Спосіб розділення матеріалу, який складається з різнорідних компонентів, і розділяльний пристрій

Спосіб розділення матеріалу, який складається з різнорідних компонентів, який включає в себе такі операції a) введення вихідного матеріалу, який складається з різнорідних компонентів, b) перетворення зазначеного вихідного матеріалу в плазму або іонізовану форму, c) одержання щонайменше одного компонента в принаймні частково іонізованій формі і щонайменше одного іншого компонента в принаймні частково неюнізованій формі, d) утримання зазначених плазми і/або ІОНІВ В магнітному полі, і є) відокремлення зазначених іонізованих компонентів від зазначених неюнізованих компонентів, який відрізняється тим, що забезпечують домінуючі умови, за яких зазначені іонізовані і неюнізовані компоненти вихідного матеріалу знаходяться одне з одним в рівноважному стані 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що додатково включає перетворення принаймні частини відокремленого іонізованого компонента або компонентів в незаряджену форму 3 Спосіб за п 1 або 2, який відрізняється тим, що іонізацію компонентів здійснюють за допомогою температури плазми і/або взаємодії зазначених компонентів з високо енергетичними електронами, отриманими шляхом електронного циклотронного резонансу 4 Спосіб за будь-яким з пп 1-3, який відрізняється тим, що іонізацією керують за допомогою рівня енергії, що підводиться 5 Спосіб за будь-яким з пп 1-4, який відрізняється тим, що підведення енергії не є селективним відносно компонентів вихідного матеріалу 6 Спосіб за будь-яким з пп 2-5, який відрізняється тим, що збирають один або обидва компоненти, і регулюють температурні умови у такий спосіб, щоб очистити зібраний компонент від домішок за допомогою випаровування 7 Спосіб за п 6, який відрізняється тим, що домішки випаровують у вигляді сполук і зібраним компонентом і/або металом 8 Спосіб за будь-яким з пп 1-7, який відрізняється тим, що розділення іонізованих і неюнізованих компонентів здійснюють шляхом виведення неюні о 1 ю со 44357 зованого компонента з плазми, тоді як іонізований компонент утримується магнітним полем 9 Спосіб за будь-яким з пп 1-8, який відрізняється тим, що розділення здійснюють в декількох каскадах, які функціонують за рівнів тиску, ВІДМІННИХ одне від одного, причому тиск в одному або декількох каскадах, розташованих ближче до вхідного отвору, є вищим за тиск в одному або декількох каскадах, розташованих на більшій відстані від вхідного отвору 10 Спосіб за п 9, який відрізняється тим, що використовують три каскади з трьома зонами, причому перша зона функціонує за рівня тиску від 10 до 50 Па, друга зона функціонує за рівня тиску від 5 до 20 Па і третя зона функціонує за рівня тиску від 2 до 10 Па 11 Спосіб за будь-яким з пп 2-10, який відрізняється тим, що зазначений компонент перетворюють в незаряджену форму шляхом зменшення рівня його кінетичної енергії 12 Спосіб за будь-яким з пп 2-11, який відрізняється тим, що зазначений компонент перетворюють в незаряджену форму шляхом співударяння його з поверхнею, переважно з охолодженою поверхнею 13 Спосіб за будь-яким з пп 2-11, який відрізняється тим, що зазначений компонент перетворюють в незаряджену форму шляхом додання певного ХІМІЧНОГО матеріалу 14 Спосіб за п 13, який відрізняється тим, що зазначений ХІМІЧНИЙ матеріал, який додають, має певний заздалегідь визначений рівень кінетичної енергії, який дозволяє одержати зазначену необхідну незаряджену форму в газоподібній формі 15 Спосіб за п 13 або 14, який відрізняється тим, що здійснюють додання ХІМІЧНОГО матеріалу, або додання додаткового ХІМІЧНОГО матеріалу на наступному етапі, у такий спосіб, щоб знизити рівень кінетичної енергії до такого стулена , коли утворюється твердий продукт 16 Спосіб за будь-яким з пп 1-15, який відрізняється