Способ обогащения газообразных изотопных смесей и газовая центрифуга для его осуществления

Группа изобретений относится к области обогащения изотопных газообразных смесей, в частности смеси из изотопов U235 и U238, малоразличимых между собой по молекулярному весу, но имеющих отличия в уровне радиоактивности. Способ обогащения газообразных изотопных смесей включает вращение и ускорение смеси с помощью газовой центрифуги, перемещение смеси в радиальном направлении, образование турбулентного потока у внешнего бокового края центрифуги, отбор фракций из турбулентного потока в одной зоне турбулентного потока, выведение смеси фракций из центрифуги, определение концентрации изотопа в процессе перемещения смеси вне центрифуги, разделение смеси на обогащенную и обедненную фракции путем направления смеси с концентрацией изотопа, равной или выше заданного значения, по одному каналу, а смеси с концентрацией изотопа ниже заданного значения - по другому. Газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, соосно размещенный в нем вращающийся ротор, выполненный в виде вала, снабженного жестко закрепленной на нем лопаткой, выступающий элемент для формирования турбулентного потока, закрепленный на внутренней боковой поверхности корпуса центрифуги, канал вывода смеси с входным отверстием, размещенным у внешнего бокового края центрифуги в зоне турбулентного потока за выступающим элементом по ходу движения газовой смеси, и впускное отверстие для подвода исходной смеси. При этом на части канала вывода, расположенной снаружи центрифуги, выполнено снабженное перепускным клапаном-переключателем разветвление на два канала, причем до разветвления размещен спектрометр, выход которого соединен с входом ЭВМ, выход которой подключен к входу электромеханического преобразователя перепускного клапана-переключателя. Группа изобретений обеспечивает повышение уровня обогащения газовой изотопной смеси и экономически выгодное обогащение изотопов за счет уменьшения количества центрифуг. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретения относятся к области обогащения изотопных газообразных смесей (например, смесь изотопов U235 и U238), малоразличимых между собой по молекулярному весу, но имеющих отличия в уровне радиоактивности.

Известны «Способ разделения газообразных смесей на фракции с различным удельным весом и газовая центрифуга для его осуществления» (патент РФ №2545286, МПК B01D 59/20, В04В 5/08 (2006.01), Оп. 27.03.15 №9). Указанный способ включает в себя вращение и ускорение газообразной смеси с помощью центрифуги, перемещение смеси в радиальном направлении, образование турбулентного потока у внешнего края центрифуги, отбор фракций в разных зонах турбулентного потока. Разделение газообразных смесей на фракции с различным удельным весом производят с помощью газовой центрифуги, содержащей герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, соосно размещенный в нем вращающийся ротор, отборные трубки разделенных фракций, соединенные с каналами для их вывода, имеющие расположенные на разной высоте горизонтальные участки с радиально удаленными от продольной оси корпуса входными отверстиями, размещенное внизу корпуса впускное отверстие для подвода исходной газовой смеси. Ротор выполнен в виде вала, снабженного по крайней мере одной жестко закрепленной на нем лопаткой с выступающим элементом, горизонтальные участки отборных трубок легкой и тяжелой фракций размещены внутри каждой лопатки, при этом входные отверстия отборных трубок расположены на выступающем элементе каждой лопатки в разных зонах турбулентности, а каналы вывода разделенных фракций выведены наружу через вал ротора. Данный способ и газовая центрифуга выбраны в качестве прототипа для заявляемых способа и устройства.

К недостаткам приведенных способа и газовой центрифуги относятся требование точной установки входных отверстий отборных трубок в разных турбулентных зонах, в которых необходимо поддерживать постоянные параметры, включающие в себя и выдержку концентрации изотопов в заданных соотношениях. Кроме того, при сборке установок в каскадный ряд возникает необходимость настройки каждой центрифуги на особые параметры, так как динамические зоны высокого и низкого давления в турбулентном потоке, в которые выставлены отборные трубки, для каждой концентрации обогащенной фракции могут иметь разные места расположения, что крайне неудобно при большом (десятки тысяч) количестве центрифуг.

