Центрифуга и разделение изотопов

Поскольку в природном уране содержится всего 0,711% изотопа уран-235 (именно этот изотоп урана создает цепную ядерную реакцию с высвобождением энергии), а наиболее распространенные ядерные реакторы работают с топливом, в котором должно содержаться 3-5% урана-235, то прежде, чем изготавливать топливо для атомных электростанций, необходимо повысить содержание этого изотопа в уране. Этот процесс называется "обогащением".

 Существует множество способов обогащения урана - электромагнитное разделение, лазерная фотоионизация атомов, газовая диффузия и т. д. - но на данный момент наиболее экономичным и эффективным методом является газоцентрифужный.

На рисунке схематично показана газовая центрифуга. Гексафторид урана в газообразной форме подается внутрь вращающегося ротора центрифуги. При огромной скорости вращения ротора центрифуги, достигающей нескольких десятков тысяч оборотов в минуту, внутри вращающегося ротора устанавливается определенное распределение газа по массе. Кроме того, внутри ротора имеет место циркуляция газа, дополнительно способствующая разделению газа на легкую и тяжелую фракции, которые и отводятся из центрифуги по отдельным трубкам. Легкая фракция, по сравнению с исходным сырьем, содержит больше легкого изотопа 235U и меньше тяжелого изотопа 238U, а тяжелая фракция - наоборот. Эффект разделения на одной центрифуге не слишком высок, поэтому центрифуги объединяются в многоступенчатые каскады для достижения необходимого уровня обогащения. Итогом работы разделительного каскада, в который подается сырье - гексафторид урана природного изотопного состава - является обогащённый UF6, в котором содержание 235U больше, чем в природном уране, и обеднённый UF6, в котором содержание 235U меньше, чем в природном уране.

Газоцентрифужная технология позволяет эффективно использовать в качестве сырья не только UF6 природного изотопного состава, но и материал с меньшим содержанием 235U - например обеднённый UF6, оставшийся с прошлых лет. Оправданность использования такого сырья определяется только экономическими соображениями, не технологией. Поэтому, в частности, отвал считается ценным сырьем для использования в будущем.