тим, що він включає додаткову операцію введення ХІМІЧНОГО матеріалу, який має певний визначений рівень кінетичної енергії, і контактування його із зарядженим компонентом або компонентами, що залишилися, причому рівні кінетичної енергії зазначених зарядженого компонента і ХІМІЧНОГО матеріалу є такі, що в результаті контактування одержують незаряджений компонент або, частинку 17 Спосіб за п 16, який відрізняється тим, що в результуючій частинці є сполучені зазначені компоненти і додатковий, ХІМІЧНИЙ матеріал 18 Спосіб за будь-яким з пп 1-17, який відрізняється тим, що необхідний компонент одержують із різнорідних ІЗОТОПІВ і/або елементів як металевої, так і неметалевої природи 19 Спосіб за будь-яким з пп 1-18, який відрізняється тим, що вихідний матеріал приводять в газоподібну форму шляхом кип'ятіння і/або випаровуванням, і/або сублімації твердого або рідкого вихідного матеріалу 20 Спосіб за будь-яким з пп 1-19, який відрізняється тим, що іонізують деякі або всі металеві елементи, наявні у вихідному матеріалі 21 Спосіб за п 20, який відрізняється тим, що іонізують металеві елементи з атомною масою, більшою за 90 22 Спосіб за будь-яким з пп 1-21, який відрізняється тим, що вихідний матеріал подають в молекулярній формі і селективне розділяють окремі атоми 23 Спосіб за будь-яким з пп 1-22, який відрізняється тим, що вихідний матеріал вводять в утримувальне магнітне поле в неюнізованій формі 24 Спосіб за будь-яким з пп 1-23, який відрізняється тим, що відокремлені незаряджені компоненти направляють на подальше повторне використання і/або піддають подальшій обробці 25 Спосіб за будь-яким з пп 1-24, який відрізняється тим, що заряджені компоненти охолоджують і/або розряджають, одержуючи рідкий або твердий незаряджений продукт 26 Спосіб за будь-яким з пп 1-25, який відрізняється тим, що вихідний матеріал представлений відпрацьованим ядерним паливом, тетрафторидом урану, галогенідами металів, тетрахлоридом титану 27 Розділяльний пристрій, який містить a) плазмений/юнний генератор, b) засіб для селективної іонізації вихідного матеріалу, який складається з різнорідних компонентів, c) засіб для генерування магнітного поля, який утворює магнітне поле для утримання плазми/юнів, і d) засіб для виведення незаряджених компонентів з магнітного поля, який відрізняється тим, що зазначені плазмений/юнний генератор і засіб для селективної іонізації виконані з можливістю забезпечення для домінуючих умов рівноважного стану для іонізованих і неюнізованих компонентів вихідного матеріалу 28 Пристрій за п 27, який відрізняється тим, що в ньому запроваджений засіб для перетворення принаймні деяких з відокремлених заряджених компонентів в незаряджену форму 29 Пристрій за п 28, який відрізняється тим, що плазму/іони генерують шляхом мікрохвильового або високочастотного нагрівання 30 Пристрій за будь-яким з пп 27-29, який відрізняється тим, що для нагрівання і/або випаровування вихідного матеріалу використана піч, нагрівник, джерело мікрохвиль або випарник 31 Пристрій за будь-яким з пп 27-30, який відрізняється тим, що одержаний частково іонізований і частково неюнізований матеріал є в рівноважному стані 32 Пристрій за будь-яким з пп 27-31, який відрізняється тим, що засіб для виведення незаряджених компонентів містить насосну установку 33 Пристрій за будь-яким з пп 27-32, який відрізняється тим, що неюнізовані компоненти матеріалу відокремлюють за допомогою одного або декількох каскадів 34 Пристрій за п 33, який відрізняється тим, що каскади відокремлені одне від одного відокремлювальним елементом, в якому виконаний отвір 35 Пристрій за п 34, який відрізняється тим, що зазначений отвір має радіус, практично ВІДПОВІД 5 44357 ний радіусу плазмового/іонного потоку на даній чого потоку, що залишився, з забезпеченням гасивідстані від вхідного