СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕКСАФТОРИДА НИЗКООБОГАЩЕННОГО УРАНА ИЗ ОРУЖЕЙНОГО ВЫСОКООБОГАЩЕННОГО УРАНА Российский патент 2007 года по МПК C01G43/06 B01D59/20 

Изобретение относится к ядерному топливному циклу и может быть использовано в производстве топлива ядерных реакторов путем переработки высокообогащенного урана, извлекаемого при демонтаже ядерных боеприпасов и имеющего повышенное содержание минорных изотопов урана.

Гексафторид низкообогащенного урана (НОУ), из которого фабрикуется топливо для ядерных реакторов АЭС, обычно получают из коммерческого натурального урана, обогащая его изотопом U-235 до 2-5% мас. в газодиффузионных или центрифужных разделительных каскадах. На это затрачивается некоторое количество работы разделения, выражаемой в единицах работы разделения (ЕРР) и определяемой массовым расходом гексафторида урана (UF₆) через разделительный каскад, исходной и конечной концентрацией целевого изотопа в обогащенном (товарном) и обедненном (отвальном) потоках гексафторида урана на выходах каскада. Для минимизации затрат ЕРР разделительные каскады зачастую формируют в виде набора различающихся прямоугольных каскадов, представляющих собой последовательно включенные и работающие при одинаковом расходе рабочего газа разделительные ступени, например, блоки параллельно сочлененных одинаковых газовых центрифуг. Число ступеней в обогатительной и объединительной ветвях разделительного каскада в общем случае различается. Реальные условия работы разделительных каскадов зависят от рыночной цены на урановое сырье и стоимости работы разделения, которые наравне с разделительной способностью газовых центрифуг определяют конфигурацию каскада и устанавливают содержание изотопа U-235 в потоке отвала каскада [см. Синев Н.М., Батуров Б.Б. Экономика атомной энергетики: Основы технологии и экономики ядерного топлива. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.218, 261-264].

В тексте настоящего изобретения термин "коммерческий натуральный уран" - уран, имеющий природную концентрацию изотопа U-235, но в отличие от чистого природного урана незначительно загрязнен по минорным изотопам урана (U-232, U-234 и U-236) в пределах требований "Стандартной спецификации на гексафторид урана для обогащения С 787-90" (ASTM С 787-90) в результате контакта с промышленным оборудованием.

В последние годы для получения гексафторида НОУ начато использование высокообогащенного урана (ВОУ), извлекаемого при демонтаже ядерных боеприпасов. В этом случае гексафторид НОУ получают разбавительным смешением гексафторида ВОУ с гексафторидом слабообогащенного урана (НОУ разбавителем) для снижения оружейной концентрации изотопа U-235 до реакторного обогащения. Независимо от способа получения технические характеристики гексафторида НОУ должны соответствовать требованиям стандартной спецификации ASTM С 996-96 [см. Стандартные технические условия на гексафторид урана с обогащением менее 5% по изотопу уран-235. ASTM Designation С 996-96].

Снижение обогащения ВОУ до уровня, соответствующего реакторному топливу, имеет различную степень сложности в зависимости от состояния исходного уранового материала. Например, если он находится в виде чистого гексафторида урана, то процесс чрезвычайно прост, и основными проблемами здесь являются вопросы ядерной безопасности и предотвращения потерь изотопа U-235. Если материал находится в твердой форме (оксид или металл) и/или загрязнен либо плутонием, либо нежелательными (минорными) изотопами урана (как значительная часть российского материала, поставляемого в рамках российско-американской программы по переработке оружейного высокообогащенного урана), то снижение уровня обогащения представляет собой довольно сложную проблему.

Известен способ приготовления гексафторида НОУ из ВОУ [см. Оружейный высокообогащенный уран выходит на гражданские рынки. - Атомная техника за рубежом, 1997, №5, с.29-31] (аналог), первым этапом которого является отделение урана от примесей, которые могли попасть в него с течением времени (особенно, если он был приготовлен из урана повторной переработки), т.е. трансурановых элементов (таких, как плутоний), продуктов деления (таких, как гамма-активный технеций) или легирующих элементов (цирконий). Очистку ведут химической экстракцией после растворения оксида ВОУ в кислоте. Очищенный материал в виде оксида фторируют для получения UF₆, а затем смешивают в пропорции 1:29 с обогащенным до 1,5% мас. НОУ разбавителем. Считается, что смешение - единственный способ борьбы с нежелательными изотопными примесями, такими как U-232 (изотоп, формирующий основную дозовую нагрузку внешнего облучения персонала на всех этапах работы с урановым сырьем), U-234 (примесь, ухудшающая радиационную обстановку на стадии изготовления топлива) и U-236 (поглотитель нейтронов, снижающий пригодность ядерного материала для фабрикации топлива).

