთიერებების გამოყენებას. ასეთ შემთხვევებში, გამოყოფა, როგორც წესი, მიზნად ისახავს მასალის გამდიდრებას ან ამოწურვას გარკვეული რადიოაქტიური იზოტოპებით.

Ზოგადი პრინციპები

იზოტოპების გამოყოფა (მაგალითად, , 235 U , ) გამოყოფა ყოველთვის დაკავშირებულია მნიშვნელოვან სირთულეებთან, რადგან იზოტოპები, რომლებიც არის ერთი ელემენტის ვარიაციები, რომლებიც მცირე მასით განსხვავდება, ქიმიურად იქცევიან თითქმის ერთნაირად. მაგრამ - ზოგიერთი რეაქციის გავლის სიჩქარე განსხვავდება ელემენტის იზოტოპის მიხედვით, გარდა ამისა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ განსხვავება მათ ფიზიკურ თვისებებში - მაგალითად, მასაში.

ასეთი კასკადური სისტემის მუშაობაზე გავლენას ახდენს ორი ფაქტორი: გამდიდრების ხარისხი თითოეულ ეტაპზე და ნარჩენების ნაკადში სასურველი იზოტოპის დაკარგვა.

ავხსნათ მეორე ფაქტორი. გამდიდრების თითოეულ ეტაპზე ნაკადი იყოფა ორ ნაწილად - გამდიდრებული და ამოწურული სასურველ იზოტოპში. ვინაიდან გამდიდრების ხარისხი უკიდურესად დაბალია, იზოტოპის მთლიანი მასა დახარჯულ კლდეში ადვილად შეიძლება გადააჭარბოს მის მასას გამდიდრებულ ნაწილში. ღირებული ნედლეულის ასეთი დაკარგვის თავიდან ასაცილებლად, ყოველი მომდევნო ეტაპის ამოწურული ნაკადი კვლავ იკვებება წინა საფეხურის შეყვანაში.

საწყისი მასალა არ შედის კასკადის პირველ ეტაპზე. ის სისტემაში შეყვანილია დაუყოვნებლივ ზოგიერთ, n-ე ეტაპზე. ამის გამო, მასალა, რომელიც ძლიერ ამოწურულია ძირითად იზოტოპში, ამოღებულია პირველი ეტაპიდან.

იზოტოპების გამოყოფის ძირითადი მეთოდები

ელექტრომაგნიტური გამოყოფა
გაზის დიფუზია
თხევადი თერმული დიფუზია
გაზის ცენტრიფუგაცია
აეროდინამიკური გამოყოფა
ლაზერული იზოტოპის გამოყოფა
ქიმიური გამდიდრება
ფოტოქიმიური გამოყოფა

ნებისმიერ შემთხვევაში, წარმოებული გამდიდრებული მასალის რაოდენობა დამოკიდებულია გამომავალი ნაკადების გამდიდრების სასურველ ხარისხზე და მჭლე ხარისხზე. თუ საწყისი ნივთიერება ხელმისაწვდომია დიდი რაოდენობით და იაფად, მაშინ კასკადის მოქმედება შეიძლება გაიზარდოს ნარჩენებთან ერთად დიდი რაოდენობით გამოუყენებელი სასარგებლო ელემენტის გადაყრით (მაგალითად, დეიტერიუმის წარმოება ჩვეულებრივი წყლისგან). აუცილებლობის შემთხვევაში მიიღწევა ნედლეულიდან იზოტოპის მოპოვების მაღალი ხარისხი (მაგალითად, ურანის ან პლუტონიუმის გამდიდრებისას).

ელექტრომაგნიტური გამოყოფა

ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ გამოყოთ იზოტოპების ნებისმიერი კომბინაცია, აქვს განცალკევების ძალიან მაღალი ხარისხი. ორი გავლა, როგორც წესი, საკმარისია ცუდი მასალისგან 80%-ზე მეტი გამდიდრების მისაღებად (სასურველი იზოტოპის საწყისი შემცველობით 1%-ზე ნაკლები). თუმცა, ელექტრომაგნიტური განცალკევება ცუდად არის შესაფერისი სამრეწველო წარმოებისთვის: ნივთიერებების უმეტესობა დეპონირებულია კალუტრონის შიგნით, ასე რომ, ის პერიოდულად უნდა შეჩერდეს შენარჩუნებისთვის. სხვა ნაკლოვანებებია ენერგიის მაღალი მოხმარება, სირთულე და ტექნიკური მომსახურების მაღალი ღირებულება, დაბალი პროდუქტიულობა. მეთოდის ძირითადი სფეროა მცირე რაოდენობით სუფთა იზოტოპების წარმოება ლაბორატორიული გამოყენებისთვის. თუმცა, მეორე მსოფლიო ომის დროს აშენდა Y-12 ინსტალაცია, რომელიც 1945 წლის იანვრიდან მიაღწია 204 გრამს 80% U-235 დღეში.

გაზის დიფუზია

ეს მეთოდი იყენებს სხვადასხვა მასის გაზის მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარის განსხვავებას. გასაგებია, რომ ის მხოლოდ აირისებრ მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებებს შეეფერება.

ზოგიერთი მსუბუქი ელემენტისთვის, განცალკევების ხარისხი შეიძლება იყოს საკმაოდ დიდი, მაგრამ ურანისთვის ეს არის მხოლოდ 1,00429 (თითოეული ეტაპის გამომავალი ნაკადი გამდიდრებულია 1,00429 კოეფიციენტით). აქედან გამომდინარე, გაზის დიფუზიური გამდიდრების საწარმოები ციკლოპური ზომისაა, რომელიც შედგება ათასობით გამდიდრების ეტაპისგან.

თხევადი თერმული დიფუზია

გაზის ცენტრიფუგაცია

ეს ტექნოლოგია პირველად განვითარდა გერმანიაში მეორე მსოფლიო ომის დროს, მაგრამ 50-იანი წლების დასაწყისამდე არ იყო გამოყენებული ინდუსტრიულად. თუ იზოტოპების აირისებრი ნარევი გაივლის მაღალსიჩქარიანი გაზის ცენტრიფუგაში, მაშინ ცენტრიდანული ძალა გამოყოფს მსუბუქ ან მძიმე ნაწილაკებს ფენებად, სადაც მათი შეგროვება შესაძლებელია. ცენტრიფუგაციის დიდი უპირატესობა ის არის, რომ გამოყოფის ფაქტორი დამოკიდებულია მასის აბსოლუტურ განსხვავებაზე და არა მასის თანაფარდობაზე. ცენტრიფუგა ერთნაირად კარგად მუშაობს როგორც მსუბუქ, ასევე მძიმე ელემენტებთან. განცალკევების ხარისხი პროპორციულია ბრუნვის სიჩქარის თანაფარდობის კვადრატისა გაზში მოლეკულების სიჩქარესთან. აქედან ძალიან სასურველია ცენტრიფუგის დატრიალება რაც შეიძლება სწრაფად. მბრუნავი როტორების ტიპიური წრფივი სიჩქარეა 250-350 მ/წმ, ხოლო მოწინავე ცენტრიფუგაში 600 მ/წმ-ზე მეტი.

ტიპიური გამოყოფის ფაქტორია 1.01 - 1.1. გაზის დიფუზიურ დანადგარებთან შედარებით, ამ მეთოდს აქვს შემცირებული ენერგიის მოხმარება, უფრო მარტივი სიმძლავრის გაზრდაში. ამჟამად, გაზის ცენტრიფუგაცია არის იზოტოპების გამოყოფის მთავარი სამრეწველო მეთოდი რუსეთში.

აეროდინამიკური გამოყოფა

ეს მეთოდი შეიძლება ჩაითვალოს ცენტრიფუგაციის ვარიანტად, მაგრამ ცენტრიფუგაში გაზის მოტრიალების ნაცვლად, ის ტრიალებს სპეციალური საქშენიდან გამოსვლისას, სადაც მას მიეწოდება ზეწოლის ქვეშ. მორევის ეფექტზე დაფუძნებული ეს ტექნოლოგია სამხრეთ აფრიკამ და გერმანიამ გამოიყენეს.

ლაზერული იზოტოპის გამოყოფა (LIS)

სხვადასხვა იზოტოპი შთანთქავს სინათლეს ოდნავ განსხვავებულ ტალღის სიგრძეზე. წვრილად მორგებულ ლაზერს შეუძლია კონკრეტული იზოტოპის ატომების შერჩევითი იონიზაცია. შედეგად მიღებული იონები შეიძლება ადვილად გამოიყოს, ვთქვათ, მაგნიტური ველით. ეს ტექნოლოგია ძალზე ეფექტურია და გამოიყენება სამხრეთ აფრიკაში (MLIS), ჩინეთში (CRISLA), აშშ-ში (AVLIS) და საფრანგეთში (SILVA). ტექნოლოგიას აქვს დიდი ნაკლი, კერძოდ, სირთულე აღჭურვილობის აღდგენისას ერთი იზოტოპიდან მეორეზე. AVLIS შეიცვალა SILEX (იზოტოპების განცალკევება ლაზერული აგზნებით) მიერ შემუშავებული General Electric-ისა და Hitachi-ის მიერ. ჩრდილოეთ კაროლინაში, ვილმინგტონში ქარხნის მშენებლობა დაიწყო.

ქიმიური გამდიდრება

ქიმიური გამდიდრება იყენებს სხვადასხვა იზოტოპებთან ქიმიური რეაქციების სიჩქარის განსხვავებას. ის საუკეთესოდ მუშაობს მსუბუქი ელემენტების გამოყოფისას, სადაც განსხვავება მნიშვნელოვანია. სამრეწველო წარმოებაში გამოიყენება რეაქციები, რომლებიც მიმდინარეობს ორ რეაგენტთან ერთად სხვადასხვა ფაზაში (გაზი/თხევადი, თხევადი/მყარი, შეურევი სითხეები). ეს აადვილებს მდიდარი და მჭლე ნაკადების გამოყოფას. ფაზებს შორის ტემპერატურული სხვაობის დამატებით გამოყენებით, მიიღწევა გამოყოფის ფაქტორის დამატებითი ზრდა. დღეს ქიმიური გამოყოფა არის ენერგიის დაზოგვის ტექნოლოგია მძიმე წყლის წარმოებისთვის. დეიტერიუმის წარმოების გარდა, მას იყენებენ 6 Li-ის მოსაპოვებლად. საფრანგეთსა და იაპონიაში შემუშავდა ურანის ქიმიური გამდიდრების მეთოდები, რომლებმაც არასოდეს მიაღწიეს ინდუსტრიულ განვითარებას.

დისტილაცია

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წ.

ნახეთ, რა არის "იზოტოპის გამოყოფა" სხვა ლექსიკონებში:

იზოტოპის გამოყოფა- - [A.S. Goldberg. ინგლისური რუსული ენერგეტიკული ლექსიკონი. 2006] თემები ენერგია ზოგადად EN იზოტოპის გამოყოფა იზოტოპის ფრაქციები…

იზოტოპის გამოყოფა- izotopų atskyrimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: ინგლ. იზოტოპის გამოყოფის ვოკ. იზოტოპენტრენნინგ, ფ რუს. იზოტოპების გამოყოფა, n pranc. გამოყოფა d იზოტოპები, f… რადიოელექტრონული ტერმინალი

ფიზიკოქიმიური განსხვავებების გამო. მათ მასასთან დაკავშირებული თვისებები და მათი დიფუზიის, აორთქლების სხვადასხვა სიჩქარის განსაზღვრა და ა.შ. იზოტოპების და მათი ნაერთების თერმოდინამიკური მახასიათებლები გარკვეულწილად განსხვავდება, რაც ხსნის მათ გარკვეულწილად განსხვავებულს ... ... გეოლოგიური ენციკლოპედია

იზოტოპების გამოყოფა მაღალი გრადიენტის მაგნიტურ ველში- - [A.S. Goldberg. ინგლისური რუსული ენერგეტიკული ლექსიკონი. 2006] თემები ენერგია ზოგადად EN მაღალი გრადიენტის მაგნიტური იზოტოპის გამოყოფა… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

ონლაინ იზოტოპის გამოყოფა- - [A.S. Goldberg. ინგლისური რუსული ენერგეტიკული ლექსიკონი. 2006] თემები ენერგია ზოგადად EN იზოტოპების განცალკევება ხაზზეISOL… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

იზოტოპების გამოყოფა აორთქლების გზით ლაზერების გამოყენებით- - [A.S. Goldberg. ინგლისური რუსული ენერგეტიკული ლექსიკონი. 2006] თემები ენერგია ზოგადად EN ატომური ორთქლის ლაზერული იზოტოპის გამოყოფაAVLIS… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

იზოტოპების გამოყოფა ქიმიური გაცვლით- - [A.S. Goldberg. ინგლისური რუსული ენერგეტიკული ლექსიკონი. 2006] თემები ენერგია ზოგადად EN CHEMEX (ქიმიური გაცვლა) პროცესი… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

იზოტოპების გამოყოფა მოლეკულურ დონეზე ლაზერების გამოყენებით- - [A.S. Goldberg. ინგლისური რუსული ენერგეტიკული ლექსიკონი. 2006] თემები ენერგია ზოგადად EN მოლეკულური ლაზერული იზოტოპების განცალკევებაMLIS… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

იზოტოპების გამოყოფა იზოტოპის საფუძველზე. ატომებისა და მოლეკულების ენერგეტიკული დონის შეცვლა და ლაზერული გამოსხივების რეზონანსული ეფექტის გამოყენება. ინტენსიური მონოქრომატული ლაზერული გამოსხივება, რომელიც იწვევს გადასვლებს შესაბამის ენერგეტიკულ ... ... ფიზიკური ენციკლოპედია

იზოტოპის გამოყოფა- ნივთიერების იზოტოპური შემადგენლობის შეცვლის ტექნოლოგიური პროცესი, რომელიც შედგება ერთი ქიმიური ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპების ნარევისაგან. იზოტოპების ერთი ნარევიდან, პროცესის გამოსავალზე მიიღება ორი ნარევი: ერთი საჭირო იზოტოპის გაზრდილი შემცველობით (გამდიდრებული ნარევი), მეორე შემცირებული შემცველობით (მჭლე ნარევი).

იზოტოპების გამოყოფის პროცესის ძირითადი გამოყენებაა ურანის გამდიდრება 235 U იზოტოპით ბირთვული საწვავის, იარაღის კლასის რადიოაქტიური მასალებისა და რადიოაქტიური ნივთიერებების გამოყენებასთან დაკავშირებული სხვა აპლიკაციების წარმოებისთვის.

იზოტოპების გამოყოფის სამრეწველო სამუშაოები იზომება სამუშაო-გამოყოფის ერთეულებში (SWU). გარკვეული საწყისი ნარევის იზოტოპური შემადგენლობის გარკვეული ცვლილებისთვის საჭიროა SWU-ის იგივე რაოდენობა, მიუხედავად იზოტოპების გამოყოფის ტექნოლოგიისა.

ენციკლოპედიური YouTube

1 / 5

✪ NEPTUNIUM 237 - ნეპტუნიუმის წარმოება ურანის მარილისგან. ნეპტუნის ნიტრატის რადიოაქტიური დაშლა

✪ SCC-მ მიიღო კონტრაქტი სტაბილური იზოტოპების წარმოებაზე

✪ ქიმია 8 მარტივი და რთული ნივთიერებები ნივთიერებების შემადგენლობა

✪ 10. ქიმიური ელემენტები

✪ გაკვეთილი 2. ცოდნის მეთოდები ქიმიაში. უსაფრთხოების ზომები ქიმიის გაკვეთილებზე.

სუბტიტრები

Ზოგადი პრინციპები

იზოტოპების გამოყოფა (მაგალითად, 6 Li, 235 U, მოპოვება) ყოველთვის დაკავშირებულია მნიშვნელოვან სირთულეებთან, რადგან იზოტოპები, რომლებიც არის ერთი ელემენტის ვარიაციები, რომლებიც ოდნავ განსხვავდება მასით, ქიმიურად იქცევიან თითქმის ერთნაირად. მაგრამ - ზოგიერთი რეაქციის გავლის სიჩქარე განსხვავდება ელემენტის იზოტოპის მიხედვით, გარდა ამისა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ განსხვავება მათ ფიზიკურ თვისებებში - მაგალითად, მასაში.

როგორც არ უნდა იყოს, იზოტოპების ქცევაში განსხვავებები იმდენად მცირეა, რომ განცალკევების ერთ ეტაპზე ნივთიერება გამდიდრებულია მეასედი პროცენტით და გამოყოფის პროცესი ისევ და ისევ უნდა განმეორდეს - უამრავჯერ. ტექნოლოგიურად, ეს ხორციელდება იზოტოპების მოცულობის თანმიმდევრულად გატარებით, რომლებიც უნდა განცალკევდეს იმავე ტიპის უჯრედებში, რომლებიც წარმოქმნიან განცალკევებას - კასკადებს. აუცილებელი განცალკევების მისაღებად, კასკადები შეიძლება იყოს რამდენიმე ათასი სერიით, ხოლო საჭირო მოცულობის მისაღებად, პარალელურად დაკავშირებული კასკადების ასეთი თანმიმდევრული ჯგუფის ათობით და ასობით ათასი.

იზოტოპების გამოყოფის ძირითადი მეთოდები

ელექტრომაგნიტური გამოყოფა
გაზის დიფუზია
გაზის ან თხევადი თერმული დიფუზია
აეროდინამიკური გამოყოფა
ლაზერული იზოტოპის გამოყოფა
ქიმიური გამდიდრება
ფოტოქიმიური გამოყოფა

ნებისმიერ შემთხვევაში, წარმოებული გამდიდრებული მასალის რაოდენობა დამოკიდებულია გამომავალი ნაკადების გამდიდრების სასურველ ხარისხზე და მჭლე ხარისხზე. თუ საწყისი ნივთიერება ხელმისაწვდომია დიდი რაოდენობით და იაფად, მაშინ კასკადის მოქმედება შეიძლება გაიზარდოს ნარჩენებთან ერთად დიდი რაოდენობით გამოუყენებელი სასარგებლო ელემენტის გადაყრით (მაგალითად, დეიტერიუმის წარმოება ჩვეულებრივი წყლისგან). საჭიროების შემთხვევაში მიიღწევა ნედლეულიდან იზოტოპის მოპოვების მაღალი ხარისხი (მაგალითად, ურანის გამდიდრების დროს).