отвору, і радіуси одного або льного і/або охолоджуючого впливу на компоненкількох отворів є приблизно пропорційні кореню ти, що залишилися четвертого степеня з відстані від вхідного отвору 37 Пристрій за будь-яким з пп 27-36, який відрізабо сопла плазмового генератора няється тим, що ХІМІЧНИЙ матеріал вводять на 36 Пристрій за будь-яким з пп 27-35, який відрізкількох етапах, і різні ВХІДНІ отвори рознесені одне няється тим, що пристрій додатково містить засіб від одного вздовж напрямку проходження робочодля додання певного ХІМІЧНОГО матеріалу до робого потоку Даний винахід стосується вдосконаленої методики обробки матеріалів, особливо (але не виключної) обробки ядерного палива і матеріалів, що використовуються в галузях, пов'язаних з ядерним паливом Виготовляння і повторне використання ядерного палива і супутніх матеріалів включає в себе тривалі і складні етапи Так, починаючись із здобутої уранової руди, цей процес включає в себе поступове перетворення і збагачення колишнього викопного матеріалу до форми і степеню, що уможливлюють виготовлення паливних таблеток Проміжні етапи загального технологічного маршруту репрезентують початкові пункти і для виробляння багатьох інших матеріалів Основними етапами загального процесу є концентрування вихідних оксидів урану у вигляді гексапдрату уранілнітрату, етап денітрації, з метою перетворення зазначеного матеріалу в ІІОз, етап відновлення, з метою перетворення ІІОз в UO2, етап пдрофторування з метою утворення UF4 додатковий етап фторування, з метою утворення UF6, етап збагачення, виконуваний за допомогою фізичних або ХІМІЧНИХ засобів, і, нарешті, перетворення збагаченого UF6 в UO2 у керамічній формі ця форма використовується для виготовлення паливних таблеток Аналогічно, повторне використання відпрацьованого палива включає в себе ПОСЛІДОВНІСТЬ складних ХІМІЧНИХ і фізичних операцій, виконуваних для виведення різних продуктів поділу із збідненого палива і підвищення концентрації 235 U в матеріалі до такого рівня, що цей матеріал знову можна буде використовувати як паливо, шляхом відокремлення інших компонентів, присутніх у відпрацьованому паливі Складність, притаманна цим процесам, так само притаманна і іншим процесам обробки, що здійснюються в циклі приготування ядерного палива (або які мають до нього відношення), такого як торій, плутоній, гадоліній та ІНШІ Приготування металевого урану (незбагаченого), наприклад, для використання в магноксових реакторах, також включає в себе складні етапи обробки Складні процеси обробки зустрічаються також при вироблянні інших матеріалів, що безпосередньо не відносяться до галузі ядерного палива Наприклад, звичайний процес виробляння металевих титана, ніобію і родію включає в себе, серед іншого, приведення речовин, що містять метал, в галогенидну форму, за чим слідує його декомпозиція з галогенидної форми в метал Для здійснення етапів, що є складовими усіх цих процесів, необхідні дуже серйозні збагачувальні установки - і за розмірами, і за капіталовкладеннями, і за експлуатаційними витратами РІЗНІ процеси і їх специфічні вимоги породжують також супутні проблеми Так, наприклад, процеси, що використовують фторування, потребують складного і небезпечного електролітичного процесу виготовлення необхідного фтору Даний винахід має на меті запропонувати альтернативний технологічний маршрут для багатьох процесів і/або спосіб для приведення матеріалів в більш зручні форми, і/або спосіб для утилізації або повторного використання матеріалів, разом з пристроєм для здійснення цих способів Згідно З першим аспектом винаходу, ми пропонуємо спосіб, який включає в себе такі операції a) введення вихідного матеріалу, який складається з різнорідних компонентів, b) перетворення зазначеного вихідного матеріалу в плазму або іонізовану форму, c) одержання щонайменше