Недостаток способа-аналога - после стадии экстракционной очистки не достигается полная кондиция гексафторида ВОУ по содержанию плутония и прочим лимитирующим химическим примесям, установленная сертификационными требованиями. Так, содержание плутония в оксиде урана составляет 5÷45 БкPu/гU и выше при норме 0,05 Бк/гU. С другой стороны, на разбавительное смешение можно направлять только гексафторид ВОУ с некоторой предельной концентрацией минорных изотопов. Поскольку при разбавительном смешении весовой расход НОУ разбавителя в десятки раз превышает расход гексафторида ВОУ, то работа разделения, затраченная на наработку НОУ разбавителя из исходного уранового сырья, существенным образом определяет экономическую эффективность получения гексафторида НОУ.

В [Патент RU 2057377 С1, МПК 6 G 21 C 19/42, 19/48. Опубл. 1996.03.27] описан способ переработки оружейного высокообогащенного урана и его сплавов в топливный материал для атомных реакторов (аналог), включающий окисление высокообогащенного металлического урана, фторирование оксидов урана, очистку гексафторида урана от примесей и получение топливного материала для атомных реакторов смешением гексафторидов различной степени обогащения с последующим затариванием готового топливного материала в контейнеры, где окисление металлического урана осуществляют кислородом воздуха при температуре 700-1100°С, после чего проводят фторирование полученных оксидов урана элементным фтором при избытке фтора выше стехиометрического на 5-50%, затем высокообогащенный гексафторид урана подвергают очистке методом центробежного разделения с последующим смешением его с гексафторидом урана, содержащим U-235 ниже содержания его в топливном материале, путем непрерывного объединения двух газовых потоков. Смешанный гексафторид урана десублимируют (конденсируют), затаривают в промежуточные емкости, нагревают до 90-110°С, выдерживают в течение 4 часов (гомогенизируют) и переливают в транспортные емкости типа "30В".

Реализация способа-аналога требует создания специального очистительного центрифужного каскада. Кроме того, для смешения необходим подбор НОУ разбавителя как по содержанию изотопа U-235, так и по концентрации нежелательных изотопных примесей. В аналоге, кроме того, не предусмотрена очистка ВОУ от плутония.

Таким образом, перечисленные способы-аналоги не обеспечивают соответствие получаемого гексафторида НОУ требованиям ASTM С 996-96 по содержанию минорных изотопов урана и плутония, если их содержание в исходном гексафториде ВОУ превышает некий уровень. В ряде случаев качество гексафторида ВОУ не может обеспечить даже специальный НОУ разбавитель, наработанный из обедненного урана и имеющий пониженное содержание нежелательных изотопов [см. Микерин Е.И. и др. Российская промышленная переработка ВОУ из ядерного оружия в энергетический НОУ, соответствующего спецификации ASTM С 996-90/Доклад на симпозиуме ASTM. - Балтимор, 31.07.1996]. Для наработки НОУ разбавителя из отвалов, к тому же, требуются дополнительные затраты ЕРР.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом предлагаемого изобретения является способ получения гексафторида НОУ из оружейного ВОУ [Патент RU 2225362 С2, МПК 7 С 01 G 43/06. Опубл. 2004.03.10], включающий окисление металлического высокообогащенного урана, фторирование окислов высокообогащенного урана, смешение гексафторида высокообогащенного урана с разбавителем и десублимацию гексафторида низкообогащенного урана в контейнеры, где содержание минорных изотопов в высокообогащенном уране уменьшают в каскаде газовых центрифуг одновременно с очисткой высокообогащенного урана от химических примесей. Режим работы каскада газовых центрифуг устанавливают из условия ограничения содержания в высокообогащенном уране минорных изотопов их предельными значениями, определенными соотношением

где m - массовое число минорного изотопа урана; A_m - предельное содержание в высокообогащенном уране минорного изотопа урана, % мас.; В_m - содержание минорного изотопа в разбавителе, % мас.; C_m - требуемое содержание минорного изотопа в гексафториде низкообогащенного урана, % мас.; A₂₃₅, B₂₃₅, С₂₃₅ - содержание изотопа U-235 в высокообогащенном уране, разбавителе и низкообогащенном уране соответственно, % мас.

