RU2282904C2

RU2282904C2 - Способ изотопного восстановления регенерированного урана

Info

Publication number: RU2282904C2
Application number: RU2004111344/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Водолазских (RU); Виктор Васильевич Водолазских; Владимир Андреевич Козлов (RU); Владимир Андреевич Козлов; Владимир Ильич Мазин (RU); Владимир Ильич Мазин; Максим Иванович Стерхов (RU); Максим Иванович Стерхов; Владимир Владиславович Шидловский (RU); Владимир Владиславович Шидловский; Владимир Иванович Щелканов (RU); Владимир Иванович Щелканов
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2006-08-27
Also published as: RU2004111344A

Abstract

Изобретение относится к области переработки отработавшего ядерного топлива. Сущность изобретения: способ изотопного восстановления регенерированного урана заключается в повышении содержания делящегося изотопа уран-235 в регенерированном уране до 2,0-5,0 мас.% при понижении абсолютной и/или относительной концентрации четных изотопов урана. Способ включает разделение изотопной смеси сырьевого уранового регенерата в газоцентрифужном изотопно-разделительном каскаде и смешение выделенной товарной изотопной смеси с ураном-разбавителем. Разделение изотопной смеси ведут в двойном каскаде. Обогащают сырьевой урановый регенерат по делящемуся изотопу уран-235 в первом ординарном каскаде до содержания более 90 мас.%. Во втором ординарном каскаде производят очистку изотопной смеси от изотопов уран-232 и уран-234. В качестве товарной изотопной смеси на смешение с ураном-разбавителем направляют отборный поток второго каскада, обогащенный по изотопу уран-235. Преимущества изобретения заключаются в повышении качества восстановления регенерированного урана и минимизации урана-разбавителя. 11 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к технологии рециклирования ядерных энергетических материалов и может быть использовано для возврата урана, выделенного из отработавшего ядерного топлива, в топливный цикл легководяных реакторов.

Регенерированный из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) уран является ценным источником для повторного использования в легководных реакторах (LWR), поскольку содержит делящийся изотоп уран-235 в количестве, не меньшем, чем природный уран (табл.1), и позволяет экономить последний. С этой целью регенерированный уран должен быть обогащен изотопом уран-235 до содержания 2,0÷5,0 мас.%, причем масса полученного топливного материала не должна превышать загрузку активной зоны LWR, откуда выгружено ОЯТ с сырьевым урановым регенератом.

Однако сырьевой урановый регенерат отличается от природного урана. Во-первых, он содержит остаточное количество радионуклидов, образовавшихся в результате ядерных превращений: трансурановые элементы (нептуний, плутоний), продукты деления (рутений-106, церий-144, сурьма-125 и др.), технеций-99. Временная выдержка, повторная радиохимическая очистка и конверсия регенерированного урана в гексафторид позволяют понизить содержание этих радионуклидов до незначимого уровня. Во-вторых, имеются существенные различия в изотопных составах. В сырьевом урановом регенерате помимо разницы в содержании урана-235 присутствуют в значительных количествах вредные изотопы уран-232, уран-234 и уран-236 (см. табл.1), которые не отделяются в процессе химической переработки, и с повышенным содержанием которых связаны основные трудности в использовании регенерировачного урана для производства реакторного топлива.

С ростом содержания изотопа уран-234 связано ухудшение радиационной обстановки по внутреннему облучению персонала. Уран-232 с дочерними элементами формирует основную дозовую нагрузку внешнего облучения персонала на всех этапах переработки регенерированного урана и изготовлении топлива. Уран-236 является поглотителем нейтронов и ухудшает показатели реакторного топлива. Присутствие этого изотопа требует затрат на дообогащение регенерированного урана изотопом уран-235 на 0,2÷0,6 (в среднем 0,28) долей от содержания урана-236.

Содержание вредных изотопов урана зависит от схемы рециклирования, числа циклов использования регенерированного урана, глубины выгорания ядерного топлива и других параметров. Тенденция увеличения глубины выгорания за счет использования более обогащенного топлива меняет изотопный состав ОЯТ, в том числе содержание вредных изотопов, в худшую сторону.