одного компонента в принаймні частково іонізованій формі і щонайменше одного іншого компонента в принаймні частково неюнізованій формі, d) утримання зазначених плазми і/або ІОНІВ В магнітному полі, і є) відокремлення зазначених іонізованих компонентів від зазначених неюнізованих компонентів Потрібний компонент може бути виділений з різнорідних ІЗОТОПІВ і елементів як металевої, так і неметалічної природи Розділення може бути повним або частковим Передбачається можливість введення вихідного матеріалу в формі азотовмісної речовини, але особливо переважним є введення вихідного матеріалу у формі фторвмісної речовини Придатними вихідними матеріалами є матеріали, що містять ураніл нітрат, гексафторид урану, нітрат плутонія, нітрат торію, збіднений ураніл нітрат, збіднений гексафторид урану або їхні суміші До інших придатних матеріалів входять відпрацьоване ядерне паливо, тетрафторид урану і ІНШІ метали в формі галогенидів, такі як тетрахлорид титану Ці матеріали можуть бути в формі гідратів Зазначений матеріал з різнорідних компонентів може складатися з двох або декількох різних елементів, двох або декількох різних ІЗОТОПІВ одного і того ж елемента, різних елементів разом з різ 44357 ними ізотопами одного або декількох з цих елементів, або речовин і/або сумішей речовин, що включають в себе різні елементи, різні ізотопи або різні ізотопи і різні елементи Використовуваний в цій заявці термін "компоненти" слід розуміти як такий, що означає, серед інших, будь-який з цих варіантів, якщо не обумовлено іншого Вихідний матеріал може бути введений в магнітне поле у вигляді газу, рідини, твердих частинок або суміші цих фаз Перевага віддається введенню в магнітне поле газу Вихідний матеріал може бути введений в засіб генерування плазми у вигляді газу, рідини, твердих частинок або суміші цих фаз Вихідний матеріал може бути введений в засіб іонізації у вигляді газу, рідини, твердих частинок або суміші цих фаз Перевага віддається введенню в засіб іонізації газу, особливо коли не передбачений плазмовий генератор Вихідний матеріал може бути приведений у газоподібну форму шляхом кип'ятіння і/або випаровування і/або сублімації твердого або рідкого первісного вихідного матеріалу Перетворення в газоподібний стан може бути виконане за допомогою печі, мікрохвильового нагрівального засобу або нагрівального засобу іншого типу Переважно газ вводять перед іонізацією Переважно певний конкретний компонент весь, або практично весь, іонізується Переважно певний конкретний компонент весь, або практично весь, не іонізується Переважно деякі або всі металеві елементи, присутні у вказаному вихідному матеріалі, іонізуються Іонізація металевих елементів з атомною масою більше 90 є особливо переважною Переважно деякі або всі неметалеві елементи у вказаному вихідному матеріалі не іонізуються Переважно всі елементи з атомною масою менше 90, найбільш переважно - менше 70, і ідеально — менше 60 — залишаються в неюнізованій формі Особливо переважно, щоб були іонізовані такі елементи, як уран і/або плутоній і/або торій і/або гадоліній Переважно, щоб не були іонізовані такі елементи, як водень і/або фтор і/або кисень і/або азот Переважно бор не є іонізований Переважно продукти поділу не є іонізовані Іонізація компонентів може бути спричинена температурою плазми Додатково або як альтернатива іонізація компонентів може бути спричинена взаємодією компонентів з високоенергетичними електронами, отриманими за допомогою електронного циклотронного резонансу Степінь іонізації і/або іонізовані компоненти можна контролювати, варіюючи енергію, що подається в блок електронного циклотронного резонансу (ЕЦР), і/або час перебування в ньому Переважно іонізацією керують, регулюючи рівень енергії, що подається в блок ЕЦР Рівень цієї енергії можна регулювати за допомогою контролювання