Лазерный метод

Процессы лазерного разделения урана постоянно находятся в фокусе интереса. Различные изотопы и их соединения поглощают свет с немного различной длиной волны. При помощи точно настроенного лазера можно избирательно ионизировать атомы какого-то определённого изотопа. Потенциально лазерные методы являются технологиями третьего поколения, менее энергоемкими, с меньшими капитальными затратами, с меньшей концентрацией урана-235 в хвостах, т.е. сулят значительные экономические преимущества. Одна из таких технологий практически готова к внедрению.

Лазерные процессы можно разбить на две категории: атомные и молекулярные.

Атомная ионизация паров урана работает по принципу фотоионизации с помощью мощного тонко настроенного лазера, в результате которой ионизируются только атомы урана‑235, но не урана‑238. Положительно заряженные ионы U-235 притягиваются к отрицательно заряженной пластины и собираются. аналогично можно разделять изотопы плутония. Развитие атомных технологий Atomic Vapour Laser Isotope Separation AVLIS (Лазерная технология разделения в парах атомов) и французская (SILVA) началось в 1970‑х гг. В 1985 г. правительство США поддержало эту технологию с целью заменить диффузионные заводы, так как их ресурс в начале XXI в. был выработан. Однако, потратив 2 млрд $, этот проект забросили в пользу молекулярного процесса SILEX. Работы во Франции по технологии SILVA также были прекращены после реализации 4-летней программы до 2003 г., призванной доказать научно-техническую осуществимость этой технологии (хотя 200 кг обогащенного до 2,5 % урана было произведено).

В 1992 г. компания SILEX (Австралия) разработала технологию обогащения урана ионизацией лазером молекул UF₆. Технология SILEX существенно снижает стоимость топлива для энергетических реакторов. Компания GЕ, ведущая работы по этой технологии, в конце 2011 г. успешно завершила испытания оборудования для обогащения урана. Создана установка в Уилмингтоне (Северная Каролина). В конце февраля 2012 г. состоялась благоприятная экологическая экспертиза проекта. В сентябре 2012 г. получена лицензия на строительство и эксплуатацию завода до 1 млн ЕРР/год. Ожидается, что завод будет запущен с 2014 г. с обогащением до 8 % по U-235.

Технология CRISLA – другое направление молекулярного лазерного разделение изотопов урана, который в настоящее время (2013 г.) находится на ранних стадиях развития. В этом случае газ облучают лазером на определенной длине волны, при которой возбуждаются атомы только одного изотопа. При низких температурах на холодной поверхности образуется конденсат, тогда как возбужденные молекулы конденсироваться не будут. Таким образом, из камеры выводится газ, обогащенный изотопом, который был возбужден лазером.

Существует международный проект строительства завода лазерного обогащения: США (51% акций), Канада (24%) и Япония (25%). Лазерная технология может работать с «хвостами» с очень низким содержанием урана-235, а также позволяет модульное расширение завода.

Плазменный метод основан на использовании ионного циклотронного резонанса. В однородном магнитном поле частота обращения иона ν по круговой орбите (ионная циклотронная частота) зависит от массы иона m и магнитной индукции B, причем радиус орбиты r зависит от линейной скорости иона

Ионной циклотронные частоты изотопов ²³⁵U и ²³⁸U различаются на 1 %. Если направить в плазму электромагнитное излучение, частота которого совпадает с ионной циклотронной частотой иона ²³⁵U, то оно будет поглощаться только этими ионами; тогда энергия изотопных ионов ²³⁵U будет возрастать, радиус их орбиты увеличится так, что в результате произойдет пространственное разделение орбит ионов ²³⁵U и ²³⁸U, и каждый из изотопов может быть собран на соответственно расположенных коллекторах. Метод может обеспечить высокое обогащение на одной разделительной стадии.

Уран слабо радиоактивный, но его химическая токсичности - особенно в виде UF₆ – гораздо более значительная, чем его радиотоксичность. Поэтому защитные меры, необходимые для обогатительных предприятий, аналогичны мерам, принятым в других отраслях химической промышленности, занятой производством фторхимикатов.

http://www.world-nuclear.org/info/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/uranium-enrichment/#.ulzoquxtd1s

(September 2013)

Дата добавления: 2014-11-16