RU2324528C2 - Gas and isotope mixture enrichment method and device for implememtation thereof - Google Patents
Gas and isotope mixture enrichment method and device for implememtation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2324528C2 RU2324528C2 RU2006108625/15A RU2006108625A RU2324528C2 RU 2324528 C2 RU2324528 C2 RU 2324528C2 RU 2006108625/15 A RU2006108625/15 A RU 2006108625/15A RU 2006108625 A RU2006108625 A RU 2006108625A RU 2324528 C2 RU2324528 C2 RU 2324528C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- isotope
- mixture
- radiation
- rotating
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обогащения газовых или изотопных смесей в газовых центрифугах и к конструкции таких центрифуг, используемых для осуществления способа центробежного обогащения таких смесей.The invention relates to methods for the enrichment of gas or isotopic mixtures in gas centrifuges and to the design of such centrifuges used to implement the centrifugal enrichment method of such mixtures.
Способ разделения смесей газов или изотопных смесей вращением подвижного газа с довольно высокой скоростью известен. Такое разделение известно в технике как газоцентрифужный метод. В типичной центрифуге Г.Циппе, Р.Шеффеля и М.Стеенбека (Патент США №3289925, 06.12.1966) газовые компоненты приводятся во вращение с очень высокой скоростью внутри цилиндрического ротора, заставляя частицы газа, содержащие более тяжелые компоненты, переместиться ближе к стенке ротора. При этом вращение ротора смещает газ в радиальном направлении к стенке ротора таким образом, что значительная часть центра цилиндра оказывается под вакуумом или близка к нему, даже если отбор газа из внутренней полости ротора не производится. Частицы газа стремятся сконцентрироваться у периферийной стенки ротора. Небольшая вертикальная циркуляция создается, например, установкой крючка для отбора фракции газа у верхней крышки внутри ротора, который работает в комбинации с температурной разницей между верхней и нижней крышками ротора с целью вызвать вертикальное осевое перемещение газа на периферийной стенке известным способом. Нижний крючок также устанавливают для отбора другой фракции газа.A method for separating mixtures of gases or isotopic mixtures by rotating a moving gas at a rather high speed is known. Such a separation is known in the art as a gas centrifuge method. In a typical centrifuge, G. Zippe, R. Scheffel, and M. Steeenbeck (US Patent No. 3289925, December 6, 1966), gas components are rotated at a very high speed inside the cylindrical rotor, causing gas particles containing heavier components to move closer to the wall rotor. In this case, the rotation of the rotor shifts the gas in the radial direction to the wall of the rotor so that a significant part of the center of the cylinder is under vacuum or close to it, even if gas is not taken from the inner cavity of the rotor. Gas particles tend to concentrate at the peripheral wall of the rotor. A small vertical circulation is created, for example, by installing a hook to take the gas fraction from the upper cover inside the rotor, which works in combination with the temperature difference between the upper and lower covers of the rotor in order to cause vertical axial gas movement on the peripheral wall in a known manner. The lower hook is also set to take another fraction of the gas.
Вышеупомянутый способ и используемый для него тип центробежного устройства хорошо известен в технике и описан в статье, озаглавленной "Газовые центрифуги" А.П.Сенченкова, С.А.Сенченкова, В.Д.Борисевича (Изотопы: свойства, получение, применение. T. 1 /Под ред. В.Ю.Баранова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005, с.168-194). Машина, описанная в статье А.П.Сенченкова и др., особенно полезна в обогащении при увеличении концентрации одного изотопа относительно другого. Использование такого устройства очень экономично, обеспечивается большой коэффициент разделения и достаточная производительность. Такие центрифуги используются в промышленном масштабе для обогащения изотопов урана и стабильных изотопов в ряде стран, однако, их производительность ограничена прочностью существующих материалов и конструктивными особенностями вращающейся полости - ротора.The above method and the type of centrifugal device used for it is well known in the art and is described in the article entitled "Gas Centrifuges" by A.P. Senchenkova, S.A. Senchenkov, V.D. Borisevich (Isotopes: properties, preparation, application.
