Газова центрофуга
Газова центрофуга - устройство за разделяне (разделяне) на газове с различно молекулно тегло.
Най-известни са газовите центрофуги за разделяне на изотопи, преди всичко съвременен метод за обогатяване на уран с изотопа U-235 за ядрена енергия и ядрени оръжия. Преди обогатяването естествената смес от уранови изотопи се превръща в газообразна фаза под формата на уран хексафлуорид. Висока степен на разделяне се постига с помощта на множество отделни газови центрофуги, сглобени в каскада, което позволява последователно да се постигне по-високо обогатяване на уран-235 при значително по-ниски енергийни разходи в сравнение с дифузионния каскаден процес на разделяне на изотопите, използван преди това. Технологията за газова центрофуга е най-икономичният начин за разделяне на урановите изотопи днес [1], използва значително по-малко енергия от другите методи и има много други предимства.
Съдържание
До 1952 г. лабораторията на И. К. Кикойн от Института по атомна енергия завършва научното развитие на методите за газообразна дифузия за разделяне на изотопите и започва работа върху газови центрофуги. [13] Най-активният ентусиаст на центрофугите е докторантът. Евгений Михайлович Каменев, който ръководи експерименталната работа по техническото изпълнение на тази идея. През същата година тя беше преориентирана към създаването на центрофуги, които преди това бяха ангажирани в газодифузионни инсталации на ОКБ в завода в Киров (главен конструктор на ОКБ Н.М. Синев). Огромната скорост на ротора от 90 хиляди оборота в минута породи нов проблем - плавността на метала. Този проблем беше решен от група специалисти, ръководени от Джоузеф Фридландер, който създаде нова сплав V96ts. [14] [15] [16]
През 1955-1957 г. в завода в Киров са произведени първите партиди експериментални центрофуги. На 4 ноември 1957 г. в UEKhK стартира първата пилотна инсталация за центробежно разделяне на изотопи. През 2013 г. в същия завод беше пуснат първият блок с 9-то поколение руски центрофуги. [17]
Устройството на основните фундаментални възли на газовата центрофуга е патентовано на Запад през 1957 г. в англо-германско-холандската фирма URENCO от бивши служители на Max Steenbeck, инженери Gernot Zippe и R. Scheffel. [18] [19] .
Най-важният елемент на газовата центрофуга е така нареченият ротор - цилиндър (тръба), въртящ се в специален вакуумиран корпус с голяма скорост. С увеличаване на скоростта роторът последователно преминава честоти, при които възникват резонансни трептения поради механичните свойства на въртящата се система. Центрифуга, работеща със скорост на ротора над резонансната, се нарича свръхкритична, отдолу - подкритична. Работното вещество е газообразно съединение от естествен уран уран хексафлуорид, получено от естествен уран оксид-оксид (U3O8) или уран тетрафлуорид (UF4). UF6 се подава в центрофугата през захранващата линия и навлиза в роторното пространство близо до оста на ротора в централната му част. Поради високата скорост на въртене на ротора (линейната скорост в периферията му е 600 m/s и повече), газът се концентрира в стената му. Разредената зона с по-лека фракция се образува по оста на ротора. Ефективното разделяне на компонентите на сместа се случва само при наличие на аксиална циркулация на газ вътре в ротора. Такава циркулация се осигурява чрез създаване на аксиален градиент на температурата поради външен източник на топлина. По време на циркулацията най-голямата разлика в концентрацията на леки и тежки изотопи се установява в крайните части на центрофугата - съответно долната и горната. Обогатената с леки изотопи фракция (продукт) се отстранява посредством устройство за вземане на проби от газ в изходния тръбопровод. Тежка фракция - куп (или опашка) се отнема.