SK9532001A3

SK9532001A3 - Improvements in and relating to processing materials

Info

Publication number: SK9532001A3
Application number: SK953-2001A
Authority: SK
Inventors: Paul Raymond Gregson; Paul Gilchrist; Terence Martin Cox
Original assignee: British Nuclear Fuels Plc
Priority date: 1999-01-15
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2002-11-06
Also published as: EP1144701A2; KR20010093260A; JP2002534612A; GB9900836D0; DE60012480T2; US7427386B1; NZ513509A; NO20013505D0; AU3061100A; ZA200106665B; US20080219904A1; BR0007560A; MXPA01007151A; AU766550B2; DE60012480D1; CN1343261A; WO2000042229A2; RU2230130C2; EP1144701B1; CA2359963A1

Description

Vynález sa týka zlepšeného spôsobu spracovania materiálov, predovšetkým, nie však výlučne, spracovania jadrových palivových materiálov, materiálov vyskytujúcich sa v jadrovom palivovom cykle a materiálov vyskytujúcich sa v priemysle jadrových palív.

Doterajší stav techniky

Výroba jadrového paliva palivovej kvality je dlhý a zložitý proces. Napríklad, ak sa vychádza z vyťaženej uránovej rudy, všeobecne tento spôsob zahrnuje postupné spracovanie materiálu ťažobnej kvality a jeho obohacovanie až do formy majúcej kvalitu vhodnú na výrobu palivových peliet.

Doterajšie systémy spracovania rudy na materiál vhodný na obohacovanie, fyzikálnymi alebo chemickými prostriedkami, spravidla zahrnujú sériu mokrých chemických techník. Napríklad, vstupný oxid uránu sa koncentruje v stupni založenom na hexahydráte dusičnanu uranylu; so stupňom denitrifikácie na prevedenie materiálu na UO3; ten sa potom redukuje na prevedenie UO3 na UO2; so stupňom hydrofluorácie na vytvorenie UF4 a ďalšej fluorácie postupne na UFô, ktorý vstupuje do použitých postupov obohacovania.

Obdobný komplex chemických a fyzikálnych krokov, všeobecne zahrnujúcich mokrú chemickú technológiu, sa používa pri recyklácii použitého paliva a ďalších vstupných materiálov obsahujúcich urán.

Podstata vynálezu

Predložený vynález má za cieľ poskytnúť alternatívnu cestu na prevedenie rôznych vstupných materiálov obsahujúcich urán a iné jadrové materiály na r r rôzne produkty, vrátane materiálov palivovej kvality.

Podľa prvého aspektu vynálezu je poskytnutý spôsob spracovania vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom spôsob zahrnuje:

uvedenie materiálu obsahujúceho urán do styku s plynným fluórom, pričom fluór reaguje s materiálom obsahujúcim urán za vzniku fluoridu uránu;

zavedenie fluoridu uránu do separátorového stupňa, pričom separátorový stupeň prevádza fluorid uránu do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, pričom aspoň časť uránu sa ionizuje a aspoň časť fluóru sa neionizuje, pričom ionizované časti sú uzavreté v magnetickom poli na vytvorenie prvého prúdu produktu, a neionizované časti sa odťahujú z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

druhý prúd produktu sa recykluje do stupňa uvedenia materiálu obsahujúceho urán do styku s plynným fluórom.

Vstupným materiálom obsahujúcim urán môže byť uránová ruda. Ruda môže mať ťažobný a/alebo vyšší obsah uránu.

Vstupným materiálom obsahujúcim urán môže byť urán a/alebo oxid uránu z opätovného spracovania (regenerácie) uránu a/alebo materiálu obsahujúceho urán, predtým použitého v jadrovom palivovom cykle.

Vstupným materiálom obsahujúcim urán môžu byť zvyšky obsahujúce urán z jedného alebo viacerých procesov, napríklad prúdy z procesu obohacovania, vrátane odpadov alebo vedľajších produktov.

Vstupným materiálom obsahujúcim urán môže byť použité palivo z jadrového reaktora. Použité palivo môže obsahovať štiepne produkty a/alebo izotopy plutónia, ako aj urán.

Do spôsobu môže vstupovať jeden alebo viac uvedených typov vstupných materiálov zároveň.

Vyrobený fluorid uránu môže byť zmesový fluorid, avšak výhodne je prevládajúcou formou fluoridu fluorid uránový.

e r

Pred separátorovým stupňom môže byť usporiadaný stupeň odstraňovania materiálu. V tomto stupni sa môže z procesu odstraňovať fluorid uránu, predovšetkým fluorid uránový. Fluorid uránu sa môže zavádzať do procesu obohacovania a/alebo sa môže skladovať a/alebo sa môže dopravovať do vzdialeného miesta a/alebo predávať. V tomto stupni sa môžu z procesu odstraňovať nečistoty, predovšetkým keď je vstupným materiálom obsahujúcim urán uránová ruda. Nečistoty sa môžu odstraňovať ako fluórované nečistoty.

Separátorový stupeň môže byť usporiadaný podľa nižšie uvedeného podrobného opisu.

Prvý prúd produktu môže obsahovať kovový urán. Kovový urán sa môže využívať na výrobu paliva MAGNOX. Kovový urán sa môže používať tiež v následných procesoch, napríklad pri procese obohacovania. Procesom obohacovania môže byť proces AVLIS a/alebo iný proces založený na procese obohacovania kovu. Proces obohacovania môže byť usporiadaný podľa nižšie uvedeného podrobného opisu. Prvý prúd produktu, predovšetkým ak obsahuje použité palivo, môže zahrnovať urán a/alebo plutónium a/alebo štiepne produkty v elementárnej forme. Elementárna forma môže byť použitá ako skladovateľná forma použitého palivového materiálu.

Druhý prúd produktu je výhodne prevažne fluór. Fluór môže byť v atomárnej forme, ale výhodne sa vracia do molekulárnej formy F₂.

Druhý prúd produktu sa môže spracovávať pred zavedením do stupňa uvedenia materiálu obsahujúceho urán do styku s fluórom. Toto spracovanie môže zahrnovať čistenie fluóru na odstránenie iných látok. Úroveň a/alebo množstvo fluóru v druhom prúde produktu môže byť pred zavedením do stupňa uvedenia materiálu obsahujúceho urán do styku s fluórom zvýšené z externého zdroja. Vonkajší zdroj môže byť usporiadaný podľa tretieho aspektu vynálezu.

Podľa druhého aspektu vynálezu je vytvorené zariadenie na spracovanie vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom toto zariadenie obsahuje:

prvú jednotku, v ktorej sa uvádza materiál obsahujúci urán do styku s plynným fluórom, pričom fluór reaguje s materiálom obsahujúcim urán za vzniku fluoridu uránu;

druhú jednotku, tvoriacu separátorový stupeň, do ktorého sa zavádza fluorid uránu, pričom separátorový stupeň zahrnuje generátor plazmy a/alebo iónov na prevedenie fluoridu uránu do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, kedy aspoň časť uránu sa ionizuje a aspoň časť fluóru sa neionizuje, pričom separátorový stupeň ďalej obsahuje prostriedky na generovanie magnetického poľa na vytvorenie magnetického poľa uzatvárajúceho ionizované časti a na vytvorenie prvého prúdu produktu, pričom separátorový stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na odstraňovanie neionizovaných častí z magnetického poľa, kde tieto neionizované časti sú odťahované z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

pričom druhý prúd produktu sa recykluje do prvej jednotky, v ktorej sa uvádza materiál obsahujúci urán do styku s plynným fluórom.

Podľa tretieho aspektu vynálezu je poskytnutý spôsob fluorácie vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom tento spôsob zahrnuje:

pričom plynný fluór sa vyrába zavádzaním materiálu obsahujúceho fluór do separátorového stupňa, pričom separátorový stupeň prevádza materiál obsahujúci fluór do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, pričom aspoň časť nefluórovanej časti vstupného materiálu sa ionizuje a aspoň časť fluórovej časti vstupného materiálu sa neionizuje, pričom ionizované časti sú uzavreté v magnetickom poli na vytvorenie prvého prúdu produktu, a neionizované časti sa odťahujú z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

pričom druhý prúd produktu sa zavádza do stupňa uvedenia materiálu obsahujúceho urán do styku s plynným fluórom.

