Separácia izotopov

Separácia izotopov- technologický postup, pri ktorom sa z materiálu pozostávajúceho zo zmesi rôznych izotopov jedného chemického prvku izolujú jednotlivé izotopy tohto prvku. Hlavnou aplikáciou procesu separácie izotopov je výroba jadrového paliva, rádioaktívnych materiálov na zbrane a ďalšie aplikácie zahŕňajúce použitie rádioaktívnych látok. V takýchto prípadoch je separácia zvyčajne zameraná na obohatenie alebo vyčerpanie materiálu o určité rádioaktívne izotopy.

Všeobecné zásady

Separácia izotopov (napríklad extrakcia , 235 U , ) je vždy spojená so značnými ťažkosťami, pretože izotopy, ktoré sú variáciami jedného prvku, ktoré sa len málo líšia hmotnosťou, sa chemicky správajú takmer rovnako. Ale - rýchlosť prechodu niektorých reakcií sa líši v závislosti od izotopu prvku, navyše môžete využiť rozdiel v ich fyzikálnych vlastnostiach - napríklad v hmotnosti.

Nech je to akokoľvek, rozdiely v správaní izotopov sú také malé, že v jednom štádiu separácie sa látka obohatí o stotiny percenta a proces separácie sa musí opakovať znova a znova - obrovský počet krát.

Výkon takéhoto kaskádového systému ovplyvňujú dva faktory: stupeň obohatenia v každom stupni a strata požadovaného izotopu v odpadovom toku.

Vysvetlime si druhý faktor. V každom stupni obohacovania sa tok rozdelí na dve časti – obohatený a ochudobnený o požadovaný izotop. Pretože stupeň obohatenia je extrémne nízky, celková hmotnosť izotopu v použitej hornine môže ľahko presiahnuť jeho hmotnosť v obohatenej časti. Aby sa predišlo takejto strate cenných surovín, vyčerpaný tok každého nasledujúceho stupňa sa opäť privádza na vstup predchádzajúceho.

Zdrojový materiál nevstupuje do prvého stupňa kaskády. Do systému sa zavedie okamžite do nejakého, n-tého štádia. Vďaka tomu sa z prvého stupňa odstráni materiál, ktorý je veľmi ochudobnený o hlavný izotop.

Hlavné metódy používané na separáciu izotopov

• elektromagnetické oddelenie
• Difúzia plynu
• Tepelná difúzia kvapaliny
• Odstreďovanie plynu
• Aerodynamické oddelenie
• Laserová separácia izotopov
• Chemické obohatenie
• Fotochemická separácia

V každom prípade množstvo vyrobeného obohateného materiálu závisí od požadovaného stupňa obohatenia a chudosti výstupných prúdov. Ak je počiatočná látka dostupná vo veľkých množstvách a lacno, potom je možné zvýšiť výkon kaskády tým, že sa spolu s odpadom vyhodí aj veľké množstvo neextrahovaného užitočného prvku (napríklad výroba deutéria z obyčajnej vody). V prípade potreby sa dosiahne vysoký stupeň extrakcie izotopu zo suroviny (napríklad pri obohacovaní uránu alebo plutónia).

elektromagnetické oddelenie

Metóda elektromagnetickej separácie je založená na rozdielnom pôsobení magnetického poľa na rovnako elektricky nabité častice rôznej hmotnosti. V skutočnosti sú takéto inštalácie, nazývané kalutróny, obrovské hmotnostné spektrometre. Ióny separovaných látok, pohybujúce sa v silnom magnetickom poli, sa krútia s polomermi úmernými ich hmotnosti a padajú do prijímačov, kde sa hromadia.

Táto metóda umožňuje oddeliť akúkoľvek kombináciu izotopov, má veľmi vysoký stupeň separácie. Dva prechody sú zvyčajne dostatočné na získanie obohatenia nad 80 % z nekvalitného materiálu (s počiatočným obsahom požadovaného izotopu menším ako 1 %). Elektromagnetická separácia však nie je vhodná pre priemyselnú výrobu: väčšina látok sa ukladá vo vnútri kalutrónu, takže sa musí pravidelne zastavovať kvôli údržbe. Ďalšími nevýhodami sú vysoká spotreba energie, zložitosť a vysoké náklady na údržbu, nízka produktivita. Hlavnou náplňou metódy je produkcia malých množstiev čistých izotopov na laboratórne použitie. Počas druhej svetovej vojny však bola postavená inštalácia Y-12, ktorá od januára 1945 dosahovala kapacitu 204 gramov 80% U-235 za deň.

Difúzia plynu

Táto metóda využíva rozdiel v rýchlostiach pohybu molekúl plynu rôznych hmotností. Je jasné, že bude vhodný len pre látky v plynnom skupenstve.

Pri rôznych rýchlostiach pohybu molekúl, ak sú nútené pohybovať sa cez tenkú trubicu, rýchlejšie a ľahšie predbehnú tie ťažšie. Na to musí byť trubica taká tenká, aby sa ňou molekuly pohybovali jedna po druhej. Kľúčovým bodom je tu teda výroba poréznych membrán na separáciu. Nesmú pretekať, odolávať nadmernému tlaku.

Pre niektoré ľahké prvky môže byť stupeň separácie dosť veľký, ale pre urán je to len 1,00429 (výstupný prúd každého stupňa je obohatený faktorom 1,00429). Podniky na obohacovanie plynovou difúziou majú preto kyklopskú veľkosť a pozostávajú z tisícok stupňov obohacovania.

Tepelná difúzia kvapaliny

V tomto prípade sa opäť využíva rozdiel v rýchlostiach molekúl. Svetlejšie v prípade teplotného rozdielu majú tendenciu skončiť v teplejšej oblasti. Separačný faktor závisí od pomeru rozdielu hmotnosti izotopov k celkovej hmotnosti a je väčší pre ľahké prvky. Napriek svojej jednoduchosti si táto metóda vyžaduje veľa energie na vytvorenie a udržanie vykurovania. Preto nie je široko používaný.

Odstreďovanie plynu

Táto technológia bola prvýkrát vyvinutá v Nemecku počas druhej svetovej vojny, ale až do začiatku 50-tych rokov nebola nikde priemyselne využívaná. Ak plynná zmes izotopov prechádza cez vysokorýchlostné plynové odstredivky, potom odstredivá sila oddelí ľahšie alebo ťažšie častice do vrstiev, kde sa môžu zbierať. Veľkou výhodou odstreďovania je, že separačný faktor závisí od absolútneho rozdielu hmotnosti, a nie od hmotnostného pomeru. Odstredivka funguje rovnako dobre s ľahkými aj ťažkými prvkami. Stupeň oddelenia je úmerný druhej mocnine pomeru rýchlosti rotácie k rýchlosti molekúl v plyne. Odtiaľ je veľmi žiaduce čo najrýchlejšie odstredivku točiť. Typické lineárne rýchlosti rotujúcich rotorov sú 250-350 m/s a viac ako 600 m/s v pokročilých odstredivkách.

Typický separačný faktor je 1,01 - 1,1. V porovnaní s inštaláciami na difúziu plynu má táto metóda zníženú spotrebu energie a ľahšie zvyšuje výkon. V súčasnosti je v Rusku hlavnou priemyselnou metódou separácie izotopov odstreďovanie plynov.

Aerodynamické oddelenie

Tento spôsob možno považovať za variant odstreďovania, avšak namiesto vírenia plynu v odstredivke dochádza k jeho víreniu pri výstupe zo špeciálnej trysky, kam sa privádza pod tlakom. Túto technológiu, založenú na vírivom efekte, využila Južná Afrika a Nemecko.

Laserová separácia izotopov (LIS)

Rôzne izotopy absorbujú svetlo pri mierne odlišných vlnových dĺžkach. Jemne vyladený laser dokáže selektívne ionizovať atómy konkrétneho izotopu. Výsledné ióny možno ľahko oddeliť, povedzme, magnetickým poľom. Táto technológia je mimoriadne efektívna a používa sa v Južnej Afrike (MLIS), Číne (CRISLA), USA (AVLIS) a Francúzsku (SILVA). Táto technológia má veľkú nevýhodu, a to obtiažnosť prestavby zariadenia z jedného izotopu na druhý. AVLIS bol nahradený systémom SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), ktorý vyvinuli General Electric a Hitachi. Začala sa výstavba závodu vo Wilmingtone v Severnej Karolíne.

Chemické obohatenie

Chemické obohatenie využíva rozdiel v rýchlosti chemických reakcií s rôznymi izotopmi. Najlepšie to funguje pri oddeľovaní svetelných prvkov, kde je rozdiel výrazný. V priemyselnej výrobe sa využívajú reakcie, ktoré prebiehajú s dvoma činidlami v rôznych fázach (plyn/kvapalina, kvapalina/pevná látka, nemiešateľné kvapaliny). To uľahčuje oddelenie bohatých a chudých tokov. Použitím dodatočného teplotného rozdielu medzi fázami sa dosiahne dodatočné zvýšenie separačného faktora. Chemická separácia je dnes energeticky najšetrnejšou technológiou na výrobu ťažkej vody. Okrem výroby deutéria sa používa na extrakciu 6 Li. Vo Francúzsku a Japonsku boli vyvinuté metódy chemického obohacovania uránu, ktoré nikdy nedosiahli priemyselný rozvoj.

Destilácia

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo je „Izotopová separácia“ v iných slovníkoch:

separácia izotopov-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN izotopová separácia izotopová frakcionácia …

separácia izotopov- izotopų atskyrimas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. separácia izotopov vok. Isotopentrennung, fr rus. separácia izotopov, n pranc. separačné izotopy, f… Rádioelektronika terminų žodynas

Kvôli rozdielom vo fyzikálno-chemickom. vlastnosti spojené s ich hmotnosťou a určujúce rôzne rýchlosti ich difúzie, vyparovania atď. Termodynamické vlastnosti izotopov a ich zlúčenín sa trochu líšia, čo vysvetľuje ich trochu rozdielne ... ... Geologická encyklopédia

separácia izotopov v magnetickom poli s vysokým gradientom-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN separácia magnetických izotopov s vysokým gradientom … Technická príručka prekladateľa

online separácia izotopov-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti separácia izotopov EN na linkeISOL … Technická príručka prekladateľa

separácia izotopov odparovaním pomocou laserov-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN separácia izotopov atómových pár laseromAVLIS … Technická príručka prekladateľa

separácia izotopov chemickou výmenou-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN CHEMEX (chemická výmena) proces … Technická príručka prekladateľa

separácia izotopov na molekulárnej úrovni pomocou laserov-- [A.S. Goldberg. Anglický ruský energetický slovník. 2006] Témy energie vo všeobecnosti EN molekulárna laserová separácia izotopovMLIS … Technická príručka prekladateľa

Separácia izotopov na základe izotopu. posúvanie energetických hladín atómov a molekúl a využívanie rezonančného účinku laserového žiarenia. Intenzívne monochromatické laserové žiarenie spôsobujúce prechody medzi príslušnými energetickými ... ... Fyzická encyklopédia

Separácia izotopov- technologický postup zmeny izotopového zloženia látky, pozostávajúci zo zmesi rôznych izotopov jedného chemického prvku. Z jednej zmesi izotopov sa na výstupe z procesu získajú dve zmesi: jedna so zvýšeným obsahom požadovaného izotopu (obohatená zmes), druhá so zníženým obsahom (chudá zmes).

Hlavnou aplikáciou procesu separácie izotopov je obohacovanie uránu izotopom 235 U na výrobu jadrového paliva, rádioaktívnych materiálov na zbrane a ďalšie aplikácie spojené s používaním rádioaktívnych látok.

Priemyselná práca pri separácii izotopov sa meria v jednotkách separácie práce (SWU). Pre určitú zmenu izotopového zloženia určitej počiatočnej zmesi je potrebné rovnaké množstvo SWU, bez ohľadu na technológiu separácie izotopov.

Encyklopedický YouTube

1 / 5

✪ NEPTÚNIUM 237 - VÝROBA NEPTÚNIA Z URÁNOVEJ SOLI. RÁDIOAKTÍVNY ROZKLAD DUSIČNANU NEPTÚNU

✪ SCC získala kontrakt na výrobu stabilných izotopov

✪ Chémia 8 Jednoduché a zložité látky Zloženie látok

✪ 10. Chemické prvky

✪ lekcia 2. Metódy poznania v chémii. Bezpečnostné opatrenia na hodinách chémie.

titulky

Všeobecné zásady

Separácia izotopov (napríklad extrakcia 6 Li, 235 U,) je vždy spojená so značnými ťažkosťami, pretože izotopy, ktoré sú variáciami jedného prvku, ktoré sa mierne líšia hmotnosťou, sa chemicky správajú takmer rovnako. Ale - rýchlosť prechodu niektorých reakcií sa líši v závislosti od izotopu prvku, navyše môžete využiť rozdiel v ich fyzikálnych vlastnostiach - napríklad v hmotnosti.