Этот способ выбран в качестве прототипа.

В прототипе введена дополнительная операция по уменьшению содержания минорных изотопов. В этом случае создание очистительного центрифужного каскада (ВОУ каскада) становится экономически обоснованным. Параметры каскада, необходимые для уменьшения содержания в ВОУ минорных изотопов под выбранный вид разбавителя, определяют по известным методикам расчетов процесса разделения многокомпонентных изотопных смесей. Дополнительная операция по очистке ВОУ от нежелательных изотопов расширяет перечень видов разбавителей, пригодных для смешения.

Анализ совокупности существенных признаков способа-прототипа, как они изложены в формуле изобретения, показывает, что достижение заявленного технического результата проблематично. В смеси с гексафторидом урана после фторирования оксидов урана находятся компоненты анодного газа, кислород, инертные газы, гексафторид плутония, летучие фториды примесных элементов и т.д., содержание которых доходит до нескольких процентов объемного количества гексафторида ВОУ. При десублимации гексафторида урана в контейнеры для отправки на изотопную корректировку частично удаляются только неконденсируемые при -80÷-100°С газы. Существующие методы расчета каскадов для разделения многокомпонентных смесей изотопов урана [см., например: Палкин В.А. и др. Расчет оптимальных параметров каскада для разделения многокомпонентных смесей изотопов. - Атомная энергия, т.92, вып.2, с.130-134] не позволяют рассчитать и выбрать режим работы разделительного каскада с химическими примесями в гексафториде урана, концентрация которых соизмерима с содержанием минорных изотопов. Уже при концентрации химических примесей около 1% мас. разделительный каскад работает с существенной потерей работы разделения, его режим отличается от расчетного, нарушается эксплуатация штатных газовых центрифуг. Кроме того, отбор (ветвь) легкой фракции каскада, концентрирующий легкие минорные изотопы урана (U-232, U-234) и легкие химические примеси, имеет оружейную кондицию U-235, что уменьшает выход целевого изотопа в товарный товар. В целевом отборе (ветви) тяжелой фракции каскада не получают расчетных значений уменьшенного содержания минорных изотопов.

К тому же десублимированный в контейнеры гексафторид урана отбора легкой фракции из-за повышенного содержания химических примесей и минорных изотопов не представляется возможным направить на подмешивание для получения товарных продуктов, удовлетворяющих спецификации на гексафторид НОУ из слабооблученного урана (марки "PC").

Таким образом, проблема обращения с гексафторидом урана отбора легкой фракции в прототипе не решена, и радиационно опасный отбор легкой фракции можно только направить на долгосрочное контролируемое хранение с безвозвратной потерей изотопа U-235.

Настоящее изобретение направлено на решение следующих задач:

- снижения безвозвратных потерь U-235;

- минимизации разделительных мощностей, предназначенных для наработки НОУ разбавителя;

- утилизации выделенных при корректировке изотопного состава ВОУ минорных изотопов.

Перечисленные выше задачи достигаются техническим решением, сущность которого состоит в том, что в способе получения гексафторида низкообогащенного урана из оружейного высокообогащенного урана, включающем превращение оружейного высокообогащенного урана в гексафторид, очистку гексафторида высокообогащенного урана от химических примесей, корректировку изотопного состава высокообогащенного урана в каскаде газовых центрифуг из условия ограничения содержания в высокообогащенном уране минорных изотопов их предельными значениями, смешивание гексафторида высокообогащенного урана с гексафторидом урана-разбавителя, десублимации гексафторида низкообогащенного урана в контейнеры, гексафторид высокообогащенного урана очищают от химических примесей в сорбционно-десорбционном цикле на фторидах металлов, затем корректируют изотопный состав высокообогащенного урана в прямоугольно-ступенчатом каскаде при отношении числа ступеней в ветвях тяжелой и легкой фракций каскада 1:(8÷26), после чего смешивают с ураном-разбавителем, обогащенным по изотопу уран-235 выше природного содержания, наработанным из коммерческого натурального урана.