температури плазми Переважно ця енергія не є селективною щодо компонентів вихідного матеріалу Завдяки цьому всі компоненти вихідного матеріалу переважно виводяться на такий самий енергетичний рівень Переважно іонізовані і неюнізовані компоненти вихідного матеріалу знаходяться одне з одним в рівноважному стані за 8 домінуючих умов Вихідний матеріал може бути перетворений у газ і поданий в блок ЕЦР для іонізації Для перетворення твердого або рідкого вихідного матеріалу в газоподібну і/або пароподібну форму може бути використаний пічний нагрівальний пристрій або випарник ВІДПОВІДНО, В одному з конкретних варіантів здійснення винаходу плазма може перетворювати ВИХІДНІ матеріали в окремі атоми, після чого електронний циклотронний резонанс може забезпечувати принаймні часткову іонізацію, переважно селективного характеру Вихідний матеріал може вводитися в формі молекул і потім перетворюватися в окремі атоми і/або елементарні форми за допомогою засобу генерування плазми і/або засобу іонізації і/або нагрівального засобу Це перетворення в окремі атоми і/або елементарні форми може забезпечити часткову іонізацію однієї або декількох частинок, що утворюються Так, вихідний гексагидрат уранілнітрату може бути перетворений в U, N і Н (окремі атомарні форми), разом з N2 і C-z (елементарні форми), так само як і U+ (іонізовані частинки) Переважно вихідний матеріал вводять у молекулярній формі, а селективне розділення здійснюють над матеріалом у вигляді окремих атомів і/або елементарних форм, які відокремлюють від іонізованих окремих атомарних форм і/або елементарних форм Завдяки цьому забезпечується методика, застосовна до більш широкого кола матеріалів, ніж у випадку введення вихідного матеріалу в елементарній формі і здійснення розділення в елементарній формі, або введення вихідного матеріалу в молекулярній формі і здійснення розділення в молекулярній формі Щоб забезпечити селективну іонізацію компонентів у потрібний спосіб, можна регулювати температуру вказаної плазми Отже, плазма може іонізувати певні компоненти вихідного матеріалу, але залишати неюнізованими ІНШІ компоненти, такі як продукти поділу і/або неметалеві елементи Переважно температура плазми сягає від 3000К до 4500К Переважно плазма генерується мікрохвильовими або високочастотними засобами Переважно плазма в генераторі обробляється за тиску між ЮООПа і ЮОООПа Переважне значення 2000Па±10% Додатково або як альтернатива для забезпечення селективної іонізації компонентів необхідним чином може регулюватися час перебування вихідного матеріалу всередині плазми перед розділенням Переважно вихідний матеріал вводять в утримувальне магнітне поле в неюнізованій формі Переважно в магнітному полі відбувається процес часткової іонізації незарядженого газу Газ може бути в формі молекул і/або атомів Магнітне поле може бути конфігуроване так, щоб визначити циліндричний активний об'єм, в якому плазма і/або іони зазнають обробки Переважно плазма і/або іони проходять вздовж осі цієї утримувальної зони від засобів генерування плазми і іонізації до наступного блоку— розділяльного каскаду Переважно розділення іонізованих і неюнізо 44357 ваних компонентів здійснюється шляхом виведення неюнізованого компонента з плазми, найбільш переважно - у вигляді газу Неюнізовані компоненти можуть бути відкачані від іонізованого компонента Іонізований компонент утримується від пересування магнітним полем Відокремлення іонізованих компонентів від неюнізованих може бути виконане в декількох каскадах Переважно ці каскади відокремлені одне від одного Каскади можуть бути відокремлені одне від одного відокремлювальною перегородкою, в якій запроваджений отвір Переважно отвір знаходиться повністю в межах утримувальної зони магнітного поля Переважно один або декілька каскадів працюють за рівня тиску, ВІДМІННОГО