Nech je to akokoľvek, rozdiely v správaní izotopov sú také malé, že v jednom štádiu separácie sa látka obohatí o stotiny percenta a proces separácie sa musí opakovať znova a znova - obrovský počet krát. Technologicky sa to uskutočňuje postupným prechodom objemu izotopov, ktoré sa majú oddeliť, cez bunky rovnakého typu, ktoré produkujú separáciu - kaskády. Aby sa dosiahlo potrebné oddelenie, kaskád môže byť niekoľko tisíc v sérii a na získanie požadovaného objemu desiatky a stovky tisíc takýchto sekvenčných skupín kaskád zapojených paralelne.

Výkon takéhoto kaskádového systému ovplyvňujú dva faktory: stupeň obohatenia v každom stupni a strata požadovaného izotopu v odpadovom toku.

Vysvetlime si druhý faktor. V každom stupni obohacovania sa tok rozdelí na dve časti – obohatený a ochudobnený o požadovaný izotop. Pretože stupeň obohatenia je extrémne nízky, celková hmotnosť izotopu v použitej hornine môže ľahko presiahnuť jeho hmotnosť v obohatenej časti. Aby sa predišlo takejto strate cenných surovín, vyčerpaný tok každého nasledujúceho stupňa sa opäť privádza na vstup predchádzajúceho.

Zdrojový materiál nevstupuje do prvého stupňa kaskády. Do systému sa zavedie okamžite do nejakého, n-tého štádia. Vďaka tomu sa z prvého stupňa odstráni materiál, ktorý je veľmi ochudobnený o hlavný izotop.

Hlavné metódy používané na separáciu izotopov

• elektromagnetické oddelenie
• Difúzia plynu
• Tepelná difúzia plynu alebo kvapaliny
• Aerodynamické oddelenie
• Laserová separácia izotopov
• Chemické obohatenie
• Fotochemická separácia

V každom prípade množstvo vyrobeného obohateného materiálu závisí od požadovaného stupňa obohatenia a chudosti výstupných prúdov. Ak je počiatočná látka dostupná vo veľkých množstvách a lacno, potom je možné zvýšiť výkon kaskády tým, že sa spolu s odpadom vyhodí aj veľké množstvo neextrahovaného užitočného prvku (napríklad výroba deutéria z obyčajnej vody). V prípade potreby sa dosiahne vysoký stupeň extrakcie izotopu zo suroviny (napríklad pri obohacovaní uránu).

elektromagnetické oddelenie

Metóda elektromagnetickej separácie je založená na rovnakej sile interakcie medzi magnetickým poľom a rovnakými elektricky nabitými časticami. Pri rovnakej sile pôsobenia sa však častice rôznych hmotností budú správať odlišne. Napríklad trajektória rovnako nabitých iónov pohybujúcich sa v magnetickom poli bude závisieť od ich hmotnosti. Umiestnením lapačov na príslušné miesta inštalácie je možné zbierať príslušné izotopy. V skutočnosti sú takéto inštalácie, nazývané kalutróny, obrovské hmotnostné spektrometre. V nich sa ióny oddelených látok pohybujúce sa v silnom magnetickom poli krútia s polomermi úmernými ich hmotnostiam a padajú do prijímačov, kde sa hromadia.

Táto metóda umožňuje oddeliť akúkoľvek kombináciu izotopov, má veľmi vysoký stupeň separácie. Dva prechody sú zvyčajne dostatočné na získanie obohatenia nad 80 % z nekvalitného materiálu (s počiatočným obsahom požadovaného izotopu menším ako 1 %). Elektromagnetická separácia však nie je vhodná pre priemyselnú výrobu: väčšina látok sa ukladá vo vnútri kalutrónu, takže sa musí pravidelne zastavovať kvôli údržbe. Ďalšími nevýhodami sú vysoká spotreba energie, zložitosť a vysoké náklady na údržbu, nízka produktivita. Hlavnou náplňou metódy je produkcia malých množstiev čistých izotopov na laboratórne použitie. Počas druhej svetovej vojny však bola postavená inštalácia Y-12, ktorá od januára 1945 dosahovala kapacitu 204 gramov 80% U-235 za deň.

Efektívnosť. Závod vyrábajúci 50 kg vysoko obohateného uránu ročne prostredníctvom elektromagnetickej separácie ( kalutrón) sa odhaduje spotreba viac ako 50 MW elektriny.

Difúzia plynu

Táto metóda využíva rozdiel v rýchlostiach pohybu molekúl plynu rôznych hmotností. Je jasné, že bude vhodný len pre látky v plynnom skupenstve.

Pri rôznych rýchlostiach pohybu molekúl, ak sú nútené pohybovať sa cez tenkú trubicu, rýchlejšie a ľahšie predbehnú tie ťažšie. Na to musí byť trubica taká tenká, aby sa ňou molekuly pohybovali jedna po druhej. Kľúčovým bodom je tu teda výroba poréznych separačných membrán s typickou veľkosťou pórov v desiatkach až stovkách nanometrov. Musia byť nepriepustné, odolávať vysokému pretlaku a musia byť odolné voči médiám s obsahom fluóru. Existuje niekoľko metód na získanie poréznych membrán, napríklad:

• Spekanie kovových alebo polymérnych práškov za takých podmienok, že medzi zrnami prášku zostávajú normalizované medzery.
• Leptanie jedného kovu zo zliatiny dvoch kovov za určitých podmienok poskytlo poréznu štruktúru.
• Elektrolytická oxidácia hliníka vytvára poréznu štruktúru oxidu hlinitého.

Membrány sa zvyčajne vyrábali vo forme rúrok dlhých až niekoľko metrov. Z niekoľkých stoviek rúr bola zostavená jedna separačná kaskáda.

Pre niektoré ľahké prvky môže byť stupeň separácie dosť veľký, ale pre urán je to len 1,00429 (výstupný prúd každého stupňa je obohatený faktorom 1,00429). Na dosiahnutie vysokého stupňa obohatenia bolo niekedy niekoľko tisíc separačných stupňov zapojených do série. Vzhľadom na to, že jedna typická priemyselná kaskáda zaberala plochu až 100 m 2 alebo viac, podniky na obohacovanie difúziou plynu mali kyklopskú veľkosť. Pomerne veľké tlakové straty na membránach a veľkosť inštalácií predurčili enormnú spotrebu energie kompresorov. Okrem toho závod obsahoval obrovské množstvo technologického hexafluoridu: od spustenia závodu po príjem prvého výstupného produktu niekedy prešlo niekoľko týždňov, počas ktorých hexafluorid postupne naplnil objemy všetkých kaskád. Táto okolnosť kládla veľmi vážne požiadavky na spoľahlivosť zariadenia, pretože porucha čo i len jednej kaskády by mohla spôsobiť zastavenie celého reťazca. Pre minimalizáciu škôd z technologických odstávok boli kaskády vybavené automatickým monitorovaním výkonu a obchádzaním problematickej kaskády.

Tepelná difúzia

V tomto prípade sa opäť využíva rozdiel v rýchlostiach molekúl. Svetlejšie v prípade teplotného rozdielu majú tendenciu skončiť v teplejšej oblasti. Separačný faktor závisí od pomeru rozdielu hmotnosti izotopov k celkovej hmotnosti a je väčší pre ľahké prvky. Napriek svojej jednoduchosti si táto metóda vyžaduje veľa energie na vytvorenie a udržanie vykurovania. Na úsvite jadrového veku existovali priemyselné zariadenia založené na tepelnej difúzii. V súčasnosti sa samostatne nepoužíva, ale na zvýšenie účinnosti plynových odstrediviek sa používa myšlienka tepelnej difúzie.

Odstreďovanie plynu

Myšlienka odstredivého oddelenia sa začala aktívne rozvíjať počas druhej svetovej vojny. Ťažkosti s optimalizáciou technológie však oddialili jej vývoj a v západných krajinách bol dokonca vynesený verdikt o ekonomickej nezmyselnosti metódy. V ZSSR sa priemyselné zavádzanie odstredivej technológie tiež začalo až po priemyselnom rozvoji plynovej difúzie.

Ak plynná zmes izotopov prechádza cez vysokorýchlostné plynové odstredivky, potom odstredivá sila oddelí ľahšie alebo ťažšie častice do vrstiev, kde sa môžu zbierať. Veľkou výhodou odstreďovania je, že separačný faktor závisí od absolútneho rozdielu hmotnosti a nie od hmotnostného pomeru. Odstredivka funguje rovnako dobre s ľahkými aj ťažkými prvkami. Stupeň oddelenia je úmerný druhej mocnine pomeru rýchlosti rotácie k rýchlosti molekúl v plyne. Odtiaľ je veľmi žiaduce čo najrýchlejšie odstredivku točiť. Typické lineárne rýchlosti rotujúcich rotorov sú 250-350 m/s a viac ako 600 m/s v pokročilých odstredivkách. Tlakový rozdiel na osi odstredivky a na vonkajšej stene môže dosiahnuť desaťtisíckrát, takže kaskády odstrediviek pracujú pri nízkych tlakoch, aby sa zabránilo kondenzácii hexafluoridu. Na zlepšenie separácie tepelnou difúziou v odstredivkách sa vytvára teplotný gradient niekoľko desiatok stupňov pozdĺž osi odstredivky.

Typický separačný faktor je 1,01 - 1,1. V porovnaní s inštaláciami na difúziu plynu má táto metóda zníženú spotrebu energie a ľahšie zvyšuje výkon. V súčasnosti je v Rusku hlavnou priemyselnou metódou separácie izotopov odstreďovanie plynov.

Aerodynamické oddelenie

Tento spôsob možno považovať za variant odstreďovania, avšak namiesto vírenia plynu v odstredivke dochádza k jeho víreniu pri výstupe zo špeciálnej trysky, kam sa privádza pod tlakom. Túto technológiu, založenú na vírivom efekte, využívala Južná Afrika a Nemecko.

Problémy technológie spočívali v tom, že polomer dýzy bol asi 100 mikrónov, pričom celková dĺžka dýzy v každom priemyselnom separačnom stupni bola stovky a tisíce metrov. Táto dĺžka sa zbierala v kusoch niekoľkých desiatok až stoviek centimetrov. Okrem ťažkostí pri výrobe trysiek tu bol problém s riediacim plynom, akým je hélium. Riedidlo umožnilo udržať hexafluorid uránu v plynnej fáze pri vysokých tlakoch na vstupe do dýz potrebných na vytvorenie vysokorýchlostného prúdenia v dýze. Na výstupe z výroby bolo potrebné oddeliť riedidlo a hexafluorid. Vysoký tlak určil značnú spotrebu energie.

Laserová separácia izotopov (LIS)

Laserová separácia nie je nezávislou metódou, ale používa sa na zlepšenie výkonu elektromagnetických alebo chemických separačných metód. Metóda je založená na selektívnej ionizácii jedného z izotopov elektromagnetickým žiarením (napríklad laserovým svetlom). Ionizačná selektivita je založená na rezonančnej (úzkopásmovej) absorpcii svetla atómami, rôzne izotopy majú rôzne absorpčné spektrá žiarenia. To znamená, že je možné zvoliť také parametre ožiarenia, pri ktorých sú atómy daného izotopu prevažne ionizované. Ďalšie ionizované atómy možno oddeliť napríklad v magnetickom poli (AVLIS (Angličtina) ruský). Okrem toho môže ionizácia atómov zmeniť rýchlosť chemických reakcií, napríklad tým, že uľahčí rozklad určitých chemických zlúčenín (MLIS (Angličtina) ruský).

Technológia laserovej separácie bola vyvinutá od 70. rokov 20. storočia v mnohých krajinách a je považovaná za sľubnú, ale zatiaľ neprekročila rámec výskumu. V 90. rokoch 20. storočia existoval v USA program na štúdium laserového obohacovania pomocou elektromagnetickej separácie v experimentálnom zariadení, ktoré však bolo zatvorené. V súčasnosti prebieha v Spojených štátoch výskumný program v demonštračnom závode na jeden z variantov laserového obohacovania s chemickou separáciou s názvom SILEX. (Angličtina) ruský. Technológiu vyvinula v roku 1992 austrálska spoločnosť Silex. Od roku 2006 pracuje na technológii Silex spoločnosť Global Laser Enrichment LLC. Získal licenciu na výstavbu závodu vo Wilmingtone (Severná Karolína).