Кроме того, поставленная задача достигается также тем, что изотопный состав высокообогащенного урана корректируют из условия содержания изотопа U-232 в отборе легкой фракции каскада (1÷5)×10^-5% мас., что отбор легкой фракции каскада разбавляют отвальным потоком наработки урана-разбавителя, что наработку урана-разбавителя ведут при содержании изотопа U-235 в отвальном потоке ниже оптимального значения на 0,001÷0,007% мас.

Таким образом, основными отличительными особенностями способа являются предварительная очистка гексафторида ВОУ от сопутствующих радионуклидов, а также легких и тяжелых химических примесей (летучих фторидов) в сорбционно-десорбционном цикле на фторидах металлов, последующее уменьшение содержания минорных изотопов урана в ВОУ в прямоугольно-ступенчатом каскаде газовых центрифуг при отношении числа ступеней в ветвях тяжелой и легкой фракций каскада 1:(8÷26) и использование для смешения слабообогащенного урана-разбавителя. Последний нарабатывают из коммерческого натурального сырья, то есть с минимальной затратой работы разделения.

В сорбционно-десорбционном цикле на фторидах металлах, использующем различие в термической устойчивости комплексных солей фторидов щелочных и щелочноземельных металлов с фторидами, имеющими сопоставимую с гексафторидом урана летучесть, коэффициент очистки UF₆ от сопутствующих летучих примесей достигает 10⁶÷10¹⁰. После цикла очистки гексафторид ВОУ соответствует требованиям стандартной спецификации ASTM С 996-96, как по содержанию радионуклидов, так и по предельному содержанию химических примесей, остаточная концентрация которых не превышает 10^-4÷10^-5% ат. Причем при контакте с набором сорбентов из фторидов металлов очистка гексафторида урана может быть организована от любых летучих фторидов. Наилучшие результаты по очистке достигают на фторидах щелочных и щелочноземельных металлов. Здесь наибольшее распространение получили гранулированный фторид натрия, образующий с гексафторидом урана и прочими летучими фторидами при температуре ниже 110°С комплексные соли типа 2NaF·UF₆ и выделяющий в газовую фазу при нагреве фтористый водород (150÷250°С) и UF₆ (выше 300°С), а также порошкообразный фторид лития, образующий комплексные соли типа LiF·HF, разлагающиеся при нагреве выше 60°С.

В отсутствии химических примесей корректировка изотопного состава гексафторида ВОУ, направленная на уменьшение фактического содержания минорных изотопов, может быть проведена в каскаде газовых центрифуг по любому заранее выбранному режиму точно в соответствии с результатами предварительных расчетов. Прямоугольно-ступенчатый каскад с отношением числа ступеней в ветвях тяжелой и легкой фракций каскада 1:(8÷26) позволяет минимизировать весовой расход отбора легкой фракции каскада, сократив до минимума потери целевого изотопа U-235. В отборе легкой фракции концентрация U-234 в предельном случае при отношении числа ступеней 1:26 приближается к 90% мас. Гексафторид урана в отборе легкой фракции при такой концентрации U-234 не имеет оружейной кондиции и экономической ценности, поэтому может быть утилизирован, например, разбавлением отвалами от наработки НОУ разбавителя, и после десублимации в контейнеры отправлен на ответственное хранение до возникновения потребности в отвальном уране. Состав модифицированных отвалов в виду значительного разбавления будет мало отличаться от натуральных отвалов. Разбавление целесообразно вести отвальным потоком от наработки НОУ разбавителя с уменьшенным на 0,001÷0,007% мас. содержанием U-235 относительно его оптимального значения для дополнительного извлечения изотопа U-235 в гексафторид НОУ из натурального уранового сырья.