ВІД рівня тиску одного або декількох інших каскадів Рівень тиску може підтримуватися використовуваним рівнем накачки Переважно тиск в одному або декількох каскадах, ближчих до вхідного отвору, є вищим, ніж в одному або декількох каскадах, розташованих на більшій відстані від входу Переважно тиск знижується в кожній зоні відносно попереднього каскаду, більш близького до вхідного отвору Переважно тиск в кожному каскаді становить від 30% до 60% від тиску в попередньому каскаді, з віддаленням від вхідного отвору Переважно передбачені три блоки-каскади Кожний каскад може мати в довжину від 0,5м до 2,0м Переважно перший каскад працює за рівня тиску від ЮПа до 50Па Переважно - 40Па ± 10% Переважно другий каскад працює за рівня тиску від 5Па до 20Па Переважно - 16Па ± 10% Переважно третій каскад працює за рівня тиску від 2Па до ЮПа Переважно - 7Па ± 10% Відокремлені незаряджені компоненти можуть бути направлені для наступного повторного використання і/або піддані додатковій обробці Вона може включати в себе додаткову селективну іонізацію і/або селективну обробку для розділення різних компонентів Відокремлені заряджені компоненти переважно продовжують утримуватися в магнітному полі Відокремлені заряджені компоненти можуть бути піддані додатковій обробці, в тому числі селективній деіонізації, деіонізації, за якою слідує додаткова селективна іонізація, або ІНШІЙ селективній обробці для розділення різних компонентів Заряджені компоненти можуть бути охолоджені і/або розряджені з метою одержання рідкого і/або твердого незарядженого продукту Заряджені компоненти можуть бути зібрані на заземленій або зарядженій СІТЦІ, пластині, електроді або на масі самого продукту Заряджені компоненти можуть бути зібрані в посудину або контейнер У посудині або контейнері може бути передбачений резервуар з рідиною Можливе регулювання температурних умов для очищення зібраних компонентів шляхом випаровування домішок Домішки можуть випаровуватися в формі з'єднань з металом і/або зібраним компонентом Передбачається можливість випаровування галогенидів Зібрані заряджені компоненти можуть час від часу або безперервно виводитися з міста збору Спосіб може включати в себе додатковий етап 10 введення ХІМІЧНОГО матеріалу, переважно з контрольованим рівнем кінетичної енергії, і приведення його в контакт із зарядженим компонентом або компонентами, що залишилися, причому рівень кінетичної енергій зарядженого компонента і цього ХІМІЧНОГО матеріалу є такий, що одержують незаряджений компонент або незаряджені частинки Компонент може все ще бути у вигляді газу Зазначений ХІМІЧНИЙ матеріал може складатися з матеріалу, вибраного так, щоб він забезпечував одержання необхідних незаряджених частинок і/або необхідного кінцевого продукту, наприклад, таким ХІМІЧНИМ матеріалом може бути кисень або інертний газ Цей ХІМІЧНИЙ матеріал може бути доданий при температурі від 100К до 2000К, переважно - від 100К до 500К Зазначені компонент і ХІМІЧНИЙ матеріал в одержуваних частинках можуть бути сполученими Можливий варіант - оксид Температура цієї сполуки може регулюватися так, щоб забезпечити одержання частинок в бажаній формі Для урану переважна температура 2500К, що дозволяє отримувати уран у вигляді газоподібного UO2 як основної форми Може бути передбачений етап, на якому до незарядженого компонента додають додатковий ХІМІЧНИЙ матеріал, щоб знизити рівень кінетичної енергії до рівня, за якого утвориться твердий продукт Альтернативно або додатково зниження рівня кінетичної енергії може бути досягнуте шляхом співударяння незарядженого компонента з поверхнею, переважно охолодженою поверхнею Зниження рівня кінетичної енергії незарядженої частинки може відбуватися дуже швидко, так, щоб уникнути небажаних проміжних рівноважних форм продукту Переважний період переходу— менший за 2мс