Chemické obohatenie

Chemické obohatenie využíva rozdiel v rýchlosti chemických reakcií s rôznymi izotopmi. Najlepšie to funguje pri oddeľovaní svetelných prvkov, kde je rozdiel výrazný. V priemyselnej výrobe sa využívajú reakcie, ktoré prebiehajú s dvoma činidlami v rôznych fázach (plyn/kvapalina, kvapalina/pevná látka, nemiešateľné kvapaliny). To uľahčuje oddelenie bohatých a chudých tokov. Použitím dodatočného teplotného rozdielu medzi fázami sa dosiahne dodatočné zvýšenie separačného faktora. Chemická separácia je dnes energeticky najšetrnejšou technológiou na výrobu ťažkej vody. Okrem výroby deutéria sa používa na extrakciu 6 Li. Vo Francúzsku a Japonsku boli vyvinuté metódy chemického obohacovania uránu, ktoré nikdy nedosiahli priemyselný rozvoj.

Destilácia

Destilácia (destilácia) využíva rozdiel v bodoch varu izotopov rôznych hmotností. Zvyčajne čím menšia je hmotnosť atómu, tým nižšia je teplota varu tohto izotopu. Opäť to funguje najlepšie na svetelných prvkoch. Destilácia sa úspešne používa ako posledný krok pri výrobe ťažkej vody.

Výbor pre vzdelávanie a vedu regiónu Kursk Pobočka Kurčatov Regionálnej rozpočtovej vzdelávacej inštitúcie stredného odborného vzdelávania "Štátna vysoká škola polytechnická v Kursku"

Práca na kurze

disciplína: "Obsluha zariadení" na tému: "Separácia izotopov uránu. Spracovanie obohateného hexafluoridu uránu"

Kurčatov 2013

Úvod

Separácia izotopov uránu

1 Difúzna separácia plynu

2 Tepelná difúzna separácia

3 Tepelná difúzia kvapaliny

4 Odstredivá separácia

5 Aerodynamické oddelenie

6 Elektromagnetické oddelenie

7 AVLIS (odparovanie pomocou lasera)

8 Chemická separácia

9 Výron plynov

10 Organizácia kaskády separácie izotopov

Hexafluorid uránu

1 Požiadavky na kvalitu hexafluoridu uránu

2 Spracovanie obohateného hexafluoridu uránu

3 Vodné metódy spracovania obohateného uránu

3.1 Proces AD

3.2 Proces AUC

4 Bezvodé metódy spracovania obohateného uránu

4.1 Redukcia hexafluoridu uránu vodíkom

5 HEU-LEU proces

Záver

Literatúra

Úvod

Separácia izotopov uránu je základom jadrového palivového cyklu. Prírodný urán obsahuje 0,71 % izotopu 235 U. Pre reaktory jadrových elektrární je potrebný urán obohatený izotopom 235 U až na (2,7 – 5) % a urán určený na zbrane obsahuje 235 U – 90 %. Náklady na ťažbu uránu z vyťažiteľných zásob, kde je obsah uránu najmenej 10 3-krát vyšší ako je priemer v litosfére, sú 80 USD za kilogram elementárneho uránu. Na výrobu 1 kg uránu obohateného o 3,2 % je potrebných približne 6 kg prírodného uránu (480 USD) a odpad sa zníži na 0,2 %. Služby obohacovania zároveň stoja (350 – 400 USD) na 4,3 kg SWU (konvenčné separačné pracovné jednotky) a predstavujú 45 % nákladov na obohatený urán. Rozsah výroby v USA sú tisíce ton obohateného uránu ročne s nákladmi na služby obohacovania ~ 1 miliarda USD ročne. Pri veľkovýrobe obohateného uránu je zdokonaľovanie metód separácie izotopov uránu naliehavou a veľmi ťažkou úlohou.Rusko zaujíma popredné miesto v odstredivej technológii obohacovania uránu. Boli vyvinuté stroje novej generácie a zavádzajú sa do výroby. V súčasnosti nie sú v Rusku žiadne problémy s jadrovým palivom a v blízkej budúcnosti sa to ani neočakáva. To umožňuje vyvinúť nové technológie obohacovania bez zbytočného zhonu a vyhnúť sa nákladným chybám pri určovaní optimálnej technológie starostlivým štúdiom fyzikálnych a chemických procesov, vypracovaním elementárnej základne na získanie spoľahlivých údajov o perspektívach metódy z hľadiska nákladov. separačnej pracovnej jednotky a z hľadiska investície do výstavby priemyselných podnikov a hĺbkou ťažby 235 U.

Izotopy uránu:

Urán má 14 izotopov, z ktorých len tri sa vyskytujú prirodzene. Približné izotopové zloženie prírodného uránu je nasledovné:

U 238 -> (4,51 miliardy rokov, alfa rozpad) -> Th 234

Th 234 -> (24,1 dňa, beta rozpad) -> Pa 234

Pa 234 -> (6,75 hodiny, beta rozpad) -> U 234

Zvyčajne U-234 existuje v rovnováhe s U-238, rozkladá sa a tvorí sa rovnakou rýchlosťou. Rozpadajúce sa atómy U-238 však už nejaký čas existujú vo forme tória a protaktínia, takže môžu byť chemicky alebo fyzikálne oddelené od rudy (vylúhované podzemnou vodou). Keďže U-234 má relatívne krátky polčas rozpadu, všetok tento izotop nachádzajúci sa v rude vznikol za posledných niekoľko miliónov rokov. Približne polovica rádioaktivity prírodného uránu je spôsobená U-234. Jeho polčas rozpadu je 23,9 milióna rokov a v prírode sa nevyskytuje vo významných množstvách. Akumuluje sa, ak je urán v reaktoroch ožiarený neutrónmi, a preto sa používa ako „signál“ vyhoreného uránového jadrového paliva.

V prírodnom uráne je na výrobu jadra atómovej bomby alebo na podporu reakcie v energetickom reaktore vhodný iba jeden, pomerne vzácny izotop. Stupeň obohatenia U-235 v jadrovom palive pre jadrové elektrárne sa pohybuje od 2 do 4,5%, pre použitie na zbrane - najmenej 80% a výhodnejšie 90%.

Čistý U-238 má špecifickú rádioaktivitu 0,333 mikrokurie/g.

Dôležitou oblasťou použitia tohto izotopu uránu je výroba plutónia-239. Plutónium vzniká v priebehu niekoľkých reakcií, ktoré začínajú po zachytení neutrónu atómom U-238. Akékoľvek reaktorové palivo obsahujúce prírodný alebo čiastočne obohatený urán v 235. izotope obsahuje po skončení palivového cyklu určitý podiel plutónia a U-232: Tento izotop uránu s polčasom rozpadu 162 000 rokov sa v prírode nevyskytuje. Z tória-232 sa dá získať neutrónovým ožiarením, podobne ako pri výrobe plutónia:

Prakticky dôležitou zlúčeninou uránu je hexafluorid uránu UF 6 . Ide o jedinú stabilnú a vysoko prchavú zlúčeninu uránu používanú pri separácii jeho izotopov – plynovej difúzii a odstreďovaní. V tomto aspekte jeho aplikácie je dôležité, že fluór má iba jeden izotop (to nezavádza ďalší komplikovaný rozdiel v hmotnostiach) a že UF6 je stechiometrická zlúčenina (pozostávajúca presne zo 6 atómov fluóru a 1 atómu uránu).

Pri izbovej teplote sú to bezfarebné kryštály a pri zahriatí na 56 °C sublimuje (vyparuje sa bez prechodu do kvapalnej fázy). rádioaktivita kovu

Približné energetické účinnosti týchto metód vo vzťahu k plynovej difúzii:

1. Separácia izotopov

Izotopy sú chemické prvky s rovnakým počtom protónov (rovnakým nábojom) a rôznym počtom neutrónov. Párne atómy môžu mať veľa izotopov, nepárne zvyčajne nemajú viac ako dva.

Jedinečnosť hexafluoridu uránu spočíva v tom, že fluór nemá žiadne izotopy t.j. molekulová hmotnosť hexafluoridu uránu závisí len od hmotnosti izotopov samotného uránu. Druhým dôležitým faktorom je plynné skupenstvo hexafluoridu uránu už pri 56°C pri atmosférickom tlaku.

Pre objasnenie miesta technológie separácie izotopov je potrebné pripomenúť, že technológia uránu zahŕňa premenu rudných surovín na dusičnan uranyl, dusičnan uranyl sa premieňa na hexafluorid cez stupeň oxidov a tetrafluorid, hexafluorid sa separuje na hexafluorid uránu-235 a hexafluorid uránu-238 a následne sa z hexafluoridu obohateného izotopom U235 vyrába oxid uraničitý pre palivové tyče.

Pôvodný jadrovo čistý hexafluorid uránu obsahujúci 99,3 % hexafluoridu uránu-238 a 0,7 % hexafluoridu uránu-235. Z tejto zmesi je potrebné izolovať hexafluorid izotopu uránu-235.

Existuje mnoho spôsobov separácie izotopov:

difúzia plynu;

odstreďovanie;

Destilácia (rektifikácia)

Elektromagnetické

Tepelná difúzia

výmena izotopov

laserová separácia

Toto nie je ani zďaleka úplný zoznam všetkých metód separácie izotopov, v praxi sa v súčasnosti využívajú len prvé tri metódy. Zvyšné metódy nie sú v priemyselnom meradle a používajú sa len pri experimentálnej práci, aj keď sú často kvalitnejšie ako veľkotonážne priemyselné metódy.

Metódy plynovej difúzie a centrifugácie zvyčajne oddeľujú izotopy ťažkých prvkov (U 235 od U2 38), na oddelenie ľahkých izotopov sa používa destilácia alebo rektifikácia (zvyčajne H 1 od H 2 a H 3 alebo Li 6 od Li 7).

Separačný faktor α=1,003 pre stroje na difúziu plynu a α=1,3 pre odstredivé stroje.

1 Separácia izotopov difúziou plynu

Prvou úspešnou metódou, ktorá umožnila získať urán obohatený o izotop U 235, bola metóda plynovej difúznej separácie.

Metóda difúznej separácie plynov je teoreticky založená na závislosti rýchlosti difúzie jednotlivých molekúl od ich hmotnosti.

Zo vzorca je zrejmé, že čím menšia je hmotnosť molekuly, tým väčšia je jej rýchlosť. Tie. ľahké molekuly difundujú ďalej ako ťažké. Potom môžeme separačný faktor znázorniť ako pomer rýchlostí difúzie v nasledujúcom tvare:

Keď vieme, že hmotnosť hexafluoridu uránu-238 je 352 g/mol a hmotnosť hexafluoridu uránu-325 je 349, môžeme vypočítať teoretický separačný faktor:  = 1,0043

Skutočné  = 1,003

Zvážte zariadenia stroja na difúziu plynu. Hlavným prvkom je porézna priečka (obr. 1), v ktorej difunduje hexafluorid uránu. Ako už bolo uvedené, ľahké molekuly majú dlhší difúzny rozsah a prenikajú za prepážku, zatiaľ čo ťažké častice cez prepážku neprechádzajú.

Obr.1 Porézna priečka

Separátor je rúrka z lisovaného niklového prášku s priemerom pórov 1-10 μm, vonkajší povrch rúrky je pokrytý priamo separačnou membránou, ktorej priemer pórov je už 0,03 μm. Je to vrstva separačnej membrány, ktorá zadržiava niektoré ťažké molekuly hexafluoridu uránu-238. Membrány sú filmy s pórmi vytvorenými leptaním. Napríklad kyselina dusičná bude moreť zliatinu 40/60 Au/Ag (Ag/Zn); alebo elektrolytickým leptaním hliníkovej fólie možno získať krehkú hliníkovú membránu. Kompozitné bariéry sú zostavené z malých, diskrétnych prvkov zabalených do relatívne hrubej poréznej priehradky.

Plyn - hexafluorid uránu vstupuje do difúzneho stroja a je rozdelený na dve frakcie. Jedna frakcia prešla cez poréznu prepážku a stratila časť ťažkých molekúl, t.j. obohatené o pľúca. Ďalšia frakcia neprešla cez poréznu prepážku, na rozdiel od niektorých molekúl svetla, t.j. frakcia ochudobnená o svetelný izotop zostala pred prepážkou.

Schematicky môže byť stroj na difúziu plynu znázornený takto:

Obr.2 Zariadenie stroja na difúziu plynu

Plyn vstupujúci do stroja na difúziu plynu je hnaný bubnom cez separačné rúrky. Plyn sa predbežne zahreje na 75 °C, tlak 40-80 mm Hg. Keďže pri uvoľňovaní tepla dochádza k difúzii, stroj musí byť chladený.

Hlavné nevýhody metódy separácie izotopov pomocou difúzie plynu:

Nedostatočný stupeň separácie

Zničenie Ni-bariéry. Hexafluorid uránu pomaly reaguje s kovom niklu podľa vzorca:

Ni + UF6 = UF4 + NiF2

V separačnom prvku sa postupne hromadí fluorid uránový, ktorý sa následne odstraňuje premývaním vo fluoride chloričitom:

UF 4 TV + ClF 3 W = plyn UF 6 + plyn ClF

3. Periodicita procesu z dôvodu odstavenia z dôvodu regenerácie.

Veľké náklady na energiu.