При заявленной длине ВОУ каскада, определенной отношением числа ступеней в ветвях тяжелой и легкой фракций каскада, режим работы каскада можно выбрать из условия максимального концентрирования изотопа U-232 в отборе легкой фракции каскада, что позволяет очистить отбор тяжелой фракции от этого радиационно опасного нуклида. Такой режим работы возможен только в диапазоне концентраций U-232 от 1,0×10^-5% мас. до 5,0×10^-5% мас. В противном случае приходится рассматривать вопрос о специальной радиационной защите каскада из-за проникающего гамма-излучения U-232. 1 Построение радиационно-защищенного каскада или настройка каскада на такой режим работы здесь экономически нецелесообразны.

К настоящему описанию приложена блок-схема операций по наработке гексафторида НОУ разбавителя и изотопной корректировке гексафторида ВОУ в каскадах газовых центрифуг, их смешения с получением гексафторида НОУ, соответствующего требованиям ASTM 996-96, и утилизацией выделенных минорных изотопов. Ниже приведенное описание функционирования сорбционно-десорбционного цикла сделано применительно к использованию в переделе сорбентов из фторида лития и фторида натрия.

Оружейный металлический ВОУ переводят в форму раствора нитрата уранила. После предварительной экстракционно-осадительной очистке от плутония и легирующих элементов, а также продуктов распада изотопа U-232, высокообогащенный уран в виде порошкообразного оксида U₃O₈ поступает на приготовление гексафторида урана. Эта часть технологии "ВОУ-НОУ" обеспечивает коэффициент очистки урана от плутония не менее 10² и получаемый продукт характеризуется достаточной радиационной чистотой по радионуклидам, чтобы его можно было безопасно перерабатывать в гексафторид урана.

Фторирование ведут при температуре 400°С элементным фтором, прошедшим очистку от фтористого водорода сорбцией последнего на гранулах фторида натрия. Процесс фториронания сформированной партии U₃O₈ осуществляют в непрерывном режиме при противотоке твердой и газообразной фаз реагентов. На выходе получают UF₆, содержащий фтор-газ, продукты реакции, летучие фториды примесных металлов и гексафторид плутония как тяжелую примесь. Остатки от фторирования ("огарки"), в которых сконцентрированы нелетучие фториды продуктов распада радионуклидов, продукты коррозии оборудования и нелетучие фториды плутония возвращают на гидрометаллургичсский передел. Газовая смесь проходит фильтрацию и направляется при 350÷400°С для селективной сорбции PuF₆ на NaF. Одновременно на NaF улавливают фториды хрома, ниобия, циркония, кремния и рутения. Вышедший из адсорбера газ охлаждают и подают на десублимацию при -80°С гексафторида урана. Собранный в десублиматоре гексафторид ВОУ подвергают вакуумной тренировке (длительной выдержке под динамическим вакуумом) до равновесного давления UF₆ с целью удаления фтористого водорода и прочих летучих фторидов, после чего переконденсируют в транспортные емкости, измеряют остаточное давление газовой фазы и направляют на корректировку изотопного состава. Гексафторида урана из технологических газов десублиматора улавливают сорбцией на NaF при 80-100°С. После десорбции при 160-250°С фтористый водород и при 350-400°С (в присутствии фтора) гексафторид урана возвращают в голову схемы. Продукты тренировки гексафторида урана, содержащие UF₆, HF и основную массу летучих фторидов, разделяют на индивидуальные компоненты методом избирательной сорбции фтористого водорода на LiF, а гексафторида урана - на NaF. Одновременно на LiF фиксируются фториды кремния, фосфора, бора и частично другие примесные фториды.

Изотопный состав ВОУ корректируют в ВОУ каскаде, параметры и режим работы которого (число разделительных ступеней в ветвях тяжелой и легкой фракций, количество газовых центрифуг в ступенях, газовую нагрузку ступеней и т.п.) выбраны в процессе предварительных расчетов (см. чертеж). На выходе каскада получают отбор изотопно очищенного UF₆ (тяжелая фракция) и отбор легкой фракции в виде гексафторида урана, обогащенного изотопами U-232 и U-234. Теоретически одновременно с изотопами урана по ветвям тяжелой и легкой фракций ВОУ каскада происходит неконтролируемое перераспределение микропримесей, содержащихся в гексафториде урана, однако при концентрациях микропримесей 10^-4÷10^-5% ат каскад газовых центрифуг не чувствует их присутствие, и расхождение результатов расчета с фактическим содержанием изотопов урана в отборах ВОУ каскада не происходит.