Для повышения производительности способа изменяют температуру разделяемой газовой или изотопной смеси не только в верхней и нижней частях ротора центрифуги, но и на вводе питающего газа во внутреннюю полость ротора, создавая внутри ротора, например, криогенные температуры (GB 1342012, 1973-12-25, В04В 15/02; В04В 5/08), увеличивающие эффективность способа и разделительную способность центрифуги.To increase the productivity of the method, the temperature of the separated gas or isotope mixture is changed not only in the upper and lower parts of the centrifuge rotor, but also at the feed gas inlet into the inner cavity of the rotor, creating, for example, cryogenic temperatures inside the rotor (GB 1342012, 1973-12-25,
Однако такой способ и устройство для его осуществления требуют эффективной теплоизоляции центрифуг и соединяющих их трубопроводов от окружающей среды, что требует дополнительных материальных и энергетических затрат.However, this method and device for its implementation require effective thermal insulation of centrifuges and pipelines connecting them from the environment, which requires additional material and energy costs.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ разделения изотопов и устройство (JP 3016620, 1991-01-24, В01D 59/20), в котором для получения желаемого обогащения изотопа используют следующие операции:Closest to the claimed invention is a method for isotope separation and a device (JP 3016620, 1991-01-24, B01D 59/20), in which the following operations are used to obtain the desired isotope enrichment:
- введение во вращающуюся камеру газовой смеси, включающей изотоп и осадитель, от которой изотоп должен быль отделен;- introducing into the rotating chamber a gas mixture comprising an isotope and a precipitant, from which the isotope should be separated;
- вращение камеры и газа внутри нее;- rotation of the chamber and gas inside it;
- облучение вращающегося газа волной с длиной или частотой, характерной для поглощения изотопом в атомном или молекулярном газе, тем самым вызывающей химическую реакцию между изотопом и осадителем, для того чтобы образовать осадительный компаунд, и- irradiating the rotating gas with a wave with a length or frequency characteristic of the absorption by an isotope in an atomic or molecular gas, thereby causing a chemical reaction between the isotope and the precipitant in order to form a precipitation compound, and
- сбор осадительного компаунда, который включает изотоп, и отделение его от вращающегося и облученного газа.- collection of a precipitation compound, which includes an isotope, and its separation from a rotating and irradiated gas.
Устройство для осуществления этого известного способа представляет собой фотохимический сепаратор изотопов для селективного получения желаемого обогащения выбранного изотопа, который включает:A device for implementing this known method is a photochemical isotope separator for selectively obtaining the desired enrichment of a selected isotope, which includes:
- камеру, которая может приводиться во вращение вокруг продольной оси;- a camera that can be rotated around a longitudinal axis;
- устройства, соединенные с камерой, для вращения камеры вокруг упомянутой продольной оси;- devices connected to the camera for rotating the camera around said longitudinal axis;
- устройства, связанные с камерой, для протока газа в камеру;- devices associated with the chamber for the flow of gas into the chamber;
- устройства, смонтированные внутри камеры, для облучения вращающегося газа электромагнитной волной длиной или частотой, характерной для поглощения изотопом атомного или молекулярного газа;- devices mounted inside the chamber for irradiating a rotating gas with an electromagnetic wave of length or frequency characteristic of the absorption of an atomic or molecular gas by an isotope;
- и устройства, установленные внутри, для сбора изотопа.- and devices installed inside to collect the isotope.