Veľká spotreba chladiacej vody

Veľké výrobné plochy. Dielne na separáciu izotopov zaberajú obrovské plochy niekoľkých hektárov a obsluha sa po dielni pohybuje na bicykloch.

Vzhľadom na všetky tieto nedostatky v súčasnosti väčšina separačných závodov prechádza na novú technológiu separácie izotopov – centrifugáciu.

.2 Tepelná difúzia

Tepelná difúzia sa uskutočňuje v plynnej alebo kvapalnej fáze v protiprúdovom stĺpci, pozdĺž ktorého osi je umiestnený vyhrievaný kovový závit (alebo rúrka) a vonkajšia stena je ochladzovaná. Teplotný rozdiel spôsobuje difúzny tok, ktorý vedie k vzniku rozdielu v koncentrácii<#"655758.files/image007.gif">

Tlak plynu v gravitačnom poli závisí od jeho molekulovej hmotnosti, vzdialenosti nad bodom merania a gravitačného zrýchlenia.

Prepíšme túto rovnicu pre odstredivé pole. Tlak nahraďme koncentráciou, Zrýchlenie voľného pádu dostredivým zrýchlením, výšku polomerom.

Potom sa separačný faktor zapíše ako pomer koncentrácie ťažkého izotopu k ľahkému izotopu:

Ak teda v difúznych strojoch separačný faktor závisel od hmotnostného pomeru hexafluoridu uránu-235 a uránu-238, potom v odstredivkách závisí od hmotnostného rozdielu. Je ľahké vypočítať, že v odstredivkách je separačný faktor 1,3.  = 1,3

Len na odstredivkách je možné získať hexafluorid uránu obohatený o U 235 až na 98 %.

Separačný faktor závisí od dvoch faktorov:

Z hmotnostného rozdielu izotopov

Z rýchlosti odstredivky

Zvážte zariadenie odstredivky.

Ryža. 4. Odstredivé zariadenie na separáciu izotopov

Odstredivka je valec s priemerom 15 cm a výškou 0,5 m. V utesnenom kryte je rotačný rotor. Tento rotor je zásobovaný plynom (UF6). Vplyvom odstredivej sily, státisíckrát väčšej ako gravitačné pole Zeme, sa plyn začne deliť na „ťažkú“ a „ľahkú“ frakciu. Na dne odstredivky je korundová ihla na zníženie trenia, pri otáčaní odstredivka stúpa "vzlieta" a otáča sa bez kontaktu s časťami plášťa. Rýchlosť otáčania dosahuje 100 tisíc ot / min. Ľahké a ťažké molekuly sa začínajú zoskupovať v rôznych zónach rotora, ale nie v strede a pozdĺž obvodu, ale v hornej a dolnej časti. K tomu dochádza v dôsledku konvekčných prúdov - kryt rotora sa zahrieva a dochádza k spätnému toku plynu. V hornej a spodnej časti valca sú dve malé rúrky - sacie. Do spodnej trubice vstupuje ochudobnená zmes a do hornej trubice zmes s vyššou koncentráciou 235U atómov. Táto zmes vstupuje do ďalšej odstredivky a tak ďalej, kým koncentrácia uránu 235 nedosiahne požadovanú hodnotu. Reťazec centrifúg sa nazýva kaskáda.

1.5 Aerodynamické oddelenie

Aerodynamická separácia bola vyvinutá v Južnej Afrike (proces UCOR s použitím vírivých trubíc pri 6 baroch) a Nemecku (pomocou zakrivených trysiek pracujúcich pri 0,25-0,5 baru).

Jedinou krajinou, ktorá zaviedla túto metódu do praxe, je Južná Afrika, kde sa v závode vo Valindabe, ktorý bol zatvorený koncom osemdesiatych rokov, vyrobilo 400 kg uránu na zbrane. Separačný faktor ~1,015, spotreba energie ~3300 kWh/MPP-kg.

6 Elektromagnetické oddelenie

Metóda elektromagnetickej separácie je založená na rozdielnom pôsobení magnetického poľa na rovnako elektricky nabité častice rôznej hmotnosti. V skutočnosti sú takéto inštalácie, nazývané kalutróny, obrovské hmotnostné spektrometre. Ióny separovaných látok, pohybujúce sa v silnom magnetickom poli, sa krútia s polomermi úmernými ich hmotnosti a padajú do prijímačov, kde sa hromadia. Táto metóda umožňuje oddeliť akúkoľvek kombináciu izotopov, má veľmi vysoký stupeň separácie. Dva prechody sú zvyčajne dostatočné na získanie obohatenia nad 80 % z nekvalitného materiálu (s počiatočným obsahom požadovaného izotopu menším ako 1 %). Elektromagnetická separácia však nie je vhodná pre priemyselnú výrobu: väčšina látok sa ukladá vo vnútri kalutrónu, takže sa musí pravidelne zastavovať kvôli údržbe. Ďalšími nevýhodami sú vysoká spotreba energie, zložitosť a vysoké náklady na údržbu, nízka produktivita. Hlavnou náplňou metódy je produkcia malých množstiev čistých izotopov na laboratórne použitie. Počas druhej svetovej vojny však bola postavená jednotka Y-12, ktorá od januára 1945 dosahovala kapacitu 204 gramov 80% U-235 za deň. Kvôli vysokým režijným nákladom bol Y-12 v roku 1946 zatvorený.

Schematické znázornenie elektromagnetického oddeľovacieho zariadenia (obr. 5); bodky znázorňujú smer magnetického poľa kolmo na rovinu obrázku.

Pozornosť si zaslúžia metódy, ktoré ešte nie sú priemyselne využiteľné:

Odparovanie pomocou lasera

Chemická separácia

Separácia izotopov pomocou ľahkého tlaku

Fotochemické reakcie elektronicky excitovaných častíc

Dvojstupňová excitácia atómov a molekúl

Selektívna fotopredisociácia

Excitácia molekúl infračerveným žiarením

Izotopový efekt v chemických reakciách prebiehajúcich za termodynamicky nerovnovážnych podmienok

Kondenzácia plynu vibračne excitovaných molekúl

Izotopový efekt pri chemických reakciách prebiehajúcich v magnetickom poli

Separácia adsorpciou

Selektívna difúzia stimulovaná laserovým žiarením

Rezonančné riadenie procesov na povrchu laserovým žiarením

Laserová chémia na rozhraní dvoch médií

Laserová stimulácia chemických reakcií na rozhraní dvoch kvapalín

1.7 AVLIS (odparovanie pomocou lasera)

Rôzne izotopy absorbujú svetlo pri mierne odlišných vlnových dĺžkach. Jemne vyladený laser dokáže selektívne ionizovať atómy konkrétneho izotopu. Výsledné ióny možno ľahko oddeliť, povedzme, magnetickým poľom. Táto technológia je mimoriadne efektívna, ale zatiaľ nebola aplikovaná v priemyselnom meradle. Technológia vyvinutá v USA, ale stále sa nerozvíjala ďalej ako prototypy. Má to veľkú nevýhodu, a to obtiažnosť prestavby zariadenia z jedného izotopu na druhý.

Obr.6. Laserová separácia izotopov.

1.8 Chemická separácia

Chemická separácia využíva rozdiel v rýchlosti chemických reakcií s rôznymi izotopmi. Najlepšie to funguje pri oddeľovaní svetelných prvkov, kde je rozdiel výrazný. V priemyselnej výrobe sa využívajú reakcie, ktoré prebiehajú s dvoma činidlami v rôznych fázach (plyn/kvapalina, kvapalina/pevná látka, nemiešateľné kvapaliny). To uľahčuje oddelenie bohatých a chudých tokov. Použitím dodatočného teplotného rozdielu medzi fázami sa dosiahne dodatočné zvýšenie separačného faktora. Chemická separácia uránu bola vyvinutá v Japonsku a Francúzsku, ale podobne ako AVLIS sa nikdy nepoužívala. Francúzska metóda Chemex využíva protiprúd vo vysokom stĺpci dvoch nemiešateľných kvapalín, z ktorých každá obsahuje rozpustený urán. Japonská metóda Asahi využíva výmennú reakciu medzi vodným roztokom a jemne mletou živicou, cez ktorú roztok pomaly perkoluje. Obe metódy vyžadujú katalyzátory na urýchlenie procesu koncentrácie. Proces Chemex potrebuje elektrinu na úrovni 600 kWh/MPP-kg.

Irak vyvíjal túto technológiu (vo forme zmiešanej výroby Chemex/Asahi) na obohatenie U-235 až na 6-8% a následné obohatenie v kalutróne.

1.9 Výron plynov

izotop hexafluoridu uránu tepelná difúzia

Efúzia plynov je založená na skutočnosti, že pri molekulárnom výtoku (efúzii)

zmesi izotopovo substituovaných molekúl<#"655758.files/image015.gif">

10 Organizácia kaskády separácie izotopov

Už bolo povedané, že na separáciu izotopov je potrebný veľký počet separačných strojov (centrifúg alebo difúznych).

Jeden difúzny stroj môže byť schematicky znázornený na schéme (obr. 7) takto:

Strana vstupuje do pôvodnej zmesi. Plyn čiastočne obohatený o ľahký izotop prechádza cez prepážku a plyn čiastočne ochudobnený o ľahký izotop (ťažký) klesá. Pre dostatočné oddelenie je potrebné kaskádovať stovky takýchto strojov (obr. 8).

Obr. 8 Oddeľovacia kaskáda.

Horná časť kaskády sa nazýva stupeň obohacovania, spodný stupeň sa nazýva stupeň vyčerpania.

Na získanie hexafluoridu uránu s obsahom U 235 aspoň 90% je potrebná kaskáda 600 separačných stupňov.

Separácia izotopov je jednou z najdrahších operácií v uránovej technológii, tu sú približné ceny za kilogram uránu v amerických dolároch v závislosti od stupňa obohatenia (ceny výrazne závisia od objemu výroby a dopytu): prírodné - 27 $ 2 % - 130 5 % - 440 USD 90 % - 10 000 USD

Celkovo sa v závodoch ZSSR získalo asi 600 ton uránu obohateného o 90% izotopom U 235.

Po separačných závodoch. Ochudobnený urán ide na skládku. V našej krajine sa nahromadilo viac ako 100 tisíc ton ochudobneného uránu. Do špeciálnych kontajnerov sa čerpá ochudobnený hexafluorid uránu, ak sa tieto kontajnery umiestnia na železničné nástupištia, tak takýto ešalón doletí až z Moskvy do Vladivostoku. Odpadový hexafluorid uránu predstavuje určité nebezpečenstvo pre životné prostredie a schémy na jeho premenu už boli vyvinuté, pretože hexafluorid uránu je obrovským zdrojom tak potrebnej výroby fluorovodíka a fluóru.

Tabuľka 3 porovnáva metódy separácie izotopov pre vodík, uhlík a urán na príklade troch typov izotopov.

2. Hexafluorid uránu

MPC - 0,015 mg/m3

Výroba UF 6 je hlavnou a neoddeliteľnou súčasťou jadrového palivového cyklu. Všetok urán vyťažený z čriev prechádza cez UF 6. Rovnako ako všetok regenerovaný urán, po spracovaní v RCP pre návrat do jadrového palivového cyklu opäť dochádza k fluorácii a následnému opätovnému obohateniu.

Na uskutočnenie jadrovej reťazovej reakcie je potrebný izotop U235, z ktorého len 0,72 % obsahuje prírodný urán.

Ryža. 9. Fázový diagram stavu UF 6.

1 Požiadavky na kvalitu UF 6

Existujú dva druhy hexafluoridu uránu v závislosti od stupňa obohatenia izotopom U 235. 6 - komerčné - prírodné alebo s obsahom do 3% U 235 6 ​​- obohatené (regenerované, zbraňové).

Pri koncentrácii ľahkého izotopu nižšej ako 3% sa urán považuje za jadrový bezpečný, t.j. nemá kritickú hmotnosť schopnú spontánnej reťazovej reakcie. Komerčný urán je bežné chemické činidlo s voľnou trhovou hodnotou. Akýkoľvek obchod s uránom určeným na zbrane je zakázaný podľa zákona o nešírení jadrových zbraní.

2.2 Spracovanie obohateného hexafluoridu uránu

Po závode na difúziu plynu sa hexafluorid uránu obohatený izotopom U235 musí spracovať na oxid uránový az oxidu uraničitého by sa mali vyrábať palivové články jadrových reaktorov. Palivové tyče sú kovové, oxidové, silicifikované atď. Ich výroba je veľmi zložitý a vedecky náročný proces, na východiskové materiály sú kladené zvýšené požiadavky na čistotu. Kovové palivové tyče sa používajú na výrobu plutónia; oxid – používa sa v energetických reaktoroch. Obohacovanie hexafluoridu uránu je jednou z kľúčových etáp celej jadrovej chemickej technológie. Metódy spracovania obohateného hexafluoridu uránu spadajú do dvoch štandardných typov:

Metódy úpravy vody

a) Hydrolýza dusičnanom hlinitým

b) Proces diuranátu amónneho (ADU)

c) Proces uhličitanu amónneho a uránového (AUC).