Здесь авторы обращают внимание экспертизы на следующее:

1) в тексте под термином "содержание" или "концентрация" авторы понимают массовое содержание (концентрацию) конкретного изотопа урана только в смеси изотопов урана. Эти термины не относятся к химической форме нахождения урана;

2) под терминами "ядерное (реакторное) топливо", "ядерный (реакторный) топливный материал" понимается в зависимости от контекста либо гексафторид смеси изотопов урана, либо продукты (порошки диоксида урана, таблетки, твэлы, ТВС), которые могут быть получены в дальнейшем из указанного выше гексафторида.

Как известно, обогащение сырьевых урановых регенератов изотопом уран-235 может производиться двумя методами: либо добавлением урана с более высоким содержанием этого изотопа (например, 10÷20%-ного), то есть дообогащением, либо обогащением до более высокого содержания урана-235 на изотопно-разделительных урановых заводах, то есть прямым изотопным обогащением.

Дообогащение позволяет снизить содержание вредных изотопов в регенерированном уране практически до любого уровня [Патент №2113022 Россия, МПК 6 G 21 С, 19/42. Опубл. 10,06.97. Бюл. №16, 1998 г.] (аналог), однако масса ядерного топливного материала в этом случае существенно превышает массу исходного регенерата и основное количество изотопно восстановленного регенерированного урана не будет востребовано, поскольку потребители делают заказ на реакторный топливный материал из расчета прямого изотопного обогащения сырьевого уранового регенерата.

Известно опытное использование регенерированного урана в рецикле LWR прямым изотопным обогащением сырьевых урановых регенератов до 3,0÷4,0% [Райс Т.Г. Изготовление оксидного топлива из регенерированного урана на действующих заводах. - Атомная техника за рубежом. 1994, №12, с.19] (аналог). Способ ведет к накоплению вредных изотопов в обогащенном регенерированном уране и, соответственно, существенному возрастанию их негативного воздействия. Из-за этого вводят ограничения на исходное содержание вредных изотопов в гексафториде урана, направляемом на изотопное обогащение. Так, стандарт США ASTM С 787-90 предусматривает следующие предельные значения (мас.%): уран-232 5×10^-7; уран-234 4,8×10^-2; уран-236 8,4×10^-1. С другой стороны, при прямом обогащении восстановленный регенерированный уран из-за абсолютного накопления урана-236 деградирует как ядерное топливо уже к третьему циклу использования, а относительное содержание радиационно-опасного нуклида уран-232 уже после второго цикла превысит уровень, допустимый в последующем обращении с ОЯТ. Это является одной из причин, по которой регенерированный уран пока не рециклируется в промышленном масштабе, а складируется и рассматривается как национальный резерв.

Наиболее близким по технической сущности является способ изотопного восстановления регенерированного урана, позволяющий стабилизировать содержание изотопов уран-232, 234, 236 в реакторном топливе и заключающийся в смешении сырьевого уранового регенерата с ураном-разбавителем природного происхождения перед операцией прямого изотопного обогащения в ординарном в газоцентрифужном изотопно-разделительном каскаде (ординарный каскад - каскад с одним потоком питания и двумя отборными потоками) [Лебедев В.М. Топливо для АЭС. Производство и экономика. - Обнинск: ГЦИПК, 1996, с.17-28] (прототип). Необходимая масса природного разбавителя составляет не менее 8-10 частей на 1 часть регенерированного урана при требуемом обогащении по изотопу уран-235 до 5 мас.%. При таком разбавлении отношение концентраций урана-232 к урану-235 в обогащенном товаре не превышает (1,0÷2,5)×10^-7, а абсолютное содержание изотопа уран-236 не выше 1,2-1,3 мас.%.

Предварительное разбавление сырьевого уранового регенерата снижает относительную концентрацию вредных изотопов, а также относительное содержание делящегося изотопа уран-235 в изотопной смеси, направляемой на прямое изотопное обогащение. Однако газоцентрифужная технология позволяет эффективно обогащать урановые регенераты с содержанием урана-235 ниже 0,85÷0,95 мас.% и формировать различные схемы построения изотопно-разделительных каскадов урановых заводов.