Техническая задача, на решение которой направлены заявляемые изобретения, заключается в создании более простого способа, и центрифуги, обеспечивающих повышение уровня обогащения газовой изотопной смеси в одной центрифуге.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что в заявляемом способе обогащения газообразных изотопных смесей, включающем вращение и ускорение смеси с помощью газовой центрифуги, перемещение смеси в радиальном направлении, образование турбулентного потока у внешнего бокового края центрифуги, отбор обогащенной и обедненной фракций из турбулентного потока, в отличие от прототипа отбор фракций осуществляют в одной зоне турбулентного потока. Смесь фракций выводят из центрифуги, в процессе перемещения смеси вне центрифуги определяют концентрацию изотопа в смеси, затем производят ее разделение на обогащенную и обедненную фракции путем направления смеси с концентрацией изотопа, равной или выше заданного значения, по одному каналу, а смеси с концентрацией изотопа ниже заданного значения - по другому.

Решение технической задачи обеспечивается также тем, что в заявляемой газовой центрифуге, содержащей герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, соосно размещенный в нем вращающийся ротор, выполненный в виде вала, снабженного по крайней мере одной жестко закрепленной на нем лопаткой, выступающий элемент для формирования турбулентного потока, канал вывода смеси с входным отверстием, размещенным у внешнего бокового края центрифуги в зоне турбулентного потока, впускное отверстие для подвода исходной смеси, в отличие от прототипа выступающий элемент закреплен на внутренней боковой поверхности корпуса центрифуги, входное отверстие размещено за выступающим элементом по ходу движения газовой смеси, на части канала вывода, расположенной снаружи центрифуги, выполнено снабженное перепускным клапаном-переключателем разветвление на два канала, а также до разветвления размещен спектрометр, выход которого соединен с входом ЭВМ, выход которой подключен к входу электромеханического преобразователя перепускного клапана-переключателя.

Отбор смеси обогащенной и обедненной фракций в одной зоне турбулентного потока, вывод смеси фракций из центрифуги позволяют упростить способ и центрифугу за счет исключения необходимости точной установки входных отверстий отборных трубок в разных зонах турбулентности.

Определение концентрации изотопа в смеси вне центрифуги, затем ее разделение на обогащенную и обедненную фракции путем направления смеси с концентрацией изотопа, равной или выше заданного значения, по одному каналу, а смеси с концентрацией изотопа ниже заданного значения - по другому обеспечивают повышение уровня обогащения газовой изотопной смеси в одной центрифуге, что приводит к значительной экономической выгоде по причине уменьшения количества центрифуг для получения заданной концентрации изотопа U235 в газовой урановой смеси.

Изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображена заявляемая газовая центрифуга, поясняющая работоспособность заявляемого способа.

Заявляемая газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус 1 в виде вертикального цилиндра, соосно размещенный в нем вращающийся ротор, выполненный в виде вала 11, снабженного по крайней мере одной жестко закрепленной на нем лопаткой 2, выступающий элемент 3 для формирования турбулентного потока, закрепленный на внутренней боковой поверхности корпуса 1 центрифуги, канал 5 вывода смеси с входным отверстием, размещенным у внешнего бокового края центрифуги в зоне 4 турбулентного потока за выступающим элементом 3 по ходу движения газовой смеси, впускное отверстие 12 для подвода исходной смеси.

На части канала вывода 5, расположенной снаружи центрифуги, выполнено снабженное перепускным клапаном-переключателем 7 (например, USVR1) разветвление на два канала 9 и 10, а также до разветвления размещен спектрометр 6 (например, MATRIX-F), выход которого соединен с входом ЭВМ 8, выход которой подключен к входу электромеханического преобразователя перепускного клапана-переключателя 7.

Заявляемый способ обогащения газообразных изотопных смесей осуществляется следующим образом.

С помощью лопаток 2 центрифуги осуществляют вращение и ускорение газообразной смеси, содержащей изотопы U235 и U238, перемещают смесь в радиальном направлении, с помощью выступающего элемента 3 образуют турбулентный поток у внешнего бокового края центрифуги, в зоне 4 турбулентного потока отбирают смесь обогащенной и обедненной фракций, затем изотопную смесь выводят из центрифуги по каналу 5. При турбулентности создаются динамические локальные зоны, имеющие чередование высоких и низких давлений, в которых в свою очередь образуется разная концентрация изотопов урана (чередование обогащенных и обедненных фракций).