Известный способ и устройство предназначены, главным образом, для получения выбранного компонента из газовой или изотопной смеси в периодическом процессе с осаждением компонента внутри ротора центрифуги в ограниченных количествах, в результате чего производительность самой центрифуги снижается, а способ затруднительно эффективно использовать в каскадах газовых центрифуг на обогатительных установках или заводах для непрерывного обогащения изотопов.The known method and device are mainly intended for producing a selected component from a gas or isotope mixture in a batch process with the precipitation of the component inside the centrifuge rotor in limited quantities, as a result of which the performance of the centrifuge itself is reduced, and the method is difficult to effectively use in cascades of gas centrifuges in enrichment plants or plants for the continuous enrichment of isotopes.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание способа и устройства, позволяющего повысить эффективность работы центрифуг в непрерывном процессе обогащения.The problem to which the present invention is directed, is the creation of a method and device to improve the efficiency of centrifuges in a continuous enrichment process.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в повышении производительности при обогащении изотопов в непрерывно работающей центрифуге, что повышает эффективность работы каскадов таких центрифуг на обогатительных установках или заводах для непрерывного обогащения изотопов.The technical result achieved by the present invention is to increase the productivity in the enrichment of isotopes in a continuously operating centrifuge, which increases the efficiency of the cascades of such centrifuges in concentration plants or plants for the continuous enrichment of isotopes.
Для решения поставленной задачи в способе обогащения газовых или изотопных смесей, заключающемся во введении во вращающуюся камеру газовой или изотопной смеси, включающей газ или изотоп, который должен быть обогащен, вращении камеры и смеси внутри нее, облучении вращающейся газовой или изотопной смеси излучением с выбранной длиной или частотой волны и выводе обогащенной и обедненной фракции газовой или изотопной смеси из вращающейся камеры, облучение вращающейся газовой или изотопной смеси выполняют излучением с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения выбранного газа или изотопа, вызывающим изменение температуры выбранного газа или изотопа.To solve the problem in a method of enrichment of gas or isotopic mixtures, which consists in introducing into the rotating chamber a gas or isotope mixture comprising a gas or isotope to be enriched, rotating the chamber and mixture inside it, irradiating the rotating gas or isotopic mixture with radiation of a selected length or the wave frequency and the withdrawal of the enriched and depleted fraction of the gas or isotopic mixture from the rotating chamber, irradiation of the rotating gas or isotopic mixture is performed by radiation with a wavelength or frequency of one characteristic of an atomic or molecular absorption spectrum of the selected isotope gas or causing a change of temperature of the selected gas or isotope.
Дополнительно, облучение вращающейся газовой или изотопной смеси выполняют излучением с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения газа или изотопа с меньшей молекулярной массой, вызывающим повышение температуры газа или изотопа с меньшей молекулярной массой.Additionally, irradiation of a rotating gas or isotope mixture is performed by radiation with a wavelength or frequency characteristic of the atomic or molecular absorption spectrum of a gas or isotope with a lower molecular weight, causing an increase in temperature of a gas or isotope with a lower molecular weight.
Кроме того, операция облучения газовой или изотопной смеси включает облучение от изотопически обогащенной и отфильтрованной флюоресцентной лампы, излучающей радиацию.In addition, the operation of irradiating a gas or isotope mixture includes irradiation from an isotopically enriched and filtered fluorescent lamp emitting radiation.
Дополнительно, операция облучения газовой или изотопной смеси включает облучение от лазера.Additionally, the operation of irradiating a gas or isotope mixture includes laser irradiation.
Кроме того, операция облучения газовой или изотопной смеси включает облучение от полупроводникового лазера.In addition, the operation of irradiating a gas or isotope mixture includes irradiation from a semiconductor laser.
Для осуществления способа в устройстве для обогащения газовой или изотопной смеси, выполненном в виде газовой центрифуги с полым ротором, содержащим камеру, внутри которой установлены устройства для ввода газовой смеси в камеру, устройства для вывода из камеры обогащенной и обедненной фракции и устройство для облучения вращающейся в камере газовой или изотопной смеси излучением с выбранной длиной или частотой волны, и с устройством для приведения ротора во вращение, внутри камеры установлено устройство для облучения вращающейся газовой или изотопной смеси излучением с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения выбранного газа или изотопа, вызывающим изменение температуры выбранного газа или изотопа.To implement the method in a device for enriching a gas or isotope mixture made in the form of a gas centrifuge with a hollow rotor containing a chamber, inside of which there are installed devices for introducing the gas mixture into the chamber, devices for removing enriched and depleted fractions from the chamber, and a device for irradiating a rotating a chamber of a gas or isotope mixture by radiation with a selected wavelength or frequency, and with a device for bringing the rotor into rotation, a device for irradiating rotating gases is installed inside the chamber minutes or isotope radiation mixture having a wavelength or frequency characteristic of an atomic or molecular absorption spectrum of the selected isotope gas or causing a change of temperature of the selected gas or isotope.
