Газовая центрифуга

Газовая центрифуга
Gas centrifuge cascade.jpg

Газовая центрифуга — устройство для разделения (сепарации) газов с разным молекулярным весом.

Наиболее известны газовые центрифуги для разделения изотопов, в первую очередь подразумевается современный способ обогащения урана изотопом U-235 для атомной энергетики и атомного вооружения. Перед обогащением природная смесь изотопов урана переводится в газообразную фазу в виде гексафторида урана. Высокая степень разделения достигается использованием множества отдельных газовых центрифуг, собранных в каскад, что позволяет последовательно достичь более высокого обогащения урана-235 при значительно меньших энергетических затратах по сравнению с диффузионным каскадным процессом разделения изотопов, используемым ранее. Газоцентрифужная технология представляет сегодня самый экономичный способ разделения изотопов урана, использует значительно меньше энергии, чем другие методы, и имеет множество других преимуществ.

Содержание

История создания

Впервые была создана в СССР в 1946—1952 гг. группой «трофейных» немецких ученых под руководством Др. Макса Штеенбека, перемещенных НКВД после войны в 1945 году и участвующих в развитии советского атомного проекта[1]. Результаты их разработок уходили в виде отчетов Техническому Совету 9 управления НКВД, и естественным образом становились достоянием научных групп, курируемых проф. И. К. Кикоиным. В январе 1951 года результаты работ по развитию газовой центрифуги были доложены на заседании Технического совета, а в сентябре 1952 года группа Штеенбека была переведена из Сухуми в Ленинград на ОКБ Кировского завода[2], в котором группа Штеенбека продолжила работу по созданию промышленного образца газовой центрифуги.

В это же время, примерно в середине 1952, идея организации каскада центрифужных машин по уже отработанному в газодиффузионном производстве методе стала обсуждаться в лаборатории И. К. Кикоина, в это время лаборатория находилась в поисках новых тем, поскольку проблема газодиффузионного разделения изотопов урана в научном плане была решена и построен завод в Новоуральске. Наиболее активным энтузиастом этой идеи был кандидат физ-мат. наук Евгениий Михайлович Каменев, который и возглавил экспериметальные работы по технической реализацию этой идеи. Отдел И. К. Кикоина имел все отчеты группы Макса Штеенбека, осенью начались работы по созданию первых центрифужных стендов.[3] В начале 1953 года на заседании Технического совета было признано преимущества оригинальной газовой центрифуги Штеенбека на моделью разрабатываемой под руководством Е. М. Каменева и принято решение дальнейшего развития и производство центрифуг, разработанной группой Штеенбека. В дальнейшем, уже без участия Штеенбека (группа в 1953 была отстранена от дальнейшего участия в этих «секретных» работах), достоинства проектов обеих групп, как и оригинальный способ непрерывного отбора продукта — обогащенной газовой фракции урана, разработанный в группе проф. И. К. Кикоина, были реализованы ОКБ Ленинградского Кировского завода (главный конструктор ОКБ Н. М. Синев) в окончательных моделях газовой центрифуг, производимых в СССР[4]. Эти выдающиеся работы обеспечили Советский Союз самой передовой технологией разделения изотопов урана[5].

Устроиство основных принципиальных узлов газовой центрифуги были запатентованы на Западе в 1960 году на англо-немецко-голландской фирме URENCO бывшими сотрудниками Др. Макса Штеенбека инженерами Гернотом Циппе и Р. Шеффелем. [6].

