Газовое центрифугирование.
В настоящее время это основная технология для обогащения урана. Впервые она была разработана в Германии, во время второй мировой, но промышленно не применялась до начала 60-х прошлого века. Разделение осуществляется за счет различия центробежных сил, действующих на молекулы разных масс. В центрифуге, вращающейся с большой окружной скоростью (100 м/сек), более тяжёлые молекулы под действием центробежных сил концентрируются у периферии, а лёгкие молекулы — у ротора центрифуги. Поток газа во внешней части с тяжёлым изотопом направлен вниз, а во внутренней с лёгким изотопом — вверх (см. рис.5..9).
Рис.5.9. Схема газовой центрифуги.
Поток, слегка обогащённого по 235U гексафторида урана, подаётся на следующую центрифугу для более высокого обогащения, тогда как поток слегка обеднённого вещества подаётся назад на более низкую ступень обогащения. Степень обогащения на одной центрифуге намного больше, чем на одной, диффузионной ячейке. Соединение нескольких центрифуг в каскад обеспечивает необходимое обогащение изотопов (рис.5.10).
По сравнению с газодиффузионными установками этот метод имеет уменьшенное энергопотребление, большую легкость в наращивании мощности. Недостаток метода – низкая производительность центрифуг и необходимость обеспечения очень больших угловых скоростей (порядка 60000 об/мин).
Рис.5.10. Каскад центрифуг на обогатительном заводе
Лазерное разделение изотопов урана не является самостоятельным методом, но используется для улучшения характеристик электромагнитного или других методов разделения. Метод основан на избирательной ионизации одного из изотопов электромагнитным излучением (например, светом лазера). Избирательность ионизации основана на резонансном (узкополосном) поглощении света атомами, разные изотопы имеют разный спектр поглощения излучения. Это значит что можно подобрать такие параметры облучения при которых преимущественно ионизируются атомы заданного изотопа. Дальше ионизированные атомы могут быть отделены, например, в магнитном поле. Кроме того, ионизация атомов может менять скорость химических реакций, например, облегчая распад некоторых химических соединений. Лазерная технология разделения развивается с 1970-х годов многими странами, считается перспективной, однако все ещё не вышла за рамки исследовательских работ.
Разделительная способность обогатительного производства измеряется в единицах работы разделения (ЕРР), которая показывает количество работы (энергии), затраченной на разделения одного килограмма урана. В ЕРР измеряют необходимые затраты для получения топливного материала с заданным изотопным составом. Единица работы разделения также характеризует возможности оборудования по разделению изотопов. Для разных технологий разделения изотопов реальные затраты ресурсов могут сильно отличаться. Например, газодиффузионная технология требует 2500 кВт*ч электроэнергии на единицу разделения. Газовые центрифуги тратят 50 кВт*ч на ту же работу.
Процессы обогащения урана по любому способу являются весьма трудоемкими и не дешевыми и связаны с большими затратами электроэнергии. Поэтому любой уран с обогащением выше природного стоит в десятки раз дороже природного.