Кроме того, внутри камеры установлено устройство для облучения вращающейся газовой или изотопной смеси излучением с длинной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения газа или изотопа с меньшей молекулярной массой, вызывающим повышение температуры газа или изотопа с меньшей молекулярной массой.In addition, a device has been installed inside the chamber for irradiating a rotating gas or isotope mixture with radiation with a long wavelength or frequency, which is characteristic of the atomic or molecular absorption spectrum of a gas or isotope with a lower molecular weight, causing an increase in the temperature of a gas or isotope with a lower molecular weight.
Дополнительно, устройство для облучения газовой или изотопной смеси выполнено в виде зеркала, отражающего излучение от источника излучения.Additionally, a device for irradiating a gas or isotope mixture is made in the form of a mirror reflecting radiation from a radiation source.
Кроме того, устройство для облучения газовой или изотопной смеси выполнено в виде световода, подводящего излучение от источника излучения.In addition, the device for irradiating a gas or isotope mixture is made in the form of a light guide supplying radiation from a radiation source.
Дополнительно, устройство для облучения газовой или изотопной смеси выполнено в виде источника излучения.Additionally, a device for irradiating a gas or isotope mixture is made in the form of a radiation source.
Кроме того, что источник излучения выполнен в виде изотонически обогащенной и отфильтрованной флюоресцентной лампы, излучающей радиацию.In addition, the radiation source is made in the form of an isotonically enriched and filtered fluorescent lamp emitting radiation.
Дополнительно, источник излучения выполнен в виде лазера.Additionally, the radiation source is made in the form of a laser.
Кроме того, источник излучения выполнен в виде полупроводникового лазера.In addition, the radiation source is made in the form of a semiconductor laser.
Сущность способа и устройства для его осуществления поясняется чертежами, на которых схематически показаны варианты устройств для осуществления способа.The essence of the method and device for its implementation is illustrated by drawings, which schematically show variants of devices for implementing the method.
На фиг.1 показан вариант осуществления способа в устройстве с флюоресцентной лампой.Figure 1 shows an embodiment of the method in a device with a fluorescent lamp.
На фиг.2 показан вариант осуществления способа в устройстве с отражающим зеркалом.Figure 2 shows an embodiment of the method in a device with a reflective mirror.
На фиг.3 показан вариант осуществления способа в устройстве со светодиодом.Figure 3 shows an embodiment of the method in a device with an LED.
На фиг.4 показан вариант осуществления способа в устройстве со световодом.Figure 4 shows an embodiment of the method in a device with a light guide.
