Ученые МИФИ выяснили, как оптимизировать заводы по обогащению урана

МОСКВА, 17 янв — РИА Новости. Теоретики Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" показали, что при расчете конструкции разделительных заводов по обогащению урана в качестве оптимального критерия эффективности следует учитывать минимальное число разделительных элементов/газовых центрифуг в каскаде, а не минимальное количество рабочего вещества, проходящего через центрифуги. 

Спроектированная при таких условиях разделительная установка будет, по словам специалистов, наименее дорогостоящей. 

Необходимость обеспечения энергетических ядерных реакторов топливом на основе низкообогащенного урана требует его широкомасштабного производства. В России уран обогащают в многоступенчатых разделительных установках – каскадах, содержащих тысячи газовых центрифуг.

Сооружение и эксплуатация таких заводов очень затратны, поэтому поиск путей их оптимизации важная задача. Считается, что при проведении исследований с целью оценки оптимальных параметров каскадов газовых центрифуг необходимо учитывать "границы применимости" используемых критериев. 

Ученые НИЯУ "МИФИ" сравнили характеристики каскадов, оптимизированных по критериям минимального числа разделительных элементов в них и минимального количества рабочего вещества  (гексафторида урана), проходящего через все центрифуги в единицу времени (суммарного потока питания разделительных ступеней). При этом параметры/режимы работы центрифуг на каждой ступени каскада были неодинаковы. 

По словам исследователей, во многих ситуациях минимальным удельным затратам отвечает каскад, имеющий минимально возможное число разделительных элементов/газовых центрифуг. 

Ученые показали, что в условиях оптимизации по величине суммарного потока найденные параметры каскада не отвечают минимуму числа центрифуг в каскаде. Из этого следует, что при различных параметрах центрифуг на ступенях каскада нельзя использовать подобный критерий оптимизации.

Он оправдан лишь в частном случае – когда все центрифуги на всех ступенях разделительного каскада работают в одинаковом режиме. На практике это означает, что спроектированная при таких условиях разделительная установка будет более дорогостоящей. 

"Важно отметить, что все выводы, сделанные в этой работе, относятся не только к обогащению урана для АЭС, но и к разделению изотопных смесей других химических элементов", – подчеркнул один из авторов исследования, ассистент кафедры молекулярной физики НИЯУ "МИФИ" Андрей Смирнов. 

По его мнению, использование некорректных для решения конкретных задач критериев "может привести к тому, что будут найдены далеко не самые лучшие параметры разделительной установки/завода для получения того или иного изотопного продукта". Если учесть, что цена производимых изотопов достаточно велика, то потери в эффективности подобных установок даже на доли процента могут обернуться заметным удорожанием получаемой продукции.

При выполнении работы, результаты которой опубликованы в журнале "Nuclear Engineering and Technology", ученые использовали последние достижения теории каскадов для разделения изотопных смесей, применяли разработанные в НИЯУ "МИФИ" численные методики оптимизации параметров каскадных установок.