Параллельно на урановом заводе из коммерческого натурального урана (марки "Н") в НОУ каскаде нарабатывают слабообогащенный уран-разбавитель с уменьшенной на 0,001÷0,007% мас. концентрацией U-235 в отвальном потоке относительно оптимального значения. При существующем варьировании соотношения цен на природный уран и работу разделения оптимальное значение находится в интервале от 0,1 до 0,3% мас.

Поток отбора НОУ каскада непрерывно смешивают в газовой фазе с отбором тяжелой фракции ВОУ каскада в весовой пропорции, обеспечивающей получение гексафторида низкообогащенного урана с требуемым содержанием изотопа U-235.

Отбор легкой фракции ВОУ каскада в газовой фазе разбавляют отвальным потоком НОУ каскада, получая модифицированные отвалы с оптимальным значением содержания U-235. В виду пространственного разделения каскадов потоки UF₆ предварительно десублимируют в промежуточные контейнеры.

Ниже приведены конкретные примеры получения гексафторида НОУ с обогащением 4,4% мас., соответствующего требованиям спецификации ASTM 996-96, из высокообогащенного урана обогащением 90% мас. по U-235 и содержащего 1,05% мас. U-234.

Пример 1. Химическую очистку гексафторида ВОУ совмещали со стадией фторирования оксидов высокообогащенного урана и проводили согласно выше описанной методике. На основе значительного количества статистических данных было установлено, что в сорбционно-десорбционном цикле на фторидах лития и натрия коэффициенты очистки гексафторида ВОУ составили: от фосфора, молибдена, вольфрама - 20, от ванадия - 15, от хрома - 10, от кремния - 4. Содержание прочих примесей, образующих летучие фториды, значительно ниже требований спецификации. Коэффициент очистки от плутония составил 10³-10⁴ и остаточное количество плутония в гексафториде урана на выходе адсорбера фиксировалось на уровне 0,0025÷0,0048 БкPu/гU (или 10^-9÷10^-10% мас.).

Изотопный состав химически очищенного гексафторида ВОУ корректировали в центрифужном каскаде при отношении числа ступеней в ветви тяжелой фракции к числу ступеней в ветви легкой фракции n_т.ф:n_л.ф=1:18. В отборе тяжелой фракции каскада, составившей 99,705% мас. весового расхода питания, суммарное содержание минорных изотопов урана уменьшилось на 0,16% мас. при снижении содержания U-234 до 0,89% мас., что привело к увеличению обогащения до 90,12% мас. по U-235 за счет некоторого роста в тяжелой фракции концентрации изотопа U-236.

Изотопно-очищенный UF₆ (ВОУ) в одностадийном процессе смешивали с 1,5%-ным разбавителем в пропорции 1:29,517, получая на выходе 4,4% мас. по U-235 товарный UF₆ (НОУ). Дозирование потоков осуществляли с помощью критических диафрагм, давление перед которыми поддерживали и регулировали специальными регуляторами. Потоки смешивали в общей коммуникации, далее НОУ продукт десублимировали в технологические емкости объемом 0,8 м³. Емкости нагревали в автоклаве до температуры 70-90°С. Расплав после выдержки для гомогенизации гексафторида НОУ переливали в транспортные контейнеры "30В", которые направляли потребителю. Тонкое регулирование потоков позволяло поддерживать среднее значение содержания U-235 в гексафториде НОУ в строго заданных пределах с отклонением не более 0,1% мас.

Отбор легкой фракции каскада составил 0,295% весового расхода питания гексафторида ВОУ и при обогащении 45,33% мас. по изотопу U-235 имел концентрацию U-232 и U-234, соответственно, 2,0×10^-5% мас. и 54,66% мас. После разбавления отвалом от наработки НОУ разбавителя модифицированные отвалы отправляли на ответственное хранение. Содержание минорных изотопов в модифицированных отвалах в виду значительного разбавления практически не отличалось от их концентрации в натуральных отвалах.

Пример 2. Химическую очистку гексафторида ВОУ проводили аналогично примеру 1. Изотопный состав ВОУ корректировали в центрифужном каскаде с n_т.ф:n_л.ф=1:23,5. Поток тяжелой фракции на выходе каскада составил 99,805% мас. весового расхода потока питания. Изотопно-очищенный UF₆ (ВОУ) непрерывно смешивали с 1,5%-ным разбавителем в пропорции 1:29,517, получая на выходе обогащенный по U-235 до 4,4% мас. товарный UF₆.

