Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Если проводимый процесс однофотонный, как, например, пре-диссоциация или бимолекулярные химические реакции, то можно использовать любой подходящий лазер импульсного и непрерывного действия. Для многоквантовых процессов диссоциации необходимы только импульсные лазеры. По своей природе лазеры являются существенно неравновесными устройствами, и подавляющее их большинство имеет импульсный режим работы. Это оказывается вполне достаточным для лазерного разделения изотопов. Частота следования импульсов лазера обычно определяется из условий полной смены исходного газа за время между импульсами.
6.5. ЭКОНОМИКА
В настоящее время нет действующих заводов, использующих для разделения изотопов лазерный метод, поэтому детальное обсуждение экономических преимуществ и недостатков новой технологии несколько преждевременно. Однако из общих соображений можно сделать некоторые выводы о влиянии на окончательную стоимость того или иного фактора и о масштабах капитальных и эксплуатационных затрат ЛРИ-заводов.
18 Зак. 2067
273
6.5.1. Каскадировайиё
Основным достоинством, выгодно отличающим лазерные методы от других технологий, является высокий коэффициент обогащения, достижимый в одной стадии процесса. Поэтому следует ожидать, что ЛРИ-завод, производящий топливо для реакторов с водяным охлаждением, будет иметь лишь несколько ступеней последовательного обогащения в той части разделительного завода, где циркулирует обогащенный уран. Основное количество ступеней, надо полагать, разместится на стороне секций извлечения, где будет циркулировать обедненный уран. Это необходимо для того, чтобы обеспечить минимальное содержание 235U в отвалах. Не исключено, что может оказаться целесообразным строить заводы по схеме очистки от 238U на последних ступенях с тем, чтобы добиться максимально глубокого извлечения 233U.
Все типы упомянутых ранее процессов могут послужить базой ЛРИ-завода, однако следует заметить, что и лазеры, и технологии будут различными.
При хорошем процессе поглощение энергии молекулами 238UFe будет минимальным; это обстоятельство кардинально отличает ЛРИ-процессы от других методик. Поскольку электрическая энергия, затрачиваемая в ЛРИ-процессах, в первом приближении пропорциональна ие полному потоку урана, а лишь потоку 235U, то описание затрат в обычных терминах «работы разделения» для ЛРИ-процессов неприемлемо. Можно показать, что идеальный каскад (каскад, в котором нет смешения потоком с различной концентрацией) не обязательно является каскадом с минимальной стоимостью единицы разделительной работы.
При оптимизации производства должны быть учтены капитальные затраты (особенно затраты на лазеры) и расходы электроэнергии на производство заданного количества обогащенного продукта.
Представляется, что использование в качестве питания не природного урана (с2з5 = 0,711 %), а отвалов традиционных производств (С235 = 0,25-^0,3°/о) не ухудшит существенно характеристики ЛРИ-процесса. Поэтому целесообразно планировать ЛРИ-про-изводство с оставлением в отвалах только 0,08—0,05% 235U. Не исключено, что первым промышленным применением лазерной технологии будет переработка отвалов традиционного производства.
6.5.2. Капитальные затраты
Капитальные затраты могут быть разделены на четыре категории: лазеры, системы питания и сбора продукта и вспомогательные межкаскадные устройства. При атомном процессе источник работает при температуре выше 2600 К, и поэтому необходимы тугоплавкие и совместимые с ураном материалы, а также разработка высокоэффективных испарителей. Молекулярные системы
274
Рис. 6.10. Стоимость С02-лазеров (источник: 1975 г., Laser Focus Buy-
ers Guide):
/ — импульсные TEM00 лазеры; 2 —лазеры непрерывного действия; 3 — лазеры фирмы Lumonics
должны иметь подходящие системы насосов или компрессо-ров и регуляторы, обеспечивающие требуемый режим подачи газа. Для всех лазерных процессов полный объем оборудо-
завода ожидается много меньшим, чем для традиционных производств, поэтому предполагается, что и капитальные затраты будут значительно меньшими. Лазеры будут наиболее дорогим элементом завода. Цены на лазеры существенно зависят от условий, определяемых технологическим процессом: наличие или отсутствие перестройки, контроля н стабилизации частоты излучения.
Характерные цены на лазеры в зависимости от мощности лазеров приведены на рис. 6.10. Видно, что предпочтительнее строительство лазеров с большой выходной мощностью, чем нескольких меньших приборов той же суммарной мощности. Системы сбора и перегрузки продукта в целом более сложны, чем на газодиффузионных и центробежных заводах. Их устройство и цена могут в значительной мере зависеть от выбранного для ЛРИ-про-цесса. Межкаскадное оборудование, предназначенное для перевода урана из химического соединения, образующегося на выходе ЛРИ-процесса, в молекулярную форму исходного рабочего вещества— питания следующей ступени, может быть само по себе дорогим. Такие затраты, связанные с переводом урана из одной молекулярной формы в другую, не характерны для традиционных методов разделения изотопов урана. Они составляют новую статью расходов, которая может оказать существенное влияние на промышленную конкурентоспособность ЛРИ урана в атомном и молекулярном вариантах.