Устройство газовой центрифуги

Gas centrifuge.jpg

Важнейшим элементом газовой центрифуги является так называемый ротор — цилиндр (труба), вращающийся в специальном вакуумированном кожухе, с огромной скоростью . При увеличении оборотов ротор последовательно проходит частоты, на которых возникают резонансные колебания, обусловленные механическими свойствами вращающейся системы. Центрифуга, работающая на частоте вращения ротора выше резонансной, называется надкритической, ниже — подкритической. Рабочим веществом является газообразное соединение природного урана гексафторид урана, получаемой из природной закиси-окиси урана(U3O8). UF6 подается в центрифугу через трубопровод питания и поступает в роторное пространство возле оси ротора в его центральной части. Вследствие высокой скорости вращения ротора (линейная скорость на его периферии 600 и более м/с) газ концентрируется у его стенки. У оси ротора образуется разреженная зона с более легкой фракцией. Эффективное разделение компонентов смеси происходит только при наличии осевой циркуляции газа внутри ротора. Такая циркуляция обеспечивается созданием осевого температурного градиента за счет внешнего источника тепла. При циркуляции наибольшая разность в концентрации легкого и тяжелого изотопов устанавливается в торцевых частях центрифуги, — нижней и верхней соответственно. Обогащенная легким изотопом фракция (продукт) выводится с помощью газоотборника в ввыходной трубопровод. Тяжелая фракция — отвал (или хвост) отбирается.

Наиболее секретными элементамии и определяющими для работы центрифуги устройствами были и остаются: нижняя опора ротора, магнитный подшипник и двигатель и др., что представляет собой определенное ноу-хау и запатентовано в различных патентах. Первый такой патент принадлежит сотрудникам группы Др. Макса Штеенбека, которые впервые предложили самостабилизирущую подвижную нижнюю опору, магнитный привод и молекулярный вакуумный насос.[7] Разделительной способности центрифуги являются ее геометрические размеры (длина ротора: размеры российских подкритических газовых центрифуг: длина ротора около 1 м, диаметр около 0,5 м.[8]), скорость вращения ротора, а также наличие циркуляции газа в осевом направлении. Развитие оптимальных размеров ротора и других элементов отдельной газовой центрифуги, остается актуальной научной и технической проблемой для увеличения к.п.д. и стоимости газоцентрифужной технологии с использованием каскадов газовых центрифуг.

Современное состояние использования газоцентрифужной технологии

В настоящее время в мире имеется 4 основных фирмы, занимающиеся обогащением урана, каждая из которых занимает примерно четверть мирового рынка по продажам. Это фирмы:URENCO совместная (англо-голландская-немецкая) со штаб квартирой в Великобритании использует газоцентрифужную технологию основанную на патенте Циппе, российская компания ТВЭЛ (подразделение ГК «Росатом», сбыт на мировом рынке осуществляется через Техснабэкспорт (TENEX)) использует советско-российские газоцентрифужные технологии, французская Areva и американская USEC.

Французские и американские фирмы до сих пор не обладают своими надежными газоцентрифужными технологиями. Французская AREVA купила 50 % URENCO, инвестировала более 3 миллиардов евро в последние годы в новый завод Georges Besse II. Новый завод находится в производстве с апреля 2011 и уже достиг установленной мощностью более 1,5 млн ЕРР в год, он будет работать с полной производственной мощностью 7,5 млн ЕРР в год в 2016 году.

ВПО «Точмаш» производит малопроизводительные центрифуги (с длиной ротора 90 см; c производительностью 4-8 у.е урана в год), но зато надежные — до 15-30 лет гарантия; URENCO (центрифуги с длиной ротора 365 см; c производительностью 40-80 у.е урана в год), USEC пытаются наладить производство центрифуг с длиной ротора 1310 см, с производительностью на одну центрифугу 350 у.е урана в год, однако пока центрифуга работает ненадежно. USEC уже затратила на эти цели для постройки завода в Западной Вирджинии (American Centrifuge Plant at Piketon)более 3 млрд долларов. Газоцентрифужные технологии имеют очевидные экономические преимущества, для сравнения, на американском заводе в Падуке, использующем до сих пор энергозатратную газодиффузионную технологию, расходы только на электроэнергию составляют 730 миллионов долларов в год. Развитие высокоэффективных газоцентрифужных технологий остается актуальной проблемой в мире.