ელექტრომაგნიტური გამოყოფა

ელექტრომაგნიტური გამოყოფის მეთოდი ეფუძნება მაგნიტურ ველსა და იმავე ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ერთსა და იმავე ძალას. თუმცა, მოქმედების იგივე ძალით, სხვადასხვა მასის ნაწილაკები განსხვავებულად იქცევიან. მაგალითად, თანაბრად დამუხტული იონების ტრაექტორია, რომლებიც მოძრაობენ მაგნიტურ ველში, დამოკიდებული იქნება მათ მასაზე. ხაფანგების დაყენებით შესაბამის სამონტაჟო ადგილებზე შესაძლებელია შესაბამისი იზოტოპების შეგროვება. სინამდვილეში, ასეთი დანადგარები, სახელად კალუტრონები, არის უზარმაზარი მასის სპექტრომეტრები. მათში განცალკევებული ნივთიერებების იონები, რომლებიც მოძრაობენ ძლიერ მაგნიტურ ველში, ბრუნდებიან მათი მასის პროპორციული რადიუსით და ხვდებიან მიმღებებში, სადაც გროვდებიან.

ეფექტურობა. ქარხანა, რომელიც აწარმოებს წელიწადში 50 კგ მაღალ გამდიდრებულ ურანს ელექტრომაგნიტური გამოყოფის გზით ( კალუტრონი) სავარაუდოდ მოიხმარს 50 მეგავატზე მეტ ელექტროენერგიას.

გაზის დიფუზია

მოლეკულების მოძრაობის სხვადასხვა სიჩქარით, თუ ისინი იძულებულნი იქნებიან გადაადგილდნენ თხელ მილში, უფრო სწრაფი და მსუბუქი მოლეკულები გადაუსწრებენ მძიმებს. ამისთვის მილი იმდენად თხელი უნდა იყოს, რომ მოლეკულებმა მასში სათითაოდ გადაადგილდნენ. ამრიგად, აქ მთავარია ფოროვანი გამიჯვნის მემბრანების დამზადება ტიპიური ფორების ზომით ათეულიდან ასეულ ნანომეტრამდე. ისინი უნდა იყოს გაჟონვაგამძლე, გაუძლოს მაღალ წნევას და იყოს მდგრადი ფტორის შემცველი საშუალებების მიმართ. არსებობდა ფოროვანი მემბრანების მოპოვების რამდენიმე მეთოდი, მაგალითად:

ლითონის ან პოლიმერის ფხვნილების შედუღება ისეთ პირობებში, რომ ნორმალიზებული ხარვეზები რჩება ფხვნილის მარცვლებს შორის.
ორი ლითონის შენადნობიდან ერთი ლითონის ამოღება გარკვეულ პირობებში უზრუნველყოფდა ფოროვან სტრუქტურას.
ალუმინის ელექტროლიტური დაჟანგვა ქმნის ალუმინის ოქსიდის ფოროვან სტრუქტურას.

მემბრანები, როგორც წესი, მზადდებოდა რამდენიმე მეტრამდე სიგრძის მილების სახით. რამდენიმე ასეული მილიდან შეიკრიბა ერთი გამყოფი კასკადი.

ზოგიერთი მსუბუქი ელემენტისთვის, განცალკევების ხარისხი შეიძლება იყოს საკმაოდ დიდი, მაგრამ ურანისთვის ეს არის მხოლოდ 1,00429 (თითოეული ეტაპის გამომავალი ნაკადი გამდიდრებულია 1,00429 კოეფიციენტით). გამდიდრების მაღალი ხარისხის მისაღებად, ზოგჯერ რამდენიმე ათასი განცალკევების ეტაპები იყო დაკავშირებული სერიაში. იმის გათვალისწინებით, რომ ერთი ტიპიური სამრეწველო კასკადი ეკავა 100 მ 2-მდე ან მეტი ფართობი, გაზის დიფუზიის გამდიდრების საწარმოები ციკლოპური ზომის იყო. მემბრანებზე წნევის შედარებით დიდი დანაკარგები და დანადგარების ზომა განსაზღვრავს კომპრესორების ენერგიის უზარმაზარ მოხმარებას. გარდა ამისა, ქარხანა შეიცავდა უზარმაზარ რაოდენობას ტექნოლოგიურ ჰექსაფტორიდს: ზოგჯერ რამდენიმე კვირა გადიოდა ქარხნის გაშვებიდან პირველი გამომავალი პროდუქტის მიღებამდე, რომლის დროსაც ჰექსაფტორიდი თანმიმდევრულად ავსებდა ყველა კასკადის მოცულობას. ეს გარემოება ძალიან სერიოზულ მოთხოვნებს აყენებდა აღჭურვილობის საიმედოობაზე, რადგან თუნდაც ერთი კასკადის გაუმართაობამ შეიძლება გამოიწვიოს მთელი ჯაჭვის გაჩერება. ტექნოლოგიური გათიშვის შედეგად მიყენებული ზიანის მინიმიზაციის მიზნით, კასკადები აღიჭურვა მუშაობის ავტომატური მონიტორინგით და პრობლემური კასკადის გვერდის ავლით.

თერმული დიფუზია

ამ შემთხვევაში კვლავ გამოიყენება მოლეკულების სიჩქარის სხვაობა. მსუბუქები, ტემპერატურის სხვაობის არსებობის შემთხვევაში, უფრო ცხელ რეგიონში მთავრდება. გამოყოფის ფაქტორი დამოკიდებულია იზოტოპების მასის სხვაობის თანაფარდობაზე მთლიან მასასთან და უფრო დიდია მსუბუქი ელემენტებისთვის. მიუხედავად მისი სიმარტივისა, ეს მეთოდი მოითხოვს დიდ ენერგიას გათბობის შესაქმნელად და შესანარჩუნებლად. ბირთვული ეპოქის გარიჟრაჟზე არსებობდა სამრეწველო დანადგარები თერმული დიფუზიის საფუძველზე. ამჟამად, იგი ფართოდ არ გამოიყენება დამოუკიდებლად, თუმცა, თერმული დიფუზიის იდეა გამოიყენება გაზის ცენტრიფუგების ეფექტურობის გასაზრდელად.

გაზის ცენტრიფუგაცია

ცენტრიდანული გამოყოფის იდეა აქტიურად განვითარდა მეორე მსოფლიო ომის დროს. თუმცა, ტექნოლოგიის ოპტიმიზაციის სირთულეებმა შეაფერხა მისი განვითარება და დასავლეთის ქვეყნებში მეთოდის ეკონომიკურ ამაოებაზე განაჩენიც კი გამოიტანეს. სსრკ-ში ცენტრიფუგის ტექნოლოგიის ინდუსტრიული დანერგვა ასევე დაიწყო მხოლოდ აირის დიფუზიის ინდუსტრიული განვითარების შემდეგ.

თუ იზოტოპების აირისებრი ნარევი გაივლის მაღალსიჩქარიანი გაზის ცენტრიფუგაში, მაშინ ცენტრიდანული ძალა გამოყოფს მსუბუქ ან მძიმე ნაწილაკებს ფენებად, სადაც მათი შეგროვება შესაძლებელია. ცენტრიფუგაციის დიდი უპირატესობა ის არის, რომ გამოყოფის ფაქტორი დამოკიდებულია მასის აბსოლუტურ განსხვავებაზე და არა მასის თანაფარდობაზე. ცენტრიფუგა ერთნაირად კარგად მუშაობს როგორც მსუბუქ, ასევე მძიმე ელემენტებთან. განცალკევების ხარისხი პროპორციულია ბრუნვის სიჩქარის თანაფარდობის კვადრატისა გაზში მოლეკულების სიჩქარესთან. აქედან ძალიან სასურველია ცენტრიფუგის დატრიალება რაც შეიძლება სწრაფად. მბრუნავი როტორების ტიპიური წრფივი სიჩქარეა 250-350 მ/წმ, ხოლო მოწინავე ცენტრიფუგაში 600 მ/წმ-ზე მეტი. ცენტრიფუგის ღერძზე და გარე კედელზე წნევის სხვაობამ შეიძლება მიაღწიოს ათობით ათასჯერ, ამიტომ ცენტრიფუგის კასკადები მუშაობენ დაბალ წნევაზე, რათა თავიდან აიცილონ ჰექსაფტორიდის კონდენსაცია. ცენტრიფუგაში თერმული დიფუზიით გამოყოფის გასაუმჯობესებლად იქმნება ცენტრიფუგის ღერძის გასწვრივ რამდენიმე ათეული გრადუსიანი ტემპერატურის გრადიენტი.

აეროდინამიკური გამოყოფა

ეს მეთოდი შეიძლება ჩაითვალოს ცენტრიფუგაციის ვარიანტად, მაგრამ ცენტრიფუგაში გაზის მოტრიალების ნაცვლად, ის ტრიალებს სპეციალური საქშენიდან გამოსვლისას, სადაც მას მიეწოდება ზეწოლის ქვეშ. ეს ტექნოლოგია, რომელიც დაფუძნებულია მორევის ეფექტზე, გამოიყენეს სამხრეთ აფრიკამ და გერმანიამ.

ტექნოლოგიის პრობლემები იყო ის, რომ საქშენის რადიუსი იყო დაახლოებით 100 მიკრონი, ხოლო საქშენის მთლიანი სიგრძე ყოველ სამრეწველო გამოყოფის ეტაპზე იყო ასობით და ათასობით მეტრი. ეს სიგრძე რამდენიმე ათეულიდან ასეულ სანტიმეტრამდე იყო შეგროვებული. საქშენების წარმოების სირთულეების გარდა, იყო გამხსნელი გაზის პრობლემა, როგორიცაა ჰელიუმი. გამხსნელმა შესაძლებელი გახადა ურანის ჰექსაფტორიდის შენარჩუნება აირისებრ ფაზაში მაღალი წნევით საქშენების შესასვლელთან, რაც აუცილებელია საქშენში მაღალი სიჩქარის ნაკადის შესაქმნელად. გამხსნელი და ჰექსაფტორიდი უნდა განცალკევებულიყო წარმოების გამომავალზე. მაღალი წნევა განსაზღვრავს ენერგიის მნიშვნელოვან მოხმარებას.

ლაზერული იზოტოპის გამოყოფა (LIS)

ლაზერული გამოყოფა არ არის დამოუკიდებელი მეთოდი, მაგრამ გამოიყენება ელექტრომაგნიტური ან ქიმიური გამოყოფის მეთოდების მუშაობის გასაუმჯობესებლად. მეთოდი ეფუძნება ერთ-ერთი იზოტოპის შერჩევით იონიზაციას ელექტრომაგნიტური გამოსხივებით (მაგალითად, ლაზერული შუქით). იონიზაციის სელექციურობა ეფუძნება ატომების მიერ სინათლის რეზონანსულ (ვიწროზოლიან) შთანთქმას; სხვადასხვა იზოტოპებს აქვთ გამოსხივების შთანთქმის განსხვავებული სპექტრები. ეს ნიშნავს, რომ შესაძლებელია ისეთი დასხივების პარამეტრების არჩევა, რომლებშიც მოცემული იზოტოპის ატომები უპირატესად იონიზირებულია. შემდგომი იონიზირებული ატომები შეიძლება გამოიყოს, მაგალითად, მაგნიტურ ველში (AVLIS (ინგლისური)რუსული). გარდა ამისა, ატომების იონიზაციამ შეიძლება შეცვალოს ქიმიური რეაქციების სიჩქარე, მაგალითად, გარკვეული ქიმიური ნაერთების დაშლის გაადვილებით (MLIS (ინგლისური)რუსული).

ლაზერული გამოყოფის ტექნოლოგია მრავალი ქვეყნის მიერ 1970-იანი წლებიდან იქნა შემუშავებული და ითვლება პერსპექტიულად, მაგრამ ჯერ არ გასულა კვლევის ფარგლებს გარეთ. 1990-იან წლებში შეერთებულ შტატებში არსებობდა პროგრამა ექსპერიმენტულ დაწესებულებაში ელექტრომაგნიტური გამოყოფით ლაზერული გამდიდრების შესწავლის მიზნით, მაგრამ ის დაიხურა. ამჟამად მიმდინარეობს კვლევითი პროგრამა შეერთებულ შტატებში სადემონსტრაციო ქარხანაში ქიმიური გამოყოფის ლაზერული გამდიდრების ერთ-ერთი ვარიანტის სახელწოდებით SILEX. (ინგლისური)რუსული. ტექნოლოგია 1992 წელს შეიმუშავა ავსტრალიურმა კომპანია Silex-მა. 2006 წლიდან Silex ტექნოლოგიაზე მუშაობას ახორციელებს შპს Global Laser Enrichment. მიიღო ლიცენზია ქარხნის ასაშენებლად ვილმინგტონში (ჩრდილოეთი კაროლინა).

ქიმიური გამდიდრება

დისტილაცია

დისტილაცია (დისტილაცია) იყენებს სხვადასხვა მასის იზოტოპების დუღილის წერტილებში განსხვავებას. ჩვეულებრივ, რაც უფრო მცირეა ატომის მასა, მით უფრო დაბალია ამ იზოტოპის დუღილის წერტილი. კიდევ ერთხელ, ეს საუკეთესოდ მუშაობს მსუბუქ ელემენტებზე. დისტილაცია წარმატებით იქნა გამოყენებული, როგორც საბოლოო ეტაპი მძიმე წყლის წარმოებაში.

კურსკის რეგიონის განათლებისა და მეცნიერების კომიტეტი, საშუალო პროფესიული განათლების რეგიონალური საბიუჯეტო საგანმანათლებლო დაწესებულების კურჩატოვის ფილიალი "კურსკის სახელმწიფო პოლიტექნიკური კოლეჯი"

კურსის მუშაობა

დისციპლინა: "ტექნიკის ექსპლუატაცია" თემაზე: "ურანის იზოტოპების გამოყოფა. გამდიდრებული ურანის ჰექსაფტორიდის დამუშავება"

კურჩატოვი 2013 წ

შესავალი

ურანის იზოტოპების გამოყოფა

1 გაზის დიფუზიური გამოყოფა

2 თერმული დიფუზიური გამოყოფა

3 სითხის თერმული დიფუზია

4 ცენტრიდანული გამოყოფა

5 აეროდინამიკური გამოყოფა

6 ელექტრომაგნიტური გამოყოფა

7 AVLIS (აორთქლება ლაზერის გამოყენებით)

8 ქიმიური გამოყოფა

9 აირების გაჟონვა

10 იზოტოპების გამოყოფის კასკადის ორგანიზაცია

ურანის ჰექსაფტორიდი

1 ურანის ჰექსაფტორიდის ხარისხის მოთხოვნები

2 გამდიდრებული ურანის ჰექსაფტორიდის დამუშავება

3 გამდიდრებული ურანის გადამუშავების წყლის მეთოდები

3.1 AD პროცესი

3.2 AUC პროცესი

4 გამდიდრებული ურანის გადამუშავების უწყლო მეთოდი

4.1 ურანის ჰექსაფტორიდის რედუქცია წყალბადით

5 HEU-LEU პროცესი

დასკვნა

ლიტერატურა

შესავალი

ურანის იზოტოპების გამოყოფა არის ბირთვული საწვავის ციკლის საფუძველი. ბუნებრივი ურანი შეიცავს 235 U იზოტოპის 0,71%-ს.ატომური ელექტროსადგურების რეაქტორებისთვის საჭიროა 235 U იზოტოპით გამდიდრებული ურანი (2,7-5)%-მდე, ხოლო 235 U შემცველობა იარაღის ხარისხის ურანში არის 90%. აღდგენილი მარაგებიდან ურანის მოპოვების ღირებულება, სადაც ურანის შემცველობა მინიმუმ 10 3-ჯერ მეტია საშუალოზე ლითოსფეროში, არის 80 დოლარი ელემენტარული ურანის კილოგრამზე. საჭიროა ~6 კგ ბუნებრივი ურანი (480 აშშ დოლარი) 1 კგ ურანის წარმოებისთვის 3.2% გამდიდრებით და ნარჩენების 0.2% ამოწურვით. ამავდროულად, გამდიდრების მომსახურება ჯდება (350-400 აშშ დოლარი) 4,3 კგ SWU-ზე (გამოყოფის სამუშაოების ჩვეულებრივი ერთეული) და შეადგენს გამდიდრებული ურანის ღირებულების 45%-ს. წარმოების მასშტაბი აშშ-ში არის ათასობით ტონა გამდიდრებული ურანი წელიწადში, გამდიდრების მომსახურების ღირებულება ~ 1 მილიარდი დოლარი წელიწადში. გამდიდრებული ურანის ფართომასშტაბიანი წარმოებით, ურანის იზოტოპების გამოყოფის მეთოდების დახვეწა გადაუდებელი და ძალიან რთული ამოცანაა, რუსეთს უკავია წამყვანი პოზიცია ურანის გამდიდრების ცენტრიდანული ტექნოლოგიაში. შემუშავებულია ახალი თაობის მანქანები და ინერგება წარმოებაში. ამჟამად რუსეთში ატომური საწვავის პრობლემა არ არის და უახლოეს მომავალში არც მოსალოდნელია. ეს შესაძლებელს ხდის ახალი გამდიდრების ტექნოლოგიების შემუშავებას ზედმეტი დაჩქარების გარეშე და თავიდან აიცილებს ძვირადღირებულ შეცდომებს ოპტიმალური ტექნოლოგიის განსაზღვრისას ფიზიკური და ქიმიური პროცესების გულდასმით შესწავლით, ელემენტარული ბაზის შემუშავებით, რათა მივიღოთ საიმედო მონაცემები მეთოდის პერსპექტივების შესახებ, როგორც ღირებულების თვალსაზრისით. გამყოფი სამუშაო ერთეულის და ინვესტიციების კუთხით სამრეწველო საწარმოების მშენებლობაში და მოპოვების სიღრმით 235 U.