При помощи спектрометра 6, размещенного до разветвления на наружной части канала 5 вывода, определяют концентрацию изотопа в смеси, от которого передается информация на ЭВМ (мини-компьютер) 8 с соответствующим программным обеспечением, далее, в зависимости от полученного сигнала, поступившего на вход электромеханического преобразователя, перепускной клапан-переключатель 7 переводится в одно из двух положений, в одном из которых изотопная смесь с концентрацией изотопа, равной или выше заданного значения поступает в канал 9, а в другом изотопная смесь с содержанием изотопа ниже заданного значения поступает в другой канал 10.

Далее газовая смесь из канала 9 с повышенным содержанием изотопа поступает в следующую центрифугу, где аналогичным образом еще выше повышается концентрация изотопа в газовой урановой смеси.

Таким образом обеспечивается повышение уровня обогащения газовой изотопной смеси в одной центрифуге, что приводит к значительной экономической выгоде по причине уменьшения количества центрифуг для получения заданной концентрации изотопа в газовой урановой смеси.

Применяя стандартную многоступенчатую процедуру для урановых центрифуг, можно довести концентрацию изотопа урана U235 до требуемых значений.

Кроме того, при наработке экспериментальных данных о времени прохождения изотопной смеси U235 требуемой концентрации возможна установка временного устройства, отсекающего заданный объем газовой смеси.

Заявляемые способ обогащения газообразных изотопных смесей и газовая центрифуга позволяют получить заданную концентрацию изотопа U235, применяя существенно меньшее количество центрифуг. Кроме того, настраивая должным образом спектрометр на более высокое содержание изотопа U235, можно еще больше сократить количество требуемых центрифуг, но при этом потребуется больше времени и более точный спектрометр.

1. Способ обогащения газообразных изотопных смесей, включающий вращение и ускорение смеси с помощью газовой центрифуги, перемещение смеси в радиальном направлении, образование турбулентного потока у внешнего бокового края центрифуги, отбор фракций из турбулентного потока, отличающийся тем, что отбор фракций осуществляют в одной зоне турбулентного потока, из центрифуги выводят смесь фракций, в процессе перемещения смеси вне центрифуги определяют концентрацию изотопа, затем производят разделение смеси на обогащенную и обедненную фракции путем направления смеси с концентрацией изотопа, равной или выше заданного значения, по одному каналу, а смеси с концентрацией изотопа ниже заданного значения - по другому.

2. Газовая центрифуга, содержащая герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, соосно размещенный в нем вращающийся ротор, выполненный в виде вала, снабженного по крайней мере одной жестко закрепленной на нем лопаткой, выступающий элемент для формирования турбулентного потока, канал вывода смеси с входным отверстием, размещенным у внешнего бокового края центрифуги в зоне турбулентного потока, впускное отверстие для подвода исходной смеси, отличающаяся тем, что выступающий элемент закреплен на внутренней боковой поверхности корпуса центрифуги, входное отверстие размещено за выступающим элементом по ходу движения газовой смеси, на части канала вывода, расположенной снаружи центрифуги, выполнено снабженное перепускным клапаном-переключателем разветвление на два канала, а также до разветвления размещен спектрометр, выход которого соединен с входом ЭВМ, выход которой подключен к входу электромеханического преобразователя перепускного клапана-переключателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для непрерывного разделения смесей газов с разным молекулярным весом в поле центробежных сил и касается конструкции газовой центрифуги.

Изобретение относится к центробежным устройствам для очистки газа от твердых частиц и мелкодисперсных капель жидкости и может быть использовано в системах компримирования, очистки и осушки газа, применяемых в нефтяной, химической и газовой отраслях промышленности.

Изобретение относится к центробежному сепаратору для очистки газа, содержащего масло, главным образом для очистки картерных газов из двигателя внутреннего сгорания, такого как дизельный двигатель.

Изобретение относится к центробежным устройствам для очистки газа от капельной жидкости и механических примесей и может найти применение в системах компримирования, очистки и осушки газа.