Vstupný materiál obsahujúci urán môže byť vo forme ako je definovaný podľa prvého aspektu vynálezu. Vyrobené fluoridy uránu môžu byť vo forme ako sú definované podľa prvého aspektu vynálezu.

• · f er • .- <·r c r<· ft c ·<» r r r5

Materiál obsahujúci fluór môže byť materiál z procesu výroby jadrového paliva. Materiál obsahujúci fluór je výhodne fluorid uránu, ešte výhodnejšie fluorid uránový. Ideálne, fluorid uránu je ochudobnený o ²³⁵U, a ešte výhodnejšie ide o UFó ochudobnený o ²³⁵U. UFó môže byť vstupný materiál z iného procesu a/alebo z inej časti toho istého procesu a/alebo zo skladovaného UFô.

Prvý prúd produktu výhodne obsahuje urán, predovšetkým ochudobnený urán. Prvý prúd produktu môže byť použitý ako skladovateľná forma ochudobneného uránu.

Výhodne druhý prúd produktu doplňuje fluór a recykluje sa zo separátora podľa spôsobu podľa prvého aspektu vynálezu.

Podľa štvrtého aspektu vynálezu je vytvorené zariadenie na fluórovanie vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom toto zariadenie obsahuje:

druhú jednotku, tvoriacu separátorový stupeň, pričom plynný fluór sa vytvára v separátorovom stupni zavádzaním materiálu obsahujúceho fluór do separátorového stupňa, pričom separátorový stupeň zahrnuje generátor plazmy a/alebo iónov na prevedenie materiálu obsahujúceho fluór do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, kedy aspoň časť nefluórového podielu sa ionizuje a aspoň časť fluórového podielu vstupného materiálu sa neionizuje, pričom separátorový stupeň ďalej obsahuje prostriedky na generovanie magnetického poľa, pričom ionizované časti sú uzavreté v magnetickom poli vytvorenom prostriedkami na generovanie magnetického poľa na vytvorenie prvého prúdu produktu, pričom separátorový stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na odstraňovanie neionizovaných častí z magnetického poľa, pričom neionizované časti sa odťahujú z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

pričom druhý prúd produktu sa zavádza do prvej jednotky, v ktorej sa uvádza materiál obsahujúci urán do styku s plynným fluórom.

r c r r.

r >· r r r t « ‘

Podľa piateho aspektu vynálezu je poskytnutý spôsob obohacovania vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom spôsob zahrnuje:

zavedenie materiálu obsahujúceho urán do separátorového stupňa, pričom separátorový stupeň prevádza materiál obsahujúci urán do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, pričom aspoň časť uránu sa ionizuje a aspoň časť časti vstupného materiálu bez uránu sa neionizuje, pričom ionizované časti sú uzavreté v magnetickom poli na vytvorenie prvého prúdu produktu, a neionizované časti sa odťahujú z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

pričom prvý prúd produktu sa zavádza do obohacovacieho stupňa, pričom obohacovací stupeň spočíva v aplikácii jednej alebo viac frekvencií elektromagnetického žiarenia na prvý prúd produktu, pričom jedna alebo viac frekvencií sa volí na selektívnu ionizáciu jednej alebo viac zložiek prvého prúdu produktu, pričom selektívne ionizované zložky sa oddeľujú od selektívne neionizovaných zložiek na vytvorenie tretieho resp. štvrtého prúdu produktu.

Vstupný materiál obsahujúci urán môže byť vo forme zodpovedajúcej vstupnému materiálu podľa prvého aspektu vynálezu, výhodné však je, ak vstupným materiálom obsahujúcim urán je jeden alebo viac fluoridov uránu, predovšetkým fluorid uránový.

Separátor môže byť usporiadaný ako je podrobne opísané nižšie.

Prvý prúd produktu výhodne prevažne obsahuje urán zo vstupného materiálu. Druhý prúd produktu výhodne prevažne obsahuje podiel vstupného materiálu bez uránu, predovšetkým zložky s nízkou atómovou hmotnosťou.

Prvý prúd produktu, predovšetkým v ňom obsiahnutý urán, sa môže zavádzať do obohacovacieho stupňa v ešte ionizovanej forme. Výhodne však sa prvý prúd produktu, predovšetkým v ňom obsiahnutý urán a to zvlášť ²³⁸U, pred obohacovacim stupňom neutralizuje. Prvý prúd produktu, predovšetkým v ňom obsiahnutý urán, sa výhodne zavádza do obohacovacieho stupňa v plynnej forme a/alebo vo forme pary.

r n r r

Výhodne sa jedna alebo viac aplikovaných frekvencií elektromagnetického žiarenia volí pre ionizáciu zložiek obsahujúcich ²³⁵U prednostne pred zložkami obsahujúcimi ²³⁸U.

Týmito zložkami môžu byť molekuly, ako napríklad UFň, zahrnujúce príslušné izotopy uránu, výhodne však sú vo forme atómov týchto izotopov.

Tretí prúd produktu môže byť oddeľovaný od štvrtého prúdu produktu elektrostatickým priťahovaním tretieho prúdu produktu ku zbernému miestu. Štvrtý prúd produktu sa výhodne zhromažďuje na zvláštnom mieste.

Výhodne sa tretí prúd produktu obohacuje o jeden alebo viac izotopov, ideálne o ²³⁵U, .oproti prvému prúdu produktu. Štvrtý prúd produktu je výhodne ochudobnený o uvedený jeden alebo viac izotopov, ideálne o ²³⁵U, oproti prvému prúdu produktu.

Tretí a/alebo štvrtý prúd produktu môže byť podrobený ďalšiemu spracovaniu.

Podľa šiesteho aspektu vynálezu je vytvorené zariadenie na obohacovanie vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom toto zariadenie obsahuje:

prvú jednotku, tvoriacu separátorový stupeň, do ktorého sa zavádza materiál obsahujúci urán, pričom separátorový stupeň zahrnuje generátor plazmy a/alebo iónov na prevedenie materiálu obsahujúceho urán do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, kedy aspoň časť uránu sa ionizuje a aspoň časť podielu bez uránu sa neionizuje, pričom separátorový stupeň ďalej obsahuje prostriedky na generovanie magnetického poľa na vytvorenie magnetického poľa, pričom ionizované časti sú uzavreté v magnetickom poli na vytvorenie prvého prúdu produktu, pričom separátorový stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na odstraňovanie neionizovaných častí z magnetického poľa, kde tieto neionizované časti sú odťahované z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

druhú jednotku, tvoriacu obohacovací stupeň, do ktorého sa privádza prvý prúd produktu, pričom obohacovací stupeň zahrnuje zdroj elektromagnetického žiarenia, výhodne laser, pre aplikáciu jednej alebo viac frekvencií elek-

o e r í» r · r ' tromagnetického žiarenia na prvý prúd produktu, pričom jedna alebo viac frekvencií sa volí na selektívnu ionizáciu jednej alebo viacerých zložiek prvého prúdu produktu, pričom obohacovací stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na oddeľovanie selektívne ionizovaných zložiek od selektívne neionizovaných zložiek na vytvorenie tretieho resp. štvrtého prúdu produktu.

Podľa siedmeho aspektu vynálezu je poskytnutý spôsob čistenia materiálu obsahujúceho urán, pričom spôsob zahrnuje:

zavedenie materiálu obsahujúceho urán do obohacovacieho stupňa, pričom obohacovací stupeň spočíva v aplikácii jednej alebo viac frekvencií elektromagnetického žiarenia na tento materiál, pričom jedna alebo viac frekvencií sa volí na selektívnu ionizáciu jednej alebo viac zložiek vstupného materiálu, pričom selektívne ionizované zložky sa oddeľujú od selektívne neionizovaných zložiek na vytvorenie tretieho resp. štvrtého prúdu produktu;

pričom jeden alebo oba prúdy produktu sa zavádzajú do fluoračného stupňa, v ktorom sa materiál obsahujúci urán v prúde produktu uvádza do styku s plynným fluórom, a fluór reaguje s materiálom obsahujúcim urán za vzniku fluoridu uránu;

pričom fluórovaný urán a ďalšie zložky prúdu produktu sa zavádzajú do separačného stupňa, v ktorom sa oddeľuje fluorid uránu, na vytvorenie piateho prúdu produktu, od jednej alebo viacerých ostatných zložiek, ktoré tvoria šiesty prúd produktu.