ურანის იზოტოპები:

ურანს აქვს 14 იზოტოპი, რომელთაგან მხოლოდ სამია ბუნებრივად. ბუნებრივი ურანის სავარაუდო იზოტოპური შემადგენლობა შემდეგია:

U 238 -> (4,51 მილიარდი წელი, ალფა დაშლა) -> Th 234

Th 234 -> (24.1 დღე, ბეტა დაშლა) -> Pa 234

Pa 234 -> (6.75 საათი, ბეტა დაშლა) -> U 234

ჩვეულებრივ U-234 არსებობს U-238-თან წონასწორობაში, იშლება და ყალიბდება იმავე სიჩქარით. თუმცა, დაშლილი U-238 ატომები გარკვეული პერიოდის განმავლობაში არსებობენ თორიუმის და პროტაქტინიუმის სახით, ასე რომ, ისინი შეიძლება ქიმიურად ან ფიზიკურად განცალკევდნენ მადნისაგან (გაჟონილი მიწისქვეშა წყლებით). ვინაიდან U-234-ს აქვს შედარებით მოკლე ნახევარგამოყოფის პერიოდი, მადნებში ნაპოვნი მთელი ეს იზოტოპი ჩამოყალიბდა ბოლო რამდენიმე მილიონი წლის განმავლობაში. ბუნებრივი ურანის რადიოაქტიურობის დაახლოებით ნახევარი განპირობებულია U-234-ით, მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი 23,9 მილიონი წელია და ბუნებრივად არ გვხვდება მნიშვნელოვანი რაოდენობით. ის გროვდება, თუ ურანი დასხივდება ნეიტრონებით რეაქტორებში და, შესაბამისად, გამოიყენება დახარჯული ურანის ბირთვული საწვავის "სიგნალად".

ბუნებრივ ურანში მხოლოდ ერთი, შედარებით იშვიათი, იზოტოპია შესაფერისი ატომური ბომბის ბირთვის დასამზადებლად ან ენერგეტიკული რეაქტორში რეაქციის დასახმარებლად. ატომური ელექტროსადგურების ატომური საწვავით U-235 გამდიდრების ხარისხი 2-4,5%-ის ფარგლებშია, იარაღის გამოყენებისთვის - მინიმუმ 80%, უფრო სასურველია 90%.

სუფთა U-238-ს აქვს სპეციფიკური რადიოაქტიურობა 0,333 მიკროკური/გ.

ამ ურანის იზოტოპის გამოყენების მნიშვნელოვანი სფეროა პლუტონიუმ-239-ის წარმოება. პლუტონიუმი წარმოიქმნება რამდენიმე რეაქციის დროს, რომელიც იწყება U-238 ატომის მიერ ნეიტრონის დაჭერის შემდეგ. ნებისმიერი რეაქტორის საწვავი, რომელიც შეიცავს ბუნებრივ ან ნაწილობრივ გამდიდრებულ ურანს 235-ე იზოტოპში, შეიცავს პლუტონიუმის გარკვეულ პროპორციას საწვავის ციკლის დასრულების შემდეგ და U-232: ურანის ეს იზოტოპი, რომლის ნახევარგამოყოფის პერიოდი 162,000 წელია, ბუნებაში არ გვხვდება. მისი მიღება შესაძლებელია თორიუმ-232-დან ნეიტრონული დასხივებით, პლუტონიუმის წარმოების მსგავსი:

ურანის პრაქტიკულად მნიშვნელოვანი ნაერთია ურანის ჰექსაფტორიდი UF6. ეს არის ერთადერთი სტაბილური და ძალიან აქროლადი ურანის ნაერთი, რომელიც გამოიყენება მისი იზოტოპების გამოყოფისას - აირისებური დიფუზია და ცენტრიფუგაცია. მისი გამოყენების ამ ასპექტში მნიშვნელოვანია, რომ ფტორს ჰქონდეს მხოლოდ ერთი იზოტოპი (ეს არ იწვევს მასებში დამატებით გართულებულ განსხვავებას) და რომ UF 6 არის სტექიომეტრიული ნაერთი (რომელიც შედგება ზუსტად 6 ფტორის ატომისგან და 1 ურანის ატომისგან).

ოთახის ტემპერატურაზე არის უფერო კრისტალები და 56°C-მდე გაცხელებისას სუბლიმირებულია (აორთქლდება თხევად ფაზაში გადასვლის გარეშე) ლითონის რადიოაქტიურობა.

ამ მეთოდების სავარაუდო ენერგოეფექტურობა აირის დიფუზიასთან მიმართებაში:

1. იზოტოპების გამოყოფა

იზოტოპები არის ქიმიური ელემენტები, რომლებსაც აქვთ პროტონების იგივე რაოდენობა (იგივე მუხტი) და ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობა. თუნდაც ატომებს შეიძლება ჰქონდეთ მრავალი იზოტოპი, კენტებს, როგორც წესი, არა უმეტეს ორი.

ურანის ჰექსაფტორიდის უნიკალურობა მდგომარეობს იმაში, რომ ფტორს არ აქვს იზოტოპები ე.ი. ურანის ჰექსაფტორიდის მოლეკულური წონა დამოკიდებულია მხოლოდ თავად ურანის იზოტოპების მასაზე. მეორე მნიშვნელოვანი ფაქტორია ურანის ჰექსაფტორიდის აირისებრი მდგომარეობა უკვე 56°C ატმოსფერულ წნევაზე.

იზოტოპების გამოყოფის ტექნოლოგიის ადგილის გასარკვევად, აუცილებელია გავიხსენოთ, რომ ურანის ტექნოლოგია გულისხმობს მადნის ნედლეულის გადაქცევას ურანილის ნიტრატად, ურანილის ნიტრატი გარდაიქმნება ჰექსაფტორად ოქსიდების და ტეტრაფტორიდის სტადიის გავლით, ჰექსაფტორიდი გამოყოფილია ურანი-235 ჰექსაფტორად. და ურანი-238 ჰექსაფტორიდი, შემდეგ კი U235 იზოტოპით გამდიდრებული ჰექსაფტორიდიდან წარმოიქმნება ურანის დიოქსიდი საწვავის ღეროებისთვის.

საწყისი ბირთვული სუფთა ურანის ჰექსაფტორიდი, რომელიც შეიცავს 99.3% ურანი-238 ჰექსაფტორიდს და 0.7% ურანი-235 ჰექსაფტორიდს. ამ ნარევიდან აუცილებელია ურანი-235 იზოტოპის ჰექსაფტორიდის იზოლირება.

იზოტოპების გამოყოფის მრავალი მეთოდი არსებობს:

გაზის დიფუზია;

ცენტრიფუგაცია;

დისტილაცია (რექტიფიკაცია)

ელექტრომაგნიტური

თერმული დიფუზია

იზოტოპების გაცვლა

ლაზერული გამოყოფა

ეს არ არის შორს იზოტოპების გამოყოფის ყველა მეთოდის სრული ჩამონათვალისგან; პრაქტიკაში, ამჟამად მხოლოდ პირველი სამი მეთოდი გამოიყენება. დანარჩენი მეთოდები არ არის სამრეწველო მასშტაბით და გამოიყენება მხოლოდ ექსპერიმენტულ სამუშაოებში, თუმცა ისინი ხშირად უფრო ხარისხიანია, ვიდრე დიდი ტონაჟის სამრეწველო მეთოდები.

გაზის დიფუზიის და ცენტრიფუგის მეთოდები ჩვეულებრივ გამოყოფს მძიმე ელემენტების იზოტოპებს (U 235 U2 38-დან), დისტილაცია ან რექტიფიკაცია გამოიყენება მსუბუქი იზოტოპების გამოსაყოფად (ჩვეულებრივ H 1 H 2-დან და H 3 ან Li 6 Li 7-დან).

გამყოფი ფაქტორი α=1,003 გაზის დიფუზიური მანქანებისთვის, ხოლო α=1,3 ცენტრიდანული მანქანებისთვის.

1 გაზის დიფუზიის იზოტოპის გამოყოფა

პირველი წარმატებული მეთოდი, რომელმაც შესაძლებელი გახადა U 235 იზოტოპში გამდიდრებული ურანის მიღება, იყო გაზის დიფუზიური გამოყოფის მეთოდი.

თეორიულად, გაზის დიფუზიური გამოყოფის მეთოდი ეფუძნება ცალკეული მოლეკულების დიფუზიის სიჩქარის დამოკიდებულებას მათ წონაზე.

ფორმულიდან ჩანს, რომ რაც უფრო მცირეა მოლეკულის წონა, მით მეტია მისი სიჩქარე. იმათ. მსუბუქი მოლეკულები უფრო შორს ვრცელდება, ვიდრე მძიმეები. შემდეგ ჩვენ შეგვიძლია გამოვყოთ გამოყოფის ფაქტორი, როგორც დიფუზიის სიჩქარის თანაფარდობა შემდეგი ფორმით:

იმის ცოდნა, რომ ურანი-238 ჰექსაფტორიდის მასა არის 352 გ/მოლი, ხოლო ურანი-325 ჰექსაფტორიდის მასა 349, შეგვიძლია გამოვთვალოთ განცალკევების თეორიული ფაქტორი:  = 1,0043

რეალური  = 1.003

განვიხილოთ გაზის დიფუზიური მანქანის მოწყობილობები. მთავარი ელემენტია ფოროვანი დანაყოფი (ნახ. 1), რომელშიც ურანის ჰექსაფტორიდი დიფუზირდება. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სინათლის მოლეკულებს აქვთ უფრო დიდი დიფუზიის დიაპაზონი და აღწევენ დანაყოფის მიღმა, ხოლო მძიმე ნაწილაკები არ გადიან დანაყოფში.

ნახ.1 ფოროვანი დანაყოფი

სეპარატორი არის დაპრესილი ნიკელის ფხვნილისგან დამზადებული მილი ფორების დიამეტრით 1-10 მკმ, მილის გარე ზედაპირი დაფარულია უშუალოდ გამყოფი გარსით, რომლის ფორების დიამეტრი უკვე 0,03 მკმ-ია. ეს არის გამყოფი მემბრანის ფენა, რომელიც ინარჩუნებს ურანის-238 ჰექსაფტორიდის ზოგიერთ მძიმე მოლეკულას. მემბრანები არის ფილმები ფორებით, რომლებიც წარმოიქმნება გრავირებით. მაგალითად, აზოტის მჟავა ასუფთავებს 40/60 Au/Ag (Ag/Zn) შენადნობას; ან ალუმინის ფოლგის ელექტროლიტური გრავირებით, შეიძლება მიიღოთ მყიფე ალუმინის მემბრანა. კომპოზიტური ბარიერები აწყობილია პატარა, დისკრეტული ელემენტებისაგან, რომლებიც შეფუთულია შედარებით სქელ ფოროვან საფარში.

გაზი - ურანის ჰექსაფტორიდი შედის დიფუზიურ მანქანაში და იყოფა ორ ფრაქციად. ერთმა ფრაქციამ გაიარა ფოროვან დანაყოფში და დაკარგა ზოგიერთი მძიმე მოლეკულა, ე.ი. ფილტვებით გამდიდრებული. სხვა ფრაქციამ არ გაიარა ფოროვან დანაყოფში, ზოგიერთი სინათლის მოლეკულისგან განსხვავებით, ანუ სინათლის იზოტოპში ამოწურული ფრაქცია დანაწევრის წინ დარჩა.

სქემატურად, გაზის დიფუზიური მანქანა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

ნახ.2 გაზის დიფუზიური მანქანის მოწყობილობა

გაზის დიფუზიის მანქანაში შემავალი გაზი ბარაბანი ამოძრავებს გამყოფი მილების მეშვეობით. გაზი წინასწარ თბება 75°C-მდე, წნევა 40-80 მმ Hg. ვინაიდან დიფუზია ხდება სითბოს გათავისუფლებით, მანქანა უნდა გაცივდეს.

იზოტოპების გამოყოფის გაზის დიფუზიური მეთოდის ძირითადი უარყოფითი მხარეები:

განცალკევების არასაკმარისი ხარისხი

ნი-ბარიერის განადგურება. ურანის ჰექსაფტორიდი ნელა რეაგირებს ნიკელის მეტალთან ფორმულის მიხედვით:

Ni + UF 6 = UF 4 + NiF 2

გამყოფ ელემენტში თანდათან გროვდება ურანის ტეტრაფტორიდი, რომელიც შემდგომში იხსნება ქლორის ტრიფტორში გარეცხვით:

UF 4 ტელევიზორი + ClF 3 W = UF 6 გაზი + ClF გაზი

3. პროცესის პერიოდულობა რეგენერაციისთვის გამორთვის გამო.

ენერგიის დიდი ხარჯები.

გაგრილების წყლის დიდი მოხმარება

დიდი საწარმოო ტერიტორიები. იზოტოპების გამიჯვნის სახელოსნოები იკავებს უზარმაზარ ფართობებს რამდენიმე ჰექტარზე და დამსწრეები სახელოსნოს გარშემო ველოსიპედებით მოძრაობენ.

ყველა ამ ხარვეზის გათვალისწინებით, ამჟამად, სეპარაციული ქარხნების უმეტესობა გადადის იზოტოპების გამოყოფის ახალ ტექნოლოგიაზე - ცენტრიფუგირებაზე.

.2 თერმული დიფუზია

თერმული დიფუზია ტარდება გაზურ ან თხევად ფაზებში, კონტრდინაციის სვეტში, რომლის ღერძის გასწვრივ მდებარეობს გახურებული ლითონის ძაფი (ან მილი), ხოლო გარე კედელი გაცივებულია. ტემპერატურის სხვაობა იწვევს დიფუზიურ ნაკადს, რაც იწვევს კონცენტრაციის სხვაობის გამოჩენას<#"655758.files/image007.gif">

გაზის წნევა გრავიტაციულ ველში დამოკიდებულია მის მოლეკულურ წონაზე, საზომი წერტილის ზემოთ დაშორებაზე და გრავიტაციულ აჩქარებაზე.

მოდით გადავიწეროთ ეს განტოლება ცენტრიდანული ველისთვის. შევცვალოთ წნევა კონცენტრაციით, თავისუფალი ვარდნის აჩქარება ცენტრიდანული აჩქარებით, სიმაღლე რადიუსით.

შემდეგ გამოყოფის ფაქტორი დაიწერება, როგორც მძიმე იზოტოპის კონცენტრაციის თანაფარდობა მსუბუქი იზოტოპთან:

ამრიგად, თუ დიფუზიურ მანქანებში გამოყოფის ფაქტორი დამოკიდებული იყო ურანი-235 და ურანი-238 ჰექსაფტორიდის მასის თანაფარდობაზე, მაშინ ცენტრიფუგაში ეს დამოკიდებულია მასის განსხვავებაზე. ადვილია გამოვთვალოთ, რომ ცენტრიფუგაში გამოყოფის კოეფიციენტი არის 1.3.  = 1.3

მხოლოდ ცენტრიფუგაზეა შესაძლებელი U 235-დან 98%-მდე გამდიდრებული ურანის ჰექსაფტორიდის მიღება.

განცალკევების ფაქტორი დამოკიდებულია ორ ფაქტორზე:

იზოტოპების მასის განსხვავებიდან

ცენტრიფუგის სიჩქარიდან

განვიხილოთ ცენტრიფუგის აპარატის მოწყობილობა.

ბრინჯი. 4. იზოტოპების გამოყოფის ცენტრიფუგა მოწყობილობა

ცენტრიფუგა არის ცილინდრი, რომლის დიამეტრი 15 სმ და სიმაღლე 0,5 მ. დალუქულ გარსაცმში არის მბრუნავი როტორი. ამ როტორს მიეწოდება გაზი (UF6). ცენტრიდანული ძალის გამო, რომელიც ასობით ათასი ჯერ აღემატება დედამიწის გრავიტაციულ ველს, გაზი იწყებს გამოყოფას "მძიმე" და "მსუბუქ" ფრაქციებად. ცენტრიფუგის ბოლოში არის კორუნდის ნემსი ხახუნის შესამცირებლად; როტაციის დროს ცენტრიფუგა მაღლა იწევს "აფრინდება" და ბრუნავს გარსაცმის ნაწილებთან კონტაქტის გარეშე. ბრუნვის სიჩქარე 100 ათას ბრუნს აღწევს. მსუბუქი და მძიმე მოლეკულები იწყებენ დაჯგუფებას როტორის სხვადასხვა ზონაში, მაგრამ არა ცენტრში და პერიმეტრის გასწვრივ, არამედ ზედა და ქვედა ნაწილში. ეს ხდება კონვექციური დენების გამო - როტორის საფარი თბება და ხდება გაზის უკან დაბრუნება. ცილინდრის ზედა და ქვედა ნაწილში არის ორი პატარა მილაკი - ამღები. გამოფიტული ნარევი შედის ქვედა მილში, ხოლო ნარევი 235 U ატომების უფრო მაღალი კონცენტრაციით შედის ზედა მილში. ეს ნარევი შედის შემდეგ ცენტრიფუგაში და ასე შემდეგ, სანამ ურანის 235 კონცენტრაცია არ მიაღწევს საჭირო მნიშვნელობას. ცენტრიფუგების ჯაჭვს კასკადი ეწოდება.

1.5 აეროდინამიკური გამოყოფა

აეროდინამიკური გამოყოფა შემუშავებულია სამხრეთ აფრიკაში (UCOR პროცესი მორევის მილების გამოყენებით 6 ბარზე) და გერმანიაში (0,25-0,5 ბარზე მომუშავე მრუდი საქშენების გამოყენებით).

