ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Лазерное изотопное разделение атомного пара из "Плазменные и высокочастотные процессы получения и обработки материалов в ядерном топливном цикле - настоящее и будущее" Известный [4-6] процесс Ливерморской лаборатории им. Лоуренса (ЬЬЕ) является примером лазерного изотопного разделения атомных паров урана. Принципиальная схема установки в процессе ЬЬГ показана на рис. 9.7. Установка состоит из трех частей лазерной системы, настроенной на частоту селективного возбуждения 11-235 системы усиления лазерного луча системы выделения ионизованных атомов и-235. Уран испаряют электронным лучом при Т = 2600 К, причем 45 % атомов находятся в наинизгпем энергетическом состоянии. [c.475] Спектр поглощения металлического урана очень сложен, однако несколько контрастных резонансных линий выражены достаточно четко и достаточно смещены от линий других изотопов урана, что позволяет осуществить избирательное возбуждение. Как видно из схемы на рис. 9.7, используют два лазера первый — па парах меди мощностью 150 Вт — приводит в действие второй лазер — на красителях, генерирующий свет с необходимой для процесса длиной волны (рис. 9.8). Лазер должен иметь высокую монохроматичность и интенсивность излучения, а также тонкую настройку в диапазоне длин волн от ультрафиолетового диапазона до инфракрасной области (0,2 0,22 мкм). Скорость испарения — несколько сотен граммов урана в секунду. Производительность установки при плотности паров урана 10 ° составляет 0,6 г/с, 52 кг/сут, 18 т/г. обогащенного урана. [c.476] Процесс LLL имеет существенное ограничение по плотности атомов урана в пучке, которая ограничивает производительность. Другие проблемы, которые пе являются ограничивающими факторами, но должны быть решены коррозионное действие высокотемпературного пучка урана и проблемы собственно лазера (плотность энергии, скорость повторения импульсов, точность настройки, стабильность и надежность). Техническую проблему представляет и передача тепла. [c.477] В LLL вели работы по разделению изотопов Pu. Его плавят при Т = 1187 °С, примерно на 500° С ниже температуры плавления урана. Однако здесь проблема состоит в небольшом различии масс между изотопами Pu (1 единица, а у урана — 3). Более того, желательно отбирать делящиеся изотопы Ри-239 и Ри-241 и отбрасывать неделящиеся изотопы Ри-238 и Ри-240. Такой прыгающий порядок изотопов создает много технических проблем. При молекулярном обогащении с использованием гексафторида плутония возникают проблемы с использованием PuFe, который становится более термодинамически устойчивым с повышением температуры, однако для предотвращения диссоциации PuFg необходимо поддерживать избыток фтора. Последний увеличивает коррозию и создает тем самым новые проблемы. [c.477] Коэффициенты разделения для лазерного обогащения велики, но для конкуренции с другими технологиями обогащения необходимо увеличить его производительность. Лазерное обогащение обладает большим потенциальным преимуществом с точки зрения энергопотребления. Если КПД преобразования энергии в монохроматический свет лазера равен 0,2 %, то на один атом U-235 требуется 0,5 5 кэВ (для диффузионного метода требуется 5 МэВ). Министерство энергетики США построило для разделения изотопов урана модуль пилотного завода AVLIS в LLL. [c.477] Одна из проблем процесса AVLIS связана с большими различиями в температурах плавления (1150 °С) и кипения (4200 °С) урана. Испарение из твердого состояния затруднено даже при высоком вакууме и больших тепловых потоках. Был признан удовлетворительным процесс плавления пучком электронов. При 2270 °С давление паров урана на испаряющейся поверхности всего 0,01 Па. Для получения достаточного парового потока необходима высокая температура и вакуум, но при высоких температурах атомы урана находятся уже не только в основном состоянии. [c.478] Коэффициент разделения процесса AVLIS составляет 3- 15, что превышает коэффициенты обогащения на стунени газового центрифугирования и значительно выше, чем для газовой диффузии. Высокий коэффициент разделения позволяет использовать стратегию отгонки отвала, при которой отвал с диффузионных заводов (0,25 % U-235) может обогащаться па одной ступени до реакторного качества ( 3 % и-235). [c.478] Для лазерной накачки рассматривались два лазера на парах меди и на хлориде ксенона. Лучше разработан лазер на парах меди, но лазер па хлориде ксенона потенциально более дешевый. Лазеры накачки генерируют свет, питающий энергией второй лазер, который испускает свет, используемый в разделительном процессе. В такой схеме разделены требования по КПД и точности по длине волны. Вторая система состоит из лазеров на красителях (рис. 9.8), которые преобразуют свет лазеров накачки в технологический свет она является точно настраиваемой и надежной. Лазеры на красителях эффективно преобразуют зеленый и желтый свет в точно настроенный красный, соответствующий линиям поглощения атомов урана. Лазеры на красителях, применяемые для обогащения урана, представляют собой компактные трехосные установки, в которых свет лазера накачки, движущийся поток красителя и пучок лазера на красителях пересекаются в небольшом канале потока. Свет лазера накачки преобразуется в свет лазера на красителях, усиливая тем самым пучок последнего. [c.478] Перестраиваемые лазеры на красителях, в которых используют обычные органические красители в жидком растворителе, являются неэффективными (примерно 0,2 %) и работают с малой частотой повторения импульсов (примерно 100 Гц). Растворы красителей нужно очищать до лазерного качества они разлагаются, их необходимо постоянно освежать. Концентрация красителя мала, но скорость потока растворителя высока, что создает серьезную проблему. Частота импульсов (около 10000 Гц) определяется скоростью паров урана, так что требуется большое количество последовательно работающих лазерных усилителей. [c.478] Вернуться к основной статье