Bezvodé spôsoby spracovania

Redukcia hexafluoridu uránu vodíkom.

Vyvinutý aj tzv. HEU-LEU je proces, ktorý premieňa vysoko obohatený urán (HEU) na výrobu zbraní na energeticky kvalitný nízko obohatený urán (LEU).

2.3 Metódy úpravy vody

Prvým stupňom spracovania je hydrolýza hexafluoridu uránu vodou na fluorid uranyl. Hydrolýza nastáva s veľkým uvoľňovaním tepla podľa rovnice:

UF6 + 2H20 \u003d UO2F2 + 4HF

Tento proces sa môže uskutočniť prebublávaním plynného hexafluoridu uránu vodou alebo zmiešaním stlačeného kvapalného hexafluoridu uránu s vodou. V oboch prípadoch je zabezpečený odvod tepla z hydrolýznych zariadení. V dôsledku hydrolýzy sa získa vodný roztok UO 2 F 2 a HF s koncentráciou uránu 100 g/l. V domácich prevádzkach sa používa metóda hydrolýzy hexaftoidu uránu pomocou dusičnanu hlinitého. Táto metóda umožňuje už v počiatočnom štádiu naviazať F-ión na silnú zlúčeninu a odstrániť ju z roztokov v štádiu extrakcie. Chémia procesu je opísaná podľa nasledujúcej schémy:

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

Komplexy AlF 2 NO 3 a AlF(NO 3) 2 potláčajú disociačný účinok iónu F na proces extrakcie uránu a chránia zariadenie pred koróznou nestabilitou. V dôsledku hydrolýzy sa získa vodný roztok UO 2 F 2 a HF s koncentráciou U 100 g/l. V procese hydrolýzy dochádza k rýchlemu uvoľňovaniu tepla. Po hydrolýze je potrebné kontrolovať obsah U a HF.

Tabuľka 10. Rozpustnosť UF 6 v H 2 O v závislosti od koncentrácie HF

	Konc. UO2F2 %

Podľa prístrojového vybavenia sa rozlišujú dva spôsoby hydrolýzy: prebublávanie a prúdenie. Metóda prebublávania spočíva v privádzaní hexafluoridu uránu do roztoku cez prívodnú trubicu plynu do aparatúry s miešadlom. Trysková metóda je modernejšia a produktívnejšia. Podľa tryskovej metódy sa hexafluorid uránu privádza do hornej časti vertikálneho zariadenia a vodný roztok sa tangenciálne zavádza cez stenu a klesá pozdĺž špirálovej trajektórie.

Obr.10. Rozprašovanie UF6 Obr.11.Jet metóda

Produktivita tryskovej metódy: 25 kg/h na UF 6, 50 l/h na H 2 O; tlak: 4 atm.; t = 104 °C. Odsávanie sa vykonáva v skriňových extraktoroch. Operácia pozostáva z 8 krokov extrakcie a 4 krokov reextrakcie. Ako extrakčné činidlo sa používa 30% roztok TBP v petroleji. Na extrakciu sa dodáva roztok s koncentráciou uránu 20–30 g/l a koncentráciou kyseliny dusičnej 180–220 g/l. Pomer organickej fázy k vodnej 1/(3-4). Koncentrácia uránu v organickej fáze je 70-90 g/l. Extrakcia sa vykonáva protiprúdovou metódou. Stripovanie sa uskutočňuje slabým roztokom kyseliny dusičnej pri pH = 1. Zo získaných roztokov dusičnanu uranylu sa vyzráža polyuranát amónny.

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

Kalcináciou polyuranátu amónneho sa získa oxid uránu. Kalcinácia sa vykonáva v horizontálnych rotačných peciach. Teplota v peci je 690 až 730 °C.

(NH4)2U4013 → U308 + NH3 + N2 + H20

Redukcia sa uskutočňuje s veľkým prebytkom vodíka v horizontálnych rotačných peciach pri teplote 650-750°C.

U308 + H2 -> U02 + H20

Schéma vodnej hydrolýzy hexafluoridu uránu pomocou dusičnanu hlinitého je na obr.12.

Obr.12. Technologická schéma vodnej hydrolýzy UF 6 .

V prípade neštandardne vyrábaných tabliet je možné ich znovu kalcinovať na U 3 O 8 . Oxid uránu sa rozpustí v kyseline dusičnej a takto získaný dusičnan uranyl sa prečistí extrakciou na tributylfosfáte. Potom sa z vyčisteného dusičnanu uranylu pomocou amoniaku vyzráža polyuranát amónny, kalcinuje sa na oxid dusný a opäť sa redukuje na oxid uraničitý.

3.1 Proces AD

Proces AD vďačí za svoj názov diuranátu amónnemu, ktorý je východiskovým produktom na výrobu mnohých zlúčenín vrátane keramického UO 2 .

Obvykle sa pod procesom ADU rozumie klasická schéma získavania keramického UO 2 z UF 6 (hydrolýza UF 6 vo vode alebo v roztoku amoniaku - vyzrážanie polyuranu amónneho - sušenie - kalcinácia - redukcia).

Proces AFC implementovaný vo fluoridových systémoch je určený na spracovanie UF 6 so zvýšenou koncentráciou 235 U alebo ochudobneného o izotop 235 U. ochudobneného o izotop 235 U, - pre palivo chovnej zóny reaktorov s rýchlymi neutrónmi.

Zrážanie polyuranátu amónneho sa uskutočňuje s veľkým prebytkom amoniaku podľa nasledujúcej schémy:

HF + NH40H = NH4F + H20

UO2F2 + 6NH4OH \u003d (NH4)2U207 + 4NH4F + 3H20

s nedostatkom amoniaku je možná reakcia.

UO 2 F 2 + 3NH 4 OH \u003d (NH 4) 3 UO 2 F 5 + 3HF + 3H20

Extrakcia uránu do zrazeniny je viac ako 99,5 %. Na zrážanie sa môžu použiť miešadlá s miešadlami a filtrácia sa môže vykonávať na bubnových vákuových filtroch. Filtračný koláč polyuranátu amónneho obsahuje niekoľko percent fluóru. Jeho ďalšie spracovanie spočíva v tepelnej disociácii na U 3 O 8 a následnej redukcii na oxid uraničitý. Spôsob sa bežne uskutočňuje v peciach s fluidným lôžkom. Následné spracovanie UO 2 spočíva v lisovaní za studena a následnom spekaní vzoriek vo vodíkovej atmosfére pri teplote 1750 ° C. Vzhľadom na to, že jemne rozptýlený oxid zirkoničitý sa získava z polyurátu amónneho, majú vylisované vzorky veľmi vysokú hustotu - aspoň 95 % teoretickej hodnoty, t.j. ~10 g/cm3.

3.2 Proces AUC

Proces AUK má svoj názov podľa uhličitanu amónneho a uranylu Priemyselný proces výroby keramického UO 2 z UF 6 je cez medziprodukt (NH 4) 4 UO 2 (CO 3) 3 .

Uhličitan amónny a uranyl vzniká reakciou:

6 + 5H20 + 10NH3 + 3C02 -> (NH4)4U02(C03)3 + 6NH4F.

(NH4)4 -> 4NH3 + 3C02 + 1,75 H20 + U03 ∙ 0,25 H20.

Konečným produktom kalcinácie je U3O8 (vo vzduchu) a UO2 (vo vodíku). Rozklad (NH 4) 4 prebieha postupne, najskôr na monohydrát oxidu uraničitého s postupnou stratou vody v budúcnosti. Proces dehydratácie možno znázorniť takto:

UO3∙H20 → UO3∙0,65H20 → UO3∙ 0,5H20 → UO3∙0,25H20.

Zlúčenina UO 3 ∙ 0,25 H 2 O vzniká ako medziprodukt pri kalcinácii v atmosfére všetkých plynov a existuje až do teploty 653 K.

3 (UO3∙0,25H20) + H2 → U308 + 1,75 H20 + 74,8 kJ.

Podľa údajov rôntgenovej difrakčnej analýzy bol produkt tejto reakcie identifikovaný ako U308. Konečným produktom redukcie je prášok UO2.

4 Bezvodé metódy spracovania obohateného uránu

4.1 Redukcia UF6 vodíkom

Hexafluorid uránu sa redukuje vodíkom na tetrafluorid a fluorovodík, potom sa tetrafluorid redukuje fúziou s vápnikom na kovový urán a difluorid vápenatý.

Interakcia hexafluoridu uránu s vodíkom je opísaná rovnicou:

UF 6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF + 16,5 kJ / mol

Reakcia prebieha s výraznou stratou voľnej energie. Aktivačná energia redukčnej reakcie UF 6 s vodíkom je však veľmi vysoká a pre úspešný priebeh procesu je potrebný prísun tepla. Redukcia hexafluoridu vodíkom je reakciou prvého poriadku.

Na realizáciu uvažovaného procesu existujú dva spôsoby dodávky tepla: buď cez stenu, alebo do reaktora sa vstrekuje malé množstvo fluóru, ktorý pri interakcii s vodíkom uvoľňuje dostatočné množstvo tepla. Zariadenia na redukciu hexafluoridu uránu vodíkom sú rozdelené do dvoch typov podľa spôsobu dodávky tepla:

Teplostenný reaktor;

Reaktor so studenou stenou.

Zriedenie hexafluoridu dusíkom až do ekvimolárneho zloženia plynov na vstupe neznižuje účinnosť procesu. Zníženie nadbytku H2 vedie k zvýšeniu špecifickej hmotnosti UF4. Významnou nevýhodou procesu redukcie hexafluoridu uránu vodíkom v reaktore s horúcou stenou je prehrievanie stien v dôsledku reakčného tepla, najmä v prvých zónach pozdĺž prúdenia plynu. To vedie k fúzii pevného materiálu, a preto je potrebné pravidelne zastavovať práce a čistiť steny. Typicky reaktor beží 78 hodín a potom sa zastaví na čistenie. Vibrácie reaktora sú nevyhnutné, aby sa zabránilo hromadeniu UF 4 na stenách mäkkého prášku.

Východisko sa našlo v podobe spoločného prívodu UF6 a F 2 do reaktora. V dôsledku tepla reakcie spaľovania vodíka vo fluóre.

H2 + F2 \u003d 2HF + 30,6 kJ / mol

v horáku je excitovaná redukčná reakcia hexafluoridu uránu s vodíkom. Obrázok 13 znázorňuje konštrukciu zariadenia s horúcimi stenami.

Ryža. 13. Zariadenie s horúcimi stenami na redukciu hexafluoridu uránu.

Reaktor je zvislá rúra (obr. 13), v hornej prírube reaktora je namontovaná dýza na miešanie reakčných plynov a ich vstrekovanie do zóny reaktora. Trojstupňové vykurovanie.

Takýto spôsob, realizovaný v reaktore so studenými stenami, je celkom vyhovujúci tak z hľadiska prevádzkových vlastností, ako aj z hľadiska kvality vyrobeného fluoridu uránového. Potreba spaľovania F 2 na oveľa lacnejšie HF však znižuje ekonomickú efektívnosť tohto spôsobu spracovania.

Zvažovanie určitých chemických reakcií v systéme začína termodynamickou analýzou, ktorá nám umožňuje vyhodnotiť najpravdepodobnejšie varianty chemických premien, ich postupnosť a hĺbku, vplyv hlavných vonkajších faktorov (teplota, tlak) na priebeh procesov.

Pri plynných metódach sa hydrolýza UF6 uskutočňuje pri zvýšených teplotách (zvyčajne pri 473-973 K). Preto je správnejšie nazývať tento proces pyrohydrolýzou. V reálnych procesoch v prítomnosti vodíka je potrebné vziať do úvahy existenciu dvoch viacstupňových reťazcov premien UF6 vedúcich k tvorbe pevných medziproduktov.

Reťazec transformácií 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 O 2F2 + 2/3H20 +1/3H2 = UO 2,67 + 2HF 2,67 + 2/3H2 = U02 + 2/3H202F2 + H2 = 1/2 U02 + 1/2 UF4 + H2O

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

Reťazec transformácií UF 6 → UF 4 → UO 2:

6 + H2 \u003d UF4 + 2HF, 4 + 2H20 \u003d U02 + 4HF.

Celková reakcia interakcie hexafluoridu uránu so zmesou vodíka a vodnej pary je reakcia:

UF6 + 2H20 + H2 \u003d U02 + 6HF.