ერთადერთი ქვეყანა, რომელმაც ეს მეთოდი გამოიყენა, არის სამხრეთ აფრიკა, სადაც 400 კგ იარაღის ხარისხის ურანი იწარმოებოდა ვალინდაბაში მდებარე ქარხანაში, რომელიც ოთხმოციანი წლების ბოლოს დაიხურა. გამოყოფის კოეფიციენტი ~1,015, ენერგიის მოხმარება ~3300 კვტ/სთ/მპ-კგ.

6 ელექტრომაგნიტური გამოყოფა

ელექტრომაგნიტური გამოყოფის მეთოდი ეფუძნება მაგნიტური ველის განსხვავებულ მოქმედებას სხვადასხვა მასის თანაბრად ელექტრულად დამუხტულ ნაწილაკებზე. სინამდვილეში, ასეთი დანადგარები, სახელად კალუტრონები, არის უზარმაზარი მასის სპექტრომეტრები. განცალკევებული ნივთიერებების იონები, რომლებიც მოძრაობენ ძლიერ მაგნიტურ ველში, ბრუნდებიან მათი მასის პროპორციული რადიუსით და ხვდებიან მიმღებებში, სადაც გროვდებიან. ეს მეთოდი საშუალებას გაძლევთ გამოყოთ იზოტოპების ნებისმიერი კომბინაცია, აქვს განცალკევების ძალიან მაღალი ხარისხი. ორი გავლა, როგორც წესი, საკმარისია ცუდი მასალისგან 80%-ზე მეტი გამდიდრების მისაღებად (სასურველი იზოტოპის საწყისი შემცველობით 1%-ზე ნაკლები). თუმცა, ელექტრომაგნიტური განცალკევება ცუდად არის შესაფერისი სამრეწველო წარმოებისთვის: ნივთიერებების უმეტესობა დეპონირებულია კალუტრონის შიგნით, ასე რომ, ის პერიოდულად უნდა შეჩერდეს შენარჩუნებისთვის. სხვა ნაკლოვანებებია ენერგიის მაღალი მოხმარება, სირთულე და ტექნიკური მომსახურების მაღალი ღირებულება, დაბალი პროდუქტიულობა. მეთოდის ძირითადი სფეროა მცირე რაოდენობით სუფთა იზოტოპების წარმოება ლაბორატორიული გამოყენებისთვის. თუმცა, მეორე მსოფლიო ომის დროს აშენდა Y-12 დანადგარი, რომელიც 1945 წლის იანვრიდან მიაღწია 204 გრამს 80% U-235 დღეში. მაღალი ხარჯების გამო, Y-12 დაიხურა 1946 წელს.

ელექტრომაგნიტური გამყოფი მოწყობილობის სქემატური წარმოდგენა (სურ. 5); წერტილები აჩვენებს მაგნიტური ველის მიმართულებას ფიგურის სიბრტყეზე პერპენდიკულარულად.

მეთოდები, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის ინდუსტრიულად გამოყენებული, იმსახურებს ყურადღებას:

აორთქლება ლაზერის გამოყენებით

ქიმიური გამოყოფა

იზოტოპების გამოყოფა მსუბუქი წნევის გამოყენებით

ელექტრონულად აღგზნებული ნაწილაკების ფოტოქიმიური რეაქციები

ატომებისა და მოლეკულების ორეტაპიანი აგზნება

შერჩევითი ფოტოპრედისოციაცია

მოლეკულების აგზნება ინფრაწითელი გამოსხივებით

იზოტოპური ეფექტი ქიმიურ რეაქციებში, რომლებიც მიმდინარეობს თერმოდინამიკურად არათანაბარი პირობებში

ვიბრაციულად აღგზნებული მოლეკულების გაზის კონდენსაცია

იზოტოპური ეფექტი მაგნიტურ ველში მიმდინარე ქიმიურ რეაქციებში

გამოყოფა ადსორბციით

ლაზერული გამოსხივებით სტიმულირებული სელექციური დიფუზია

ზედაპირზე პროცესების რეზონანსული კონტროლი ლაზერული გამოსხივებით

ლაზერული ქიმია ორ მედიას შორის ინტერფეისზე

ქიმიური რეაქციების ლაზერული სტიმულაცია ორ სითხეს შორის ინტერფეისზე

1.7 AVLIS (აორთქლება ლაზერის გამოყენებით)

სხვადასხვა იზოტოპი შთანთქავს სინათლეს ოდნავ განსხვავებულ ტალღის სიგრძეზე. წვრილად მორგებულ ლაზერს შეუძლია კონკრეტული იზოტოპის ატომების შერჩევითი იონიზაცია. შედეგად მიღებული იონები შეიძლება ადვილად გამოიყოს, ვთქვათ, მაგნიტური ველით. ეს ტექნოლოგია ძალზე ეფექტურია, მაგრამ ჯერ არ არის გამოყენებული სამრეწველო მასშტაბით. ტექნოლოგია განვითარდა შეერთებულ შტატებში, მაგრამ ჯერ კიდევ არ განვითარდა პროტოტიპებზე. მას აქვს დიდი ნაკლი, კერძოდ, ტექნიკის ერთი იზოტოპიდან მეორეზე გადაკეთების სირთულე.

სურ.6. იზოტოპების ლაზერული გამოყოფა.

1.8 ქიმიური გამოყოფა

ქიმიური გამოყოფა იყენებს სხვადასხვა იზოტოპებთან ქიმიური რეაქციების სიჩქარის განსხვავებას. ის საუკეთესოდ მუშაობს მსუბუქი ელემენტების გამოყოფისას, სადაც განსხვავება მნიშვნელოვანია. სამრეწველო წარმოებაში გამოიყენება რეაქციები, რომლებიც მიმდინარეობს ორ რეაგენტთან ერთად სხვადასხვა ფაზაში (გაზი/თხევადი, თხევადი/მყარი, შეურევი სითხეები). ეს აადვილებს მდიდარი და მჭლე ნაკადების გამოყოფას. ფაზებს შორის ტემპერატურული სხვაობის დამატებით გამოყენებით, მიიღწევა გამოყოფის ფაქტორის დამატებითი ზრდა. ურანის ქიმიური გამოყოფა განვითარდა იაპონიასა და საფრანგეთში, მაგრამ, ისევე როგორც AVLIS, არასოდეს გამოუყენებიათ. ფრანგული Chemex მეთოდი იყენებს საპირისპირო ნაკადს ორი შეურევადი სითხის მაღალ სვეტში, რომელთაგან თითოეული შეიცავს გახსნილ ურანს. იაპონური Asahi მეთოდი იყენებს გაცვლის რეაქციას წყალხსნარსა და წვრილად დაფქულ ფისს შორის, რომლის მეშვეობითაც ხსნარი ნელა ხვდება. ორივე მეთოდი მოითხოვს კატალიზატორებს კონცენტრაციის პროცესის დასაჩქარებლად. Chemex-ის პროცესს სჭირდება ელექტროენერგია 600 კვტ/სთ/MPP-კგ დონეზე.

ერაყი ავითარებდა ამ ტექნოლოგიას (Chemex/Asahi შერეული წარმოების სახით) U-235 6-8%-მდე გამდიდრებისთვის და შემდგომში კალუტრონით გამდიდრებისთვის.

1.9 აირების გაჟონვა

იზოტოპური ურანის ჰექსაფტორიდის თერმული დიფუზია

აირების გაჟონვა ემყარება იმ ფაქტს, რომ მოლეკულური გადინების დროს (ეფუზია)

იზოტოპიურად შემცვლელი მოლეკულების ნარევები<#"655758.files/image015.gif">

10 იზოტოპების გამოყოფის კასკადის ორგანიზაცია

უკვე ითქვა, რომ იზოტოპების განცალკევებისთვის საჭიროა დიდი რაოდენობით გამყოფი მანქანები (ცენტრიფუგა ან დიფუზია).

ერთი დიფუზიური მანქანა სქემატურად შეიძლება იყოს წარმოდგენილი დიაგრამაზე (ნახ. 7) შემდეგნაირად:

მხარე შედის თავდაპირველ ნარევში. სინათლის იზოტოპში ნაწილობრივ გამდიდრებული გაზი გადის დანაყოფში, ხოლო სინათლის იზოტოპში ნაწილობრივ ამოწურული აირი (მძიმე) ქვევით მიდის. საკმარისი განცალკევებისთვის საჭიროა ასობით ასეთი მანქანის კასკადირება (ნახ. 8).

ნახ. 8 გამყოფი კასკადი.

კასკადის ზედა ნაწილს ეწოდება გამდიდრების სტადია, ქვედა საფეხურს ეწოდება ამოწურვის სტადია.

ურანის ჰექსაფტორიდის მისაღებად U 235 შემცველობით მინიმუმ 90%, საჭიროა 600 გამოყოფის სტადიის კასკადი.

იზოტოპების გამოყოფა ერთ-ერთი ყველაზე ძვირადღირებული ოპერაციაა ურანის ტექნოლოგიაში, აქ არის მიახლოებითი ფასები ურანის კილოგრამზე აშშ დოლარში, გამდიდრების ხარისხზე (ფასები მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული წარმოების მოცულობასა და მოთხოვნაზე): ბუნებრივი - 27$2% - 130 $5% - 440$90% - 10000$

საერთო ჯამში, სსრკ-ს ქარხნებში მიიღეს დაახლოებით 600 ტონა ურანი, გამდიდრებული 90%-ით U 235 იზოტოპში.

გამოყოფის შემდეგ მცენარეები. გაფუჭებული ურანი მიდის ნაგავსაყრელზე. ჩვენს ქვეყანაში 100 ათას ტონაზე მეტი გაფუჭებული ურანი დაგროვდა. გაფუჭებული ურანის ჰექსაფტორიდი გადატუმბულია სპეციალურ კონტეინერებში, თუ ეს კონტეინერები განთავსდება სარკინიგზო პლატფორმებზე, მაშინ ასეთი ეშელონი მთელ გზას გაივლის მოსკოვიდან ვლადივოსტოკამდე. ურანის ჰექსაფტორიდის ნარჩენები გარკვეულ საფრთხეს უქმნის გარემოს და მისი გარდაქმნის სქემები უკვე შემუშავებულია, რადგან ურანის ჰექსაფტორიდი არის წყალბადის ფტორის და ფტორის ძალიან საჭირო წარმოების უზარმაზარი წყარო.

ცხრილი 3 ადარებს წყალბადის, ნახშირბადის და ურანის იზოტოპების გამოყოფის მეთოდებს სამი ტიპის იზოტოპების მაგალითის გამოყენებით.

2. ურანის ჰექსაფტორიდი

MPC - 0,015 მგ/მ3

UF 6-ის წარმოება ბირთვული საწვავის ციკლის მთავარი და განუყოფელი ნაწილია. ნაწლავებიდან მოპოვებული მთელი ურანი გადის UF 6-ში. ისევე როგორც ყველა რეგენერირებული ურანი, RCP-ში დამუშავების შემდეგ, ბირთვული საწვავის ციკლში დასაბრუნებლად, ის კვლავ განიცდის ფტორირებას და შემდგომ ხელახლა გამდიდრებას.

ბირთვული ჯაჭვური რეაქციის განსახორციელებლად საჭიროა იზოტოპი U235, რომლის მხოლოდ 0,72% შეიცავს ბუნებრივ ურანს.

ბრინჯი. 9. UF 6 მდგომარეობის ფაზის დიაგრამა.

1 UF 6 ხარისხის მოთხოვნები

არსებობს ურანის ჰექსაფტორიდის ორი ხარისხი, რაც დამოკიდებულია U 235 იზოტოპში გამდიდრების ხარისხზე. 6 - კომერციული - ბუნებრივი ან შინაარსით 3% -მდე U 235 6 - გამდიდრებული (რეგენერირებული, იარაღი).

მსუბუქი იზოტოპის კონცენტრაციით 3%-ზე ნაკლები, ურანი ითვლება ბირთვულ უსაფრთხოდ, ანუ მას არ გააჩნია კრიტიკული მასა, რომელსაც შეუძლია სპონტანური ჯაჭვური რეაქცია. კომერციული ურანი არის ჩვეულებრივი ქიმიური რეაგენტი თავისუფალი საბაზრო ღირებულებით. იარაღის ხარისხის ურანით ყოველგვარი ვაჭრობა აკრძალულია ბირთვული იარაღის გაუვრცელებლობის შესახებ აქტის მიხედვით.

2.2 გამდიდრებული ურანის ჰექსაფტორიდის დამუშავება

გაზის დიფუზიის ქარხნის შემდეგ, U235 იზოტოპით გამდიდრებული ურანის ჰექსაფტორიდი უნდა გადამუშავდეს ურანის დიოქსიდამდე, ხოლო ბირთვული რეაქტორებისთვის საწვავის ღეროები უნდა დამზადდეს დიოქსიდისგან. საწვავის წნელები არის ლითონი, ოქსიდი, სილიკონიზებული და ა.შ. მათი დამზადება ძალიან რთული და მეცნიერულად ინტენსიური პროცესია, საწყის მასალაზე დაწესებულია გაზრდილი სისუფთავის მოთხოვნები. პლუტონიუმის წარმოებისთვის გამოიყენება ლითონის საწვავის წნელები; ოქსიდი - გამოიყენება დენის რეაქტორებში. ურანის ჰექსაფტორიდის გამდიდრება მთელი ბირთვული ქიმიური ტექნოლოგიის ერთ-ერთი მთავარი ეტაპია. გამდიდრებული ურანის ჰექსაფტორიდის დამუშავების მეთოდები იყოფა ორ სტანდარტულ ტიპად:

წყლის დამუშავების მეთოდები

ა) ჰიდროლიზი ალუმინის ნიტრატით

ბ) ამონიუმის დიურანატის პროცესი (ADU)

გ) ამონიუმის ურანის კარბონატის პროცესი (AUC).

უწყლო დამუშავების მეთოდები

ურანის ჰექსაფტორიდის შემცირება წყალბადით.

ასევე შემუშავებული ე.წ. HEU-LEU არის პროცესი, რომელიც გარდაქმნის იარაღის ხარისხის მაღალ გამდიდრებულ ურანს (HEU) ენერგეტიკული ხარისხის დაბალ გამდიდრებულ ურანს (LEU).

2.3 წყლის დამუშავების მეთოდები

დამუშავების პირველი ეტაპი არის ურანის ჰექსაფტორიდის ჰიდროლიზი წყლით ურანილის ფტორიდამდე. ჰიდროლიზი ხდება სითბოს დიდი გამოყოფით, განტოლების მიხედვით:

UF 6 + 2H 2 O \u003d UO 2 F 2 + 4HF

ეს პროცესი შეიძლება განხორციელდეს აირისებრი ურანის ჰექსაფტორიდის წყალში ბუშტუკებით, ან თხევადი ურანის ჰექსაფტორიდის წყალთან წნევის ქვეშ შერევით. ორივე შემთხვევაში უზრუნველყოფილია სითბოს მოცილება ჰიდროლიზის აპარატებიდან. ჰიდროლიზის შედეგად მიიღება UO 2 F 2 და HF წყალხსნარი ურანის კონცენტრაციით 100 გ/ლ. შინაურ საწარმოებში გამოიყენება ურანის ჰექსაფტოიდის ჰიდროლიზის მეთოდი ალუმინის ნიტრატის გამოყენებით. ეს მეთოდი შესაძლებელს ხდის უკვე საწყის ეტაპზე F-იონის მიბმა ძლიერ ნაერთში და ამოღება ხსნარებიდან ექსტრაქციის ეტაპზე. პროცესის ქიმია აღწერილია შემდეგი სქემით:

UF 6 + 2H 2 O \u003d UO 2 F2 + 4HF 2 F 2 + Al (NO 3) 3 \u003d UO 2 (NO 3) 2 + AlF 2 NO 3

HF + 2Al(NO 3) 2 = 2AlF 2 NO 3 + 4HNO 36 + 3Al(NO 3) 2 + 2H 2 O = UO 2 (NO 3) 2 + AlF 2 NO 3 + 4HNO 3

AlF 2 NO 3 და AlF (NO 3) 2 კომპლექსები თრგუნავენ F-იონის დისოციაციურ ეფექტს ურანის მოპოვების პროცესზე და იცავს მოწყობილობას კოროზიის არასტაბილურობისგან. ჰიდროლიზის შედეგად მიიღება UO 2 F 2 და HF წყალხსნარი U კონცენტრაციით 100 გ/ლ. ჰიდროლიზის პროცესში ხდება სითბოს სწრაფი გათავისუფლება. ჰიდროლიზის შემდეგ აუცილებელია U და HF-ის შემცველობის კონტროლი.

ცხრილი 10. UF 6-ის ხსნადობა H 2 O-ში HF-ის კონცენტრაციის მიხედვით

	კონც. UO2F2%

აპარატურის მიხედვით განასხვავებენ ჰიდროლიზის ორ მეთოდს: ბუშტუკს და ჭავლს. ბუშტუკების მეთოდი მოიცავს ურანის ჰექსაფტორიდის მიწოდებას ხსნარში გაზის მიწოდების მილის მეშვეობით აპარატში ამრევით. რეაქტიული მეთოდი უფრო თანამედროვე და პროდუქტიულია. რეაქტიული მეთოდის მიხედვით, ურანის ჰექსაფტორიდი იკვებება ვერტიკალური აპარატის ზედა ნაწილში, ხოლო წყალხსნარი ტანგენციურად შემოდის კედელში და ეშვება სპირალური ტრაექტორიის გასწვრივ.