К недостаткам способа-прототипа относится, во-первых, то, что для обогащения разбавленного уранового регенерата на изотопно-разделительном урановом заводе приходится выделять в 8÷10 раз большие разделительные мощности. Во-вторых, с каждым новым циклом (многократным использованием в LWR одной и той же выгоревшей смеси изотопов урана) к сырьевому урановому регенерату приходится подмешивать все большее количество урана природного происхождения с целью введения концентраций вредных изотопов в требования спецификации. Для обогащения увеличивающейся массы разбавленного регенерированного урана через 2-3 цикла не будет хватать имеющихся разделительных мощностей урановых заводов. В-третьих, в аналоге отсутствует возможность регулирования содержания вредных изотопов при обогащении, их концентрация только повышается.

Настоящее изобретение направлено на решение следующих задач:

- достижение требуемого обогащения регенерированного урана изотопом уран-235 при низком (заранее заданном) содержании вредных изотопов;

- повышение качества восстановления регенерированного урана за счет абсолютного и относительного нормированного снижения содержания вредных изотопов;

- оптимизация массы регенерированного урана, направляемой на приготовления реакторного топлива;

- минимизация массы урана-разбавителя природного происхождения или получение ядерного топливного материала без использования природного разбавителя.

Указанные выше задачи достигаются техническим решением, сущность которого состоит в том, что в способе изотопного восстановления регенерированного урана, заключающемся в повышении содержания изотопа уран-235 в регенерированном уране до 2,0÷5,0 мас.% при понижении абсолютной и/или относительной концентрации четных изотопов урана, включающем разделение изотопной смеси сырьевого уранового регенерата в газоцентрифужном изотопно-разделительном каскаде и смешение выделенной товарной изотопной смеси с ураном-разбавителем, разделение изотопной смеси ведут в двойном каскаде при обогащении сырьевого уранового регенерата по делящемуся изотопу уран-235 в первом ординарном каскаде до содержания более 90,0 мас.%, в отборных фракциях второго ординарного каскада нормируют концентрацию легкого изотопа урана, а на смещение с ураном-разбавителем направляют отбор тяжелой фракции второго ординарного каскада.

Решение указанных задач достигается также дополнительными техническим решениями, состоящими в том, что смешение отбора тяжелой фракции второго ординарного каскада с ураном-разбавителем ведут до массы, не превышающей массу сырьевого уранового регенерата, а в качестве урана-разбавителя используют изотопную смесь урана с меньшей, чем в сырьевом урановом регенерате концентрацией изотопов уран-232, 234 и 236. В качестве урана-разбавителя используют или уран природного происхождения, или слабооблученный уран из технологических реакторов. При этом содержание делящегося изотопа уран-235 в уране-разбавителе составляет 0,1÷4.0 мас.%.

Кроме того, в первом ординарном каскаде сырьевой урановый регенерат обогащают по делящемуся изотопу уран-235 до содержания 94,0÷96,5 мас.%, а содержание делящегося изотопа уран-235 в отборе тяжелой фракции первого ординарного каскада составляет 0,3-0,35 мас.%. Отбор легкой фракции второго ординарного каскада разбавляют изотопной смесью урана, обедненного по делящемуся изотопу уран-235, при этом разбавление ведут до массового содержания делящегося изотопа уран-235 в изотопной смеси менее 1%. В качестве урана-разбавителя используют изотопную смесь урана, содержащего не более 0,15 мас.% делящегося изотопа уран-235, или изотопную смесь урана отбора тяжелой фракции первого ординарного каскада.

Основной отличительной особенностью способа является разделение изотопной смеси в двойном каскаде при обогащении сырьевого уранового регенерата по изотопу уран-235 в первом ординарном каскаде до содержания более 90,0 мас.% и нормирование концентраций изотопа уран-232 в отборных потоках второго ординарного каскада (заметим, что двойной каскад представляет собой систему из двух ординарных каскадов, в котором отбор продукта первого по отношению к внешнему питанию каскада служит питанием второго каскада), а также то, что со второго каскада на смешение с ураном-разбавителем направляют отбор тяжелой фракции.

