Актуальні проблеми розвитку газових дифузійних технологій та її декольте в сучасному середовищі

У однофазному дифузійному етапі газ змушений під тиском через мембрану з мікроскопічними пори. Молекулярні молекули проходять через злегка вище швидкість, що виробляє збагачувальний збагачувальний про 0.2% на стадії. Для досягнення 3–5% ²³⁵У концентрації, необхідні для більшості світлових реакторів живлення — або >80%, необхідних для бронетанкового матеріалу—це процес повинен повторювати тисячі разів в cascade з'єднуваних природних кормів.

Бар'єри та мембрани

Серце будь-якого газоподібного дифузійного заводу є його пористим бар'єром. Ранні бар'єри були зроблені з нікелю або зимованих матеріалів, пізніше покращилися до тонко-збивних труб нікель або алюмінієвих оксидів. Пори повинні бути додатково малими - на замовлення 0.01 до 0,1 мікрон] - для отримання молекулярної фузії при підтримці структурної цілісності під тиском. Продуктивність бар'єра безпосередньо впливає як фактор збагачення і споживання енергії. Протягом десятиліть інженери розвивалися бар'єри з більшою однорідністю і корозій стійкістю, прискорюючих рослинаючий стан.

Компресійне та охолоджування

Газ необхідно стиснети, щоб приводити його через бар'єр, потім охолоджувати, щоб видалити тепло стиснення. Це робить газоподібний дифузій надзвичайно енергетично-інтенсивний]. Великі компресори, часто генеруються спеціальними електричними підстанціями, споживали величезні кількості електроенергії. Найбільші дифузійні рослини вимагають стільки потужності як середнє місто. Наприклад, Падука ГП в Кентукі звернулася до 3,000 мегаватів при піковій експлуатації.

Історичний розвиток: від лабораторії до промислової ваги

Манхеттен Проект (1942–1945)

Важкі потреби у високозбагачених уранах під час Другої світової війни подали стрімке масштабування газоподібної дифузії. Під Манхатан Project, вчені та інженери збудували K-25] завод в Oak Ridge, Tennessee. У той час це найбільший будинок у світі за площею підлоги - над 4 млн квадратних метрів. Рослина почала роботу в 1945 році, виробництво урану збагачена близько 80% ²³⁵U для перших атомних методів дифузії діфузії

Симулятивно, S-50 рідинна теплова дифузія забезпечила часткову збагачувальний корм, але доведено неефективне. У 1946 році K-25 став основним джерелом збагаченого урану, що дасть шлях до ядерних арсеналів холодної війни.

Пост-Вар Розширення

Після Другої світової війни США збудували два додаткових масштабних газоподібних дифузійних заводів: Падука, Кенткі (стартий 1952) і Портсмут, Огайо (зйомлений 1954). Разом з Дубом Ріджим K-25, ці три об'єкти утворилися на задній план збагачувальних підприємств США протягом десятиліть. Схожі рослини були побудовані в Радянському Союзі, Великобританії, Франції та Китаю. До 1960-х років газоподібна дифузія подала незамінну еранію для світового ядерного світу.

Технологічні досягнення

Безперервні поліпшення продовжено життя дифузійних рослин. Ключові нововведення включали:

• Nickel‐на основі бар’єрних сплавів з більш тривалим терміном служби та низькими корозійними показниками.
• Високоефективні есенціально-flow компресори, які знижують споживання енергії на стадії.
• Комп’ютеризовані каскади, які мінімізують струмки для перероблення та покращують ефективність загального поділу.
• Improved UF₆ Техніка обробки , що знижують витік і ризики безпеки.

Ці оновлення дозволили рослинам працювати з більш високою доступністю та нижчими експлуатаційними витратами, але фундаментальні фізика обмежені подальші результативності. До 1980-х років вартість енергії дифузії була грубо 8–10 разів більше за відокремлений блок роботи (SWU)], ніж технологіяцентрифуги газу.

Декольте газоподібної дифузії

Економічні тиски

Основним драйвером зниження газоподібної дифузії був економіка. Відцентрові рослини споживають лише близько 2–5% електроенергії, що вимагає дифузії для того ж виходу збагачення. Як ціни на нафту і електрику розіграють у 1970–1990-х роках, дифузій став все більш некомпеттивним. Вартість будівництва нових центрифугових каскад також впала, а розширення існуючого дифузійного заводу потрібно величезні капітальні викладення для величезних будівель, бар’єрів, компресорів.

З огляду на екологічну та охорону довкілля

Великі діфузійні рослини залишають значними екологічними відбитками. Величезна кількість УФ_]6] газу, якщо випустили, може сформувати коррозивний водневий фтор і ураніл фтор. Виявлення старих рослин передбачає справу з забрудненими бар'єрами, трубопроводами, будівельними матеріалами. Завод К-25 вимагає лише десятки ремедіацій і витрат мільярдів. На відміну від центрифуги використовують менше UF₆] інвентаризацію і виготовляти менше відходів на SWU.

Заводні застібки

Кінець холодної війни і консолідація ядерної промисловості прискорили закриття. Завод К-25 відключився в 1985 році. Портсмуг ГП закрилий в 2001 році. Падука залишалася останнім операційним заводом U.S., що виробляє збагачене урану для ядерної нази і деяких цивільних реакторів, доки його постійне відключення в 2013. Російські і французькі дифузійні рослини також припинили операції на початку 2010-х. Сьогодні в службі в будь-якій точці світу не залишається комерційний газоподібний дифузій завод.

Сучасні методи добробуту

Технології газового центрифуги

Домінантна технологія сьогодні є газовий центрифуг. У центрифуг, UF₆ газ є спантом на високій швидкості (тен тисячі об / хв) в ротор. Відцентрова сила викликає важку ²³⁸U, щоб зосередитись біля стіни, при цьому більш легкий ²³⁵Умітує до центру. Один з далеких відцентрів дає агент поділу багато разів більше, ніж дифузійні стадія, що дозволяє менше дифузії, що дозволяють менше дифузії, що дозволяють використовувати кілька разів більше

Сучасні центрифуги рослини, такі як URENCO об'єкти у Великобританії, Нідерландах, Німеччині та США (Eagle Rock Enrichment Facility), а також Росія Rosatom рослини, виготовляти сотні тонн низькоотриманого урану на рік. Останні центрифуги можуть досягати рівня збагачення до 20% (високоміцний LEU) для сучасних реакторів.

Лазерна енріхмент

Більш останні, але комерційно незрілі технології . Розвідка ізотопів лазерним збудженням використовує настроєний лазерний світло для вибірково-еклітних ²³⁵У атомів в атомній або молекулярній формі, потім збирає збуджені види. Вона обіцяє навіть меншу енергію використання і менші сліди рослин, але має стикнудні технічні та економічні перешкоди. Глобальний лазерний енріхмент (GLE) має право на поширення в невизначеності U.S., але повнометражний.