სურ.10. UF6 სპარგინგი ნახ.11 რეაქტიული მეთოდი

რეაქტიული მეთოდის პროდუქტიულობა: 25 კგ/სთ UF 6-ზე, 50 ლ/სთ H 2 O-ზე; წნევა: 4 ატმ.; t=104°C. ექსტრაქცია ტარდება ყუთის ტიპის ექსტრაქტორებში. ოპერაცია შედგება 8 მოპოვების და 4 ხელახალი ამოღების საფეხურისგან. ექსტრაქტორად გამოიყენება TBP-ის 30%-იანი ხსნარი ნავთში. გამოსაღებად მიეწოდება ხსნარი ურანის კონცენტრაციით 20-30 გ/ლ და აზოტის მჟავას კონცენტრაციით 180-220 გ/ლ. ორგანული ფაზის შეფარდება წყალთან 1/(3-4). ურანის კონცენტრაცია ორგანულ ფაზაში არის 70-90 გ/ლ. ექსტრაქცია ხორციელდება საპირისპირო მეთოდით. გაშიშვლება ხორციელდება აზოტის მჟავას სუსტი ხსნარით pH=1-ზე. ამონიუმის პოლიურანატი დალექილია ურანილის ნიტრატის მიღებული ხსნარებიდან.

2 (NO 3) 2 + NH 4 OH → (NH 4) 2 U 4 O 13 + NH 4 NO 3

ამონიუმის პოლიურანატის კალცინით მიიღება ურანის ოქსიდი. კალცინაცია ტარდება ჰორიზონტალურ მბრუნავ ღუმელებში. ტემპერატურა ღუმელში არის 690 o -730 o C.

(NH 4) 2 U 4 O 13 → U 3 O 8 + NH 3 + N 2 + H 2 O

შემცირება ხორციელდება წყალბადის დიდი სიჭარბით ჰორიზონტალურ მბრუნავ ღუმელებში 650-750°C ტემპერატურაზე.

U 3 O 8 + H 2 → UO 2 + H 2 O

ურანის ჰექსაფტორიდის წყალხსნარი ჰიდროლიზის სქემა ალუმინის ნიტრატის გამოყენებით ნაჩვენებია სურ.12.

სურ.12. UF 6-ის წყლის ჰიდროლიზის ტექნოლოგიური სქემა.

უხარისხო წარმოებული ტაბლეტების შემთხვევაში შესაძლებელია მათი ხელახალი კალცინირება U 3 O 8-მდე. ურანის ოქსიდი იხსნება აზოტის მჟავაში და ამგვარად მიღებული ურანილის ნიტრატი იწმინდება ტრიბუტილ ფოსფატზე მოპოვებით. შემდეგ, ამონიუმის პოლიურანატი დალექილია გაწმენდილი ურანილის ნიტრატიდან ამიაკით, კალცინდება აზოტის ოქსიდამდე და კვლავ აქცევს ურანის დიოქსიდს.

3.1 AD პროცესი

AD პროცესი თავისი სახელით ენიჭება ამონიუმის დიურანატს, რომელიც არის საწყისი პროდუქტი მრავალი ნაერთის წარმოებისთვის, მათ შორის კერამიკული UO 2.

ჩვეულებრივ, ADU პროცესი გაგებულია, როგორც კლასიკური სქემა UF 6-დან კერამიკული UO 2-ის მისაღებად (UF 6-ის ჰიდროლიზი წყალში ან ამიაკის ხსნარში - ამონიუმის პოლიურანატის დალექვა - გაშრობა - კალცინაცია - შემცირება).

ფტორის სისტემებში განხორციელებული AFC პროცესი განკუთვნილია UF 6-ის დასამუშავებლად, რომელიც შეიცავს 235 U გაზრდილი კონცენტრაციას ან ამოწურულია 235 U იზოტოპში. გამოფიტულია იზოტოპში 235 U, - სწრაფი ნეიტრონული რეაქტორების გამრავლების ზონის საწვავისთვის.

ამონიუმის პოლიურანატის დალექვა ხორციელდება ამიაკის დიდი სიჭარბით შემდეგი სქემის მიხედვით:

HF + NH 4 OH = NH 4 F + H 2 O

UO 2 F 2 + 6NH 4 OH \u003d (NH 4) 2 U 2 O 7 + 4NH 4 F + 3H 2 O

ამიაკის ნაკლებობით, შესაძლებელია რეაქცია.

UO 2 F 2 + 3NH 4 OH \u003d (NH 4) 3 UO 2 F 5 + 3HF + 3H 2 O

ნალექში ურანის მოპოვება 99,5%-ზე მეტია. აგიტატორებით აგიტატორები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნალექისთვის, ხოლო ფილტრაცია შეიძლება განხორციელდეს ბარაბნის ვაკუუმ ფილტრებზე. ამონიუმის პოლიურანატის ფილტრის ნამცხვარი შეიცავს რამდენიმე პროცენტს ფტორს. მისი შემდგომი დამუშავება მოიცავს თერმული დისოციაციას U 3 O 8-მდე და შემდგომ შემცირებაში ურანის დიოქსიდამდე. პროცესი მოხერხებულად ტარდება თხევადი საწოლის ღუმელებში. UO 2-ის შემდგომი დამუშავება მოიცავს სინჯების ცივ დაწნეხვას და შემდეგ სინჯს წყალბადის ატმოსფეროში 1750 ° C ტემპერატურაზე. იმის გამო, რომ წვრილად დაშლილი ცირკონიუმის დიოქსიდი მიიღება ამონიუმის პოლიურანატისგან, დაჭერით ნიმუშებს აქვთ ძალიან მაღალი სიმკვრივე. - თეორიულის მინიმუმ 95%, ანუ ~10 გ/სმ3.

3.2 AUC პროცესი

AUK პროცესმა მიიღო სახელი ამონიუმის ურანილის კარბონატიდან. UF 6-დან კერამიკული UO 2-ის წარმოების სამრეწველო პროცესი ხდება შუალედური ნაერთის მეშვეობით (NH 4) 4 UO 2 (CO 3) 3 .

ამონიუმის ურანილის კარბონატი წარმოიქმნება რეაქციის შედეგად:

6 + 5H 2 O + 10NH 3 + 3CO 2 → (NH 4) 4 UO 2 (CO 3) 3 + 6NH 4 F.

(NH 4) 4 → 4 NH 3 + 3CO 2 + 1.75 H 2 O + UO 3 ∙ 0.25 H 2 O.

კალცინაციის საბოლოო პროდუქტია U3O8 (ჰაერში) და UO2 (წყალბადში). (NH 4) 4-ის დაშლა ეტაპობრივად მიმდინარეობს, ჯერ ურანის ტრიოქსიდის მონოჰიდრატამდე, მომავალში წყლის თანდათანობითი დაკარგვით. დეჰიდრატაციის პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

UO 3 ∙H 2 O → UO 3 ∙0.65H 2 O → UO 3 ∙ 0.5H 2 O → UO 3 ∙ 0.25H 2 O.

ნაერთი UO 3 ∙ 0,25H 2 O წარმოიქმნება როგორც შუალედური პროდუქტი ყველა აირის ატმოსფეროში კალციაციის დროს და არსებობს 653K ტემპერატურამდე.

3 (UO 3 ∙ 0,25H 2 O) + H 2 → U 3 O 8 + 1,75 H 2 O + 74,8 კჯ.

რენტგენის დიფრაქციული ანალიზის მონაცემების მიხედვით, ამ რეაქციის პროდუქტი გამოვლინდა, როგორც U 3 O 8. შემცირების საბოლოო პროდუქტია UO 2 ფხვნილი.

4 გამდიდრებული ურანის გადამუშავების უწყლო მეთოდები

4.1 UF6-ის შემცირება წყალბადით

ურანის ჰექსაფტორიდი წყალბადით მცირდება ტეტრაფტორად და წყალბადის ფტორად, შემდეგ ტეტრაფტორიდი მცირდება კალციუმთან შერწყმის შედეგად მეტალურ ურანში და კალციუმის დიფტორიდში.

ურანის ჰექსაფტორიდის ურთიერთქმედება წყალბადთან აღწერილია განტოლებით:

UF 6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF + 16,5 კჯ / მოლ

რეაქცია მიმდინარეობს თავისუფალი ენერგიის მნიშვნელოვანი დაკარგვით. თუმცა, წყალბადით UF 6-ის შემცირების რეაქციის აქტივაციის ენერგია ძალიან მაღალია და პროცესის წარმატებით წარმართვისთვის აუცილებელია სითბოს მიწოდება. ჰექსაფტორიდის რედუქცია წყალბადით არის პირველი რიგის რეაქცია.

განსახილველი პროცესის განსახორციელებლად, არსებობს სითბოს მიწოდების ორი მეთოდი: ან კედელში ან რეაქტორში, მცირე რაოდენობით ფტორი შეჰყავთ, რომელიც წყალბადთან ურთიერთქმედებით გამოყოფს საკმარის სითბოს. ურანის ჰექსაფტორიდის წყალბადით შემცირების მოწყობილობა სითბოს მიწოდების მეთოდის მიხედვით იყოფა ორ ტიპად:

ცხელი კედლის რეაქტორი;

ცივი კედლის რეაქტორი.

ჰექსაფტორიდის აზოტით განზავება შესასვლელში აირების ეკვმოლარულ შემადგენლობამდე არ ამცირებს პროცესის ეფექტურობას. ჭარბი H2-ის შემცირება იწვევს UF4-ის სპეციფიკური სიმძიმის ზრდას. ცხელი კედლის მქონე რეაქტორში ურანის ჰექსაფტორიდის წყალბადით შემცირების პროცესის მნიშვნელოვანი მინუსი არის კედლების გადახურება რეაქციის სითბოს გამო, განსაკუთრებით გაზის ნაკადის გასწვრივ პირველ ზონებში. ეს იწვევს მყარი მასალის შერწყმას და ამიტომ საჭიროა პერიოდულად შეწყდეს სამუშაოები და გაწმინდოს კედლები. როგორც წესი, რეაქტორი მუშაობს 78 საათის განმავლობაში და შემდეგ ჩერდება გაწმენდისთვის. რეაქტორის ვიბრაცია აუცილებელია რბილი ფხვნილის კედლებზე UF 4-ის დაგროვების თავიდან ასაცილებლად.

გამოსავალი აღმოჩნდა UF6 და F 2-ის ერთობლივი მიწოდების სახით რეაქტორში. წყალბადის წვის რეაქციის სიცხის გამო ფტორში.

H 2 + F 2 \u003d 2HF + 30,6 კჯ / მოლ

ჩირაღდანში აღგზნებულია ურანის ჰექსაფტორიდის რედუქციის რეაქცია წყალბადთან. სურათი 13 გვიჩვენებს აპარატის დიზაინს ცხელი კედლებით.

ბრინჯი. 13. აპარატურა ცხელი კედლებით ურანის ჰექსაფტორიდის შესამცირებლად.

რეაქტორი არის ვერტიკალური მილი (ნახ. 13), რეაქტორის ზედა ფლანგში დამონტაჟებულია საქშენი რეაქტორის აირების შერევისა და რეაქტორის ზონაში შეყვანისთვის. სამსაფეხურიანი გათბობა.

ცივი კედლების მქონე რეაქტორში განხორციელებული ასეთი მეთოდი საკმაოდ დამაკმაყოფილებელია როგორც საოპერაციო მახასიათებლებით, ასევე წარმოებული ურანის ტეტრაფტორიდის ხარისხით. თუმცა, F 2-ის დაწვის საჭიროება გაცილებით იაფად HF-ში ამცირებს ამ დამუშავების მეთოდის ეკონომიურ ეფექტურობას.

სისტემაში გარკვეული ქიმიური რეაქციების განხილვა იწყება თერმოდინამიკური ანალიზით, რაც საშუალებას გვაძლევს შევაფასოთ ქიმიური გარდაქმნების ყველაზე სავარაუდო ვარიანტები, მათი თანმიმდევრობა და სიღრმე, ძირითადი გარე ფაქტორების (ტემპერატურა, წნევა) გავლენა პროცესების მიმდინარეობაზე.

აირისებურ მეთოდებში UF 6-ის ჰიდროლიზი ტარდება ამაღლებულ ტემპერატურაზე (ჩვეულებრივ 473-973 K-ზე). ამიტომ უფრო სწორია ამ პროცესს პიროჰიდროლიზი ვუწოდოთ. წყალბადის თანდასწრებით რეალურ პროცესებში მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული UF6 გარდაქმნების ორი მრავალსაფეხურიანი ჯაჭვის არსებობა, რაც იწვევს მყარი შუალედური ნაერთების წარმოქმნას.

გარდაქმნების ჯაჭვი UF 6 → UO 2 F 2 → UO 2:

6 + 2H 2 O \u003d UO 2 F 2 + 4HF 2 F 2 + H 2 \u003d UO 2 + 2HF 2 F 2 + H 2 O \u003d UO 3 + 2HF 3 + H 2 \u003d UO 2 + H 2 2 F 2 + 2/3H 2 O +1/3H 2 = UO 2,67 + 2HF 2,67 + 2/3H 2 = UO 2 + 2/3H 2 O 2 F 2 + H 2 = 1/2UO 2 + 1/2UF 4 + H2O

/ 2UF 4 + H 2 O \u003d 1 / 2UO 2 + 2HF

გარდაქმნების ჯაჭვი UF 6 → UF 4 → UO 2:

6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF, 4 + 2H 2 O \u003d UO 2 + 4HF.

ურანის ჰექსაფტორიდის ურთიერთქმედების საერთო რეაქცია წყალბადისა და წყლის ორთქლის ნარევთან არის რეაქცია:

UF 6 + 2H 2 O + H 2 \u003d UO 2 + 6HF.

სისტემაში ურთიერთქმედების თერმოდინამიკური ანალიზი UF 6 - H 2 O - H 2 შედგება ძირითადი თერმოდინამიკური პარამეტრების განსაზღვრაში და პროცესის პირობების განსაზღვრაში. ტემპერატურის გავლენის შეფასებისას ქიმიური რეაქციების მიმდინარეობის ზოგად ბუნებაზე UF 6-ის გაზის გარდაქმნის პროცესებში, შეიძლება აღინიშნოს, რომ ტემპერატურის ზრდამ ხელი უნდა შეუწყოს დეფლუორაციას და გარდაქმნის რეაქციის ურანილის ფტორიდის პროდუქტიდან თანდათან გადასვლას. ოქსიდის სისტემებისთვის. გამომდინარე იქიდან, რომ დეფლუორაციის რეაქციები მიმდინარეობს სისტემის მოცულობის ზრდით, სისტემაში მთლიანი წნევის შემცირებამ უნდა შეუწყოს ხელი ურანის ოქსიდების წარმოებას ნარჩენი ფტორის უფრო დაბალი შემცველობით.

გარდაქმნების ჯაჭვი ურანის ჰექსაფტორიდის ჟანგბად-წყალბად გარდაქმნის დროს.

ტრანსფორმაციის ჯაჭვი:

UF 6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF,

UF 4 + 2H 2 O \u003d UO 2 + 4HF,

H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O,

ან 6 + 2H 2 O \u003d UO 2 F 2 + 4HF, 2 F 2 + H 2 \u003d UO 2 + 2HF,

ან 2 F 2 + H 2 O \u003d UO 3 + 2HF

UO 3 + H 2 \u003d UO 2 + H 2 O

რედუქციური ჰიდროლიზის საერთო რეაქცია ჟანგბად-წყალბადის ცეცხლში შეიძლება ჩაიწეროს შემდეგნაირად:

UF 6 (გ) + H 2 გ + O 2 გ → UO 2 ტელევიზორი + 6HF + H 2 O ნარჩენი

გიბსის ენერგიის ცვლილებების მიმდინარეობა ტემპერატურის მატებასთან ერთად, რომელიც ხდება ურანის ჰექსაფტორიდის წყლის ორთქლით ჰიდროლიზის დროს, დადებითად მოქმედებს ჰიდროლიზის სიღრმეზე და ურანილის ფტორის წყალბადის შემდგომ შემცირების რეაქციაზე. უნდა აღინიშნოს, რომ ურანილის ფტორიდის ტრიოქსიდში ჰიდროლიზი შექცევადია და შედარებით მაღალ ტემპერატურაზე მიმდინარეობს წინა მიმართულებით.

UО 2, UO 3, UF 4, U(OH) 4, Н 2 О, UО 2 F 2 აღმოჩნდა ალი რეაქტორის რეაქციის პროდუქტებში (ტემპერატურა დაახლოებით 1300°C). საბოლოო პროდუქტის დამაბინძურებელი ძირითადი ელემენტი იყო ფტორი, რომლის შემცველობა იყო 4-8%.

ალი პიროჰიდროლიზით მიღებულ პროდუქტში ფტორის შემცველობა მნიშვნელოვნად შემცირდა წყალბადში თერმული დამუშავებისას 1000°C-ზე და მიაღწია 3·10-3-ზე ნაკლებ მნიშვნელობას, რაც საკმაოდ დამაკმაყოფილებელია. საწყისი პროდუქციის მიწოდება ორგანიზებულია შემდეგნაირად. სამი აირი (UF 6 , O 2 და F 2) შედის ცენტრალური მილის მეშვეობით, ხოლო H 2 - რგოლოვანი უფსკრულიდან; F 2 ემსახურება მხოლოდ დასაწყისში UF 6-ის წყალბადთან ურთიერთქმედების პროცესის დასაწყებად.