Наиболее подходящим устройством для осуществления способа является газовая центрифуга. Устройство для обогащения газовой или изотопной смеси, показанное на фиг.1, выполнено в виде газовой центрифуги с вакуумируемым корпусом 1 и полым ротором 2, содержащим внутреннюю камеру 3, в которой установлены устройства для ввода газовой смеси внутрь камеры в виде трубки 4 для подачи потока питания 5, устройства для вывода обогащенной и обедненной фракции из камеры 3 в виде отборников 6 и 7, соединенных с трубками 8 и 9, соответственно. Внутри камеры 3 установлено устройство в виде флюоресцентной лампы 10 для облучения потока питания 5 и циркулирующего преимущественно вблизи внутренней стенки ротора 2 потока 11 вращающейся газовой или изотопной смеси электромагнитным излучением 12 с выбранной длиной или частотой волны. Поток циркуляции 11 отделен от отборника 7 диафрагмой 13. Ротор 2 установлен внутри корпуса 1 на валу 14 с нижней опорой 15 и на верхней опоре в виде магнитного подшипника из неподвижного магнита 16 и установленного на роторе 2 вращающегося магнита 17. Ротор 2 приводится во вращение двигателем 18. Электропитание к лампе 10 подается по проводам 19, расположенным внутри трубки 20 и проходящим через вакуумное уплотнение 21. Лампа 10 производит излучение с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения выбранного газа или изотопа, вызывающее изменение температуры выбранного газа или изотопа.The most suitable device for implementing the method is a gas centrifuge. The device for enriching a gas or isotope mixture shown in Fig. 1 is made in the form of a gas centrifuge with a
В варианте выполнения газовой центрифуги, показанном на фиг.2, устройство для облучения электромагнитным излучением потока питания 5 и циркулирующего вблизи внутренней стенки ротора 2 потока 11 вращающейся газовой или изотопной смеси выполнено в виде зеркала 22, установленного на трубке 9, отражающего излучение 23 от источника излучения 24, закрепленного на корпусе 1. Излучение 23 от источника излучения 24 отражается дополнительным зеркалом 25 и через окно 26 внутри трубки 27 направляется внутрь ротора 2 в камеру 3 на зеркало 22. Отраженное зеркалом 22 электромагнитное излучение 28 облучает поток питания 5 и циркулирующий вблизи внутренней стенки ротора 2 поток 11 вращающейся газовой или изотопной смеси. Источник излучения 24 производит излучение с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения выбранного газа или изотопа, вызывающее изменение температуры выбранного газа или изотопа, и может быть выполнен в виде лазера.In the embodiment of the gas centrifuge shown in FIG. 2, the device for irradiating with electromagnetic radiation the
В варианте выполнения газовой центрифуги, показанном на фиг.3, устройство для облучения электромагнитным излучением потока питания 5 и циркулирующего вблизи внутренней стенки ротора 2 потока 11 вращающейся газовой или изотопной смеси выполнено в виде полупроводникового лазера - светодиода 29, установленного на трубке 9, испускающего излучение 30. Электропитание к светодиоду 29 подается по проводам 19, расположенным внутри трубки 20 и проходящим через вакуумное уплотнение 21. Светодиод 29 производит излучение с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения выбранного газа или изотопа, вызывающее изменение температуры выбранного газа или изотопа.In the embodiment of the gas centrifuge shown in FIG. 3, the device for irradiating the
В варианте выполнения газовой центрифуги, показанном на фиг.4, устройство для облучения электромагнитным излучением потока питания 5 и циркулирующего вблизи внутренней стенки ротора 2 потока 11 вращающейся газовой или изотопной смеси выполнено в виде установленного на трубке 9 световода 31, испускающего электромагнитное излучение 28, поступающее по световоду 31 от источника излучения 24, расположенного вне центрифуги. Электромагнитное излучение 28, поступающее по световоду 31, облучает поток питания 5 и циркулирующий вблизи внутренней стенки ротора 2 поток 11 вращающейся газовой или изотопной смеси. Световод 31 проходит внутрь ротора 2 по трубке 20 через вакуумное уплотнение 21. Излучение от источника излучения 24 одновременно может поступать по световодам 32 на другие центрифуги, участвующие в процессе обогащения. Источник излучения 24 может быть выполнен в виде лазера, излучающего электромагнитное излучение с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения выбранного газа или изотопа, вызывающее изменение температуры выбранного газа или изотопа.In the embodiment of the gas centrifuge shown in FIG. 4, the device for irradiating the