Výhodne je materiál obsahujúci urán, vstupujúci do obohacovacieho stupňa, atomárny urán, výhodne v plynnej forme a/alebo vo forme pary, výhodne v neionizovanej forme.

Obohacovací stupeň výhodne obohacuje vstupujúci materiál spôsobom podľa piateho aspektu vynálezu, podrobne opísaným vyššie.

Štvrtý prúd produktu sa môže privádzať do fluoračného stupňa, ale zvlášť výhodné je, ak sa tam privádza tretí prúd produktu.

• * • t r f r e <·<·<(· ;· ' n , r r • r r , ·

Výhodne je vyrobený fluorid uránu podľa prvého aspektu vynálezu, ako je podrobne opísané vyššie.

Ostatné zložky prúdu produktu môžu byť jeden alebo viac iných kovov, predovšetkým železo. Železo je výhodne tiež fluórované vo fluoračnom stupni.

Fluorid uránu sa môže oddeľovať od jednej alebo viacerých nečistôt, výhodne tiež vo forme fluoridu, na základe rozdielov prchavosti, najvýhodnejšie na základe vyššej prchavosti fluoridu uránu, ideálne fluoridu uránového. Piaty a/alebo šiesty prúd produktu môže byť podrobený ďalšiemu spracovaniu.

Podľa ôsmeho aspektu vynálezu je vytvorené zariadenie na čistenie materiálu obsahujúceho urán, pričom toto zariadenie obsahuje:

prvú jednotku, tvoriacu obohacovací stupeň, do ktorého sa privádza materiál obsahujúci urán, pričom obohacovací stupeň zahrnuje zdroj elektromagnetického žiarenia, výhodne laser, pre aplikáciu jednej alebo viac frekvencií elektromagnetického žiarenia na vstupujúci materiál, pričom jedna alebo viac frekvencií sa volí na selektívnu ionizáciu jednej alebo viac zložiek vstupujúceho materiálu, pričom obohacovací stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na oddeľovanie selektívne ionizovaných zložiek od selektívne neionizovaných zložiek na vytvorenie tretieho resp. štvrtého prúdu produktu;

druhú jednotku tvoriacu fluoračný stupeň, do ktorého sa privádza jeden alebo oba prúdy produktu, a v ktorom sa materiál obsahujúci urán v prúde produktu uvádza do styku s plynným fluórom, pričom fluór reaguje s materiálom obsahujúcim urán za vzniku fluoridu uránu;

tretiu jednotku tvoriacu separačný stupeň, pričom fluórovaný urán a iné zložky prúdu produktu sa zavádzajú do separačného stupňa, v ktorom sa oddeľuje fluorid uránu, za vzniku piateho prúdu produktu, od jednej alebo viacerých zložiek prúdu produktu, ktorý tvorí šiesty prúd produktu.

Vyššie opísané rôzne aspekty vynálezu môžu byť vzájomne kombinované. Napríklad spôsob výroby fluóru podľa tretieho aspektu vynálezu sa môže použiť ako príspevok pre. spotrebu fluóru vo fluoračnom stupni podľa prvého as í* r pektu vynálezu. Obdobne sa spôsob výroby fluóru podľa tretieho aspektu vynálezu môže použiť ako príspevok pre spotrebu fluóru vo fluoračnom stupni podľa siedmeho aspektu vynálezu. Tiež môže byť separátor podľa prvého aspektu vynálezu a podľa piateho aspektu vynálezu rovnaký, pričom prvý prúd produktu zo separátora vstupuje do obohacovacieho stupňa. Tento kombinovaný spôsob tiež môže využívať tretí aspekt vynálezu ako príspevok pre spotrebu fluóru vo fluoračnom stupni. Navyše tiež môže byť, so separátorom podľa prvého aspektu ako aj separátorom podľa piateho aspektu alebo bez toho, obohacovaci stupeň podľa piateho aspektu rovnaký ako obohacovaci stupeň podľa siedmeho aspektu vynálezu. Prvý, tretí, piaty a siedmy aspekt vynálezu môžu všetky tvoriť jediný proces.

Vstupný materiál sa môže zavádzať do magnetického poľa ako plyn, kvapalina, pevná látka alebo zmes fáz. Preferovaný je plynný vstup do magnetického poľa.

Vstupný materiál sa môže zavádzať do prostriedkov na generovanie plazmy ako plyn, kvapalina, pevná látka alebo zmes fáz.

Vstupný materiál sa môže zavádzať do ionizačných prostriedkov ako plyn, kvapalina, pevná látka alebo zmes fáz. Preferovaný je plynný vstup do ionizačných prostriedkov, predovšetkým ak nie je tiež zabezpečený generátor plazmy.

Vstupný materiál môže byť pripravovaný v plynnej forme varom a/alebo odparovaním a/alebo sublimáciou pôvodne pevného alebo kvapalného vstupného materiálu. Prevedenie do plynného stavu sa môže uskutočňovať pomocou pece, mikrovlnného ohrievača alebo iného ohrievacieho prostriedku. Výhodne sa plyn zavádza pred ionizáciou.

Výhodne je všetka alebo v podstate všetka príslušná zložka ionizovaná. Výhodne je všetka alebo v podstate všetka príslušná zložka neionizovaná.

Výhodne sú niektoré alebo všetky kovové prvky prítomné v uvedenom vstupnom materiáli ionizované. Zvlášť výhodná je ionizácia kovových prvkov s atómovou hmotnosťou vyššou než 90. Výhodne sú niektoré alebo všetky ne11 er r e rr e cf e <<

ní f e r r rO

c.r

Cr kovové prvky v uvedenom vstupnom materiáli neionizované. Výhodne sú všetky prvky s atómovou hmotnosťou nižšou než 90, najvýhodnejšie nižšou než 70 a ideálne nižšou než 60 ponechané v neionizovanej forme. Je zvlášť výhodné, keď prvky ako napríklad urán a/alebo plutónium a/alebo tórium a/alebo gadolínium sú ionizované. Je výhodné, keď prvky ako vodík a/alebo fluór a/alebo kyslík a/alebo dusík sú neionizované. Štiepne produkty sú výhodne neionizované.

Ionizácia zložiek môže byť vyvolaná teplotou plazmy. Navyše alebo alternatívne môže byť ionizácia zložiek vyvolaná interakciou zložiek s vysoko energetickými elektrónmi produkovanými elektrónovou cyklotrónovou rezonanciou.

Mieru ionizácie a/alebo ionizované zložky je možné riadiť prívodom energie z elektrónovej cyklotrónovej rezonančnej jednotky a/alebo časom zotrvania v nej.

Výhodne sa ionizácia riadi úrovňou prívodu energie.

Úroveň prívodu energie môže byť riadená riadením teploty plazmy. Prívod energie výhodne nie je selektívny medzi zložkami vstupného materiálu. Týmto spôsobom sa všetky zložky vstupného materiálu výhodne uvedú na rovnakú energetickú úroveň. Výhodne sú za prevládajúcich podmienok ionizované a neionizované zložky vstupného materiálu navzájom v rovnováhe.

Vstupný materiál môže byť prevedený na plyn a zavádzaný do ECR jednotky pre ionizáciu. Na prevedenie pevného alebo kvapalného vstupného materiálu do plynnej formy alebo do formy pary je možné použiť ohrievaciu pec alebo odparovač.

Podľa zvláštneho uskutočnenia môže plazma prevádzať vstupný materiál na diskrétne atómy a elektrónová cyklotrónová rezonancia môže následne vyvolávať aspoň čiastočnú ionizáciu, výhodne selektívnej povahy.

Výhodne je vstupný materiál prítomný v molekulárnej forme a selektívne sa oddeľuje ako diskrétne atómy a/alebo elementárne formy z ionizovaných r c

Or;· r e rf e r r r '' r . r r' i* * r diskrétnych atomárnych foriem a/alebo elementárnych foriem. To poskytuje techniku aplikovateľnú na rozmanitejšie materiály, ako je možné s elementárnym vstupným materiálom a separáciou v elementárnej forme, alebo s molekulárnym vstupným materiálom a následnou separáciou v molekulárnej forme.

Teplota uvedenej plazmy môže byť riadená na získanie selektívnej ionizácie zložiek požadovaným spôsobom. Plazma tak môže ionizovať niektoré zložky vo vstupnom materiáli a ponechávať iné zložky, napríklad štiepne produkty a/alebo nekovové prvky, neionizované.

Uvedená plazma je výhodne prítomná pri 3000 až 4500 °K. Výhodne sa uvedená plazma generuje mikrovlnnými alebo rádiofrekvenčnými prostriedkami. Výhodne sa pracuje s plazmou v generátore pri tlaku 1000 až 10 000 Pa, výhodne 2000 ±10 %.

Navyše alebo alternatívne doba zdržania vstupného materiálu v plazme pred separáciou môže byť riadená na poskytnutie selektívnej ionizácie zložiek požadovaným spôsobom.

Vstupný materiál sa výhodne zavádza do uzatváracieho magnetického poľa v neionizovanej forme. Výhodne prebieha proces parciálnej ionizácie nenabitého plynu v magnetickom poli. Plyn môže byť v molekulárnej a/alebo atomárnej forme.

Magnetické pole môže mať konfiguráciu vymedzujúcu valcovitý aktívny objem, v ktorom sa spracováva plazma a/alebo ióny. Plazma a/alebo ióny z prostriedkov na generovanie plazmy a/alebo ionizačných prostriedkov výhodne prechádzajú pozdĺž osi tohto uzatváracieho priestoru do nasledujúceho separačného stupňa.

Výhodne sa separácia ionizovaných a neionizovaných zložiek uskutočňuje odstraňovaním neionizovaných zložiek z plazmy, najvýhodnejšie vo forme plynu. Neionizované zložky sa môžu odčerpávať z ionizovanej zložky. Ionizovaná zložka je uzavretá a teda zadržovaná v magnetickom poli.

e r r. r r c <

c· ,·. r r r

Γ c c r t r r i ·· <

Separácia ionizovaných a neionizovaných zložiek sa môže uskutočňovať vo viac stupňoch. Výhodne sú tieto stupne navzájom oddelené. Tieto stupne môžu byť navzájom oddelené priehradkami vybavenými otvorom. Otvor je výhodne úplne vo vnútri uzatváracieho priestoru magnetického poľa. Výhodne sa jeden alebo viac stupňov uskutočňuje pri iných tlakoch než jeden alebo viac ostatných stupňov. Úroveň tlaku môže byť udržovaná použitou úrovňou čerpania. Výhodne je tlak v jednom alebo viac stupňoch v blízkosti vstupu vyšší než tlak v jednom alebo viac stupňoch ďalej od vstupu. Výhodne klesá tlak v každej zóne oproti predchádzajúcemu stupňu bližšiemu vstupu. Výhodne je tlak v každom stupni v poradí od vstupu 30 až 60 % tlaku v predchádzajúcom stupni.

Výhodne sú usporiadané tri stupne. Každý stupeň môže mať dĺžku medzi 0,5 až 2 m.

Výhodne sa prvý stupeň uskutočňuje pri tlaku medzi 10 až 50 Pa, výhodne 40 Pa ±10 %.

Výhodne sa druhý stupeň uskutočňuje pri tlaku medzi 5 až 20 Pa, výhodne 16 Pa ±10 %.

Výhodne sa tretí stupeň uskutočňuje pri tlaku medzi 2 až 10 Pa, výhodne 7 Pa ±10 %.

Oddelené nenabité zložky sa môžu recyklovať pre následné použitie a/alebo môžu· byť podrobené ďalšiemu spracovaniu. To môže zahrnovať ďalšiu selektívnu ionizáciu a/alebo selektívne spracovanie na separáciu rôznych zložiek.

Oddelené nabité zložky sú výhodne stále uzavreté v magnetickom poli. Oddelené nabité zložky môžu byť podrobené ďalšiemu spracovaniu vrátane selektívnej deionizácie; deionizácii nasledovanej ďalšou selektívnou ionizáciou; alebo inému selektívnemu spracovaniu na oddelené jednotlivé zložky.

Obohacovaci stupeň uvedený vo vyššie uvedených aspektoch môže mať jeden alebo viac nasledujúcich znakov.

Obohacovací stupeň môže byť evakuovaný, napríklad na 10’⁶ Torr alebo menej.

Elektromagnetické žiarenie môže byť aplikované pomocou jedného alebo viac laserových lúčov a/alebo jedného alebo viac laserov. Výhodne sa selektívna ionizácia vyvoláva fotoionizáciou. Ionizácia a/alebo excitácia môže prebiehať v jednom alebo viacerých stupňoch, výhodne s rôznymi frekvenciami zvolenými pre rôzne stupne.

Separácia ionizovaných a neionizovaných zložiek sa môže uskutočňovať elektrostatickým priťahovaním ionizovaných látok ku zbernému miestu, napríklad k jednej alebo viacerým zberným doskám. Výhodnejšie sa ionizované a neionizované zložky oddeľujú ohybom ionizovaných zložiek s použitím magnetického poľa.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Ďalej bude opísaných niekoľko uskutočnení vynálezu, len ako príkladných, pomocou výkresov, na ktorých

Obr. 1 predstavuje prvé uskutočnenie vynálezu na výrobu materiálov obsahujúcich čistený urán,

Obr. 2 predstavuje modifikáciu spôsobu podľa obr. 1 na zavádzanie fluóru do okruhu;

Obr. 3 predstavuje modifikovaný okruh na spracovanie použitých palivových materiálov,

Obr. 4 predstavuje ďalšie uskutočnenie vynálezu,

Obr. 5 predstavuje jedno uskutočnenie separátorového stupňa vhodného na použitie pri postupe podľa vynálezu,

Obr. 6 predstavuje alternatívne uskutočnenie separátorového stupňa vhodného na použitie pri postupe podľa vynálezu, a

Obr. 7 predstavuje obohacovač vhodný na použitie pri postupe podlä vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 ilustruje stupeň 2 priamej fluorácie, v ktorom sa kovová zložka, ktorá je predmetom záujmu, fluóruje, po čom nasleduje stupeň 4 separácie fluóru / kovu na umožnenie získania rôznych možných foriem produktov a fluóru, ktorý sa recykluje cez stupeň 6 späť do stupňa priamej fluorácie. Tento systém môže byť použitý pre množstvo potenciálnych vstupných materiálov a množstvo požadovaných foriem produktov.

Koncentrát uránovej rudy ako vstupný materiál

Spôsob ponúka možnosť uvádzania koncentrátu zo stupňa 8 do stupňa 2 priamej fluorácie, kde sa oxid uránu prevádza na fluorid uránu, v zásade UFe, zavádzaním fluóru. UFď potom prichádza do čistiaceho stupňa 10, kde v tomto bode sa z koncentrátu rudy môže odstraňovať množstvo nečistôt prítomných v koncentráte rudy, v rôznych formách, v podstate opäť zahrnujúcich fluórované formy. Tie tvoria prúd 12 odpadu. Je tiež možné v tomto stupni odvádzať z procesu UFó, na predaj alebo na použitie v iných procesoch, prúd 14 produktu.

V rámci tohto procesu je podstatná časť UFg vedená z čistiaceho stupňa 10 do separačného stupňa 4. V separačnom stupni 4, ktorý je podrobnejšie diskutovaný nižšie, sa oddeľuje urán a iné kovové látky od fluóru a iných materiálov s nízkou atómovou hmotnosťou. Fluór sa vracia ako prúd 16 do stupňa 6 pre následné zavádzanie späť do stupňa 2 priamej fluorácie. Úroveň fluóru v tomto systéme sa môže upravovať zo zdroja 18 fluóru, ktorý sa'tiež zavádza do stupňa 6.

Veľkou výhodou tejto techniky, kedy sa drahý fluór používa na oddeľovanie uránu od nečistôt v rude, je, že fluór sa vracia a recykluje späť do stupňa fluorácie, pre následné opätovné použitie. Tak je usporiadaný, pokiaľ ide o fluór, v podstate uzavretý okruh.

Prúd kovového produktu zo stupňa 4 môže tvoriť prúd 20 produktu pre následné spracovanie, diskutované podrobnejšie nižšie, alebo alternatívne môže tvoriť prúd 22 uránového kovového produktu, napríklad na použitie ako palivo magnox.

Opätovne spracovaný urán ako vstupný materiál

Systém opísaný vyššie pomocou obr. 1 môže byť použitý tiež so vstupným materiálom zo stupňa 24 pozostávajúcim z opätovne spracovaného uránu, prevažne UO3. Opätovne spracovaný urán sa získava z množstva potenciálnych zdrojov, vrátane uránu extrahovaného z použitých palivových tyčí.

Opäť, oxid uránu sa zavádza priamo do stupňa priamej fluorácie na prevedenie na UFô. Opäť, je možné odvádzať prúd 14 produktu, pozostávajúci z UF₆, pričom urán je opätovne spracovaný urán.

Stupeň 10 odstraňovania nečistôt môže alebo nemusí byť pre opätovne spracovaný urán ako vstupný materiál nevyhnutný.

Opäť, v separačnom stupni 4 sa urán oddeľuje od fluóru pomocou fluóru, ktorý sa recykluje. Urán potom buď vstupuje do ďalšieho spracovania, napríklad obohacovania, alebo alternatívne sa použije na výrobu paliva magnox.

Uránové zvyšky ako vstupný materiál

Množstvo existujúcich spôsobov spojených s. výrobou uránových palív produkuje zvyškové prúdy, ktoré vyžadujú opätovné spracovanie. Tieto prúdy všeobecne pozostávajú z uránu vo forme oxidov a v dôsledku toho sú tieto prúdy 26 prispôsobené pre vstup do fluoračného stupňa 2 vo vyššie uvedenom spôsobe. Opäť, ak je požadované, urán môže byť extrahovaný pre následné ďalšie spracovanie.

e • · n r c* c r r - r • i- ·* r r c r c b e r r r r n <· ·- > r r r - r · .· x .

Postup doplňovania fluóru

Zvlášť vzhľadom na spracovanie koncentrátov uránovej rudy, kedy sa fluórované nečistoty z procesu odstraňujú v stupni 10. je nutné pridávať do okruhu fluór pre nahradenie fluóru, strateného s týmito nečistotami. Fluór môže pochádzať z množstva zdrojov, avšak výhodný výrobný postup je znázornený na obr. 2.

Obr. 2 ilustruje zdroj fluóru, stupeň 6, do ktorého sa fluór zavádza zo separačného stupňa ako prúd 16 a zavádza sa späť do fluoračného stupňa 2. Doplňovaný fluór sa zavádza do tohto stupňa 6 prostredníctvom prúdu 28..

Vstupný stupeň 30 pre túto časť procesu poskytuje zdroj UFô a je zvlášť výhodné, ak ním je ochudobnený prúd UFô pochádzajúci z existujúcich technológií obohacovania a/alebo zásob ochudobneného UFô, historicky vytvorených. Ochudobnený UFô všeobecne pozostáva prevažne z ²³⁸UF6, z ktorého veľká väčšina ²³⁵UFď bola odstránená v procese obohacovania.

Vstupný UFô zo stupňa 30 sa zavádza do separačného stupňa 32, ktorý je výhodne obdobného typu ako separačný stupeň 4 opísaný vyššie na obr. 1, a podrobne diskutovaný nižšie.

Separačný stupeň 32 produkuje požadovaný prúd 28 fluóru na zavádzanie do okruhu fluóru, a oddelený prúd 34 produktu. Výhodne je prúd 34 produktu uránový kov, ktorý je vhodnejší pre dlhodobé skladovanie než UFé. Je to tak obzvlášť v prípade, keď tento kov je ochudobnený urán, prevažne vo forme ^{23 8}UF₆.

Použité palivo ako vstupný materiál

Variant tejto technológie pre použité palivo ako vstupný materiál je znázornený na obr. 3.

Použité palivo, všeobecne pozostávajúce z oxidu uránu, štiepnych produktov a oxidov plutónia, sa zavádza v stupni 36 a tvorí vstupný materiál pre stupeň 2 priamej fluorácie. Vznikajúci UF6 a ďalšie fluórované kovy sa potom zavádzajú do separačného stupňa 4.

Z povahy vstupných materiálov a požadovaných foriem produktu vyplýva, že z tohto postupu sa nečistoty všeobecne neodstraňujú. ,

Rovnako ako vyššie, fluór sa recykluje späť zo stupňa 4 do stupňa 2 priamej fluorácie cez stupeň 6. Produkty prechádzajú zo stupňa 4 na následné spracovanie. Produkty majú formu vstupu 20 do následného stupňa spracovania, alebo alternatívne môžu samotné tvoriť prúd 38 produktu.

Prúd 38 produktu je výhodne zmes uránu, plutónia a štiepnych produktov, všetkých v kovovej forme. Táto forma produktu je určená na dlhodobé skladovanie a predstavuje značne zlepšenú skladovaciu formu v porovnaní s týmto materiálom v palivovej tyči alebo palivovej zostave. Nielen že je zlepšená forma, v ktorej je materiál prítomný, ale tiež objem materiálu je faktorom asi 2,5 násobku zmenšený oproti jeho objemu v zostave a navyše objem zostavy samotnej je vyňatý z nutnosti skladovania. V dôsledku toho môže byť dosiahnutý celkový faktor zmenšenia objemu, ktorý je treba skladovať, asi 20. Ďalšou výhodnou vlastnosťou tejto formy produktu na skladovanie je, že kovový urán dobre tieni gama žiarenie, a v dôsledku toho má tento materiál samotieniacu funkciu proti emisii gama žiarenia pochádzajúceho zo štiepnych produktov v ňom obsiahnutých.

Úprava obohateného produktu

Ako je znázornené na obr. 4, množstvo obohacovacích procesov tvoriacich stupeň 40. vrátane AVLIS, ako stupeň 40 poskytuje obohatenú formu uránu v kovovej alebo oxidovej forme. Tento prúd 42 často obsahuje železo alebo iné nečistoty, ktoré je potrebné odstrániť predtým, než sa uskutočňuje ďalšie spracovanie uránu.

Λ r <1 ·

C f ·' r f < v r r r . · r <> r c · r f . r ·>

V postupe ilustrovanom na obr. 4 sa prúd 42 obsahujúci železo a urán zavádza do stupňa 44 priamej fluorácie, pre ktorý sa privádza fluór zo zdrojového stupňa 46.

Je zvlášť výhodné, ak zdrojový stupeň 46 je separátor všeobecného typu opísaný na Vyššie uvedenom obr. 1 ako separátorový stupeň 4, a/alebo na vyššie uvedenom obr. 2 ako separátorový stupeň 32.. Opäť, je zvlášť výhodné, že vstupný materiál 48 pre tento stupeň obsahuje zvyšky UFô a predovšetkým ochudobnený UFô. Tiež v tomto prípade sa produkuje lepšie skladovateľný a/alebo manipulovateľný produkt 50, ako aj fluór vhodný pre fluoračný stupeň

44.

Fluorid uránový, fluorid železa ä iné fluoridy vyrobené v stupni priamej fluorácie sa môžu oddeľovať v separátorovom stupni 50 na základe ich rôznych prchavostí. Relatívne prchavý UFó sa teda môže odstraňovať ako prúd 52 produktu pre následné ďalšie spracovanie, napríklad pre výrobu, zatiaľ čo nečistoty sa môžu odstraňovať ako prúd 54 produktu pre následné odstraňovanie.