5 HEU-LEU პროცესი

HEU-LEU ტექნოლოგია მოიცავს ოპერაციებს მაღალი გამდიდრებული ურანის (HEU) დაბალ გამდიდრებულ ურანში (LEU) გადაქცევისთვის. ასეთი კონვერტაციის საჭიროება გაჩნდა 1990-იანი წლების შუა ხანებში შეერთებული შტატებისა და რუსეთის ორმხრივი განიარაღების შედეგად. ადრე წარმოებული მაღალგამდიდრებული (90%) ურანი უნდა გარდაიქმნას დაბალ გამდიდრებულ (1.6 - 4.4%) ურანში, რომელიც შესაფერისია მშვიდობიანი გამოყენებისთვის VVER-ისთვის საწვავის ელემენტების წარმოებისთვის. პრობლემა მოგვარებულია მაღალგამდიდრებული ურანის დაბალ გამდიდრებული ურანის განზავებით ფტორირების ეტაპზე. ვინაიდან ურანის ჰექსაფტორიდი არის აირისებრი ნაერთი, ამგვარად მიიღწევა ნარევის ერთგვაროვანი ჰომოგენიზაცია. ასეთი შერევის უპირატესობებია ბირთვული უსაფრთხოების უზრუნველყოფის ნაკლებად ძვირადღირებული ორგანიზაცია და შერეული პროდუქტების დოზირების საჭირო სიზუსტე, შერევის პროცესის კონტროლის ეფექტურობა. ასეთი წარმოების სამრეწველო ტექნოლოგიური სქემა ნაჩვენებია სურ.14-ზე.

ნახ.14 HEU-LEU პროცესის ტექნოლოგიური სქემა.

LEU ექვემდებარება მაღალი სისუფთავის მოთხოვნებს. კერძოდ, მან უნდა უზრუნველყოს შინაარსი

პლუტონიუმი< 0,05 Бк/г U

ნეპტუნია< 0,01 Бк/г U

ურანი -234< 10 000 мкг/г U - 235

ურანი -236< 5 000 мкг/г U - 235

ამ მოთხოვნებიდან გამომდინარე, ტექნოლოგიურ სქემაში დაინერგა ორი დამატებითი ოპერაცია იარაღის ხარისხის ურანის ელემენტარული მდგომარეობიდან მის ჰექსაფტორიდზე გადატანისა და დაბალ გამდიდრებული ურანით განზავების მიზნით:

პირველი, დაინერგა პლუტონიუმიდან, დაშლის პროდუქტებიდან და დოპანტებიდან მაღალ გამდიდრებული ურანის ოქსიდების მოპოვების ეტაპი.

მეორეც, მოეწყო ურანის გამხსნელის ჰექსაფტორიდის წარმოება ბუნებრივი შარდიდან ურანი-235-ის 1,5%-იანი შემცველობით ურანი-234 და ურანი-236 იზოტოპების შემცირებული შემცველობით. ცხრილი 1 გვიჩვენებს, რომ იარაღის ხარისხის ურანის ბირთვულ საწვავად გადამუშავების ტექნოლოგიაში ყველაზე მნიშვნელოვანი ელემენტია მაღალ გამდიდრებული ურანის ოქსიდების ფტორირება. ფტორირებად მიეწოდება ურანის ფხვნილი ოქსიდი (ტრიურანის ოქტოქსიდი) და ფტორი, რომელიც ადრე იყო გაწმენდილი წყალბადის ფტორიდან ამ უკანასკნელის სელექციური სორბციის მეთოდით ნატრიუმის ფტორიდის გრანულებზე. ფტორირების რეაქცია მიმდინარეობს 350-400 °C ტემპერატურაზე. ფტორირების პროცესი ტარდება უწყვეტ რეჟიმში რეაგენტების მყარი და აირისებრი ფაზების ერთი პარტიის დამუშავების დროს. მყარი ფხვნილის ნარჩენები ფტორირებადან, რომლებშიც კონცენტრირებულია რადიონუკლიდური დაშლის პროდუქტების არამდგრადი ფტორიდები, კოროზიის პროდუქტები (Fe, Ni, Cu ფტორიდები), აგრეთვე არაასტაბილური პლუტონიუმის ფტორიდები, რომლებიც მიკროსკოპული რაოდენობითაა ურანში, დამუშავების შემდეგ. ან ურანის ოქსიდების მეტი პარტია, იტვირთება რეაქტორიდან და იგზავნება ურანის მოსაპოვებლად. გაზის ფაზა, რომელიც ტოვებს რეაქტორს, გადის ორეტაპიან ფილტრაციაში ჩასმული მყარი ფაზიდან და შედის გაზის ნაკადიდან მიღებული ურანის ჰექსაფტორიდის დესუბლიმაციაში. გარდა ამისა, პირველ ტექნოლოგიურ ჯაჭვში, დესუბლიმაციამდე, გაზის ნაკადი გადის სორბციულ სვეტში, რომელშიც პლუტონიუმი, რომელმაც სუბლიმაცია განიცადა ურანის ჰექსაფტორიდთან ერთად, შერჩევით იკავებს რეაქციის მიხედვით.

დესუბლიმატორში შეგროვებული ურანის ჰექსაფტორიდი, როდესაც დეზუბლიმატორი გალღობა ხდება, ექვემდებარება ვაკუუმურ ვარჯიშს, რათა მისგან ამოიღონ კონდენსირებადი აირები და წყალბადის ფტორიდი მინარევები, რის შემდეგაც ურანის ჰექსაფტორიდი ხელახლა კონდენსირდება დესუბლიმატორიდან სატრანსპორტო კონტეინერებში და იგზავნება მომხმარებლისთვის. (იზოტოპების გამყოფი ქარხანა).

დეზუბლიმატორის შემდეგ დამუშავების გაზები, რომლებიც შეიცავს ძირითადად არაკონდენსირებად აირებს F2, 02 და სხვა, იწმინდება ურანის ჰექსაფტორიდისგან ნატრიუმის ფტორიდის გრანულებზე დაჭერით რეაქციის მიხედვით:

F 6 + 2 Na F \u003d U F 6 2 Na F,

შემდეგ კი იგზავნება ფტორის გასანეიტრალებლად და გაზის გამწმენდ სისტემაში სანიტარიული გაწმენდისთვის, ქარხანაში ტექნოლოგიური პროცესების ტექნიკის დიზაინი განისაზღვრება დამუშავებული მასალების და რეაგენტების თვისებებით, რომელთაგან მთავარია;

ფტორის, წყალბადის ფტორიდის, ურანის ჰექსაფტორიდის და პროცესში ჩართული სხვა აქროლადი და არაასტაბილური ფტორის მაღალი ქიმიური ტოქსიკურობა. ქიმიური საშიშროების თვალსაზრისით, მათი უმეტესობა მიეკუთვნება 1 კლასს;

მაღალი გამდიდრებული ურანის და მასში არსებული სხვა ნუკლიდების მაღალი რადიოტოქსიკურობა: პლუტონიუმის, ურანი-232-ის და მათი დაშლის პროდუქტების კვალი რაოდენობა; ეს კლასიფიცირებს დამუშავებულ მასალას A კლასის ნივთიერებებისთვის რადიო საფრთხის თვალსაზრისით;

უაღრესად გამდიდრებული ურანი არის ბირთვული საშიში, ანუ გარკვეულ პირობებში შეიძლება მოხდეს დაშლის სპონტანური ჯაჭვური რეაქცია (SCR).

ობიექტში ბირთვული უსაფრთხოების საკითხები მოგვარებულია იმით, რომ ყველა პროცესსა და დამხმარე მოწყობილობას, მათ შორის: ფტორინატორის რეაქტორს, ბუნკერს, დესუბლიმატორს, სორბციის სვეტებს, სანიტარული ფილტრებს, აქვს ან ბირთვული უსაფრთხო გეომეტრია ან შეზღუდვები მოცულობასა და დატვირთვაზე. აპარატის და ძლიერ გამდიდრებული ურანის ერთდროულად დამუშავებული პარტიის ზომა

დასკვნა

მიუხედავად იმისა, რომ დაბალი გამდიდრების ურანი არის ღირებული ნედლეული მაღალ გამდიდრებული ურანის წარმოებისთვის, დაბალი გამდიდრების აირის დიფუზიის ქარხნები ადვილად არ შეიძლება გადაკეთდეს მაღალ გამდიდრებული ურანის წარმოებაში. მაღალი გამდიდრება მოითხოვს ბევრ მცირე ეტაპს, გამდიდრების ფაქტორის მკვეთრი ვარდნისა და კრიტიკულობის პრობლემების გამო (ურანის კრიტიკული მასის დაგროვება) დიდ ბლოკებში.

გამდიდრების სისტემის უზარმაზარი ზომა იწვევს პროდუქტის გასვლამდე მასალით (გამდიდრებული ნივთიერებით) შევსებას. როგორც წესი, ეს წონასწორობის დრო 1-3 თვეა. აირის დიფუზიის ტექნოლოგია ფართოდ იქნა გამოყენებული ბევრ ქვეყანაში, თუნდაც არგენტინამ დააარსა სამუშაო გამდიდრების ქარხანა თავისი ფარული იარაღის პროგრამისთვის (ახლა შეწყვეტილია). 1979 წელს მთელი ურანის 98%-ზე მეტი ამ პროცესით იწარმოებოდა. 1980-იანი წლების შუა პერიოდისთვის ცენტრიფუგაციის მეთოდის დანერგვით ეს წილი 95%-მდე დაეცა.

იზოტოპების გამოყოფის დომინანტური მეთოდი ახალი ინდუსტრიებისთვის, თუმცა არსებული ობიექტები ძირითადად აირისებრი დიფუზიაა. თითოეული ცენტრიფუგა უზრუნველყოფს გაცილებით მაღალ განცალკევებულ ფაქტორს, ვიდრე ერთი გაზის ეტაპი. გაცილებით ნაკლები ეტაპია საჭირო, მხოლოდ დაახლოებით ათასი, თუმცა თითოეული ცენტრიფუგის ღირებულება გაცილებით მაღალია.

გაზის ცენტრიფუგაცია მოითხოვს აირის დიფუზიისთვის საჭირო ენერგიის ~ 1/10-ს (მისი ენერგომოხმარება არის 100-250 კვტ/სთ/მფ-კგ) და გაადვილებს სკალირების საშუალებას.

განვითარებადი ბირთვული ქვეყნებიდან ამ საკმაოდ დახვეწილ ტექნოლოგიას პაკისტანი და ინდოეთი ფლობენ.

ბევრი ქვეყანა აცხადებს პროგრამებს ბირთვული ენერგიის რეაქტორების ფლოტის შესაქმნელად ან განვითარებისთვის. მსოფლიო ბირთვული ასოციაციის პროგნოზის მიხედვით, 2020 წლისთვის მსოფლიოში ატომური ელექტროსადგურების დადგმული სიმძლავრე გაიზრდება ამჟამინდელი 360 გიგავატიდან (2007 წ.) 446 გვტ-მდე. შესაბამისად, გაიზრდება ურანის გამდიდრების საჭიროება, ვინაიდან არსებული და დაგეგმილი რეაქტორების უმეტესობა საწვავად იყენებს 3,5-4%-მდე გამდიდრებულ ურანს 235U იზოტოპში.

ზოგადად, ევროპული გამდიდრების კომპანიების განვითარებას აქვს მყარი საფუძველი საიმედო ტექნოლოგიის, მნიშვნელოვანი არსებული სიმძლავრეებისა და საიმედო ცენტრიფუგის საწარმოო ბაზის სახით.

ლიტერატურა

1. გრომოვი ბ.ვ. ურანის ქიმიური ტექნოლოგიის შესავალი, M. Gosatomizdat, 1978 წ.

ბირთვული ენერგიის ტექნოლოგიის სახელმძღვანელო: თითო. ინგლისურიდან / F. Rahn, A. Adamantiades, J. Kenton, C. Brown; რედ. V.A. ლეგასოვა. -მ.: ენერგოატომიზდატი, 1989.-752გვ.

გალკინი N.P., Mayorov A.A., Veryatin I.D. ურანის ფტორიდის ნაერთების ქიმია და ტექნოლოგია, M.: Gosatomizdat, 1961 წ.

ჩ.ჰარინგტონი, ა.რულე ურანის წარმოების ტექნოლოგია, მ.: გოშიმიზდატი, 1961 წ.

ვ.

ჟიგანოვი A.N., Guzeev V.V., Andreev G.G. ურანის დიოქსიდის, როგორც კერამიკული ბირთვული საწვავის ტექნოლოგია, ტომსკი, 2003 წ.

შევჩენკო ვ.ბ., სუდარიკოვი ბ.ნ. ურანის ტექნოლოგია. - მ.: გოსატომიზდატი, 1961 წ.

მაიოროვი A.A., Bravermann I.B. კერამიკული ურანის დიოქსიდის ფხვნილების წარმოების ტექნოლოგია. მ.: ენერგოატომიზდატი, 1985 წ.

Smiley S. Instrumentation of heterogeneous processes in Uranium Technology.-M.: Gosatomizdat, 1963 წ.

Actinide Chemistry, რედაქტორი J. Katz, G. Seaborg, L. Morss. ტომი 1. M. "Mir", 1991 წ.

Peterson Z, Wymer R. ქიმია ბირთვულ ინდუსტრიაში.-M.: Atomizdat, 1967 წ.

ურანის იზოტოპების სამრეწველო გამოყოფა დაიწყო შეერთებულ შტატებში მანჰეტენის პროექტის ფარგლებში ატომური იარაღის წარმოებისთვის. 1943 წლის ნოემბერში დასრულდა U-12 ელექტრომაგნიტური ქარხნის მშენებლობა Oak Ridge-თან ახლოს. მეთოდის იდეა ემყარება იმ ფაქტს, რომ უფრო მძიმე იონი აღწერს უფრო დიდი რადიუსის რკალს მაგნიტურ ველში, ვიდრე ნაკლებად მძიმე. ამ გზით შესაძლებელია ერთი და იმავე ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპების გამოყოფა. სამუშაო ჩატარდა ციკლოტრონის გამომგონებლის, ე.ლოურენსის ხელმძღვანელობით. ურანის იზოტოპების გამოყოფის ტექნოლოგიური პროცესი ორეტაპიანი იყო ( ა- და p- ეტაპები). გამყოფი ერთეულის (კალუტრონის) დიზაინი გამოიყურებოდა დიდ ოვალს, რომელიც შედგებოდა 96 მაგნიტისა და 96 მიმღები კამერისგან (რბოლა, ე.ი. სარბოლო ტრასა). U-12 ქარხანა შედგებოდა ხუთი "-ინსტალაციისგან (თითოეული 9 იპოდრომიდან), სამი p-ინსტალაციისგან რვა იპოდრომით 36 მაგნიტით, ქიმიური და სხვა დამხმარე ნაგებობებით. კალუტრონს ჰქონდა გიგანტური ელექტრომაგნიტი, რომლის სიგრძე 75 მ-ს აღწევდა და დაახლოებით 4000 ტონას იწონიდა. რამდენიმე ათასი ტონა ვერცხლის მავთული შევიდა გრაგნილებში ამ ელექტრომაგნიტისთვის.

Oak Ridge-ში აგებული კიდევ ერთი გიგანტური (4000 ჰექტარი შენობების ქვეშ, იმ დროისთვის ყველაზე დიდი შენობა მსოფლიოში ერთ ჭერქვეშ) ქარხანა იყო K-25 ქარხანა. გაზის დიფუზიის პროცესი ეფუძნება მოლეკულური დიფუზიის ფენომენს. თუ ურანის აირისებრი ნაერთი (UFb) ამოტუმბულია ფოროვან დანაყოფში, მაშინ მსუბუქი მოლეკულები, რომლებიც შეიცავს 235U, უფრო სწრაფად შეაღწევენ დანაყოფს, ვიდრე მძიმე მოლეკულები, რომლებიც შეიცავს 235U. დიფუზია ხორციელდება ტიხრის მეშვეობით, რომელიც წარმოადგენს ფოროვან თხელი მეტალის მემბრანას რამდენიმე მილიონი ნახვრეტით (დიამეტრი ~ 0-3 მმ) კვადრატულ სანტიმეტრზე. პროცესი ბევრჯერ მეორდება და ის გამდიდრების 3024 ეტაპს მოითხოვს. თავიდან გარსები სპილენძისგან იყო დამზადებული, შემდეგ კი ნიკელზე გადავიდნენ. 1944 წლის გაზაფხულზე დაიწყო ფილტრების სამრეწველო წარმოება. ეს გარსები მოხრილი იყო მილებში და მოათავსეს ჰერმეტულ ღრუში - დიფუზიის კამერაში.

36.06. 1944 Oak Ridge-ში ამოქმედდა თერმოდიფუზიური ქარხანა 550. თხევადი თერმული დიფუზიის პროცესი მიმდინარეობს სვეტში, რომელიც წარმოადგენს გრძელ (15 მ სიმაღლის) ვერტიკალურ მილს, რომელიც გაცივებულია გარედან და შეიცავს გაცხელებულ ცილინდრს შიგნით. იზოტოპების გამოყოფის ეფექტი ასეთ სვეტში განპირობებულია იმით, რომ მსუბუქი ფრაქცია გროვდება შიდა ცილინდრის ცხელ ზედაპირზე და მოძრაობს ზემოთ კონვექციის კანონის გამო. სვეტები სამ ჯგუფად იყო მოწყობილი. თითოეულს ჰქონდა 7 ზოლი, სულ 2142 სვეტი.

უაღრესად გამდიდრებული ურანის პირველი ატომური ბომბისთვის "Kid"-ისთვის, ბუნებრივი ნედლეული (0,7%) პირველად გადაიტანეს აირისებრ ფაზაში (UFe). ქარხანამ 55o განახორციელა საწყისი გამდიდრება 0,86%-მდე თერმული დიფუზიის მეთოდით. მცენარე K25თერმული დიფუზიის მეთოდმა გამდიდრება 7%-მდე გაზარდა. ურანი გადაიქცა მყარად UV 4, შემდეგ გამდიდრება მიიყვანა 15%-მდე α-კალუტრონის გამოყენებით და ბოლოს, UF 4 მიიღეს 90% გამდიდრებით 29$-ზე p-კალუტრონის გამოყენებით. ატომური ბომბის დამუხტვა გაკეთდა ამ პროდუქტისგან (ქვემეხის სქემა).

რუსეთში ურანის იზოტოპების გამოყოფის პირველი ქარხნები დაფუძნებული იყო გაზის დიფუზიის პრინციპზე, შემდეგ გადავიდა ულტრაცენტრიფუგაციის მეთოდზე.