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Ротор 2 газовой центрифуги приводится во вращение двигателем 18 за вал 14 на опоре 15 внутри вакуумируемого корпуса 1, при этом верхний конец ротора 2 удерживается в вертикальном положении магнитной опорой из магнитов 16 и 17. Газовая или изотопная смесь по трубке 4 подается внутрь камеры 5 вращающегося ротора 2 в виде потока питания 5. Внутри камеры 3 поступивший через поток питания 5 газ раскручивается и центробежной силой прижимается к внутренней стенке ротора 2. Вращение вместе с ротором 2 поступившего в камеру 3 газа создает в камере 3 центробежное поле сил, которое вызывает частичное разделение компонентов газовой смеси вдоль радиуса ротора 2 центрифуги. При этом в каждом поперечном сечении камеры 3 имеет место примерно постоянный градиент концентраций каждой из фракций от пристеночного слоя к внутреннему потоку. Под действием разницы давлений между концами ротора 2, создаваемой отборником 6, разницей температур между концами ротора 2 и градиента температуры вдоль внутренней стенки ротора 2 в камере 3 образуется поток противоточной циркуляции 11, расположенный главным образом вдоль внутренней стенки ротора. Противоточная циркуляция увеличивает радиальный эффект разделения пропорционально длине ротора и позволяет организовать отбор обогащенных фракций на концах ротора 2 через отборники 6 и 7. В известных способах обогащения величина радиального коэффициента разделения, как известно, увеличивается с увеличением разницы масс тяжелой и легкой фракций газовой смеси и уменьшается с увеличением температуры газовых фракций. При этом температуры фракций газовой или изотопной смеси в каждой точке камеры 3 в известном способе равны между собой, хотя и отличаются для различных точек камеры 3.The
В настоящем способе обогащения газовая или изотопная смесь в потоке питания 5 и потоке 11 циркуляции облучается внутри камеры 3 при вращении ротора 2 излучением с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения выбранного газа или изотопа, вызывающим изменение температуры выбранного газа или изотопа. Для газа или изотопа с меньшей молекулярной массой выбирают излучение с длиной волны или частотой, характерной для атомного или молекулярного спектра поглощения выбранного газа или изотопа, вызывающее повышение температуры выбранного газа или изотопа с меньшей молекулярной массой.In the present enrichment method, the gas or isotope mixture in the
В результате облучения выбранного газа или изотопа излучением от флюоресцентной лампы 10, либо излучением от наружного источника излучения 24, например лазера, либо излучением от полупроводникового лазера - светодиода 29 в частицах газа выполняется изотопически-селективное возбуждение электронного или колебательного уровня на квантовом переходе, имеющем отчетливый изотопический сдвиг. Далее возбужденная частица газа или изотопа начнет релаксировать в основное невозбужденное состояние с последующим тепловым возбуждением. В результате этого процесса происходит повышение температуры выбранного газа или изотопа в каждой облученной точке вращающейся камеры 3. При непрерывном облучении газовой смеси во вращающейся камере 3 ротора 2 устанавливается тепловой режим, при котором средняя температура выбранного газа или изотопа оказывается несколько отличной (выше для выбранного газа или изотопа с меньшей молекулярной массой) от средней температуры остального газа. Эта разница температур разделяемых фракций (выбранного газа или изотопа и остального газа) увеличивает среднюю скорость теплового движения молекул выбранного газа или изотопа и, соответственно, увеличивает коэффициент радиального разделения в поле центробежных сил вращающегося вместе с камерой газа и тем самым увеличивает производительность способа центробежного разделения в газовой центрифуге. Обогащенные и обедненные фракции газовой или изотопной смеси, которые потоком 11 циркуляции переносятся, соответственно, в верхнюю и нижнюю часть камеры 3 с концов камеры 3 по отборникам 6 и 7 и трубкам 8 и 9, соответственно, отбираются из ротора 2.As a result of irradiation of the selected gas or isotope with radiation from a fluorescent lamp 10, or radiation from an
В зависимости от состава обогащаемого газа используемых уровней его возбуждения для изменения температуры выбранного газа или изотопа в качестве источника излучения применяют либо излучение от флюоресцентной лампы 10, либо излучение от наружного источника излучения 24, например лазера, либо излучение от полупроводникового лазера - светодиода 29. Для передачи излучения от источника излучения внутрь камеры 3 ротора 2 может быть использована система зеркал 22, 25 или световоды 31, 32.Depending on the composition of the gas being enriched, the levels of its excitation used, to change the temperature of the selected gas or isotope, either radiation from a fluorescent lamp 10, or radiation from an
Пример реализации способа.An example implementation of the method.