Separátorový stupeň

Vhodný separátorový stupeň, vhodný na použitie v rôznych uskutočneniach podľa vynálezu, jé znázornený na obr. 5.

Vstupný prúd 200 prechádza cez generátor 202 plazmy, ktorý rýchlo zahrieva vstupný materiál na asi 4000 °K. Generátor 202 plazmy môže byť generátor mikrovlnného alebo RF typu a týmto spôsobom môže byť ľahko zaistená kontrola teploty plazmy.

Kondukčné solenoidy v zoskupení 206 a 216 vytvárajú magnetické pole vysokej intenzity, ktorého siločiary 204 sú schematicky znázornené. Generátor plazmy a magnetické pole majú takú konfiguráciu, že zložky vstupného materiálu, ktoré sú ionizované, sa nachádzajú vždy v hraniciach magnetického poľa. Kondukčné solenoidy sú usporiadané na vytvorenie poľa intenzity prevyšujúcej 0,1 Tešia.

c o o o <· t ŕ c ŕ CC r > r c e r c · · t c ' r r> r- c · * n c r <· CC.

V dôsledku veľmi zvýšenej teploty vstupného prúdu 200 po jeho prechode cez generátor 202 plazmy sa zložky vstupného prúdu 200 rozkladajú na atómy. To uľahčuje spracovanie vstupného materiálu podľa jeho atómovej štruktúry lepšie než zavádzanie vstupného materiálu v elementárnej forme alebo spracovanie vstupného materiálu iba na základe rozdielov medzi molekulami.

Pri teplote plazmy sa atómy uránu a iných zložiek s vysokou atómovou hmotnosťou nabíjajú, napríklad U⁺. Zložky s nižšou atómovou hmotnosťou, v podstate fluór, však zostávajú nenabité. Ako ionizované, tak aj nenabité látky sú v plynnej forme.

Vďaka svojmu náboju sú uránové ióny uzavreté v magnetickom poli a prechádzajú cez sústavu solenoidov, pričom tvoria prúd 224 produktu. Nenabitá povaha atómov fluóru však umožňuje, aby sa pohybovali voľne, neobmedzované magnetickým poľom, a v dôsledku toho sa môžu odstraňovať ako prúd 214 produktu vývevou alebo inými vhodnými prostriedkami. Len čo je fluór zbavený uránových iónov, môže sa znížiť energetický stav jeho atómov, ktoré tým rekombinujú na F₂.

V dôsledku tohto separačného stupňa teda je urán oddelený od prvkov s nízkou atómovou hmotnosťou vo vstupnom výluhu a môže sa potom odviesť na následné spracovanie alebo použitie.

Povaha selektívnej ionizácie, ktorá nastáva v separátore, je dôležitá. Ionizácia nastáva ako výsledok celkovej úrovne energie systému. Látky, ktoré sú za prevládajúcich podmienok ionizované, a látky ktoré nie sú ionizované, sú určené rovnovážnym stavom týchto látok za týchto podmienok. Uvažovaná selektívna ionizácia je jednako len stabilná a dlhodobá, čím je umožnené uskutočňovanie separácie efektívne a bez časovej tiesne.

Ak sa do tohto systému zavádza energia tak, že je selektívne prijímaná jednou látkou skôr než inou jednou látkou alebo viacerými látkami, je dosiahnutá selektívna ionizácia menej vhodná. V tejto situácii môžu mať kolízie medzi ionizovanými a neionizovanými látkami za následok prenos energie a tým možnú zmenu stavu a/alebo náboja týchto látok. Tým vyvstáva podstatná časová tieseň pokiaľ ide o rýchlosť akejkoľvek separácie, ktorá musí byť uskutoč• e A r r- <

• e r <· e e r <.- e - r e r '· e ' r <· r r r r Π r r ' nená, alebo je stratená selektivita. Navyše, takáto ionizácia sa môže uskutočňovať pri nízkych hustotách materiálu, lebo inak by sa kolízie stali príliš dominantnými pre selektivitu.

Rovnovážny stav podľa vynálezu umožňuje kolízie medzi látkami bez zhoršenia selektivity procesu. V dôsledku toho je možné vyššie presadenie materiálu.

Alternatívny separátor, ktorý môže byť použitý, je znázornený na obr. 6. Opäť, opis zariadenia sa vzťahuje k separácii uránu od vstupného fluoridu uránového, sú však možné aj iné aplikácie tohto zariadenia.

Vstupný výluh fluoridu uránového sa zavádza do prúdu 300 ako para. Nástrek je rýchlo prevedený na plazmu prostredníctvom rádiofrekvenčného generátora 302. Generátor plazmy pracuje pri 2 kPa na zaistenie v podstate rovnovážne úrovne ionizácie pre požadovanú zložku vstupného materiálu prostredníctvom vysokého stupňa kolízií.

Kontaktné časti vo vnútri generátora plazmy môžu byť vytvorené z keramických fluoridov na poskytnutie nevyhnutných fyzikálnych vlastností aby odolávali prítomným podmienkam. Tento systém môže využívať medené povrchy chladené stykom s rúrkami obsahujúcimi vodu. Tok vody sa používa na zníženie teploty medených stien a vyvoláva kondenzáciu foriem fluoridu uránu na stenách. Tie potom chemicky a tepelne izolujú meď. Rovnovážny stav sa poprípade vyvíja s danou hrúbkou fluoridu uránu uloženého na stene. Je tak zaistený samoizolačný účinok.

Generovaná plazma opúšťa generátor 302 dýzou 304 a je uzavretá t v magnetickom.poli, schematicky naznačenom 306. Na udržanie tlaku vo vnútri generátora 302 plazmy a na poskytnutie požadovaného prietoku sa používa dýza priemeru asi 30 mm.

Pri opustení generátora plazmy a pri vstupe do 1. zóny 308 plazma expanduje, čím chladne. Práca konaná iónmi uránu proti magnetickému poľu však má za následok opätovný čiastočný ohrev. Ak je potrebné, môže sa do plazmy v priebehu jej následného postupu zariadením privádzať prídavná energia na

P c e *

udržanie teploty na úrovni, pri ktorej sú požadované zložky ionizované. Táto energia môže byť dodávaná rádiofrekvenčnými prostriedkami. Tak je udržovaná požadovaná selektivita na základe rovnováhy.

Lúč materiálu opúšťajúci generátor plazmy má sklon roztvárať sa s narastajúcou vzdialenosťou od generátora plazmy.

Bariéry 310, 312 vymedzujúce jednotlivé zóny udržujú ich expanziu v medziach zvolených priemerov ich otvorov.

Obsiahnuté pole je silné približne 0,1 Tešia. Táto úroveň môže byť získaná konvenčnými elektromagnetmi, avšak môžu byť použité tiež supravodivé magnety. Magnetické pole tejto sily uzatvára uránové ióny do polomeru asi 180 mm po dráhe do vzdialenosti 3 m od dýzy. Zóny či stupne sú dlhé každý asi 1 m. Polomer expandujúceho lúča je približne úmerný štvrtine prejdenej dráhy.

V l.zóne 308 sú usporiadané výstupy 314 k neznázornenej výveve. Tieto umožňujú odťahovanie prvých odpadových prúdov zo zariadenia, pričom odpadové prúdy zahrnujú nenabitý materiál, v podstate fluór. Ako materiál pre potrubia odpadových prúdov môže byť použitý hliník.

Tlak v 1. zóne je asi 13 Pa a počas svojej cesty touto zónou sa tlak fluóru v lúči materiálu znižuje v podstate na tento tlak. Prebytok fluóru sa odčerpáva výstupmi 3 14 pomocou komerčne dostupných čerpadiel.

Lúč so zníženým obsahom fluóru potom prechádza do 2. zóny 3 16 medzerou 318 v bariére 3 10.

Druhá zóna 3 1 8 je prevádzkovaná pri nižšom tlaku než prvá, približne 5 Pa, a opäť, obsah fluóru v lúči sa znižuje na tento tlak pri prechode materiálu zónou.

Lúč potom prechádza do 3. zóny 320 cez medzeru 322 v bariére 312.

Táto zóna je opäť prevádzkovaná pri ešte nižšom tlaku, približne 2 Pa, pričom prebytok fluóru sa odčerpáva cez výstupy 324.

Lúč značne zbavený fluóru potom prechádza k výstupu 326 pre následné spracovanie.

Ionizovaný, plynný urán sa môže privádzať do styku s mriežkou uspôsobenou na vybíjanie náboja a znižovanie energie uránu na stav, v ktorom je pev1 ný alebo kvapalný. Môžu sa tiež pridávať chemikálie na ochladenie a/alebo prudké schladenie. V tejto súvislosti je výhodné použitie inertných plynov na chladenie uránu, takže nedochádza k chemickému spojovaniu s plynom. Ako výsledok vzniká kovový urán. Urán sa môže ochladiť dostatočne na prevedenie do pevného stavu, alebo alternatívne sa môže ochladiť len čiastočne a zostať v kvapalnej forme.

Fluór zostávajúci v prúde 326 uránového produktu môže byť ľahko z hlavného množstva uránového produktu odparený ako fluorid uránu a recyklovaný. Keď je urán zhromažďovaný ako kvapalina, môže sa separácia vhodne uskutočňovať in situ. Odparený fluorid uránu sa môže z väčšej časti previesť na UFô, ktorý sa môže recyklovať.

Môžu byť uskutočnené opatrenia pre zhromažďovanie fluóru uvoľneného odplynením kvapaliny.

Pri vstupe 12 kg uránu za hodinu dochádza k vstupu 5,7 kg/h fluóru. Predpokladá sa, že z tohto fluóru sa 3,6 kg/h vyčerpá z 1. zóny, 1,3 kg/h sa vyčerpá z 2. zóny, 0,5 kg/h sa vyčerpá z 3. zóny a 0,3 kg/h zostane v prúde 326 uránového produktu. Odplynenie fluóru z tohto produktu vo forme UF4 a/alebo UFô vedie k veľmi čistému uránovému produktu, t.j. s obsahom fluóru rádovo v ppm.

Stupeň obohacovania uránu

Obohacovanie uránu na zvýšenie podielu ²³⁵U sa môže uskutočňovať prostredníctvom rôznych techník. Napríklad, UFó vyrobený v stupni 2 priamej fluorácie podľa obr. 1 sa môže odstraňovať z procesu v stupni 10 a zavádzať do integrovaného obohacovacieho procesu a/alebo, po transporte, do obohacova cieho procesu vo vzdialenom mieste. Obohacovací proces môže byť založený na odstreďovaní plynu a/alebo na separácii difúziou plynu a/alebo na separácii na báze tepelnej difúzie.

Výhodne však sa urán, opúšťajúci separátorový stupeň 4, zavádza ako prúd 20 produktu priamo do následného obohacovacieho stupňa.

Laserová separácia izotopov v atomárnej parnej fáze AVLIS (atomic vapour laser isotope separation) predstavuje zvlášť výhodné uskutočnenie obohacovania. Obohacovač typu AVLIS vhodný na použitie podľa vynálezu je znázornený na obr. 7. Obohacovač 70 pozostáva z nádoby 72. do ktorej sa prechodom 74 zavádza vstupný prúd. Nádoba 72 je evakuovaná pomocou čerpadla 76 na nízky tlak, spravidla menší než 10'⁶ torr.

Ak obohacovač 70 nasleduje za separátorom 4, ako je znázornené na obr. 1 alebo 3, je vstupným materiálom spravidla kovový urán vo forme atomárnych pár.

Ak je obohacovač 70 nasledovaný stupňom 44 priamej fluorácie, ako je znázornené na obr. 4, môže byť vstupným materiálom atomárna para z predchádzajúceho stupňa (ako napríklad zo separátora vyššie uvedeného typu), alebo môže byť usporiadaný obohacovač schopný prevádzať vstupný materiál do atomárnej formy pary. Toto zariadenie môže byť vybavené (neznázorneným) indukčným ohrevom a/alebo odporovým ohrevom a/alebo aplikáciou elektrónového lúča.

Po zavedení do nádoby 72 prichádza vstupný prúd 78 do styku s laserovým žiarením 80, zavádzaným z lasera cez okno 82 v nádobe 72. Frekvencia alebo frekvencie žiarenia sú starostlivo zvolené tak, aby spôsobovali fotoionizáciu jednej skupiny izotopov, avšak nie inej skupiny izotopov. V prípade uránu je frekvencia všeobecne zvolená pre excitáciu ²³⁵U, avšak nie ²³⁸U.

Len čo sú prevedené do ionizovanej formy, sú ióny elektrostaticky priťahované k zberným doskám 84. Zhromaždený obohatený materiál môže byť periodicky alebo kontinuálne odvádzaný zo zberných dosiek 84. Neionizované r r i r z r r , e f f' c í r ť r ľ - c formy nie sú priťahované k nabitým doskám 84 a pokračujú preto do zvláštneho kolektora 86..

Obohatený materiál zhromaždený na doskách 84 spravidla obsahuje tiež iné zložky, ako napríklad železo a oxidy železa, ktoré sa odstraňujú na základe prchavosti, ako je diskutované vyššie v súvislosti s obr. 4. Obdobná separačná technika môže byť použitá na odstránenie nečistôt z ochudobneného materiálu zhromaždeného kolektorom 86.

r· r- r r e r < i r r r >' r p P 953- W/

Claims

1. Spôsob spracovania vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom spôsob zahrnuje:

pričom druhý prúd produktu sa recykluje do stupňa uvedenia materiálu obsahujúceho urán do styku s plynným fluórom.

2. Spôsob fluorácie vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom spôsob zahrnuje:

pričom plynný fluór sa vyrába zavádzaním materiálu obsahujúceho fluór do separátorového stupňa, pričom separátorový stupeň prevádza materiál obsahujúci fluór do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, pričom aspoň časť nefluórovanej časti vstupného materiálu sa ionizuje a aspoň časť fluórovej časti vstupného materiálu sa neionizuje, pričom ionizované časti sú uzavreté v magnetickom poli na vytvorenie prvého prúdu pro27 duktu, a neionizované časti sa odťahujú z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

3. Spôsob obohacovania vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom spôsob zahrnuje:

4. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že vstupný materiál obsahujúci urán je uránová ruda.

5. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že vstupný materiál obsahujúci urán je urán a/alebo oxid uránu z opätovnéf (* r ^r e r r · · * r ho spracovania uránu a/aiebo materiálu obsahujúceho urán, predtým použitého v jadrovom palivovom cykle.

ŕ f*

6. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že pred separátorovým stupňom je usporiadaný stupeň odstraňovania materiálu, kde sa z procesu odstraňuje jedna alebo viac foriem fluoridu uránu.

7. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že prvý prúd produktu obsahuje kovový urán.

8. Spôsob podľa niektorého z nárokov 1 až 6, vyznačujúci sa tým, že prvý prúd produktu zahrnuje urán a/alebo plutónium a/alebo štiepne produkty v elementárnej forme.

9. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že druhý prúd produktu je prevažne fluór.

10. Spôsob podľa niektorého z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že druhý prúd produktu sa, pred zavedením do stupňa uvedenia materiálu obsahujúceho urán do styku s fluórom, spracováva, pričom toto spracovanie zahrnuje čistenie fluóru na odstránenie iných látok.

11. Spôsob podľa nároku 2 alebo niektorého z nárokov od neho závislých, vyznačujúci sa tým, že materiál obsahujúci fluór je fluorid uránu, výhodne fluorid uránový.

λ c

12. Spôsob podľa nároku 2 alebo niektorého z nárokov od neho závislých, vyznačujúci sa tým, že druhý prúd produktu doplňuje fluór a recykluje sa zo separátora usporiadaného v spôsobe podľa nároku 2.

13. Spôsob podľa nároku 3 alebo niektorého z nárokov od neho závislých, vyznačujúci sa tým, že vstupný materiál obsahujúci urán je jeden alebo viac fluoridov uránu, výhodne fluorid uránový.

14. Spôsob podľa nároku 3 alebo niektorého z nárokov od neho závislých, vyznačujúci sa tým, že sa prvý prúd produktu pred vstupom do obohacovacieho stupňa neutralizuje.

15. Spôsob podľa nároku 3 alebo niektorého z nárokov od neho závislých, vyznačujúci sa tým, že jedna alebo viac aplikovaných frekvencii elektromagnetického žiarenia sa volí pre ionizáciu zložiek obsahujúcich ²³⁵U prednostne pred zložkami obsahujúcimi ²³⁸U.

16. Spôsob podľa nároku 3 alebo niektorého z nárokov od neho závislých, vyznačujúci sa tým, že tretí prúd produktu sa oddeľuje od štvrtého prúdu produktu elektrostatickým priťahovaním tretieho prúdu produktu ku zbernému miestu.

17. Spôsob podľa nároku 3 alebo niektorého z nárokov od neho závislých,

23 5 vyznačujúci sa tým, že sa tretí prúd produktu obohacuje o U, oproti prvému prúdu produktu.

r n

18. Zariadenie na spracovanie vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom zariadenie obsahuje:

prvú jednotku, v ktorej je uvádzaný materiál obsahujúci urán do styku s plynným fluórom, pričom fluór reaguje s materiálom obsahujúcim urán za vzniku fluoridu uránu;

druhú jednotku tvoriacu separátorový stupeň, do ktorého je zavádzaný fluorid uránu, pričom separátorový stupeň zahrnuje generátor plazmy a/alebo iónov na prevedenie fluoridu uránu do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, kedy aspoň časť uránu je ionizovaná a aspoň časť fluóru je neionizovaná, pričom separátorový stupeň ďalej obsahuje prostriedky na generovanie magnetického poľa pre vytvorenie magnetického poľa uzatvárajúceho ionizované časti a na vytvorenie prvého prúdu produktu, pričom separátorový stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na odstraňovanie neionizovaných častí z magnetického poľa, pričom neionizované časti sú odťahované z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

pričom druhý prúd produktu je recyklovaný do prvej jednotky, v ktorej je uvádzaný materiál obsahujúci urán do styku s plynným fluórom.

19. Zariadenie na fluórovanie vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom zariadenie obsahuje:

druhú jednotku tvoriacu separátorový stupeň, pričom plynný fluór je vytváraný v separátorovom stupni zavádzaním materiálu obsahujúceho fluór do separátorového stupňa, pričom separátorový stupeň zahrnuje generátor plazmy a/alebo iónov na prevedenie materiálu obsahujúceho fluór do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, kedy aspoň časť nefluórového podielu je ionizovaná a aspoň časť fluórového podielu vstupného materiálu r r je neionizovaná, pričom separátorový stupeň ďalej obsahuje prostriedky na generovanie magnetického poľa, pričom ionizované časti sú uzavreté v magnetickom poli vytvorenom prostriedkami na generovanie magnetického poľa, na vytvorenie prvého prúdu produktu, pričom separátorový stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na odstraňovanie neionizovaných častí z magnetického poľa, pričom neionizované časti sú odťahované z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

pričom druhý prúd produktu je zavádzaný do prvej jednotky, v ktorej je uvádzaný materiál obsahujúci urán do styku s plynným fluórom.

20. Zariadenie na obohacovanie vstupného materiálu obsahujúceho urán, pričom zariadenie obsahuje:

prvú jednotku tvoriacu separátorový stupeň, do ktorého je zavádzaný materiál obsahujúci urán, pričom separátorový stupeň zahrnuje generátor plazmy a/alebo iónov na prevedenie materiálu obsahujúceho urán do plazmovej a/alebo ionizovanej formy, kedy aspoň časť uránu je ionizovaná a aspoň časť podielu bez uránu je neionizovaná, pričom separátorový stupeň ďalej obsahuje prostriedky na generovanie magnetického poľa pre vytvorenie magnetického poľa, pričom ionizované časti sú uzavreté v magnetickom poli na vytvorenie prvého prúdu produktu, pričom separátorový stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na odstraňovanie neionizovaných Častí z magnetického poľa, pričom neionizované časti sú odťahované z magnetického poľa na vytvorenie druhého prúdu produktu;

druhú jednotku tvoriacu obohacovací stupeň, do ktorého je privádzaný prvý prúd produktu, pričom obohacovací stupeň zahrnuje zdroj elektromagnetického žiarenia, výhodne laser, pre aplikáciu jednej alebo viac frekvencií elektromagnetického žiarenia na prvý prúd produktu, pričom jedna alebo viac frekvencii je zvolená na selektívnu ionizáciu jednej alebo viac zložiek prvého prúdu produktu, pričom obohacovací stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na oddeľovanie selektívne ionizovaných zložiek od r r t ŕ r r. r i ? t t r- r ~ c · r t r selektívne neionizovaných zložiek na vytvorenie tretieho resp. štvrtého prúdu produktu.

21. Spôsob čistenia materiálu obsahujúceho urán, pričom spôsob zahrnuje:

pričom fluórovaný urán a ďalšie zložky prúdu produktu sa zavádzajú do separačného stupňa, v ktorom sa oddeľuje fluorid uránu, za vzniku piateho prúdu produktu, od jednej alebo viacerých ostatných zložiek, ktoré tvoria šiesty prúd produktu.

22. Spôsob podľa nároku 21, vyznačujúci sa tým, že materiál obsahujúci urán, vstupujúci do obohacovacieho stupňa, je atomárny urán v plynnej forme a/alebo vo forme pary, a v neionizovanej forme.

23. Spôsob podľa nároku 21 alebo 22, vyznačujúci sa tým, že ostatné zložky prúdu produktu môžu byť jeden alebo viac iných kovov, napríklad žele- zo.

r r f c r · r C f ·, f e r o i r ť· “ r . c ' ^f '

24. Spôsob podľa niektorého z nárokov 21 až 23, vyznačujúci sa tým, že fluorid uránu sa oddeľuje od jednej alebo viacerých nečistôt tiež vo forme fluoridu na základe rozdielov prchavosti.

25. Zariadenie na čistenie materiálu obsahujúceho urán, pričom zariadenie obsahuje:

prvú jednotku tvoriacu obohacovací stupeň, do ktorého je privádzaný materiál obsahujúci urán, pričom obohacovací stupeň zahrnuje zdroj elektromagnetického žiarenia, výhodne laser, pre aplikáciu jednej alebo viac frekvencií elektromagnetického žiarenia na vstupujúci materiál, pričom jedna alebo viac frekvencií je zvolená na selektívnu ionizáciu jednej alebo viac zložiek vstupujúceho materiálu, pričom obohacovací stupeň ďalej zahrnuje prostriedky na oddeľovanie selektívne ionizovaných zložiek od selektívne neionizovaných zložiek na vytvorenie tretieho resp. štvrtého prúdu produktu;

druhú jednotku tvoriacu fluoračný stupeň, do ktorého je privádzaný jeden alebo oba prúdy produktu, a v ktorom je materiál obsahujúci urán v prúde produktu uvádzaný do styku s plynným fluórom, pričom fluór reaguje s materiálom obsahujúcim urán za vzniku fluoridu uránu;

tretiu jednotku tvoriacu separačný stupeň, pričom fluórovaný urán a iné zložky prúdu produktu sú zavádzané do separačného stupňa, v ktorom je oddeľovaný fluorid uránu, za vzniku piateho prúdu produktu, od jednej alebo viacerých zložiek prúdu produktu, ktorý tvorí šiesty prúd produktu.

r 'C / r ' f r r r ,·· c r ' ·' ' .f' r r

P P 95318

Obr. 1

Obr. 3

ΊP

Obr. 4

Obr. 5 e r

318 322

-3/4-

Obr. 6

O r r r r e o . e r « c r * r r

Obr.