Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Как на газодиффузионные, так и на центробежные заводы уран поступает для обогащения в виде гексафторида урана; в том же виде с заводов выходит обогащенный и обедненный уран, причем несколько десятых долей процента потока питания из-за химических взаимодействий остается внутри разделительного оборудования и трубопроводов, накапливаясь там в виде твердых отложений, например в виде UF4. В качестве питания на заводы может поступать гексафторид, содержащий или природный уран с концентрацией 235U C0=OJl 1%, или обедненный уран — отвальный продукт разделительного процесса, или слегка обогащенный (а
возможно, и обедненный) уран — регенерат облученного урана, прошедшего переработку и очистку на радиохимическом заводе.
Разделительные заводы могут иметь несколько точек питания для подачи гексафторида урана с различной концентрацией 235U и несколько точек для отбора продукта с различной степенью обогащения (на рис. 7.1 показана схема разделительного завода с одной точкой питания и одной точкой отбора).
На питание разделительного завода подается поток исходного гексафторида урана F* с концентрацией Xf (%), причем значение Xf определяется видом исходного сырья. Если используется природный уран, то Xf=C0=QJW %. При использовании для питания каскадов регенерированного урана Xf=xk, гдехк<с0 или хк>со**.
В точке питания газовый поток гексафторида урана раздваивается так, что каскад делится на две секции — обогащения и извлечения (регенеративную секцию). Вправо от точки питания (рис. 7.1) вдоль каскада идет поток газа, непрерывно обогащаемый легким изотопом урана в процессе прохождения через разделительные ступени. Этот поток принято называть потоком легкой фракции. Поток легкой фракции из каждой ступени превышает возвращаемый в предыдущую ступень поток обедненного газа (так называемой тяжелой фракции) на расчетное значение потока P обогащенного урана. В конце секции обогащения, где достигается заданное обогащение 235U, равное хР или х (при этом Xp>xf или при питании природным ураном х>с0), производится отбор указанного потока Р. Этот обогащенный уран в дальнейшем передается на завод для изготовления топлива.
ТЗлево от точки питания движется поток газообразного гексафторида урана, непрерывно обедняемый легким изотопом 235U и соответственно обогащаемый тяжелым изотопом 238U. Здесь на каждой ступени поток тяжелой фракции превышает поток легкой фракции, движущийся в направлении к точке питания, на величину потока обедненного урана, извлекаемого в конце регенеративной секции. Обедненный уран с концентрацией 235U, равной у (при этом у<с0) и обозначаемой в общем виде х-w (при этом xw<xF), образует отвал разделительного производства. Отвалы в виде твердого гексафторида (или превращенного в другую форму, например UO2, UO3) поступают на склады, где накапливаются и хранятся там до того времени, когда обедненный уран потребуется как исходный материал, из которого в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах будет производиться новый делящийся материал — плутоний. Недостаточно обедненный уран может поступить снова на разделительный завод в качестве питания для более глубокого извлечения 235U и получения обогащенного про-
* Здесь н далее применяются принятые в литературе обозначения по начальным буквам английских слов: Feed (питание), Product (продукт), Waste (отвал, отбросы).
** Индекс «.к» здесь обозначает регенерированный уран, получаемый после переработки облученного топлива и поступающий на обогащение.
Таблица 7.1. Выход обогащенного урана, кг, на 1 т природного урана' при различном содержании 236U в отборе и отвале
х. %
й=о%
!/=0,1%
!/=0,2%
!/=0,3%
U=O ,4%
\
\
711,0
678,9
638,7
587,1
518,3
\
355,5
321,6
283,9
241,8
194,4
3\
237,0
210,7
182,5
152,2
119,6
4\
177,7
156,7
134,5
111,1
86,4
5 \
142,2
124,7
106,5
87,5
67,6
* В расчете принято fo=0,711%.
дукта при существенно меньшем содержании 235U в новом отвале, равном Uw (при этом yw<xw)- Наряду с yw принято также обозначать отвал у (при этом у<с0), а вторичный отвал уи при этом Уі<у-
Содержание в отвалах 235U определяет очень важную характеристику процесса — глубину извлечения 235U из исходного природного продукта. До настоящего времени содержание 235U в отвалах разделительных заводвв США устанавливалось равным 0,25— 0,30%. При таком отвале извлечение 235U из природного урана составляет в среднем 58—63 %., при содержании 235U в отвале 0,2 % извлечение может достичь 70 %, а при содержании 235U 0,1 %1 извлекается 86 %. Соответственно снижается удельный расход природного урана.
В соответствии со схемой процесса коэффициент расхода природного урана /о для получения 1 кг обогащенного урана при заданном содержании 235U (обогащении) х, %, и содержании 235U в отвале у, %, можно найти, решая совместно уравнения:
материального баланса (питание=отбор+ отвал)
F=P + W (7.1)
и баланса легкого изотопа урана (235U)
Fc0=Px+ Wy. (7.2)
Положив P=I и исключив путем подстановки W=F—P неизвестное W, получим выражение для коэффициента расхода f0 природ-