1945 წელს ვერხ-ნეივინსკში (შუა ურალი, სვერდლოვსკის რეგიონი, ახლა ნოვურალსკი) დაიწყო ქარხნის No813 (ახლანდელი ურალის ელექტროქიმიური კომბინატი, UEIP) მშენებლობა ურანის გამდიდრებისთვის. D-1 გაზის დიფუზიური ქარხანა, აღჭურვილი OK სერიის მანქანებით, ექსპლუატაციაში შევიდა 1949 წელს, D-3 ქარხანა, რომელიც აღჭურვილი იყო T სერიის მანქანებით, 1951 წელს და D-4 ქარხანა (ცალკე დიფუზიის კასკადი, რომელსაც შეუძლია დამოუკიდებლად. მწარმოებელი 90% ) - 1953 წელს. 1949 წელს ძლიერ გამდიდრებული (75% 2 c$c)პირველი საბჭოთა პლუტონიუმის ატომურ ბომბში მუხტის ნაწილად გამოყენებული ურანი. 1957 წელს UEIP-ში ამოქმედდა ცენტრიფუგის ქარხანა, 1960 წელს დაიწყო მსოფლიოში პირველი ურანის გადამამუშავებელი ქარხნის შექმნა ცენტრიფუგის ტექნოლოგიაზე დაფუძნებული, რის შემდეგაც 1964 წელს ქარხანა მიყვანილ იქნა სრული დატვირთვით, 1980 წელს პირველი სამრეწველო ქარხანა შევიდა კომერციულად. მეექვსე თაობის გაზის ცენტრიფუგების პარტია. 1987 წელს სრულად დასრულდა გამდიდრებული ურანის სამრეწველო წარმოების გაზის დიფუზიის ეტაპი. 1995 წელს, UEIP ტექნოლოგიის გამოყენებით, დაიწყო ატომური ელექტროსადგურებისთვის მოპოვებული უაღრესად გამდიდრებული ურანის (HEU) სამრეწველო გადამუშავება, რომელიც მოპოვებული იყო ლიკვიდირებული ბირთვული იარაღიდან დაბალ გამდიდრებულ ურანში (LEU).

ურანის იზოტოპური გამდიდრების კიდევ ერთი საწარმო იყო ანგარსკის ელექტროქიმიური კომბინატი, AECC. მისი მშენებლობა ანგარსკის სამხრეთ-დასავლეთით დაიწყო 1954 წლის 10 აპრილს. ამ მძლავრმა სეპარაციის ქარხანამ მკვეთრად გაზარდა ქვეყანაში გამდიდრებული ურანის წარმოება (გამდიდრებული ურანის ჰექსაფტორიდის წარმოებისთვის) 1957 წლის 21 ოქტომბერს, პირველი ეტაპი ექსპლუატაციაში შევიდა 308 გაზის დიფუზიური მანქანა და მიიღეს პირველი გამდიდრებული ურანი. 1990 წლის 12/14/1990 მოხდა გაზის ცენტრიფუგების გაშვება ურანის იზოტოპების გამოყოფისთვის. ამჟამად, ქარხნის ძირითადი საქმიანობაა ურანის ოქსიდის ურანის ჰექსაფტორიდად გადაქცევის მომსახურება; ურანის ტეტრაფტორიდის ურანის ჰექსაფტორიდად გარდაქმნით; ურანის გამდიდრება დამკვეთის მიერ მოწოდებული ნედლეულით; გამდიდრებული ურანის მარაგი ჰექსაფტორიდის სახით. გაუვრცელებლობის რეჟიმის მოთხოვნებთან საიმედო შესასრულებლად, სს AECC-მ დააარსა მსოფლიოში პირველი ურანის გამდიდრების ცენტრი და ბირთვული საწვავის ბანკი IAEA-ს გარანტიების ქვეშ.

მესამე გადამამუშავებელი ქარხანა არის ციმბირის ქიმიური ქარხნის (SCC) ნაწილი, რომელიც აშენდა ტომსკის რეგიონში (სევერსკში) 1950-იანი წლების დასაწყისში. SCC - ბირთვული ტექნოლოგიური ციკლის ერთიანი კომპლექსი ატომური იარაღის კომპონენტების შესაქმნელად, რომელიც დაფუძნებულია ფისილურ მასალებზე. იზოტოპების გამყოფი ქარხანა აწარმოებს გამდიდრებულ ურანს ბირთვული ენერგიისთვის. 1973 წლამდე ხდებოდა გაზის დიფუზიური გამოყოფა, მოგვიანებით - ცენტრიფუგა. ასევე იწარმოება ქსენონის, კალის, სელენის და სხვა სტაბილური იზოტოპები. სუბლიმაციის ქარხანა აწარმოებს ურანის შემცველ პროდუქტებს, მათ შორის მაღალ გამდიდრებულ ურანს, ურანის ოქსიდს საწვავის ღეროებისთვის და შჩ> იზოტოპური გამდიდრებისთვის.

მეოთხე გამდიდრების ქარხანაა OAO PO ელექტროქიმიური ქარხანა (ყოფილი კრასნოიარსკი-45, ახლა ზელენოგორსკი, კრასნოიარსკის ტერიტორია). 1962 წლის 30 ოქტომბერს ამ საწარმოში ამოქმედდა ურანის იზოტოპების წარმოებისთვის გაზის დიფუზიური მანქანების პირველი ეტაპი. 1964 წელს დაინერგა ურანის გამდიდრების ტექნოლოგია გაზის ცენტრიფუგების გამოყენებით. 1988 წლიდან ქარხნის მთავარი პროდუქტია დაბალი გამდიდრებული ურანი, რომელიც გამოიყენება ატომურ ელექტროსადგურებში საწვავად. გარდა ამისა, 1972 წლიდან ECP, გაზის ცენტრიფუგის ტექნოლოგიის გამოყენებით, აწარმოებს იზოტოპურ პროდუქტებს და უაღრესად სუფთა ნივთიერებებს.

1957 წლის 4 ოქტომბერს პირველი საბჭოთა თანამგზავრის გაშვება მხიარულად იყო ცნობილი მთელმა მსოფლიომ. და მოვლენა, რომელიც მოხდა იმავე წლის 4 ნოემბერს ვერხ-ნეივინსკში, დიდი ხნის განმავლობაში საიდუმლოდ რჩებოდა მსოფლიოში საუკეთესო დაზვერვისთვის. იქ ამოქმედდა საპილოტე ქარხანა, სადაც ურანი გამდიდრდა ცენტრიფუგის იზოტოპური გამოყოფით.

ალექსანდრე ემელიანენკოვი

ბირთვული იარაღის შექმნის გარიჟრაჟზე, ერთ-ერთი მთავარი პრობლემა იყო ურანის იზოტოპების გამოყოფა. ეს მძიმე რადიოაქტიური ლითონი ბუნებრივად გვხვდება ორი ძირითადი იზოტოპის ნაზავის სახით. ძირითადი წილი (99,3%-ზე ოდნავ ნაკლები) არის ურანი-238. მსუბუქი იზოტოპის - ურანი-235-ის შემცველობა მხოლოდ 0,7%-ია, მაგრამ სწორედ ის არის საჭირო ბირთვული იარაღის შესაქმნელად და რეაქტორების მუშაობისთვის.

იზოტოპების გამოყოფა ადვილი არ არის. მათი ქიმიური თვისებები იდენტურია (ისინი ხომ ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტია) და ატომური მასის სხვაობა 1%-ზე ოდნავ მეტია, ამიტომ გამოყოფის ფიზიკურ მეთოდებს უნდა ჰქონდეს ძალიან მაღალი სელექციურობა. ეს საკითხი 1950-იან წლებში გახდა ერთ-ერთი გადამწყვეტი მომენტი, რომელმაც განსაზღვრა საბჭოთა ბირთვული ინდუსტრიის წარმატება და საფუძველი ჩაუყარა რუსეთის ბირთვული ინდუსტრიის თანამედროვე კონკურენტუნარიანობას მსოფლიო ბაზარზე.

საცრის მეშვეობით

გამოყოფის უმარტივესი მეთოდია აირისებური დიფუზია - აირისებრი ნედლეულის (ურანის ჰექსაფტორიდი) „გადაწევა“ წვრილ ფოროვან მემბრანაში, ხოლო სხვადასხვა იზოტოპები ფორებში სხვადასხვა სიჩქარით ვრცელდება. ეს იყო გაზის დიფუზია, რომელიც გახდა პირველი მეთოდი, რომელიც გამოიყენებოდა ურანის-235 კომერციული რაოდენობის მისაღებად პირველ გამდიდრების ქარხნებში. შეერთებულ შტატებში, მანჰეტენის პროექტისთვის აირის დიფუზიის სფეროში განვითარებულ მოვლენებს ხელმძღვანელობდა ნობელის პრემიის ლაურეატი ჰაროლდ ური. სსრკ-ში 1954 წლამდე ამ მიმართულებას ხელმძღვანელობდა აკადემიკოსი ბორის კონსტანტინოვი, შემდეგ ის შეცვალა ისააკ კიკოინმა.

თავიდან, როგორც ხშირად ხდება, აირისებური დიფუზიის მეთოდი უფრო ხელმისაწვდომი ჩანდა განსახორციელებლად. მაგრამ ამას მოითხოვდა ელექტროენერგიის უზარმაზარი ხარჯები - საიანო-შუშენსკაიას ჰიდროელექტროსადგური და ბელოიარსკის ატომური ელექტროსადგურის პირველი ეტაპი, როგორც ახლა ირკვევა, ძირითადად ამ მიზნებისთვის აშენდა. ზოგადი მაღალი ღირებულებისა და დაბალი ეფექტურობის გარდა, გაზის დიფუზიის მეთოდი სახიფათო იყო მუშაკებისთვის - ძირითადად მაღალი ტემპერატურისა და მაღაზიებში ხმაურის გამო. გარდა ამისა, დიდი მოცულობის ქიმიურად აქტიური ნარევები წნევის ქვეშ და ეს არის პოტენციური გამონაბოლქვი და გარემოს დაბინძურება. იმავდროულად, გაზის დიფუზიის მეთოდის ალტერნატივა ცნობილია მე-19 საუკუნის ბოლოდან - ეს არის ცენტრიფუგის მეთოდი, რომელიც გვპირდება ძალიან მნიშვნელოვან დანაზოგს: როდესაც 1958 წელს ვერხ-ნევინსკის ქარხანამ მიაღწია დიზაინის რეჟიმს, აღმოჩნდა, რომ ენერგიის მოხმარება თითო გამოყოფის ერთეულზე იყო 20 (!) ჯერ ნაკლები დიფუზიის მეთოდზე და ღირებულება ნახევარზე მეტია. მართალია, მრავალი ტექნოლოგიური სირთულე ელოდა დიზაინერებს ცენტრიფუგების შექმნის გზაზე.

ელექტრომაგნიტური გამოყოფა. დამუხტული ნაწილაკების (იონების) მოძრაობაზე დაყრდნობით მაგნიტურ ველში. ნაწილაკების მასიდან გამომდინარე, მათი ტრაექტორიის გამრუდება განსხვავებულია და ურანის იზოტოპების ბირთვების ატომურ მასაში მცირე განსხვავებაც კი შესაძლებელს ხდის მათ განცალკევებას. ასეთი ობიექტები, სახელად კალუტრონები, გამოიყენებოდა ამერიკულ მანჰეტენის პროექტში, რადგან მათ შესაძლებელი გახადეს ურანის გამდიდრების ძალიან მაღალი ხარისხი რამდენიმე უღელტეხილზე. თუმცა, კალუტრონები ძალიან მოცულობითია, ძვირი შესანახად, მოიხმარენ დიდ ენერგიას და აქვთ დაბალი პროდუქტიულობა, ამიტომ ისინი ამჟამად არ გამოიყენება ურანის სამრეწველო გამდიდრებისთვის.

გერმანული ფესვები

საბჭოთა ცენტრიფუგის ტექნოლოგიის სათავე ნაცისტურ გერმანიაშია, სადაც ატომური პროექტი ურანის გამოყოფის ექსპერიმენტებს ატარებდა. ამ პროექტის ერთ-ერთი მონაწილე, ფიზიკოსი გერონტ ზიპე, სსრკ-ში გაგზავნილ სხვა გერმანელ სამხედრო ტყვეებს შორის იყო. მისი თანამემამულე და სიმამრის, მაქს სტინბეკის ხელმძღვანელობით, ზიპი 1954 წლამდე ეწეოდა ექსპერიმენტულ კვლევებს - ჯერ სოხუმის A ლაბორატორიაში (მომავალი სოხუმის ფიზიკა-ტექნიკური ინსტიტუტი), ხოლო ბოლო ორი წლის განმავლობაში - ქ. სპეციალური დიზაინის ბიურო ლენინგრადის კიროვის ქარხანაში.

როგორც ამ მოვლენების მონაწილეები და თვითმხილველები ადასტურებენ, გერმანელმა მეცნიერებმა არ იცოდნენ კვლევისთვის მასალებზე უარის თქმა. და მათი რეჟიმი თითქმის იგივე იყო, რაც ჩვენი საიდუმლო ბირთვული მეცნიერების, რომლებსაც ისევე მჭიდროდ იცავდნენ ბერიას დეპარტამენტი. 1952 წლის ივლისში, მთავრობის სპეციალური დადგენილებით, სტინბეკი და მისი თანაშემწეები სოხუმის ინსტიტუტიდან გადაიყვანეს ლენინგრადში, კიროვის ქარხნის საპროექტო ბიუროში. უფრო მეტიც, ჯგუფი გააძლიერეს პოლიტექნიკური ინსტიტუტის კურსდამთავრებულებმა ბირთვული კვლევის სპეციალიზებული განყოფილებიდან. ამოცანა იყო ორი ერთეულის დამზადება და ტესტირება Zippe-Steenbeck სქემის მიხედვით. ისინი გულმოდგინედ შეუდგნენ საქმეს, მაგრამ უკვე 1953 წლის პირველ კვარტალში მუშაობა შეჩერდა, ტესტების გარეშე: გაირკვა, რომ შემოთავაზებული დიზაინი არ იყო შესაფერისი მასობრივი წარმოებისთვის.

გაზის დიფუზია. იყენებს ურანის სხვადასხვა იზოტოპების შემცველი გაზის მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარის განსხვავებას (ურანის ჰექსაფტორიდი). განსხვავებული მასა იწვევს მოლეკულების განსხვავებულ სიჩქარეს, რის გამოც ფილტვები მემბრანაში გადის თხელი ფორებით (დიამეტრით შედარებულია მოლეკულების ზომასთან) უფრო სწრაფად, ვიდრე მძიმეები. მეთოდი მარტივი გამოსაყენებელია და გამოიყენებოდა სსრკ-ში ბირთვული ინდუსტრიის გარიჟრაჟზე, აშშ-ში მას დღემდე იყენებენ. თითოეული ეტაპის გამდიდრების ხარისხი ძალიან მცირეა, ამიტომ ათასობით ეტაპია საჭირო. ეს იწვევს ენერგიის დიდ მოხმარებას და მაღალი გამოყოფის ხარჯებს.

Zippe ცენტრიფუგა არ იყო ამ ტიპის პირველი საბჭოთა მანქანა. უფას ომის დროსაც კი, კიდევ ერთი გერმანელი, ფრიც ლანგე, რომელიც გერმანიიდან 1936 წელს გაიქცა, საკისრზე მოცულობითი აპარატი დაამზადა. ამასთან, ექსპერტები, რომლებიც იცნობენ სსრკ-სა და აშშ-ში ატომური პროექტის პერიპეტიებს, აღნიშნავენ Steenbeck ჯგუფის ერთ აბსოლუტურ მიღწევას - დამხმარე განყოფილების ორიგინალურ დიზაინს: როტორი ეყრდნობოდა ფოლადის ნემსს, ხოლო ეს ნემსი - ბიძგების საკისარს. დამზადებულია ზემყარი შენადნობისგან ზეთის აბაზანაში. და მთელი ეს გენიალური დიზაინი იკავებდა სპეციალურ მაგნიტურ საკიდს როტორის ზედა ნაწილში. მისი დაწინაურება ოპერაციულ სიჩქარეზე ასევე განხორციელდა მაგნიტური ველის საშუალებით.

სანამ Steenbeck ჯგუფის პროექტი ჩაიშალა, იმავე 1953 წლის თებერვალში ექსპლუატაციაში შევიდა გაზის ცენტრიფუგა ხისტი როტორით, რომელიც შექმნილია საბჭოთა ინჟინრის ვიქტორ სერგეევის მიერ. ერთი წლით ადრე, სერგეევი კიროვის ქარხნის სპეციალური საპროექტო ბიუროს სპეციალისტების ჯგუფთან ერთად, სადაც ის მაშინ მუშაობდა, გაგზავნეს სოხუმში, რათა გაეცნო სტინბეკისა და მისი გუნდის ექსპერიმენტებს. ”სწორედ მაშინ დაუსვა მან სტინბეკს ტექნიკური შეკითხვა პიტოტის მილების სახით გაზის აღების მოწყობილობების ადგილმდებარეობის შესახებ,” - ოლეგ ჩერნოვი, ტოჩმაშის წარმოების ასოციაციის ცენტრიფუგის წარმოების ვეტერანი, რომელიც კარგად იცნობდა სერგეევს და მუშაობდა მასთან. მნიშვნელოვანი დეტალები გაამხილა. კითხვა იყო წმინდა ტექნიკური და შეიცავდა, ფაქტობრივად, მინიშნებას, თუ როგორ უნდა გამხდარიყო ცენტრიფუგის დიზაინი. მაგრამ დოქტორი სტინბეკი კატეგორიული იყო: ”ისინი შეანელებენ დინებას, გამოიწვევენ ტურბულენტობას და არ იქნება განცალკევება!” წლების შემდეგ, მემუარებზე მუშაობისას, ნანობს: „ჩვენგან ღირსეული იდეა! მაგრამ ეს არასდროს მომსვლია თავში..."