При обогащении выше 90% в отборе легкой фракции первого ординарного каскада изотопная смесь урана практически не содержит тяжелый изотоп уран-238, а отношение содержания изотопа уран-236 к изотопу уран-235 уменьшено в 10-50 раз относительно исходного сырьевого регенерата. Оптимальное обогащение по изотопу уран-235 относительно числа использованных для этого газовых центрифуг в первом каскаде составляет 94,0÷96,5 мас.% при массовом содержании делящегося изотопа уран-235 в отборе тяжелой фракции 0,3÷0,35%.

Во втором ординарном каскаде фактически происходит разделение смеси более легких изотопов уран-232 и урана-234 от делящегося изотопа уран-235. При этом в потоках отбора второго ординарного каскада можно нормировать (то есть задать заранее) содержание наиболее легкого изотопа уран-232 и, тем самым, обеспечить экономически целесообразную (приемлемую) или требуемую концентрацию урана-232 в отборе тяжелой фракции, содержащей основную массу делящегося изотопа уран-235. Одновременно будет происходить на нормированную величину очистка изотопной смеси отбора тяжелой фракции и от изотопа урана-234. Таким образом, при направлении изотопной смеси отбора тяжелой фракции на смешение с ураном-разбавителем для приготовления реакторного топливного материала в последнем относительно исходного регенерата будет в 10-50 раз снижена концентрация изотопа уран-236 и уменьшена до нормированного уровня концентрация радиационно-опасного изотопа уран-232.

Глубокая очистка от вредных изотопов в двойном каскаде позволяет на стадии разбавления использовать хранящийся на складах слабооблученный уран из промышленных реакторов. Последний имеет концентрацию изотопов уран-232, 234 и 236 в 10÷100 раз меньше, чем урановый регенерат энергетических реакторов, и после прямого дообогащения давно используется для приготовления реакторного топлива.

В общем случае, предложенный способ позволяет выбирать уран-разбавитель, ориентируясь только на заказанное количество реакторного топливного материала без опасения выйти за предельные значения спецификаций на содержание вредных изотопов, и использовать:

- уран обогащением до 1,50÷4,0 мас.% (как природный промышленный, так и слабооблученный);

- сырьевой природный уран;

- складские запасы слабооблученного урана, содержащие 0,652÷0,711 мас.% делящегося изотопа уран-235;

- складские запасы отвалов обогащения (хвосты) как природного, так и слабооблученного урана, содержащие в среднем 0,30 мас.% делящегося изотопа уран-235.

В последних двух случаях уран-разбавитель имеет стоимость существенно ниже сырьевого природного урана и удешевляет изотопное восстановление регенерированного урана.

Естественно, что смешение отбора тяжелой фракции изотопной смеси второго ординарного каскада и урана-разбавителя проводят путем смешения компонентов в химической форме гексафторида урана (UF₆).

Разбавление изотопной смеси отбора легкой фракции второго каскада до 1 мас.% по делящемуся изотопу уран-235 отвальным ураном позволяет, во-первых, перевести данную высокообогощенную изотопную смесь в ядерно-безопасное состояние и, во-вторых, понизить концентрацию радиационно-опасного нуклида уран-232 в изотопной смеси, направляемой на долговременное хранение. Для разбавления наиболее целесообразно использовать складские запасы отвалов (хвосты) обогащения природного или слабооблученного урана, содержащие не более 0,15 мас.% урана-235, из которых экономически невыгодно уже дальнейшее извлечение делящегося изотопа, или отбор тяжелой фракции (обедненный уран, содержащий делящийся изотоп уран-235 менее 0,711 мас.%) первого ординарного каскада.

Реализация способа поясняется чертежом, где приведена блок-схема двойного газоцентрифужного изотопно-разделительного каскада для очистки сырьевого уранового регенерата от вредных изотопов и схема смешения отбора тяжелой фракции (очищенной изотопной смеси) с ураном-разбавителем.

Двойной каскад организован ординарными каскадами 1 и 2. На блок-схеме показаны направления питания 3 первого ординарного каскада гексафторидом сырьевого уранового регенерата, отбора 4 тяжелой фракции (обедненной по делящемуся изотопу уран-235) и отбора 5 легкой фракции (обогащенной по делящемуся изотопу урану-235) изотопных смесей, отборов 6 и 7 соответственно тяжелой и легкой фракций второго ординарного каскада, потоков 8 и 9 подачи соответственно гексафторида изотопно-очищенной смеси и урана-разбавителя для приготовления потока 10 гексафторида реакторного топливного материала, а также потоков 11, 12 и 13 соответственно гексафторида обедненного урана, легкой фракции чистки изотопной смеси в каскаде 2 и разбавленной до 1 мас.% по урану-235 изотопной смеси урана.

Кроме того, на чертеже показаны места установки контейнеров 14-21 с гексафторидом урана различного изотопного состава.

Сырьевой урановый регенерат поступает на урановый завод в виде оксидов. На урановом заводе по радиохимической технологии проводится дополнительная его очистка от продуктов деления, после чего регенерированный уран конвертируют в форму гексафторида и затаривают в контейнер 14, который транспортируют на установку газоцентрифужного разделения изотопов.

Для подачи в двойной каскад 1-2 гексафторид регенерированного урана газифицируют нагревом контейнера 14. Газовую фазу в виде потока питания 3 направляют в коллектор питания ординарного каскада 1. На выходе каскада получают отбор 5 легкой фракции с обогащением по изотопу уран-235 более 90 мас.% (преимущественно, 94,0-96,5 мас.%) и очищенный от изотопа уран-236, а также отвал 4 (тяжелую фракцию), содержащий от 0,30 до 0,35 мас.% урана-235 и содержащий практически весь вредный изотоп уран-236.

Отбор 5 легкой фракции направляют на питание каскада 2, получая на выходе отбор 7 легкой фракции с концентрацией легкого изотопа уран-232, увеличенной до заданного (нормированного) значения, который затаривают в контейнер 15, и отбор 6 тяжелой фракции, очищенный до нормировано установленной величины по изотопу уран-232, который затаривают в контейнер 16. Контейнер 16 направляют на участок смешения для приготовления реакторного топливного материала.

Параллельно на урановом заводе по штатной схеме готовят гексафторид урана-разбавителя, поставляемый на участок смешения в контейнере 17. Получение товарного гексафторида урана ведут путем смешения в установленной пропорции в газовой фазе потока 8 изотопно-очищенной смеси и потока 9 урана-разбавителя при десублимации гексафторида урана из нагретых контейнеров 16 и 17. Товарный гексафторид урана затаривают (сублимируют) в контейнер 18 и в виде реакторного топливного материала направляют заказчику.

Тяжелую фракцию 4 каскада 1 в контейнер 19 затаривают аналогичным образом, после чего направляют на долговременное хранение, поскольку сравнимое содержание урана-235 и урана-236 (1:1) в изотопной смеси делает этот отвальный уран бесперспективным для дальнейшего использования. Контейнер 15, в изотопной смеси которого сконцентрированы легкие изотопы уран-232 и уран-234 из отбора легкой фракции каскада 2, направляют на участок разбавления по урану-235 до 1 мас.% обедненным ураном. Обедненный уран поставляется на участок в контейнере 20. Разбавление ведут в газовой фазе смешением потоков 11 и 12 при нормировании их расходов. Изотопно-разбавленную смесь 13 затаривают в контейнер 21 и направляют на долговременное хранение.

Конкретные примеры реализации способа приведены в таблицах 2-6. Изотопному восстановлению подвергли две партии по 740 т гексафторида (или 500 т по урану) сырьевого уранового регенерата (RepU) с 0,822 мас.% делящемуся изотопу уран-235 (см. табл.2, столбец 2). Требуемое обогащение 4,4 мас.%. Масса товарного низкообогащенного гексафторида урана была заказана из расчета прямого обогащения и составляла около 84 тонн (примерно, 1/8 часть исходного регенерата).

В каскаде 1 изотопную смесь обогащали по урану-235 или до 94,0 мас.% (см. табл.2, вариант 1), или до 96,4 мас.% (см. табл.2, вариант 2).

Массовые расходы отборов 6 и 7 относительно расхода потока питания 5 во втором ординарном каскаде организовали так, что концентрация урана-232 в отборе 7 легкой фракции составляла 1,0×10^-2%, а в отборе 6 легкой фракции соответствовала концентрации сырьевого уранового регенерата, то есть, 1,24×10⁷ мас.% (см. табл.3).