Поток легкой фракции на выходе каскада составил 0,195% весового расхода питания гексафторида ВОУ при обогащении по изотопу U-235 17,363% мас. и концентрации изотопов U-232 и U-234, соответственно, 3,03×10^-5% мас. и 82,637% мас.

Дополнительные ЕРР по наработке НОУ разбавителя с уменьшенной концентрацией. U-235 в отвальном потоке компенсируются решением проблемы утилизации радиационно-опасного гексафторида легкой фракции ВОУ каскада и выводом из ядерного топливного цикла нежелательных изотопов урана.

Понятно, что изобретение не ограничивается приведенными примерами. Возможны и другие варианты реализации способа как в части химической очистки в сорбционно-десорбционном цикле на сорбентах из различных фторидов металлов, так и другим построением ВОУ каскада в пределах объема предложенной формулы изобретения.

Предлагаемый способ в части химической очистки гексафторида ВОУ может быть организован на сублиматном заводе и технологически совмещен со стадией перевода оксидов оружейного высокообогащенного урана в гексафторид ВОУ. Наработка гексафторида слабообогащенного урана-разбавителя из коммерческого натурального урана позволяет на действующем изотопно-разделительном урановом заводе иметь значительную экономию разделительных мощностей.

Изобретение относится к ядерному топливному циклу и может быть использовано в производстве топлива ядерных реакторов путем переработки высокообогащенного урана, извлекаемого при демонтаже ядерных боеприпасов и имеющего повышенное содержание минорных изотопов урана. Способ включает превращение оружейного высокообогащенного урана в гексафторид. Гексафторид высокообогащенного урана очищают от химических примесей в сорбционно-десорбционном цикле на фторидах металлов. Корректируют изотопный состав высокообогащенного урана из условия ограничения содержания в высокообогащенном уране минорных изотопов их предельными значениями в прямоугольно-ступенчатом каскаде газовых центрифуг при отношении числа ступеней в ветвях тяжелой и легкой фракций каскада 1:(8÷26). Смешивают гексафторид высокообогащенного урана с гексафторидом урана-разбавителя, обогащенным по изотопу уран-235 выше природного содержания, наработанным из коммерческого натурального. Гексафторид низкообогащенного урана десублимируют в контейнеры. Отбор легкой фракции ВОУ каскада разбавляют отвальным потоком наработки урана-разбавителя. Результат изобретения: снижение безвозвратных потерь U-235, минимизация разделительных мощностей, предназначенных для наработки НОУ разбавителя, утилизация выделенных при корректировке изотопного состава ВОУ минорных изотопов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения гексафторида низкообогащенного урана из оружейного высокообогащенного урана, включающий превращение оружейного высокообогащенного урана в гексафторид, очистку гексафторида высокообогащенного урана от химических примесей, корректировку изотопного состава высокообогащенного урана в каскаде газовых центрифуг из условия ограничения содержания в высокообогащенном уране минорных изотопов их предельными значениями, смешивание гексафторида высокообогащенного урана с гексафторидом урана-разбавителя, десублимацию гексафторида низкообогащенного урана в контейнеры, отличающийся тем, что гексафторид высокообогащенного урана очищают от химических примесей в сорбционно-десорбционном цикле на фторидах металлов, затем корректируют изотопный состав высокообогащенного урана в прямоугольно-ступенчатом каскаде при отношении числа ступеней в ветвях тяжелой и легкой фракций каскада 1:(8÷26), после чего смешивают с ураном-разбавителем, обогащенным по изотопу уран-235 выше природного содержания, наработанным из коммерческого натурального урана.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изотопный состав высокообогащенного урана корректируют из условия содержания изотопа U-232 в отборе легкой фракции каскада (1÷5)·10^-5 мас.%.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отбор легкой фракции каскада разбавляют отвальным потоком наработки урана-разбавителя.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что наработку урана-разбавителя ведут при содержании изотопа U-235 в отвальном потоке ниже оптимального значения на 0,001÷0,007 мас.%.