Termodynamická analýza interakcie v systéme UF 6 - H 2 O - H 2 spočíva v stanovení hlavných termodynamických parametrov a stanovení podmienok procesu. Pri hodnotení vplyvu teploty na všeobecnú povahu priebehu chemických reakcií v procesoch plynovej konverzie UF 6 možno poznamenať, že zvýšenie teploty by malo podporiť defluoráciu a postupný prechod z fluoridu uranylu z konverznej reakcie. na oxidové systémy. Vzhľadom na to, že defluoračné reakcie prebiehajú so zväčšením objemu systému, pokles celkového tlaku v systéme by mal uľahčiť produkciu oxidov uránu s nižším obsahom zvyškového fluóru.

Reťazec premien počas kyslíkovo-vodíkovej konverzie hexafluoridu uránu.

Transformačný reťazec:

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

UF4 + 2H20 \u003d UO2 + 4HF,

H2 + O2 \u003d 2H20,

alebo 6 + 2H20 \u003d UO2F2 + 4HF, 2 F2 + H2 \u003d UO2 + 2HF,

alebo 2 F2 + H20 \u003d UO3 + 2HF

UO3 + H2 \u003d U02 + H20

Celkovú reakciu redukčnej hydrolýzy v kyslíkovo-vodíkovom plameni možno napísať takto:

UF 6 (g) + H 2 g + O 2 g → UO 2 tv + 6HF + H 2 O zvyškový

Priebeh zmien Gibbsovej energie so zvyšujúcou sa teplotou, ku ktorým dochádza pri hydrolýze hexafluoridu uránu vodnou parou, priaznivo ovplyvňuje hĺbku hydrolýzy a následnú redukčnú reakciu fluoridu uranylu s vodíkom. Je potrebné poznamenať, že hydrolýza fluoridu uranylu na oxid trioxid je reverzibilná a prebieha v smere dopredu pri relatívne vysokých teplotách.

V reakčných produktoch plameňového reaktora (teplota okolo 1300 °C) boli nájdené UО2, UO3, UF4, U(OH)4, Н2О, UО2F2. Hlavným prvkom znečisťujúcim výsledný produkt bol fluór, ktorého obsah bol 4-8%.

Obsah fluóru v produkte získanom plameňovou pyrohydrolýzou výrazne klesol počas jeho tepelného spracovania vo vodíku pri 1000 °C a dosiahol hodnotu menšiu ako 3,10-3, čo je celkom uspokojivé. Dodávka prvotných produktov je organizovaná nasledovne. Tri plyny (UF6, O2 a F2) vstupujú cez centrálnu trubicu a H2 - cez prstencovú medzeru; F 2 sa podáva len na samom začiatku na spustenie procesu interakcie UF 6 s vodíkom.

5 HEU-LEU proces

Technológia HEU-LEU zahŕňa operácie na konverziu vysoko obohateného uránu (HEU) na nízko obohatený urán (LEU). Potreba takejto konverzie vznikla v polovici 90. rokov v dôsledku bilaterálneho odzbrojenia USA a Ruska. Predtým vyrobený vysoko obohatený (90 %) urán sa musí premeniť na nízko obohatený (1,6 – 4,4 %) urán vhodný na mierové využitie na výrobu palivových článkov pre VVER. Problém je vyriešený riedením vysoko obohateného uránu nízko obohateným uránom cez stupeň fluorácie. Keďže hexafluorid uránu je plynná zlúčenina, dosiahne sa tak rovnomerná homogenizácia zmesi. Výhodou takéhoto miešania je menej nákladná organizácia zabezpečenia jadrovej bezpečnosti a požadovaná presnosť dávkovania miešaných produktov, efektívnosť riadenia procesu miešania. Priemyselná technologická schéma takejto výroby je znázornená na obr.14.

Obr.14 Technologická schéma procesu HEU-LEU.

LEU podlieha vysokým požiadavkám na čistotu. Predovšetkým musí garantovať obsah

plutónium< 0,05 Бк/г U

neptunia< 0,01 Бк/г U

urán -234< 10 000 мкг/г U - 235

urán -236< 5 000 мкг/г U - 235

Na základe týchto požiadaviek boli do technologickej schémy na presun uránu na výrobu zbraní z elementárneho stavu do jeho hexafluoridu a riedenie nízko obohateným uránom zavedené dve ďalšie operácie:

Najprv bol zavedený stupeň extrakčného čistenia vysoko obohatených oxidov uránu z plutónia, produktov štiepenia a dopantov.

po druhé, bola zorganizovaná výroba hexafluoridu riediaceho uránu z prírodného moču s 1,5% obsahom uránu-235 so zníženým obsahom izotopov uránu-234 a uránu-236. Tabuľka 1 ukazuje, že najdôležitejším prvkom v technológii spracovania zbrojného uránu na jadrové palivo je proces fluorácie vysoko obohatených oxidov uránu. Na fluoráciu sa dodáva práškový oxid uránový (oktoxid triuránový) a fluór, ktorý bol predtým čistený z fluorovodíka metódou selektívnej sorpcie fluorovodíka na granuly fluoridu sodného. Fluoračná reakcia prebieha pri teplote 350-400 °C. Fluoračný proces sa uskutočňuje v kontinuálnom režime počas spracovania jednej šarže s protiprúdom pevnej a plynnej fázy činidiel. Pevné práškové zvyšky z fluorácie, v ktorých sa po spracovaní koncentrujú neprchavé fluoridy produktov rozpadu rádionuklidov, produkty korózie (fluoridy Fe, Ni, Cu), ako aj neprchavé fluoridy plutónia, prítomné v mikroskopických množstvách v uráne. alebo viac dávok oxidov uránu, sú vyložené z reaktora a posielané na extrakciu uránu. Plynná fáza opúšťajúca reaktor prechádza cez dvojstupňovú filtráciu zo strhávanej pevnej fázy a vstupuje do desublimácie získaného hexafluoridu uránu z prúdu plynu. Okrem toho v prvom technologickom reťazci, pred desublimáciou, prúd plynu prechádza cez sorpčnú kolónu, v ktorej sa podľa reakcie selektívne zachytáva plutónium, ktoré prešlo sublimáciou spolu s hexafluoridom uránu.

Hexafluorid uránu zhromaždený v desublimátore, keď je desublimátor rozmrazený, je podrobený vákuovému tréningu, aby sa z neho odstránili nekondenzovateľné plyny a nečistoty fluorovodíka, potom sa hexafluorid uránu znovu skondenzuje z desublimátora do prepravných nádob a odošle sa spotrebiteľovi. (zariadenie na separáciu izotopov).

Procesné plyny za desublimátorom, obsahujúce najmä nekondenzujúce plyny F2, 02 a iné, sa čistia z hexafluoridu uránu jeho zachytávaním na granulách fluoridu sodného podľa reakcie:

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

a potom sú odoslané na neutralizáciu fluóru a sanitárne čistenie v systéme čistenia plynov Hardvérový dizajn technologických procesov v závode je určený vlastnosťami spracovávaných materiálov a činidiel, z ktorých hlavné sú;

vysoká chemická toxicita fluóru, fluorovodíka, hexafluoridu uránu a iných prchavých a neprchavých fluoridov zapojených do procesu. Pokiaľ ide o chemickú nebezpečnosť, väčšina z nich patrí do látok triedy 1;

vysoká rádiotoxicita vysoko obohateného uránu a iných nuklidov v ňom prítomných: stopové množstvá plutónia, uránu-232 a produktov ich rozpadu; týmto sa spracovávaný materiál zaraďuje z hľadiska rádioaktívneho nebezpečenstva k látkam triedy A;

vysoko obohatený urán je jadrový nebezpečný, t.j. za určitých podmienok môže dôjsť k spontánnej reťazovej reakcii rozkladu (SCR).

Problémy jadrovej bezpečnosti v zariadení sú vyriešené skutočnosťou, že všetky procesné a pomocné zariadenia, vrátane: fluoračného reaktora, bunkra, desublimátora, sorpčných kolón, sanitárnych filtrov, majú buď jadrovo bezpečnú geometriu alebo obmedzenia objemu a zaťaženia. zariadenia a veľkosť súčasne spracovávanej dávky vysoko obohateného uránu

Záver

Hoci je urán s nízkym obohatením cennou surovinou na výrobu vysoko obohateného uránu, zariadenia na plynovú difúziu s nízkym obohatením nie je možné ľahko premeniť na výrobu vysoko obohateného uránu. Vysoké obohatenie si vyžaduje mnoho menších etáp v dôsledku prudkého poklesu faktora obohacovania a problémov s kritickosťou (akumulácia kritického množstva uránu) vo väčších blokoch.

Obrovská veľkosť obohacovacieho systému vedie k dlhému času jeho plnenia materiálom (obohatenou látkou) pred výstupom produktu. Obvykle je táto doba vyrovnania 1-3 mesiace. Technológia plynovej difúzie bola široko používaná v mnohých krajinách, dokonca aj Argentína zriadila fungujúce zariadenie na obohacovanie pre svoj program skrytých zbraní (teraz ukončený). V roku 1979 sa týmto procesom vyrobilo viac ako 98 % všetkého uránu. Do polovice 80. rokov klesol tento podiel zavedením metódy odstreďovania na 95 %.

Dominantná metóda separácie izotopov pre nové priemyselné odvetvia, hoci existujúce zariadenia sú väčšinou plynové difúzie. Každá odstredivka poskytuje oveľa vyšší separačný faktor ako jeden plynový stupeň. Vyžaduje sa oveľa menej stupňov, len asi tisíc, hoci náklady na každú odstredivku sú oveľa vyššie.

Odstreďovanie plynu vyžaduje ~ 1/10 energie potrebnej na difúziu plynu (jeho spotreba energie je 100-250 kWh/MPH-kg) a umožňuje jednoduchšie zvyšovanie.

Z rozvojových jadrových krajín túto pomerne sofistikovanú technológiu vlastnia Pakistan a India.

Mnohé krajiny oznamujú programy na vytvorenie alebo rozvoj flotily jadrových reaktorov. Podľa prognózy Svetovej jadrovej asociácie sa do roku 2020 zvýši inštalovaný výkon jadrových elektrární vo svete zo súčasných 360 GW (2007) na 446 GW. Potreba obohacovania uránu bude preto stúpať, keďže väčšina existujúcich a plánovaných reaktorov využíva ako palivo urán obohatený až na 3,5 – 4 % v izotope 235U.

Vo všeobecnosti má rozvoj európskych spoločností na obohacovanie uranu pevný základ v podobe spoľahlivej technológie, významných existujúcich kapacít a spoľahlivej výrobnej základne centrifúg.

Literatúra

1. Gromov B.V. Úvod do chemickej technológie uránu, M. Gosatomizdat, 1978.

Príručka technológie jadrovej energie: per. z angličtiny / F. Rahn, A. Adamantiades, J. Kenton, C. Brown; vyd. V.A.Legasová. -M.: Energoatomizdat, 1989.-752s.

Galkin N.P., Mayorov A.A., Veryatin I.D. Chémia a technológia zlúčenín fluoridu uránu, M.: Gosatomizdat, 1961.

Ch.Harrington, A. Ruele Technológia výroby uránu, M.: Goshimizdat, 1961.

V.S.Emelyanov, A.I.Evstyukhin Metalurgia jadrového paliva, M.: Atomizdat, 1968.

Zhiganov A.N., Guzeev V.V., Andreev G.G. Technológia oxidu uraničitého ako keramického jadrového paliva, Tomsk, 2003.

Ševčenko V.B., Sudarikov B.N. uránová technológia. - M.: Gosatomizdat, 1961.

Mayorov A.A., Bravermann I.B. Technológia výroby práškov keramického oxidu uraničitého. M.: Energoatomizdat, 1985.

Smiley S. Prístrojové vybavenie heterogénnych procesov v technológii uránu.-M.: Gosatomizdat, 1963.

Actinide Chemistry, editovali J. Katz, G. Seaborg, L. Morss. Zväzok 1. M. "Mir", 1991.

Peterson Z, Wymer R. Chémia v jadrovom priemysle.-M.: Atomizdat, 1967.

Priemyselná separácia izotopov uránu sa začala v Spojených štátoch v rámci projektu Manhattan na výrobu atómových zbraní. V novembri 1943 bola dokončená výstavba elektromagnetického závodu U-12 neďaleko Oak Ridge. Myšlienka metódy je založená na skutočnosti, že ťažší ión opisuje oblúk s väčším polomerom v magnetickom poli ako menej ťažký. Týmto spôsobom je možné oddeliť rôzne izotopy toho istého prvku. Práce prebiehali pod vedením vynálezcu cyklotrónu E. Lawrencea. Technologický proces separácie izotopov uránu bol dvojstupňový ( a- a p-stupne). Konštrukcia oddeľovacej jednotky (kalutrón) vyzerala ako veľký ovál, pozostávajúci z 96 magnetov a 96 prijímacích komôr (pretekárska dráha, t.j. pretekárska dráha). Závod U-12 pozostával z piatich "-zariadení (každá z 9 pretekárskych dráh), troch p-zariadení s ôsmimi dráhami po 36 magnetoch, chemických a iných pomocných budov. Kalutrón mal gigantický elektromagnet, ktorého dĺžka dosahovala 75 m a vážila asi 4000 ton. Niekoľko tisíc ton strieborného drôtu išlo do vinutia tohto elektromagnetu.