Газоцентрифужные технологии в других странах

Пакистан

Контрабандным путем эта технология была доставлена в Пакистан, бывшим сотрудником фирмы URENCO пакистанского происхождения Абдул Кадир Хана, и в настоящее время контрабандным остается в некоторых странах Азии.

Индия

Китай

Иран

По неофициальным данным *(об этом сообщает Reuters 8.01.2012)[9], в Иране начал работу завод по обогащению урана «Форду», мощности которого расположены в подземных бункерах в толще горного массива неподалеку от города Кум (156 км к югу от Тегерана). При этом глава атомного агентства Исламской Республики Ферейдун Аббаси-Давани заявил, что ввод завода в эксплуатацию ожидается в скором времени. Работы по перемещению центрифуг для обогащения урана из г. Натанц в подземный бункер «Форду» начались еще в августе 2011 г.

См. также

Литература

  • G. ZIPPE: The development of short bowl Ultra-centrifuges. University of Virginia, Report No. EP-4420-101-60 U (1960).
  • G. ZIPPE, R. SCHEFFEL, M. STEENBECK, DT 1071593 (1957)
  • Heinz Barwich and Elfi Barwich Das rote Atom; Als deutscher Wissenschaftler im Geheimkreis der russischen Kernphysik (Scherz, 1967) (Europ. Buch- u. Phonoklub, 1969) (Fischer-Bücherei, 1970) (Fischer-TB.-Vlg.,Ffm, 1984)- Воспоминания Хайнца Барвиха, «Красный атом», 1967
  • Max Steenbeck: Impulse und Wirkungen. Schritte auf meinem Lebensweg. Berlin 1977. — Воспоминания Макса Штеенбека, «Импульсы и Действия»,1977

Примечания



Wikimedia Foundation. 2010.

Нужно сделать НИР?

Полезное


Смотреть что такое "Газовая центрифуга" в других словарях:

  • газовая центрифуга — (используется для разделения изотопов урана) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN gas centrifuge …   Справочник технического переводчика

  • Циппе-тип газовая центрифуга — Газовая центрифуга (Циппе тип центрифуга) предствляет собой высокотехнологическое устройство для физического разделения изотопов вещества, представленных в виде каких либо химических соединений в их газовой форме. При упоминании слова „газовая… …   Википедия

  • Центрифуга — установка для центрифугирования; основной частью центрифуги является быстро вращающийся вокруг своей оси барабан (ротор). газовая центрифуга центрифуга, используемая для разделения изотопов урана в газообразном соединении UF6 с помощью сильного… …   Термины атомной энергетики

  • Росатом — Эта статья  о государственной корпорации. О федеральном органе исполнительной власти (2004 2008) см. федеральное агентство по атомной энергии …   Википедия

  • Росатом (государственная корпорация) — У этого термина существуют и другие значения, см. Росатом. Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» Тип Государственная корпорация Деятельность атомная энергетика, ядерное вооружение, прикладная и фундаментальная наука, атомный… …   Википедия

  • Арденне, Манфред фон — Манфред фон Арденне нем. Manfred von Ardenne …   Википедия

  • Ковровский механический завод — ОАО Ковровский механический завод Тип ОАО Листинг на бирже ( РТС: KVMZ ) Год основания …   Википедия

  • Техснабэкспорт — ОАО «Техснабэкспорт»  государственное предприятие России, осуществляющее выпуск и монопольный экспорт специфических материалов и технологий, используемых в атомной промышленности. Один из крупнейших в мире поставщиков товаров и услуг в сфере …   Википедия

  • Кировский завод — Координаты: 59°52′53″ с. ш. 30°15′05″ в. д. / 59.881389° с. ш. 30.251389° в. д.  …   Википедия

  • Кировский завод (Санкт-Петербург) — Координаты: 59°52′53″ с. ш. 30°15′05″ в. д. / 59.881389° с. ш. 30.251389° в. д.  …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»