Изобретение относится к разделению изотопных и газовых смесей, преимущественно газообразных соединений изотопов урана. Газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, вращающийся ротор, соосно размещенный в корпусе, выполненный в виде вала и снабженный жестко закрепленной на нем лопаткой с выступающим элементом, отборные трубки разделенных фракций, каналы вывода разделенных фракций, выведенные наружу через вал ротора и имеющие расположенные на разной высоте горизонтальные участки с радиально удаленными от продольной оси корпуса входными отверстиями, при этом горизонтальные участки отборных трубок размещены внутри каждой лопатки, а входные отверстия отборных трубок расположены на выступающем элементе каждой лопатки в разных зонах турбулентности, и впускное отверстие, размещенное внизу корпуса, для подвода исходной газовой смеси.

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к газовым центрифугам для обогащения урана. Центрифуга для обогащения урана содержит ротор центрифуги и электродвигатель.

Изобретение относится к сепаратору, предназначенному для очистки газообразной текучей среды. Способ сборки газоочистного сепаратора и сепаратор, собранный данным способом для разделения текучей смеси веществ различной плотности, таких как газ и жидкость, причем сепаратор содержит: кожух, содержащий первую и вторую отдельные части, причем первая часть кожуха имеет установочную поверхность, на которой устанавливается базовая поверхность второй части кожуха так, чтобы образовать внутреннее пространство кожуха и роторный узел, расположенный в указанном внутреннем пространстве и способный вращаться вокруг оси первой части кожуха относительно кожуха, причем роторный узел содержит вращающийся вал, установленный с возможностью вращения в первой части кожуха с помощью подшипникового узла и установленный с возможностью вращения во второй части кожуха, при этом способ сборки указанного сепаратора содержит этапы, на которых: устанавливают с возможностью вращения вращающийся вал во второй части кожуха в заданном положении относительно указанной базовой поверхности, причем указанное заданное положение совпадает с указанной осью, когда базовая поверхность второй части кожуха совмещается с установочной поверхностью первой части кожуха, располагают подшипниковый узел в зажимное приспособление, причем зажимное приспособление содержит базовую поверхность для совмещения с установочной поверхностью первой части кожуха, и средство приема указанного подшипникового узла в положение относительно базовой поверхности зажимного приспособления так, что подшипниковый узел принимается зажимным приспособлением в положении относительно базовой поверхности зажимного приспособления, которое совпадает с указанной осью, когда базовая поверхность зажимного приспособления совмещается с указанной установочной поверхностью первой части кожуха, совмещают базовую поверхность зажимного приспособления с указанной установочной поверхностью первой части кожуха и закрепляют подшипниковый узел на первой части кожуха.

Изобретение относится к конструкции газовой центрифуги для разделения изотопных и газовых смесей, преимущественно для разделения газов с малым молекулярным весом.

Изобретение относится к машиностроению, касается конструкции верхней магнитной опоры вертикальных быстровращающихся роторов и может быть использовано в газовых центрифугах с центральным газовым коллектором.

Изобретение относится к способам очистки загрязненного вредными изотопами сырья для использования его в дальнейшем для получении восстановленного урана для ядерного топлива.

Изобретение относится к технологии разделения изотопов урана методом газового центрифугирования. Способ частичной экстренной эвакуации гексафторида урана из технологической секции каскада по разделению изотопов урана заключается в том, что осуществляют экстренную эвакуацию части газа из технологической секции по трубопроводу легкой фракции, при этом во время эксплуатации технологических секций каскада по разделению изотопов урана ручные клапаны на трубопроводах легкой фракции постоянно открыты, а ручные клапаны на трубопроводе тяжелой фракции и трубопроводе питания постоянно закрыты, а исполнительный элемент автоматически открывается при возникновении экстренной ситуации для удаления легких примесей и продуктов разрушения вместе с потоком гексафторида урана в дополнительную установку.

Изобретение относится к разделению изотопных и газовых смесей, преимущественно газообразных соединений изотопов урана. Газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, вращающийся ротор, соосно размещенный в корпусе, выполненный в виде вала и снабженный жестко закрепленной на нем лопаткой с выступающим элементом, отборные трубки разделенных фракций, каналы вывода разделенных фракций, выведенные наружу через вал ротора и имеющие расположенные на разной высоте горизонтальные участки с радиально удаленными от продольной оси корпуса входными отверстиями, при этом горизонтальные участки отборных трубок размещены внутри каждой лопатки, а входные отверстия отборных трубок расположены на выступающем элементе каждой лопатки в разных зонах турбулентности, и впускное отверстие, размещенное внизу корпуса, для подвода исходной газовой смеси.