Таблица 3 - Очистка изотопной смеси от изотопа уран-232 во втором ординарном каскаде
Параметры	ВОУ₂-RepU (отвал)	ВОУ₂-RepU (отбор)	ВОУ₂-RepU (отвал)	ВОУ₂-RepU (отбор)
Параметры	Вариант 1		Вариант 2
Масса потока
питания, т UF₆	3,783	3,783	3,6355	3,6355
Масса потока, т UF₆	3,776	0,0074	3,628	0,00742
U-235, мас.%	94,12	45,956	96,529	45,09
U-232, мас.%	3,14×10⁶	0,01	3,35×10⁶	0,01
U-234, мас.%	2,30	54,0	2,423	54,89
U-236, мас.%	3,567	0,0333	1,048	0,00927

Для подбора урана-разбавителя был проведен расчетный анализ результатов смешения потока 8 товарной изотопной смеси и потока 9 гексафторида урана как природного происхождения (см. табл.1 и 4), так и гексафторида слабооблученного урана, выделенного из облученных урановых блоков технологических реакторов (см. табл.3). Исходное содержание урана-235 в уране-разбавителе принимали от 0,3 до 1,5 мас.%. Использование 1,5%-ного разбавителя обусловлено тем, что этот уран нарабатывается в качестве стандартного разбавителя для смешения с ураном оружейного качества при реализации соглашения "ВОУ-НОУ". Результаты расчета по кратности разбавления, изотопному составу и массе восстановленного топливного материала приведены в табл.5. Видно, что изотопный состав товарного гексафторида урана во всех случаях удовлетворяет требованиям стандартной спецификации США ASTM С 996-96 и содержит изотопы уран-232, 234 и 236 в относительных (к делящемуся изотопу уран-235) или в абсолютных величинах меньше, чем сырьевой урановый регенерат. При смешении с разбавителем иного обогащения возможны другие, в принципе любые, концентрации вредных изотопов в топливном материале. Предельное обогащение урана-разбавителя составляет 4,0 мас.%, при котором масса восстановленного топливного материала сравнивается с массой сырьевого регенерата. Для удовлетворения требований заказчика по массе товарного гексафторида урана в качестве разбавителя был выбран обедненный уран типа Н или PC с 0,3 мас.% изотопа уран-235 (см. табл.5).

Таблица 4 - Изотопный состав урана-разбавителя
Изотоп*	Уран природного происхождения (тип Н)					Слабообогащенный уран из промышленных реакторов (тип PC)
U-235, мас.%	0,3		1,5			0,3		0,652		1,5
U-232, мас.%	-		-			<2×10¹⁰		<2×10⁹		<5×10⁹
U-234, мас.%	-		0,01295			<0,002		<0,01		<0,02
U-236, мас.%	-		-			<0,01		<0,05		<0,05
* - остальное изотоп U-238.
Таблица 5 - Смешение отбора легкой фракции второго ординарного каскада (вариант 2) с ураном-разбавителем
Параметры реакторного топливного материала		Разбавитель типа Н, U-235 мас.%					Разбавитель типа PC, U-235 мас.%
		0,3		0,711	1,5		0,3		0,652		1,5
Количество, т UF₆		84,871		93,928	118,326		84,828		92,428		118,272
U-235, мас.%		4,413		4,412	4,413		4,416		4,415		4,415
U-232, мас.%		1,4×10⁷		1,3×10^-7	1,0×10^-7		1,4×10^-7		1,3×10^-7		1,1×10^-7
U-234, мас.%		0,1035		0,1035	0,0868		<0,11		<0,1		<0,09
U-236, мас.%		0,0448		0,0424	0,036		<0,06		<0,06		<0,06
мкгU-236 / гU-235		10153		9612	8160		<12000		<12000		<12000

Масса гексафторида урана в контейнере 15, сконцентрировавшая более 99,99% радиационно-опасного изотопа уран-232, во всех вариантах изотопного восстановления составила около 7 кг или 0,9×10^-3% от массы исходного регенерата. Данный продукт с обогащением 45÷46 мас.% по делящемуся изотопу уран-235 направили на разбавление обедненным ураном с 0,1 мас.% по изотопу уран-235, взятым из складских запасов завода. Результаты разбавления приведены в табл.6. Полученная ядерно-безопасная изотопная смесь пригодна для долговременного хранения, как по массе, так и по изотопному составу.