Рассмотрим достижение заявленного в изобретении технического результата на примере разделения изотопной смеси в газовой центрифуге, а именно повышение производительности газовой центрифуги при использовании заявленного способа для разделения изотопов природного урана, который содержит, в основном, два изотопа: 0,7115% 235U и 99,2831% 238UF6 (содержание третьего изотопа 234U незначительно - 0,0054%).Consider the achievement of the technical result claimed in the invention by the example of separation of an isotope mixture in a gas centrifuge, namely, increasing the productivity of a gas centrifuge using the inventive method for separating isotopes of natural uranium, which contains mainly two isotopes: 0.7115% 235 U and 99, 2831% 238 UF 6 (the content of the third isotope 234 U is insignificant - 0.0054%).
Известно, что производительность газовой центрифуги определяется многими физическими характеристиками разделяемой газовой смеси и конструктивными параметрами ротора центрифуги, однако, во всех случаях эта производительность зависит от первичного коэффициента разделения. Первичный коэффициент разделения смеси газов с различными молекулярными массами в центрифуге определяется соотношением парциальных давлений газов смеси на стенке ротора и на его оси. При одинаковой температуре разделяемых газов по радиусу ротора на стенке ротора давление более тяжелого газа больше, чем более легкого, а на оси ротора, наоборот, больше давление более легкого газа, чем тяжелого. При увеличении температуры более легкого газа его подвижность увеличивается и его парциальное давление на внутренней стенке ротора центрифуги уменьшается, в результате чего первичный коэффициент разделения увеличивается, и увеличивается, соответственно, производительность центрифуги. Для разделения изотопов урана в центрифуге используют его соединение с фтором, который не имеет изотопов, в виде гексафторида урана UF6. Гексафторид урана внутри ротора центрифуги, т.е. смесь 235UF6 и 238UF6, спектр молекул которой имеет полосы поглощения в окрестностях длин волн 16 мкм, облучают инфракрасным излучением лазера. Отношение сечений поглощения молекул 235UF6 и 238UF6 при облучении слабым сигналом с частотой вблизи ~635 см-1 составляет ~1,5 [Изотопы: свойства, получение, применение. Т1 / Под ред. В.Ю.Баранова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005, с.476-477], что при увеличении температуры газа в центрифуге излучением такого лазера на 2°С создает разницу температур между молекулами 235UF6 и 238UF6 на 1°С. При средней температуре газа в роторе ~40°С [Синев Н.М. Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. Экономика АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.282] температура молекул 238UF6 составит 313 К, а молекул 235UF6 составит 314 К. Увеличение температуры молекулы 235UF6 по сравнению с молекулой 238UF6 на 1°С создает увеличения первичного коэффициента обогащения в центрифуге на 37%. Соответственно, в 1,88 раза повышается производительность при обогащении изотопов гексафторида урана в непрерывно работающей центрифуге.It is known that the performance of a gas centrifuge is determined by many physical characteristics of the shared gas mixture and the design parameters of the centrifuge rotor, however, in all cases, this performance depends on the primary separation coefficient. The primary separation coefficient of a mixture of gases with different molecular weights in a centrifuge is determined by the ratio of the partial pressures of the mixture gases on the wall of the rotor and on its axis. At the same temperature of the separated gases along the radius of the rotor, the pressure of the heavier gas is greater than the lighter on the wall of the rotor, and on the rotor axis, on the contrary, the pressure of the lighter gas is greater than heavy. As the temperature of the lighter gas increases, its mobility increases and its partial pressure on the inner wall of the centrifuge rotor decreases, as a result of which the primary separation coefficient increases, and the productivity of the centrifuge increases, respectively. To separate uranium isotopes in a centrifuge, its compound with fluorine, which does not have isotopes, in the form of uranium hexafluoride UF 6 is used . Uranium hexafluoride inside the centrifuge rotor, i.e. a mixture of 235 UF 6 and 238 UF 6 , whose molecular spectrum has absorption bands in the vicinity of