Ďalším gigantickým závodom (plocha pod budovami 4000 hektárov, v tom čase - najväčšia budova na svete pod jednou strechou) postaveným v Oak Ridge bol závod K-25. Proces difúzie plynu je založený na fenoméne molekulárnej difúzie. Ak sa plynná zlúčenina uránu (UFb) čerpá cez poréznu priehradku, ľahšie molekuly obsahujúce 235U preniknú cez priehradku rýchlejšie ako ťažšie molekuly obsahujúce 235U. Difúzia sa uskutočňuje cez prepážku, čo je porézna tenká kovová membrána s niekoľkými miliónmi otvorov (priemer ~ 0-3 mm) na štvorcový centimeter. Proces sa mnohokrát opakuje a vyžaduje 3024 stupňov obohatenia. Najprv boli membrány vyrobené z medi, potom prešli na nikel. Na jar 1944 sa začala priemyselná výroba filtrov. Tieto membrány boli ohnuté do rúrok a umiestnené do hermetickej dutiny – difúznej komory.

36.06. 1944 V Oak Ridge bolo spustené tepelné difúzne zariadenie 550. Proces tepelnej difúzie kvapaliny prebieha v stĺpe, ktorý je dlhým (15 m vysokým) zvislým potrubím, ktoré je chladené zvonku a vo vnútri obsahuje vyhrievaný valec. Účinok separácie izotopov v takejto kolóne je spôsobený skutočnosťou, že ľahšia frakcia sa hromadí na horúcom povrchu vnútorného valca a pohybuje sa nahor v dôsledku zákona konvekcie. Stĺpce boli usporiadané do troch skupín. Každý mal 7 taktov, spolu 2142 stĺpcov.

Na výrobu vysoko obohateného uránu pre prvú atómovú bombu „Kid“ boli prírodné suroviny (0,7 %) najskôr prevedené do plynnej fázy (UFe). Závod 55o vykonal počiatočné obohatenie na 0,86 % pomocou metódy tepelnej difúzie. Rastlina K25 metóda tepelnej difúzie zvýšila obohatenie na 7 %. Urán sa zmenil na pevnú látku UV 4, potom sa obohatenie zvýšilo na 15 % pomocou a-kalutrónu a nakoniec sa získal UF4 s obohatením 90 % pri 29 % pomocou p-kalutrónu. Náboj atómovej bomby bol vyrobený z tohto produktu (schéma kanónu).

V Rusku boli prvé zariadenia na separáciu izotopov uránu založené na princípe difúzie plynu, potom prešli na metódu ultracentrifugácie.

V roku 1945 sa vo Verch-Neyvinsku (Stredný Ural, oblasť Sverdlovsk, teraz Novouralsk) začala výstavba závodu č. 813 (teraz Uralský elektrochemický závod, UEIP) na obohacovanie uránu. Závod na difúziu plynu D-1, vybavený strojmi radu OK, bol uvedený do prevádzky v roku 1949, závod D-3 vybavený strojmi radu T v roku 1951 a závod D-4 (samostatná difúzna kaskáda schopná samostatne produkujúce 90 % ) – v roku 1953. V roku 1949 vysoko obohatený (75 % 2 c$c) urán použitý ako súčasť náplne prvej sovietskej plutóniovej atómovej bomby. V roku 1957 bol spustený závod na odstredivku v UEIP, v roku 1960 sa začalo s vytváraním prvého závodu na spracovanie uránu na svete založeného na technológii odstredivky, po ktorom v roku 1964 bol závod uvedený do plnej kapacity, v roku 1980 bol prvý priemyselný závod uvedený do komerčného prevádzka.várka plynových odstrediviek šiestej generácie. V roku 1987 bola úplne dokončená etapa plynovej difúzie priemyselnej výroby obohateného uránu. V roku 1995 sa pomocou technológie UEIP začalo priemyselné spracovanie vysoko obohateného uránu (HEU), získaného z likvidovaných jadrových zbraní, na nízko obohatený urán (LEU) pre jadrové elektrárne.

Ďalším podnikom na izotopové obohacovanie uránu bol Angarsk Electrochemical Combine, AECC. Jej výstavba na juhozápad od Angarska začala 10. apríla 1954. Táto výkonná separačná jednotka dramaticky zvýšila produkciu obohateného uránu v krajine (na výrobu obohateného hexafluoridu uránu). 21. októbra 1957 bola prvá etapa bolo uvedených do prevádzky 308 zariadení na difúziu plynu a získal sa prvý obohatený urán. Dňa 14.12.1990 sa uskutočnilo spustenie plynových centrifúg na separáciu izotopov uránu. V súčasnosti sú hlavnou činnosťou závodu služby premeny oxidu uránu na hexafluorid uránu; konverziou fluoridu uránového na hexafluorid uránu; obohacovanie uránu zo surovín poskytnutých zákazníkom; dodávky obohateného uránu vo forme hexafluoridu. V záujme spoľahlivého súladu s požiadavkami režimu nešírenia jadrových zbraní zriadila spoločnosť JSC AECC prvé medzinárodné centrum na obohacovanie uránu a banku jadrového paliva v rámci záruk MAAE.

Tretí spracovateľský závod je súčasťou Sibírskeho chemického závodu (SCC), ktorý bol vybudovaný v regióne Tomsk (Seversk) začiatkom 50. rokov 20. storočia. SCC - jednotný komplex jadrového technologického cyklu na vytváranie komponentov jadrových zbraní na báze štiepnych materiálov. Závod na separáciu izotopov vyrába obohatený urán pre jadrovú energiu. Do roku 1973 sa vykonávala difúzna plynová separácia, neskôr centrifúga. Vyrába sa aj množstvo stabilných izotopov xenónu, cínu, selénu a i. Sublimačný závod vyrába produkty s obsahom uránu, vrátane vysoko obohateného uránu, oxidu uránu pre palivové tyče a shch> na obohacovanie izotopmi.

Štvrtým obohacovacím závodom je elektrochemický závod OAO PO (predtým Krasnojarsk-45, teraz Zelenogorsk, Krasnojarské územie). Dňa 30. októbra 1962 bola v tomto podniku uvedená do prevádzky prvá etapa plynových difúznych strojov na výrobu izotopov uránu. V roku 1964 bola zavedená technológia obohacovania uránu pomocou plynových centrifúg. Od roku 1988 je hlavným produktom elektrárne nízko obohatený urán používaný ako palivo v jadrových elektrárňach. Okrem toho od roku 1972 ECP pomocou technológie plynovej centrifúgy vyrába izotopové produkty a vysoko čisté látky.

Štart prvej sovietskej družice 4. októbra 1957 s jasotom poznal celý svet. A udalosť, ktorá sa odohrala 4. novembra toho istého roku vo Verch-Neyvinsku, zostala pre najlepšiu rozviedku sveta dlho záhadou. Bola tam uvedená do prevádzky poloprevádzka, v ktorej sa obohacoval urán separáciou izotopov na centrifúge.

Alexander Emelyanenkov

Na úsvite vytvorenia jadrových zbraní bolo jedným z hlavných kľúčových problémov separácia izotopov uránu. Tento ťažký rádioaktívny kov sa prirodzene vyskytuje ako zmes dvoch hlavných izotopov. Hlavný podiel (o niečo menej ako 99,3 %) tvorí urán-238. Obsah ľahšieho izotopu - uránu-235 - je iba 0,7%, ale je to potrebné na výrobu jadrových zbraní a prevádzku reaktorov.

Oddelenie izotopov nie je jednoduché. Ich chemické vlastnosti sú identické (predsa len ide o rovnaký chemický prvok) a rozdiel v atómovej hmotnosti je len niečo málo cez 1 %, takže fyzikálne metódy separácie musia mať veľmi vysokú selektivitu. Táto otázka sa v 50. rokoch stala jedným z rozhodujúcich momentov, ktoré určili úspech sovietskeho jadrového priemyslu a položili základy modernej konkurencieschopnosti ruského jadrového priemyslu na svetovom trhu.

cez sito

Najjednoduchším spôsobom separácie je plynná difúzia – „pretláčanie“ plynných surovín (hexafluorid uránu) cez jemne poréznu membránu, pričom rôzne izotopy difundujú cez póry rôznou rýchlosťou. Bola to difúzia plynu, ktorá sa stala prvou metódou, ktorá bola použitá na získanie komerčných množstiev uránu-235 v prvých obohacovacích zariadeniach. V Spojených štátoch viedol vývoj v oblasti plynovej difúzie pre projekt Manhattan nositeľ Nobelovej ceny Harold Urey. V ZSSR do roku 1954 tento smer viedol akademik Boris Konstantinov, potom ho nahradil Isaac Kikoin.

Spočiatku, ako to často býva, sa metóda plynnej difúzie zdala prístupnejšia na implementáciu. Vyžadovalo si to však obrovské výdavky na elektrinu - vodná elektráreň Sayano-Shushenskaya a prvá etapa jadrovej elektrárne Belojarsk, ako sa teraz ukazuje, boli postavené predovšetkým na tieto účely. Okrem všeobecne vysokých nákladov a nízkej účinnosti bola metóda difúzie plynu pre pracovníkov nebezpečná – najmä kvôli vysokým teplotám a hluku v predajniach. Navyše veľké objemy chemicky aktívnych zmesí pod tlakom, a to sú potenciálne emisie a znečistenie životného prostredia. Medzitým je od konca 19. storočia známa alternatíva k metóde difúzie plynu - ide o metódu odstredivky, ktorá sľubuje veľmi výrazné úspory: keď v roku 1958 závod vo Verch-Neyvinsku dosiahol konštrukčný režim, ukázalo sa, že spotreba energie na separačnú jednotku bola 20 (!) krát nižšia ako pri difúznej metóde a náklady sú o polovicu nižšie. Je pravda, že dizajnérov na ceste k vytvoreniu centrifúg čakalo množstvo technologických ťažkostí.

Elektromagnetické oddelenie. Na základe pohybu nabitých častíc (iónov) v magnetickom poli. V závislosti od hmotnosti častíc je zakrivenie ich trajektórie rôzne a aj malý rozdiel v atómovej hmotnosti jadier izotopov uránu umožňuje ich oddelenie. Takéto zariadenia, nazývané calutróny, boli použité v americkom projekte Manhattan, pretože umožňovali získať veľmi vysoký stupeň obohatenia uránu niekoľkými prechodmi. Kalutróny sú však veľmi objemné, nákladné na údržbu, spotrebujú veľa energie a majú nízku produktivitu, takže sa v súčasnosti na priemyselné obohacovanie uránu nepoužívajú.

nemecké korene

Počiatky sovietskej centrifúgovej technológie možno vystopovať späť do nacistického Nemecka, kde atómový projekt experimentoval so separáciou uránu. Jeden z účastníkov tohto projektu, fyzik Geront Zippe, bol medzi ďalšími nemeckými vojnovými zajatcami vyslanými do ZSSR. Pod vedením Maxa Steenbecka, svojho krajana a svokra, sa Zippe zaoberal experimentálnym výskumom až do roku 1954 – najskôr v Laboratóriu A v Suchumi (budúci Suchumiský inštitút fyziky a technológie) a posledné dva roky – v r. špeciálna konštrukčná kancelária v závode Kirov v Leningrade.

Ako svedčia účastníci a očití svedkovia týchto udalostí, nemeckí vedci nepoznali odmietnutie materiálov na výskum. A ich režim bol takmer rovnaký ako režim našich tajných jadrových vedcov, ktorých rovnako prísne strážilo oddelenie Berija. V júli 1952 boli Steenbeck a jeho asistenti na základe osobitného vládneho nariadenia premiestnení zo Suchumského inštitútu do Leningradu do Design Bureau závodu Kirov. Skupinu navyše posilnili absolventi Polytechnického inštitútu zo špecializovaného odboru jadrový výskum. Úlohou bolo vyrobiť a otestovať dve jednotky podľa Zippe-Steenbeckovej schémy. Horlivo sa pustili do práce, ale už v prvom štvrťroku 1953 boli práce zastavené bez toho, aby to viedli k testom: ukázalo sa, že navrhovaný dizajn nie je vhodný pre sériovú výrobu.