Таблица 6 - Разбавление изотопной смеси легкой фракции второго ординарного каскада (ваоиант 2) обедненным ураном
Параметр	ВОУ₂-RepU (легкая фракция)	Обедненный уран - разбавитель	Ядерно-безопасная изотопная смесь
Количество, т UF₆	0,00742	0,37	0,37742
U-235, мас. %*	45,09	0,1*	0,984
U-232, мас. %	0,01	-	0,000197
U-234, мас. %	54,89	-	1,079
U-236, мас. %	0,00927	-	0,000182
* - остальное изотоп U-238.

Понятно, что изобретение не ограничивается приведенными примерами. Возможны и другие варианты примеров в пределах объема предложенной формулы изобретения. Оптимальный вариант изотопного восстановления выбирают исходя из изотопного состава сырьевого уранового регенерата, требований заказчика на допустимые пределы вредных изотопов, а также из соотношения цен на сырьевой природный уран и работу разделения.

Предложенный способ пригоден для изотопного восстановления регенерированного урана при многократном рециклировании ОЯТ, поскольку позволяет вывести из изотопной смеси сырьевого уранового регенерата до 98,7÷99,0 мас.% нейтроно-поглощающего изотопа уран-236 и получить реакторный топливный материал с нормированным содержанием радиационно-опасного изотопа уран-232. При реализации способа в топливный цикл вовлекаются складские запасы дешевого слабооблученного и/или отвального урана.

Claims

1. Способ изотопного восстановления регенерированного урана, заключающийся в повышении содержания делящегося изотопа уран-235 в регенерированном уране до 2,0-5,0 мас.% при понижении абсолютной и/или относительной концентрации четных изотопов урана, включающий разделение изотопной смеси сырьевого уранового регенерата в газоцентрифужном изотопно-разделительном каскаде и смешение выделенной товарной изотопной смеси с ураном-разбавителем, отличающийся тем, что разделение изотопной смеси ведут в двойном каскаде, обогащают сырьевой урановый регенерат по делящемуся изотопу уран-235 в первом ординарном каскаде до содержания более 90 мас.%, во втором ординарном каскаде производят очистку изотопной смеси от изотопов уран-232 и уран-234, а в качестве товарной изотопной смеси на смешение с ураном-разбавителем направляют отборный поток второго каскада, обогащенный по изотопу уран-235.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение товарной изотопной смеси с ураном-разбавителем ведут до массы, не превышающей массу сырьевого уранового регенерата.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве урана-разбавителя используют изотопную смесь урана с меньшей, чем в сырьевом урановом регенерате концентрацией изотопов уран-232, уран-234 и уран-236.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве урана-разбавителя используют уран природного происхождения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве урана-разбавителя используют слабооблученный уран из технологических реакторов.

6. Способ по любому из пп.1, 3, 4 и 5, отличающийся тем, что содержание делящегося изотопа уран-235 в уране-разбавителе составляет 0,1-4,0 мас.%.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в первом ординарном каскаде сырьевой урановый регенерат обогащают по делящемуся изотопу уран-235 до содержания 94,0-96,5 мас.%.

8. Способ по п.1 или 7, отличающийся тем, что содержание изотопа уран-235 в отвале первого ординарного каскада составляет 0,3-0,35 мас.%.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что изотопную смесь отборного потока второго ординарного каскада, обедненную по делящемуся изотопу уран-235, разбавляют обедненным ураном.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что разбавление ведут до массового содержания делящегося изотопа уран-235 в изотопной смеси менее 1%.

11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что разбавление ведут изотопной смесью урана, содержащего не более 0,15 мас.% делящегося изотопа уран-235.

12. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что разбавление ведут обедненной по делящемуся изотопу уран-235 изотопной смесью с первого ординарного каскада.