Тема: МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ КАСКАДОВ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ БИНАРНОЙ И МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ СМЕСЕЙ ИЗОТОПОВ УРАНА

Актуальность и степень разработанности темы исследования. Классическая теория бинарного разделения изотопов урана 235, 238и в ординарных каскадах была разработана К. Коэном. Она ориентирована на оптимизацию процесса разделения природного гексафторида урана и в основном на первый промышленный способ - газодиффузионный. В дальнейшем, при переходе к центрифужному способу методы расчета каскадов были дополнены и развиты М. Бенедиктом, Т. Пигфордом, А.А. Сазыкиным, А. Апельблатом,
Г.А. Сулаберидзе, В.Д. Борисевичем, Н.А. Колокольцовым, другими авторами, а также в оригинальных разработках на разделительных заводах. Эти методы позволяют решать задачи расчета каскадов при их оптимизации на обогащение по 235и.
На питании каскадов разделительных заводов помимо природного гексафторида урана используется регенерированный и отвальный, которые в значительной мере могут содержать 232, 234, 236и. Наличие этих изотопов в гексафториде урана и потребность в стабильных изотопах привели к разработке методов расчета каскадов для разделения многокомпонентных смесей. Однако остались нерешенными ряд задач, в основном для многопоточных каскадов, имеющих несколько питаний различным сырьём и несколько отборов. Другим направлением развития каскадной тематики является изотопное восстановление регенерированного гексафторида урана по 232, 234, 236и. Существующие каскадные методы имеют различные недостатки, затрудняющие их использование.
Разделительным предприятиям необходим квалифицированный персонал, понимающий физические принципы обогащения урана в каскадах газовых центрифуг. Для их успешного освоения и применения на практике целесообразна разработка компьютерных программ-тренажеров. Разработка и внедрение таких программ - важный аспект развития атомной промышленности.
Целью данной работы является создание новых методов расчета и оптимизации разделения бинарных и многокомпонентных смесей изотопов урана в многопоточных каскадах, разработка новых методов восстановления изотопного состава регенерированного урана. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
• Разработать численные методы оптимизации процессов разделения бинарной смеси изотопов урана в многопоточных каскадах и системах каскадов газовых центрифуг;
• Разработать аналитический метод оценки содержания многокомпонентной смеси коммерческого природного урана в многопоточном каскаде, оптимизированном по 235И;
• Разработать аналитический метод оценки содержания многокомпонентной смеси слабообогащенного регенерированного урана в многопоточном каскаде, оптимизированном по одному из изотопов 232, 234, 235, 236И;
• Разработать численный метод расчета и оптимизации каскадов с произвольным количеством потоков питания и отбора по парциальным потокам компонентов смеси;
• Провести численные эксперименты по апробации разработанных методов и проанализировать полученные результаты в сравнении с известными;
• На основе созданных численных и аналитических способов расчета и оптимизации многопоточных каскадов разработать различные методы очистки регенерированного урана от изотопов 232, 234, 236и.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
• Разработаны численные методы оптимизации процессов разделения бинарной смеси изотопов урана в многопоточных каскадах газовых центрифуг, предназначенные для проведения технологических расчетов и обучения персонала разделительных предприятий;
• Разработан метод оптимизации систем каскадов газовых центрифуг для разделения бинарных смесей изотопов на основе матричного описания связей ступеней в общей схеме;
• Разработан аналитический метод оценки содержания многокомпонентной смеси коммерческого природного урана в многопоточном каскаде, оптимизированном по 235И;
• Разработан аналитический метод оценки содержания многокомпонентной смеси слабообогащенного регенерированного урана в многопоточном каскаде, оптимизированном по одному из изотопов 232, 234, 235, 236И;
• Разработан численный метод расчета и оптимизации каскадов с произвольным количеством потоков питания и отбора по парциальным потокам компонентов смеси;
• Разработан метод очистки регенерированного урана от изотопов 232, 234и в дополнительном потоке отбора /¿-каскада;
• Разработан и запатентован метод очистки регенерированного урана от изотопов 232, 234, 236ц- в двойных каскадах с одновременной наработкой низкообогащенного урана из природного;
• Разработан метод очистки регенерированного урана от изотопов 232, 234, 236И в дополнительном отборе каскада с использованием на втором питании природного или отвального урана...
Купить

В результате проведенных исследований получены следующие научные и практические результаты:
• Проанализированы существующие методы расчета и оптимизации каскадов для разделения бинарных и многокомпонентных смесей изотопов. Выявлены особенности расчета многопоточных каскадов. Проанализированы известные методы восстановления изотопного состава регенерированного урана, основанные на расчете и оптимизации каскадов газовых центрифуг. Выявлены особенности и недостатки существующих методов;
• Разработаны численные методы оптимизации процессов разделения бинарной смеси изотопов урана в многопоточных каскадах газовых центрифуг, предназначенные для проведения технологических расчетов и обучения персонала разделительных предприятий. Создана расчетная программа «Каскад газовых центрифуг» и программа-тренажер для обучения технологического персонала разделительных производств;
• Разработан метод оптимизации систем каскадов газовых центрифуг для разделения бинарных смесей изотопов на основе матричного описания связей ступеней в общей схеме;
• Разработан метод аналитического расчета содержания многокомпонентной
смеси коммерческого природного урана в многопоточном каскаде,
оптимизированном по изотопу 235и;
• Разработан метод аналитического расчета содержания многокомпонентной смеси слабообогащенного регенерированного урана в многопоточном каскаде , оптимизированном по одному из изотопов 232, 234, 235, 236И;
• Разработан метод численного расчета и оптимизации каскадов по парциальным потокам компонентов смеси с произвольным количеством потоков питания и отбора;
• Разработан метод очистки регенерированного урана от изотопов 232, 234и в дополнительном потоке отбора ^-каскада. Произведены расчеты ^-каскадов для различных ключевых компонентов. Выявлены характерные особенности метода, а также пары ключевых компонентов, при которых достигается наилучший эффект очистки при наименьших затратах работы разделения;
• Разработан и запатентован метод очистки регенерированного урана от изотопов
232, 234, 23би в двойных каскадах с одновременной наработкой
низкообогащенного урана. Особенностью метода является практическое отсутствие затрат работы разделения на очистку;
• Разработан метод очистки регенерированного урана от изотопов 232, 234, 236и в дополнительном отборе каскада с использованием на втором питании природного или отвального урана. Метод позволяет существенно снизить затраты работы разделения при использовании еще одного дополнительного отбора.
Рекомендации. Полученные в ходе исследования результаты могут быть использованы при подготовке студентов, изучающих теорию разделения изотопов, а также для повышения квалификации персонала разделительных производств. Разработанные методы очистки регенерированного урана могут увеличить степень замкнутости ядерно-топливного цикла, в том числе, за счет вовлечения в процесс отвального гексафторида урана.
Перспективы дальнейшей разработки темы состоят в создании новых методов очистки регенерированного урана, применении разработанных методов для расчета и оптимизации процессов разделения различных смесей изотопов, в том числе стабильных.
Купить