Difúzia plynu. Využíva rozdiel v rýchlostiach pohybu molekúl plynu obsahujúcich rôzne izotopy uránu (hexafluorid uránu). Iná hmotnosť spôsobuje inú rýchlosť molekúl, takže pľúca prechádzajú cez membránu s tenkými pórmi (priemer porovnateľný s veľkosťou molekúl) rýchlejšie ako tie ťažké. Metóda je ľahko implementovateľná a bola používaná na úsvite jadrového priemyslu v ZSSR, v USA sa stále používa. Stupeň obohatenia každého stupňa je veľmi malý, takže sú potrebné tisíce stupňov. To má za následok obrovskú spotrebu energie a vysoké náklady na separáciu.

Centrifúga Zippe nebola prvým sovietskym strojom tohto druhu. Ešte počas vojny v Ufe vyrobil ďalší Nemec Fritz Lange, ktorý utiekol z Nemecka v roku 1936, objemný prístroj na ložisku. Odborníci oboznámení s peripetiami atómového projektu v ZSSR a USA však poznamenávajú jeden absolútny úspech skupiny Steenbeck - originálny dizajn nosnej jednotky: rotor spočíval na oceľovej ihle a táto ihla - na axiálnom ložisku. vyrobené zo supertvrdej zliatiny v olejovom kúpeli. A celý tento dômyselný dizajn držalo špeciálne magnetické zavesenie v hornej časti rotora. Jeho povýšenie na prevádzkovú rýchlosť sa uskutočnilo aj pomocou magnetického poľa.

Zatiaľ čo projekt skupiny Steenbeck zlyhal, vo februári toho istého roku 1953 bola uvedená do prevádzky plynová odstredivka s pevným rotorom, ktorú navrhol sovietsky inžinier Viktor Sergejev. Rok predtým bol Sergeev so skupinou špecialistov zo špeciálnej konštrukčnej kancelárie závodu Kirov, kde potom pracoval, poslaný do Suchumi, aby sa zoznámil s experimentmi Steenbecka a jeho tímu. „Vtedy položil Steenbeckovi technickú otázku o umiestnení zariadení na odber vzoriek plynu vo forme Pitotových trubíc,“ Oleg Černov, veterán výroby centrifúg Tochmash Production Association, ktorý Sergeeva dobre poznal a spolupracoval s ním. odhalila dôležité detaily. "Otázka bola čisto technická a obsahovala v skutočnosti náznak, ako zabezpečiť funkčnosť návrhu odstredivky." Ale Dr. Steenbeck bol kategorický: "Spomalia tok, spôsobia turbulencie a nedôjde k žiadnemu oddeleniu!" Po rokoch, keď pracuje na svojich memoároch, to bude ľutovať: „Nápad hodný pochádzať od nás! Ale nikdy mi to nenapadlo...“

Odstreďovanie plynov pomocou rýchlo rotujúceho rotora stáča prúd plynu tak, že molekuly obsahujúce ťažšie izotopy uránu sú odstredivou silou vymrštené k vonkajším okrajom a ľahšie sú vymrštené bližšie k osi valca. Centrifúgy sú spojené do kaskád, ktoré privádzajú čiastočne obohatený materiál z výstupu každého stupňa na vstup ďalšieho stupňa - takto je možné získať urán aj veľmi vysokého stupňa obohatenia. Centrifúgy sa ľahko udržiavajú, sú spoľahlivé a majú miernu spotrebu energie. Metóda sa používa v Rusku a európskych krajinách.

Podľa Olega Černova mal Zippe pred odchodom do Nemecka možnosť zoznámiť sa s prototypom Sergejevovej centrifúgy a geniálne jednoduchým princípom jej fungovania. Raz na Západe si „prefíkaný Zippe“, ako ho často volali, patentoval dizajn centrifúgy v 13 krajinách. Prvé osoby v sovietskom atómovom oddelení, ktoré sa dozvedeli o takomto intelektuálnom podvode, nevyvolali rozruch - ak budete postupovať podľa oficiálnej verzie, "aby nevzbudili podozrenie a zvýšený záujem o túto tému zo strany americkej vojensko-technickej rozviedky. " Hovoria, že nech si myslia, že Sovieti sú spokojní s nehospodárnou metódou difúzie plynu, ako je tá ich... V roku 1957, po presťahovaní do USA, tam Zippe postavil fungujúce zariadenie, reprodukujúce Sergejevov prototyp spamäti. A nazval to, malo by to byť dané, "ruská centrifúga." Američanov sa mu však nepodarilo zaujať. Ohľadom nového stroja, ako kedysi a podľa Steenbeckovho návrhu, padol verdikt: nevhodný na priemyselné využitie.

Stupeň obohatenia jednej plynovej odstredivky je malý, preto sa spájajú do postupných kaskád, v ktorých sa obohatená surovina z výstupu každej odstredivky privádza na vstup ďalšej a vyčerpaná surovina sa privádza do vstup jedného z predchádzajúcich. S dostatočným počtom odstrediviek v kaskáde je možné dosiahnuť veľmi vysoký stupeň obohatenia.

Pravda, o štvrťstoročie neskôr sa v Spojených štátoch predsa len rozhodli prejsť z plynovej difúzie na centrifúgy. Prvý pokus zlyhal – v roku 1985, keď bolo nainštalovaných prvých 1300 strojov vyvinutých v Oak Ridge National Laboratory, vláda USA program uzavrela. V roku 1999 sa na reaktivovanom mieste v Piketone v štáte Ohio opäť začali práce na inštalácii novej generácie amerických centrifúg (10–15-krát väčších ako ruské centrifúgy na výšku a dva až trikrát na priemer) s rotorom z uhlíkových vlákien. Podľa plánu sa už v roku 2005 plánovalo namontovať 96 kaskád so 120 „vrcholmi“, ale do konca roku 2012 projekt ešte nebol uvedený do komerčnej prevádzky.

Laserová separácia izotopov uránu je založená na skutočnosti, že molekuly obsahujúce rôzne izotopy majú mierne odlišné excitačné energie. Ožiarením zmesi izotopov laserovým lúčom presne definovanej vlnovej dĺžky je možné ionizovať iba molekuly požadovaným izotopom a následne izotopy oddeliť pomocou magnetického poľa. Existuje niekoľko druhov tejto metódy - ovplyvnenie atómových pár AVLIS (separácia izotopov atómových pár), SILVA (francúzsky analóg AVLIS) a molekúl - MLIS (separácia molekulárnych laserových izotopov), CRISLA (separácia izotopov chemickej reakcie) a SILEX (separácia izotopov).excitáciou laserom). V súčasnosti sa General Electric Corporation snaží komercializovať technológiu SILEX vyvinutú špecialistami z Južnej Afriky a Austrálie. Laserová separácia je nízkoenergetická, má nízku cenu a je vysoko obohatená (preto sa teraz používa na výrobu malých množstiev ultračistých izotopov), ale stále existujú problémy s výkonom, životnosťou lasera a obohatením bez toho, aby sa proces zastavil.

tajné ihly

Medzitým bola v ZSSR na nenápadnom mieste Verch-Neyvinsk na Strednom Urale namontovaná v najprísnejšom utajení prvá experimentálna linka separačných plynových centrifúg. V roku 1942 Isaac Kikoin narazil na plynovú odstredivku navrhnutú Langem a dokonca ju otestoval vo svojom laboratóriu vo Sverdlovsku. Potom experimenty nepriniesli požadované výsledky a akademik bol skeptický k samotnej možnosti vytvorenia priemyselných plynových odstrediviek. Hlavným problémom úplne prvých inštalácií bola ich krehkosť. A hoci sa spočiatku otáčali rýchlosťou „iba“ 10 000 otáčok za minútu, vyrovnať sa s obrovskou kinetickou energiou rotora nebolo ani zďaleka jednoduché.

Vaše autá sú zničené! - sarkasticky vyčítal vývojárom na jednom zo stretnutí v Minsredmash vedúci centrály Alexander Zverev, ktorý mal hodnosť generála NKVD.

— A čo si chcel? Aby sa stále množili? - vzdorovito odpovedal Anatolij Safronov, ktorý mal v tom čase na starosti projekt.

Pri odstredivej metóde oddeľovania vzniká vďaka vysokej rýchlosti rotácie odstredivá sila, ktorá stotisíckrát prevyšuje gravitačnú silu Zeme. V dôsledku toho ťažšie molekuly hexafluoridu uránu-238 "klepú" na perifériu rotujúceho valca a ľahšie molekuly hexafluoridu uránu-235 sa sústreďujú v blízkosti osi rotora. Cez samostatné výstupné potrubia (ako sú Pitotovy trubice, o ktorých hovoril sovietsky inžinier Sergejev s Nemcom Steenbeckom) sa plyn obsahujúci izotopy U-238 odvádza „na skládku“ a prúdi obohatená frakcia so zvýšeným obsahom uránu-235. do ďalšej odstredivky. Kaskáda takýchto centrifúg, ktorá obsahuje stovky a tisíce strojov, umožňuje rapídne zvýšiť obsah izotopu svetla. Relatívne povedané, možno ich nazvať separátory, na ktorých sa uránové suroviny (hexafluorid uránu, UF6) premenené na plyn s nízkym obsahom izotopu U-235 postupne prenášajú z konzistencie čerstvého mlieka do smotany a kyslej smotany. A ak je to potrebné, môžu tiež znížiť „ropu“ - zvýšiť obohatenie na 45% alebo dokonca 60%, aby ju mohli použiť ako palivo v podmorských reaktoroch a vo výskumných zariadeniach. A nedávno, keď to bolo potrebné vo veľkých množstvách, otáčali odstredivky, až kým na výstupe nezískali drahý „syr“ - urán na zbrane s obohatením na viac ako 90%. Do konca osemdesiatych rokov sa však v štyroch sovietskych závodoch „separovalo“ toľko uránu na zbrane, že jeho zásoby v skladoch a v hotových jadrových náložiach sa považovali za nadmerné a výroba vysoko obohateného uránu na vojenské účely bola zastavil.

Podľa prvotných výpočtov mala byť hrúbka vonkajších stien telesa centrifúgy 70 mm - ako pancier tanku. Skúste si odkrútiť taký kolos ... Ale pokusom a omylom našli kompromisné riešenie. Vznikla špeciálna zliatina – pevnejšia a ľahšia ako oceľ. Prípady moderných centrifúg, ktoré náhodou videl a držal v rukách jeden z autorov vo výrobnom spolku Tochmash vo Vladimire, nevyvolávajú asociácie s pancierom tanku: obyčajne vyzerajúce duté valce s vnútorným povrchom vylešteným do lesku. Z diaľky si ich možno pomýliť s rezaním rúr so spojovacími prírubami na koncoch. Dĺžka - nie viac ako meter, v priemere - dvadsať centimetrov. A v Uralskom elektrochemickom závode sa z nich montujú obrovské kaskády dlhé stovky metrov. Nápisy na stenách a špeciálne označenia na lakovanej betónovej podlahe v technologických uličkách naznačujú, že je zvykom pohybovať sa na bicykli. Je pravda, že nie rýchlejšie ako 5-10 km / h.

A vo vnútri sotva počuteľných centrifúg sú otáčky úplne iné - rotor na ihle s korundovým axiálnym ložiskom, "zavesený" v magnetickom poli, robí 1500 otáčok za sekundu! V porovnaní s prvým produktom VT-3F z roku 1960 bol takmer desaťkrát pretaktovaný a doba nepretržitej prevádzky sa predĺžila z troch na 30 rokov.Asi ťažko nájsť iný príklad, kedy by technika demonštrovala takúto spoľahlivosť pri takýchto extrémnych parametroch. Ako povedal Valery Lempert, zástupca vedúceho výroby centrifúg, stroje, ktoré tam Tochmash dodal pred 30 rokmi, stále pracujú v závode v Novouralsku: „Bola to pravdepodobne tretia generácia centrifúg a teraz sa sériovo vyrába ôsma. deviaty sa spúšťa do pilotnej výroby.“

„Na konštrukcii našej centrifúgy nie je nič mimoriadne zložité. Je to všetko o zdokonaľovaní technológie do najmenšieho detailu a prísnej kontrole kvality,“ vysvetľuje Tatyana Sorokina, ktorá už desaťročia „vedie“ technológiu výroby nosnej ihly pre rotor v závode. - Takéto ihly sú vyrobené z obyčajného klavírneho drôtu, z ktorého sa ťahajú struny. Ale spôsob kalenia hrotu je naše know-how.“

Vo svojich ubúdajúcich rokoch jeden z jej hlavných tvorcov Viktor Sergejev vysvetlil tajomstvá ruskej centrifúgy. Podľa svedectva inžiniera Olega Černova na otázku bezpečnostných služieb, čo je potrebné chrániť v tomto produkte a aké je jeho hlavné tajomstvo, dizajnér odpovedal stručne: "Ľudia."