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к газовым центрифугам для обогащения урана. Центрифуга для обогащения урана содержит ротор центрифуги и электродвигатель.

Изобретение относится к технологии рециклирования ядерных энергетических материалов и может быть использовано для возврата урана, выделенного из отработавшего ядерного топлива, в топливный цикл легководных реакторов.

Изобретение относится к ядерному топливному циклу, а именно к технологии получения разбавителя для переработки гексафторида оружейного высокообогащенного урана (ВОУ) в гексафторид низкообогащенного урана (НОУ).

Изобретение относится к способу разделения и обогащения изотопов с помощью процесса диффузии. .
Изобретение относится к области разделения стабильных изотопов и может быть использовано в полупроводниковой технике. .

Изобретение относится к технологии разделения изотопов урана методом газового центрифугирования и может быть использовано для минимизации потерь разделительной мощности центрифужных каскадов изотопно-разделительных урановых заводов.

Изобретение относится к ядерному топливному циклу, к технологии изотопного восстановления регенерированного урана и может быть использовано при производстве низкообогащенного урана (НОУ) для топлива атомных станций.

Изобретение относится к разделению изотопов элементов, в частности к способу получения изотопов неодима. Способ заключается в применении метода центрифугирования, в котором разделительный эффект определяется разностью молекулярных масс изотопов, при этом в качестве рабочего газа выбирают неодимсодержащее газообразное соединение из класса соединений повышенной летучести, полученных обработкой бета-дикетонатов неодима полифторированными эфирами этиленгликоля, полифторированными эфирами диэтиленгликоля или полифторированными формалями, определяют технологические параметры рабочего газа: зависимость давления насыщенного пара выбранного вещества от соответствующей ему температуры и температуру его разложения, выбирают температуру эксплуатации разделительной установки, обеспечивающую давление насыщенного пара, выбранного вещества не ниже 4 мм рт.ст., но не выше 0,8 от температуры разложения, и осуществляют нагрев и поддержание выбранной температуры эксплуатации разделительной установки, включающей коммуникации, контрольные и регулирующие устройства и газовые центрифуги. Изобретение обеспечивает получение высокообогащенных изотопов неодима, изотопа 150Nd с концентрацией более 99,3%, изотопа 142Nd с концентрацией более 99,9%, изотопа 146Nd с концентрацией более 88,4%. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Группа изобретений относится к области обогащения изотопных газообразных смесей, в частности смеси из изотопов U235 и U238, малоразличимых между собой по молекулярному весу, но имеющих отличия в уровне радиоактивности. Способ обогащения газообразных изотопных смесей включает вращение и ускорение смеси с помощью газовой центрифуги, перемещение смеси в радиальном направлении, образование турбулентного потока у внешнего бокового края центрифуги, отбор фракций из турбулентного потока в одной зоне турбулентного потока, выведение смеси фракций из центрифуги, определение концентрации изотопа в процессе перемещения смеси вне центрифуги, разделение смеси на обогащенную и обедненную фракции путем направления смеси с концентрацией изотопа, равной или выше заданного значения, по одному каналу, а смеси с концентрацией изотопа ниже заданного значения - по другому. Газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, соосно размещенный в нем вращающийся ротор, выполненный в виде вала, снабженного жестко закрепленной на нем лопаткой, выступающий элемент для формирования турбулентного потока, закрепленный на внутренней боковой поверхности корпуса центрифуги, канал вывода смеси с входным отверстием, размещенным у внешнего бокового края центрифуги в зоне турбулентного потока за выступающим элементом по ходу движения газовой смеси, и впускное отверстие для подвода исходной смеси. При этом на части канала вывода, расположенной снаружи центрифуги, выполнено снабженное перепускным клапаном-переключателем разветвление на два канала, причем до разветвления размещен спектрометр, выход которого соединен с входом ЭВМ, выход которой подключен к входу электромеханического преобразователя перепускного клапана-переключателя. Группа изобретений обеспечивает повышение уровня обогащения газовой изотопной смеси и экономически выгодное обогащение изотопов за счет уменьшения количества центрифуг. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх