Küresel nükleer enerji sektörü, uranyumun zenginleştirilmesi için uygun olan temel termodinamik davranışlarına dayanmaktadır. Bu makale, bu yöntemleri kullanan termodinamik yöntemlerin, enerji tüketimini azaltmak ve zenginleştirmeyi sağlamak için temel termodinamik ilkeleri inceler.Bu makale her tekniğin arkasındaki temel termodinamik ilkeleri inceler, performans özelliklerini ve karşılaştırmalar yapar.
Gazeous Diffüzyonun Temelleri
Gazeous diffüzyon, UF[Dönetici) ile yapılan ilk endüstriyel zenginleştirme yöntemiydi: Gazlar kinetik teorisinde çalışır: bir karışımda ısıtılırken, hafif bir platoda (% 3) *Den yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ısıtılır.
Moleküler Basis ve Fick'in Yasası
Gazeous diffüzyon anlayışı için başlangıç noktası, belirli bir sıcaklıkta, bir gaz molekülünün kök-mean-square hızı:
[FONT:0][DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜŞÜNÜye: KAYNAKLAR: [8]
[FONT=0])[FONT=0))))))))))))))))))))))))))))))))))))[Gerçeğin (Düzücük) ve spert))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))
[FONT:0)J)[D[D][/FONT][/TRNT][/FONT][/TRNT)[D][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/TRNT=)[FONT][/FONT][/FONT][/TRNT][/FONT][/TRNT][/TRNT][/FONT][/TRNT][/FONT][/FONT][/FONT][/TRNT][/TR][/TR][/TRNT][/TRNT][/TR][/TRNT][/TR][/TRNT][/TR][/TR][/TRNT][/TR][/TR][/TR][/TR][/TR][/TR][/TR][/TR][/TRNT][/TR][/TR][/TRNT][/TRNT][/TRNT][/TR][/TR][/TR][/TR][/TRNT][/TRNT][/TR][/TR][/TR][/TR][/TR][/TR][/TR][/TR][/TRNT][/TR][/TR][/TR][/TRNT][/
[FONT=0]J[DÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ
Enerji Gereksinimleri ve Cascade Teorisi
Gazeous diffüzyon, her aşamaya kadar çok fazla miktarda basınç ayırımı sağlamak için büyük bir kompresör gerektirir.Gruplama işlemine göre her bir bariyerden sonra tekrar ele alınmalıdır ve büyük zenginleştirme için küçük zenginleştirme gerekir.SWUygun bir çalışma birimine göre, her biri, sabit bir şekilde sabit bir şekilde sabitlenebilir.
Kalit tasarımının kendisi bir termodinamik optimizasyon problemidir. Her aşama üç akış vardır: besleme, ürün ve kuyruklar (toplanmış uranyum). Genel ayrılığı en üst düzeye çıkarmak için, akış oranlarının daha önce ısı geçişi için ayarlanması gerekir.
Sınırlar ve Tarihsel Perspektif
Ancak, 21. yüzyılın başlarında, Çin'deki gazen difüzyon süreci, ABD'deki K-25 bitkisi ve Çin'deki son büyük gaz sistemi gibi tesislerde büyük ölçüde ortadan kaldırılmış olan ve ekonomik olarak büyük ölçüde ayrıştırılmış olan Diffüzyon Santrali (PGDP), 2013 yılında son derece önemli ölçüde, yüksek çözünürlükte ve ekonomik olarak kullanılan termofüzyon tesislerinin altında kalması nedeniyle gelişmiştir.
Yüzyılların Termodinamiği En Zengin
Gaz sentrifuge zenginleştirme, yüksek hızlı bir rotasyon tarafından yaratılan büyük çekim potansiyeli farkı kullanır.Demirli rotor 500-700 m /s'te geri dönüşler, yüzlerce binlerce alginç alanlarını üretmek, bu tür alanlardan önemli ölçüde daha büyükdir, bu tür bir gazın basıncı ve konsantrasyonu, sadece 10-20'den fazla molekülün üzerindeki yüksek oranda azalırken, eksenlere daha hafif olan ayrımcılığa yol açar.
Frekans Gücü ve Baskı Gradients
Bir santimetrelik bir adadaki temel termodinamik değişken, radial baskı dağılımıdır.Agular hız ⁇ 'de dönen ideal bir gaz için, yarıçaklı basınç:0))r) barometrik denklem tarafından verilir:
[FONT:0)P (r) = P (M ⁇ 2 r2 / (2RT)).
[FONT:0]M[DÜDÜDÜDÜDÜŞÜNCÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ
[FONT:0)α[[DÜDÜT:2)[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜ TÜSİAD: 4) ⁇ 2 r2 / (2RT)
Bir rotor yarıçapı için, 600 m /s (~ 40.000 rpm) rotasyon hızı ve 330 K ısısı için, α max ⁇ 1.5-1.6. makulasyon faktörü, aksi halde, gaz akışı dinamikleri ve mükemmel olmayan termal yönetimden daha düşük, ancak 1.3-1.4'ün tipik değerleri kolayca elde edilir.
Termal Yönetim ve Akış Dinamikleri
Sıcaklık üniforması, bir sentrifültesinde kritiktir. Yerel sıcaklık gradients, planlanan radyal stratejiyi bozabilecek akışlara yol açar.Speçet duvarı genellikle rotorun içinde sabit bir sıcaklık altında tutulur veya ısınır (başkanda ısınır) ve bir ısının yakınında ısınır ve ısınır.Bu tür bir akış, “seçimli bir akış” olarak bilinen bir akış ölçüsünü artırır.
Bir sentrifültecinin termodinamik verimliliği, genellikle SWU'nun başına yılda 50-150 kWh'nin ürettiği elektrik enerjisi tüketimi ile ölçülürken, bu gelişme öncelikle yüzde 50 ila 20 kat daha iyi bir gaz kesintisi için enerji tüketimine sahip olabilir.
Verimlilik ve Countercurrent Design
Karşılaştırmalı stabil sentrifuge, modern zenginleştirme bitkilerinde (örneğin, Urenco’nun sentrifuge) bir kat daha fazla ısıtılması (kısalı bir şekilde tek bir rotor içinde zenginleştirilmiş bir tasarım) ve altta ısı farkı (END) ve altta ısı geçişi sağlayan yüksek çözünürlükte bir miktar daha yüksek çözünürlükte bir miktara sahiptir.
Bir termodinamik perspektiften, karşılaştırılabilir sentrifuge bir tür ısı motorudur: küçük bir termal gradienti faydalı bir şekilde ayırıyor.Bu dönüşümün Carnot verimliliğini düşük (gönüllü ve vakum farklılıkları küçük olduğundan), ancak minimum, daha fazla verimlilik için gerekli olan çalışma, daha iyi bir şekilde optimize etmek için gereken iş.
Gaseous Diffüzyon ve Centrifuge En Zenginleştirmenin Karşılaştırma Analizi
İki yöntemi karşılaştırırken, termodinamik, göreceli hak ve sınırlamalarını anlamak için çerçeveyi sağlar.
Enerji Verimliliği ve Ayrılma Faktörü
Yüzde en önemli termodinamik avantajı, yüksek miktardaki yüksek ayrılık faktörüdür. Tek bir sentrifülteci aşaması, gazlı difüzyon aşamalarının onlarca katı kadar zenginleştirici bir şekilde yayılması ve ilişkili çalışma şekline bağlı olarak, özellikle de yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki ısıtılmasıdır.
Tesis Ayak izi ve Sermaye Maliyetleri
Gazeous diffüzyon bitkileri binlerce aşamaya kadar büyük binalar gerektirir, her biri kompresörler, ısı değiştiricileri, engeller ve intertipik borular. Örneğin, 1970'lerden sonra yaklaşık 60 dönümlük bir çatı altında. Centrifuge bitkilerinin termodinamik verimliliği, küçük, modüler boşluklar ile donatılmıştır.
Proliferasyon ve Güvenli Muhafızlar
Proleksiyon olmayan bir perspektiften, termodinamik farklılıkları izlemenin etkileri vardır. Gaseous diffüzyon tesisleri büyük, sabit ve kolayca uydu ve enerji tüketimi verileri ile tespit edilebilir. Centrifuge bitkiler, daha küçük ayak izi ve daha düşük güç çizimleri ile, yüksek ayrılık faktörü yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte kullanım koşulları ile zenginleştirilmiş uranyum (HEU, >20% 15) ile zenginleştirmeler için kullanılabilir.
Gelişmiş Termodinamik Tahminler
Temel karşılaştırmaların ötesinde, modern araştırma, zenginleştirme süreçleri için termodinamik modelleri geliştirmeye devam ediyor, gerçek gaz etkilerini, sıcaklık bağımlılığını ve alternatif ayrılık yöntemlerini araştırıyor.
Gerçek Gaz Etkileri ve Sıcaklık Bağımlılığı
UF)6[Döneticileri) tipik işletim koşullarında ideal bir gaz değildir.Opsiyon basıncı yüksek sıcaklık duyarlıdır; atmosfer basıncında 56.5 °C'de, ve bu sıcaklık üzerinde önemli intermolecular etkileşimleri ile de etkilenebilir.Demolektif faktör|e bağlı olarak, Benedict-Weretrofik ısı geçişi için gerekli olan birkaç faktöre bağlı olarak.
Future Developments: Lazer ve Plazma Teknikleri
Yenir zenginleştirme yöntemleri, termodinamik geçişleri atom veya moleküler düzeyde kullanmayı hedefliyor. Lazer izope ayrılık (örneğin, AVLIS veya SILEX) tam olarak termodinamik olarak heyecanlandırıyor; kuantum-devlet seçimine güveniyorlar. Ancak, termodinamik[Döneticiler veya moleküller, kimyasal veya fiziksel davranışlarını değiştirirler (örneğin, iyonizasyon veya dissociasyon) bu yöntemler tamamen termodinamik değildir.
Her iki gazlı difüzyon ve sentrifülte zenginleştirmenin altında olan termodinamik ilkeler, nükleer yakıt döngüsü operasyonlarının anlaşılması ve geliştirilmesi için temel olarak kalacaktır. Dünya düşük karbonlu enerji kaynaklarına doğru hareket ettiğinde, uranyum zenginleştirmesi önemli bir rol oynamaya devam edecektir - ve termodinamiğin ustalığı güvenli, verimli ve proliferasyona dayanıklı teknoloji için temel olacaktır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Gazeous diffüzyon ve sentrifuge her iki temel termodinamik ilkelere güvenir -moleküler kinetik teori, baskı ve konsantrasyon gradients ve rotasyonel dinamikleri -enerji girişinin bir kısmını elde etmek için çok zenginleştirme ve karşılaştırılabilir.Bu mühendislere yakın zamanda, bu sistemlerin arkasındaki termodinamik yöntemleri ve son derece yüksek enerji gereksinimlerine yol açarlar. Centrifuges, büyük sentleri ve rotasyonel potansiyelleri kullanır ve karşılaştırılabilir akışlar sağlar.