wavelengths of 16 μm, is irradiated with infrared laser radiation. The ratio of the absorption cross sections of 235 UF 6 and 238 UF 6 molecules when irradiated with a weak signal with a frequency near ~ 635 cm -1 is ~ 1.5 [Isotopes: properties, preparation, application. T1 / Ed. V.Yu. Baranova. - M .: FIZMATLIT, 2005, p. 476-477], which, when the gas temperature in the centrifuge increases by 2 ° C by the radiation of such a laser, creates a temperature difference between 235 UF 6 and 238 UF 6 molecules by 1 ° C. At an average gas temperature in the rotor of ~ 40 ° C [Sinev N.M. Nuclear Energy Economics: Fundamentals of Technology and Economics of Nuclear Fuel Production. Economics of nuclear power plants. M .: Energoatomizdat, 1987, p. 282] the temperature of 238 UF 6 molecules is 313 K, and 235 UF 6 molecules is 314 K. An increase in the temperature of the 235 UF 6 molecule by 1 ° C compared to the 238 UF 6 molecule creates an increase in the primary coefficient enrichment in a centrifuge by 37%. Accordingly, the productivity in the enrichment of isotopes of uranium hexafluoride in a continuously operating centrifuge increases by 1.88 times.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006108625/15A RU2324528C2 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Gas and isotope mixture enrichment method and device for implememtation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006108625/15A RU2324528C2 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Gas and isotope mixture enrichment method and device for implememtation thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006108625A RU2006108625A (en) | 2007-09-27 |
| RU2324528C2 true RU2324528C2 (en) | 2008-05-20 |
Family
ID=38953768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006108625/15A RU2324528C2 (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Gas and isotope mixture enrichment method and device for implememtation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2324528C2 (en) |
-
2006
- 2006-03-20 RU RU2006108625/15A patent/RU2324528C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006108625A (en) | 2007-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Beams | High speed centrifuging | |
| Millikan | Vibrational fluorescence of carbon monoxide | |
| US4092130A (en) | Process for the separation of gas mixtures into component fractions according to their molecular or atomic weight | |
| US6716269B1 (en) | Centrifuge and cascade for the separation of gases | |
| RU2324528C2 (en) | Gas and isotope mixture enrichment method and device for implememtation thereof | |
| CA1091165A (en) | Method for separating isotopes | |
| US20110265646A1 (en) | Supercritical fluid enrichment of isotopes | |
| US4031397A (en) | Method and apparatus for separating isotopes | |
| US4158614A (en) | Method for separating gaseous mixtures of matter | |
| US20230201743A1 (en) | Centrifugal contractor including central dynamic examination device | |
| Beams | High centrifugal fields | |
| Makarov et al. | Single Pulse Carbon-13 Enrichment of CF 3 Under IR MPD in A Short Gas Dynamic Flow | |
| US5024741A (en) | Hybrid isotope separation scheme | |
| WO2008077139A2 (en) | Device and method for particle separation | |
| CA1100438A (en) | Method and apparatus for controlled condensation isotope separation | |
| Karlov et al. | Selective processes induced by resonance laser radiation at the phase boundary of two media | |
| CN1549922A (en) | Micro chemical system, and method for light-heat conversion and spectral analysis performed by the system | |
| CA1053587B (en) | Process and apparatus for the separation of gas mixtures into component fractions according to their molecular or atomic weight | |
| Aston | The evolution of liquid and gas centrifuges | |
| KR100675919B1 (en) | Method for separating uranium isotopes by using a centrifuge | |
| JP2009209017A (en) | Production method of 13c-enriched carbon dioxide | |
| RU2637017C1 (en) | Method for enrichment of gaseous isotope mixtures and gas centrifuge for its implementation | |
| RU2192918C1 (en) | Method of separation and purification of isotopes and device for method embodiment | |
| RU2708046C1 (en) | Method and device for separation of mixed gases by molecular weight | |
| CN212111145U (en) | Raman spectrum excitation structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130321 |