გაზის ცენტრიფუგაცია, სწრაფად მბრუნავი როტორის გამოყენებით, ატრიალებს გაზის ნაკადს ისე, რომ ურანის მძიმე იზოტოპების შემცველი მოლეკულები ცენტრიფუგული ძალით გარე კიდეებზე იშლება, ხოლო მსუბუქიები ცილინდრის ღერძთან უფრო ახლოს. ცენტრიფუგები გაერთიანებულია კასკადებად, რომლებიც აწვდიან ნაწილობრივ გამდიდრებულ მასალებს თითოეული ეტაპის გამოსვლიდან მომდევნო ეტაპზე - ამ გზით შესაძლებელია ურანის მიღება თუნდაც ძალიან მაღალი ხარისხის გამდიდრებით. ცენტრიფუგები არის მარტივი მოვლა, საიმედო და აქვთ ზომიერი ენერგიის მოხმარება. მეთოდი გამოიყენება რუსეთსა და ევროპის ქვეყნებში.

ოლეგ ჩერნოვის თქმით, გერმანიაში გამგზავრებამდე ზიპს შესაძლებლობა ჰქონდა გაეცნო სერგეევის ცენტრიფუგის პროტოტიპს და მისი მუშაობის გენიალურად მარტივ პრინციპს. ერთხელ დასავლეთში, "ცბიერი Zippe", როგორც მას ხშირად უწოდებდნენ, დააპატენტა ცენტრიფუგის დიზაინი 13 ქვეყანაში. საბჭოთა ატომური განყოფილების პირველმა პირებმა, რომლებმაც შეიტყვეს ასეთი ინტელექტუალური მოტყუების შესახებ, არ ატეხეს აურზაური - თუ მიჰყვებით ოფიციალურ ვერსიას, "ისე, რომ არ გამოიწვიოთ ეჭვი და გაზრდილი ინტერესი ამ თემის მიმართ აშშ-ს სამხედრო-ტექნიკური დაზვერვის მხრიდან. " დაე, იფიქრონ, რომ საბჭოთა კავშირი კმაყოფილია გაზის დიფუზიის არაეკონომიური მეთოდით... 1957 წელს, აშშ-ში გადასვლის შემდეგ, ზიპმა იქ ააშენა სამუშაო ინსტალაცია, სერგეევის პროტოტიპის მეხსიერებიდან რეპროდუცირება. და უწოდა, მას უნდა მიენიჭოს თავისი უფლება, "რუსული ცენტრიფუგა". თუმცა მან ამერიკელების დატყვევება ვერ მოახერხა. ახალ მანქანასთან დაკავშირებით, როგორც ერთ დროს და სტინბეკის დიზაინის მიხედვით, გამოტანილი იქნა განაჩენი: უვარგისია სამრეწველო გამოყენებისთვის.

ერთი გაზის ცენტრიფუგის გამდიდრების ხარისხი მცირეა, ამიტომ ისინი გაერთიანებულია თანმიმდევრულ კასკადებში, რომლებშიც გამდიდრებული ნედლეული ყოველი ცენტრიფუგის გამოსასვლელიდან იკვებება მომდევნოში, ხოლო გამოფიტული ნედლეული მიეწოდება ერთ-ერთი წინას შეყვანა. კასკადში საკმარისი რაოდენობის ცენტრიფუგებით, ძალიან მაღალი ხარისხის გამდიდრების მიღება შეიძლება.

მართალია, მეოთხედი საუკუნის შემდეგ, შეერთებულ შტატებში, მათ მაინც გადაწყვიტეს აირის დიფუზიიდან ცენტრიფუგაზე გადასვლა. პირველი მცდელობა ჩაიშალა - 1985 წელს, როდესაც დამონტაჟდა Oak Ridge National Laboratory-ში შემუშავებული პირველი 1300 მანქანა, აშშ-ს მთავრობამ დახურა პროგრამა. 1999 წელს, ოჰაიოში, პიკეტონში, ხელახლა გააქტიურებულ ადგილზე, კვლავ დაიწყო მუშაობა ახალი თაობის ამერიკული ცენტრიფუგების დამონტაჟებაზე (10-15-ჯერ აღემატება რუსულ ცენტრიფუგას სიმაღლეში და ორ-სამჯერ დიამეტრში) ნახშირბადის ბოჭკოვანი როტორით. გეგმის მიხედვით, ჯერ კიდევ 2005 წელს იგეგმებოდა 96 კასკადის 120 „ტოპის“ დამონტაჟება, მაგრამ 2012 წლის ბოლოსთვის პროექტი კომერციულ ექსპლუატაციაში ჯერ არ შესულა.

ურანის იზოტოპების ლაზერული გამოყოფა ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ სხვადასხვა იზოტოპების შემცველ მოლეკულებს აქვთ ოდნავ განსხვავებული აგზნების ენერგია. მკაცრად განსაზღვრული ტალღის სიგრძის ლაზერის სხივით იზოტოპების ნარევის დასხივებით შესაძლებელია მხოლოდ მოლეკულების იონიზაცია სასურველი იზოტოპით, შემდეგ კი იზოტოპების გამოყოფა მაგნიტური ველის გამოყენებით. ამ მეთოდის რამდენიმე სახეობა არსებობს - გავლენას ახდენს ატომურ ორთქლზე AVLIS (ატომური ორთქლის ლაზერული იზოტოპის განცალკევება), SILVA (AVLIS-ის ფრანგული ანალოგი) და მოლეკულები - MLIS (მოლეკულური ლაზერული იზოტოპების განცალკევება), CRISLA (ქიმიური რეაქციის იზოტოპების გამოყოფა) და SILEXS (SILEXS). იზოტოპების).ლაზერული აგზნებით). ამჟამად General Electric Corporation ცდილობს სამხრეთ აფრიკისა და ავსტრალიის სპეციალისტების მიერ შემუშავებული SILEX ტექნოლოგიის კომერციალიზაციას. ლაზერული განცალკევება არის დაბალი ენერგიით, დაბალი ფასით და ძალიან გამდიდრებული (ამიტომაც ის ახლა გამოიყენება მცირე რაოდენობით ულტრასუფთა იზოტოპების წარმოებისთვის), მაგრამ ჯერ კიდევ არის პრობლემები შესრულებასთან, ლაზერის ხანგრძლივობასთან და გამდიდრებასთან პროცესის დახურვის გარეშე.

საიდუმლო ნემსები

იმავდროულად, სსრკ-ში, ვერხ-ნეივინსკის შეუმჩნეველ ადგილას, შუა ურალში, გაზის ცენტრიფუგების გამყოფი პირველი ექსპერიმენტული ხაზი დამონტაჟდა უმკაცრესი საიდუმლოებით. ჯერ კიდევ 1942 წელს ისააკ კიკოინს წააწყდა გაზის ცენტრიფუგა, რომელიც შექმნილია ლანგეს მიერ და გამოსცადა ის თავის ლაბორატორიაში სვერდლოვსკში. შემდეგ ექსპერიმენტებმა არ მისცა სასურველი შედეგი და აკადემიკოსი სკეპტიკურად უყურებდა სამრეწველო გაზის ცენტრიფუგების შექმნის შესაძლებლობას. პირველივე ინსტალაციების მთავარი უბედურება იყო მათი სისუსტე. და მიუხედავად იმისა, რომ ისინი თავდაპირველად ბრუნავდნენ წუთში "მხოლოდ" 10000 ბრუნის სიჩქარით, როტორის უზარმაზარ კინეტიკურ ენერგიასთან გამკლავება ადვილი არ იყო.

შენი მანქანები განადგურებულია! - სარკასტულად უსაყვედურა დეველოპერებს მინსრედმაშში ერთ-ერთ შეხვედრაზე, სათაო ოფისის ხელმძღვანელმა ალექსანდრე ზვერევმა, რომელსაც ჰქონდა NKVD-ს გენერლის წოდება.

-და რა გინდოდა? რომ მათ გააგრძელონ გამრავლება? - გამომწვევად უპასუხა ანატოლი საფრონოვმა, რომელიც იმ დროს პროექტს ხელმძღვანელობდა.

გამოყოფის ცენტრიდანული მეთოდით, ბრუნვის მაღალი სიჩქარის გამო, იქმნება ცენტრიდანული ძალა, რომელიც ასობით ათასჯერ აღემატება დედამიწის მიზიდულობის ძალას. ამის გამო, ურანი-238 ჰექსაფტორიდის უფრო მძიმე მოლეკულები მბრუნავი ცილინდრის პერიფერიაზე „აკაკუნებს“, ხოლო ურანი-235 ჰექსაფტორიდის მსუბუქი მოლეკულები კონცენტრირებულია როტორის ღერძთან. ცალკე გამომავალი მილსადენებით (როგორიცაა პიტოტის მილები, რაზეც საბჭოთა ინჟინერმა სერგეევმა ისაუბრა გერმანელ სტინბეკთან), U-238 იზოტოპების შემცველი გაზი ამოღებულია "ნაგავსაყრელზე", ხოლო გამდიდრებული ფრაქცია მიედინება ურანი-235-ის გაზრდილი შემცველობით. შემდეგ ცენტრიფუგაში. ასეთი ცენტრიფუგების კასკადი, რომელიც შეიცავს ასობით და ათასობით მანქანას, შესაძლებელს ხდის სინათლის იზოტოპის შემცველობის სწრაფ გაზრდას. შედარებით რომ ვთქვათ, მათ შეიძლება ეწოდოს გამყოფები, რომლებზედაც ურანის ნედლეული (ურანის ჰექსაფტორიდი, UF6) გადაიქცა გაზად U-235 იზოტოპის დაბალი შემცველობით, თანმიმდევრულად გადადის ახალი რძის კონსისტენციიდან ნაღსა და არაჟანში. და საჭიროების შემთხვევაში, მათ შეუძლიათ ასევე ჩამოაგდონ "ნავთობი" - მიიყვანონ გამდიდრება 45%-მდე, ან თუნდაც 60%-მდე, რათა გამოიყენონ იგი როგორც საწვავი წყალქვეშა რეაქტორებში და კვლევით ობიექტებში. ახლახან კი, როცა დიდი რაოდენობით მოითხოვდა, ატრიალეს ცენტრიფუგები, სანამ არ მიიღებდნენ ძვირადღირებულ „ყველს“ - იარაღის ხარისხის ურანი 90%-ზე მეტი გამდიდრებით. მაგრამ 1980-იანი წლების ბოლოს, საბჭოთა კავშირის ოთხ ქარხანაში იმდენი იარაღის ხარისხის ურანი იყო "გამოყოფილი", რომ მისი მარაგი საწყობებში და მზა ბირთვულ მუხტებში ზედმეტად ითვლებოდა და სამხედრო მიზნებისთვის მაღალ გამდიდრებული ურანის წარმოება ითვლებოდა. შეჩერდა.

თავდაპირველი გათვლებით, ცენტრიფუგის კორპუსის გარე კედლების სისქე უნდა ყოფილიყო 70 მმ-ის მსგავსი სატანკო ჯავშანი. შეეცადეთ განტვირთოთ ასეთი კოლოსი ... მაგრამ საცდელი და შეცდომით მათ იპოვეს კომპრომისული გამოსავალი. შეიქმნა სპეციალური შენადნობი - უფრო ძლიერი და მსუბუქი ვიდრე ფოლადი. თანამედროვე ცენტრიფუგების შემთხვევები, რომლებიც ერთ-ერთმა ავტორმა ნახა და ხელში ეჭირა ვლადიმირში მდებარე ტოჩმაშის წარმოების ასოციაციაში, არ იწვევს რაიმე ასოციაციებს სატანკო ჯავშანტექნიკასთან: ჩვეულებრივი გარეგნობის ღრუ ცილინდრები შიდა ზედაპირით გაპრიალებული ბზინვარებამდე. შორიდან, ისინი შეიძლება შეცდომით ჭრიან მილებს ბოლოებში დამაკავშირებელი ფლანგებით. სიგრძე - არაუმეტეს მეტრი, დიამეტრი - ოცი სანტიმეტრი. ურალის ელექტროქიმიურ ქარხანაში კი მათგან ასობით მეტრის სიგრძის გიგანტური კასკადები იკრიბება. კედლებზე ნიშნები და სპეციალური მონიშვნები მოხატული ბეტონის იატაკზე ტექნოლოგიურ ბილიკებზე მიუთითებს იმაზე, რომ ჩვეულებრივად არის ველოსიპედით გადაადგილება. მართალია, არაუმეტეს 5-10 კმ / სთ.

ცენტრიფუგების შიგნით კი, რომლებიც ძლივს გასაგონია, სიჩქარეები სულ სხვაა - ნემსზე როტორი კორუნდის ბიძგით, მაგნიტურ ველში „შეჩერებული“ წამში 1500 ბრუნს აკეთებს! 1960 წლის პირველ VT-3F პროდუქტთან შედარებით, ის თითქმის ათჯერ იყო გადატვირთული, ხოლო უწყვეტი მუშაობის პერიოდი გაიზარდა სამიდან 30 წლამდე. ალბათ ძნელია სხვა მაგალითის პოვნა, როდესაც ტექნიკა აჩვენებდა ასეთს. საიმედოობა ასეთი ექსტრემალური პარამეტრებით. როგორც ცენტრიფუგის წარმოების ხელმძღვანელის მოადგილემ, ვალერი ლემპერტმა თქვა, მანქანები, რომლებიც ტოჩმაშმა 30 წლის წინ მიაწოდა იქ, ჯერ კიდევ მუშაობს ნოვურალსკის ქარხანაში: ”ეს ალბათ ცენტრიფუგების მესამე თაობა იყო, ახლა კი მერვე ხდება მასობრივი წარმოება და მეცხრე საპილოტე წარმოებაში შედის“.

”ჩვენი ცენტრიფუგის დიზაინში არაფერია რთული. ეს ყველაფერი ეხება ტექნოლოგიის სრულყოფას უმცირეს დეტალებამდე და ხარისხის მკაცრ კონტროლს“, - განმარტავს ტატიანა სოროკინა, რომელიც ათწლეულების მანძილზე „ხელმძღვანელობდა“ ქარხანაში როტორის დამხმარე ნემსის წარმოების ტექნოლოგიას. - ასეთი ნემსები მზადდება ჩვეულებრივი ფორტეპიანოს მავთულისგან, რომლიდანაც სიმებს აჭიმებენ. მაგრამ წვერის გამკვრივების მეთოდი ჩვენი ნოუ-ჰაუა“.

დაკნინების წლებში, მისმა ერთ-ერთმა მთავარმა შემქმნელმა, ვიქტორ სერგეევმა, თავისი ახსნა მისცა რუსული ცენტრიფუგის საიდუმლოებებს. ინჟინერ ოლეგ ჩერნოვის ჩვენებით, დაცვის სამსახურების კითხვაზე, რა არის დაცული ამ პროდუქტში და რა არის მისი მთავარი საიდუმლო, დიზაინერმა ლაკონურად უპასუხა: „ხალხო“.

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის მომზადება

Ზოგადი პრინციპები

იზოტოპების გამოყოფის ძირითადი მეთოდები

ელექტრომაგნიტური გამოყოფა

გაზის დიფუზია

თხევადი თერმული დიფუზია

გაზის ცენტრიფუგაცია

აეროდინამიკური გამოყოფა

ლაზერული იზოტოპის გამოყოფა (LIS)

ქიმიური გამდიდრება

დისტილაცია

ნახეთ, რა არის "იზოტოპის გამოყოფა" სხვა ლექსიკონებში:

ენციკლოპედიური YouTube

სუბტიტრები

Ზოგადი პრინციპები

იზოტოპების გამოყოფის ძირითადი მეთოდები

ელექტრომაგნიტური გამოყოფა

გაზის დიფუზია

თერმული დიფუზია

გაზის ცენტრიფუგაცია

აეროდინამიკური გამოყოფა

ლაზერული იზოტოპის გამოყოფა (LIS)

ქიმიური გამდიდრება

დისტილაცია

.2 თერმული დიფუზია

1.5 აეროდინამიკური გამოყოფა

მეთოდები, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის ინდუსტრიულად გამოყენებული, იმსახურებს ყურადღებას:

აორთქლება ლაზერის გამოყენებით

ქიმიური გამოყოფა

იზოტოპების გამოყოფა მსუბუქი წნევის გამოყენებით

ელექტრონულად აღგზნებული ნაწილაკების ფოტოქიმიური რეაქციები

ატომებისა და მოლეკულების ორეტაპიანი აგზნება

შერჩევითი ფოტოპრედისოციაცია

მოლეკულების აგზნება ინფრაწითელი გამოსხივებით

იზოტოპური ეფექტი ქიმიურ რეაქციებში, რომლებიც მიმდინარეობს თერმოდინამიკურად არათანაბარი პირობებში

ვიბრაციულად აღგზნებული მოლეკულების გაზის კონდენსაცია

იზოტოპური ეფექტი მაგნიტურ ველში მიმდინარე ქიმიურ რეაქციებში

გამოყოფა ადსორბციით

ლაზერული გამოსხივებით სტიმულირებული სელექციური დიფუზია

ზედაპირზე პროცესების რეზონანსული კონტროლი ლაზერული გამოსხივებით

ლაზერული ქიმია ორ მედიას შორის ინტერფეისზე

ქიმიური რეაქციების ლაზერული სტიმულაცია ორ სითხეს შორის ინტერფეისზე

1.9 აირების გაჟონვა

იზოტოპური ურანის ჰექსაფტორიდის თერმული დიფუზია

აირების გაჟონვა ემყარება იმ ფაქტს, რომ მოლეკულური გადინების დროს (ეფუზია)

საცრის მეშვეობით

გერმანული ფესვები

საიდუმლო ნემსები

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