Цей додатковий ХІМІЧНИЙ матеріал може бути таким самим, що й доданий раніше ХІМІЧНИЙ матеріал, або іншим Переважно кінцевим продуктом процесу є необхідне (потрібне) з'єднання, елемент або ізотоп і, переважно, потрібного сорту Особливо переважним продуктом процесу є оксид металу керамічного класу, хоч таким способом може бути отриманий і чистий метал Уранові, плутонієві, торієві і, по суті, будь-які МОХ-продукти можуть бути виготовлені шляхом керування умовами процесу Згідно З другим аспектом винаходу, ми пропонуємо розділяльний пристрій, що включає в себе a) плазмений/юнний генератор, b) засіб для селективної іонізації вихідного матеріалу, який складається з різнорідних компонентів, c) засіб для генерування магнітного поля, який утворює магнітне поле для утримання плазми/юнів, і d) засіб для виведення незаряджених компонентів з магнітного поля Вихідний продукт може вводитися у твердому стані, як рідина або газ Піч, нагрівник, джерело мікрохвиль, випарник або ІНШІ нагрівальні засоби можуть бути використані для нагрівання і/або випаровування і/або сублімації і/або газифікування і/або випаровування вихідного матеріалу Переважно плазма і/або іони генеруються за допомогою мікрохвильового або високочастотного 11 44357 12 нагрівання Іонізація компонентів може бути сприПереважно отвори мають радіуси, суттєвою чинена температурою плазми мірою ВІДПОВІДНІ радіусу плазменно-юнного потоку на даній відстані від вхідного отвору Переважно Переважно плазму нагрівають до температури радіус отвору є такий самий, як радіус плазменновід 3000К до 450К, найбільш переважно - до 4000К юнного потоку на даній відстані від вхідного отво± 10% Переважно вихідний отвір плазмовору, або є більший за нього на щонайбільше 10% го/іонного генератора має радіус від 20мм до Переважно радіуси одного або кількох отворів є 40мм приблизно пропорційні кореню четвертого степеню Плазмовий генератор може діяти як засіб для з відстані від вхідного отвору або сопла плазмовоселективної іонізації різнорідних компонентів вихіго генератора дного матеріалу Альтернативно або додатково співударяння високоенергетичних електронів, Переважно радіус отвору є меншим за радіус отриманих засобом електронного циклотронного утримувальної зони, визначеної магнітним полем в резонансу, можуть забезпечувати засіб для селекцьому МІСЦІ тивної іонізації вихідного матеріалу із різнорідних Пристрій може також містити засіб для доданкомпонентів ня ХІМІЧНОГО матеріалу до робочого потоку, що залишився Переважно ХІМІЧНИМ матеріалом, який Матеріал може бути введений в блок ЕЦР у додається, є кисень або інертний газ Особливо вигляді молекулярного і/або атомарного газу переважно, щоб ХІМІЧНИЙ матеріал, який додаєтьСтепінь іонізації і/або іонізовані компоненти ся, забезпечував гасильний і/або охолоджуючий можна регулювати, варіюючи енергію, що подавплив на компоненти, що залишилися Переважно ється Рівень енергії, що подається, можна контцей ХІМІЧНИЙ матеріал при контакті з компонентаролювати за допомогою температури Переважно ми, що залишилися, переводить їх із зарядженої в вихідний матеріал збуджують рівномірно Переванезаряджену фазу Найбільш переважно, щоб пісжно енергія по відношенню до наявних компоненля цієї зміни цей компонент все ще залишався в тів подається не-селективно Переважно одержугазоподібному стані ваний в результаті частково іонізований/частково неюнізований матеріал є в рівноважному стані за В особливо переважному варіанті здійснення домінуючих умов винаходу ХІМІЧНИМ матеріалом, що додається, є кисень Переважно він, коли додається, має темУтримувальне магнітне поле може бути аксіапературу від 100К до 500К, забезпечуючи приблильно-вирівняним зну температуру 2500К при поєднанні із заряджеПереважно засіб для генерування магнітного ним компонентом За цієї температури, наприклад, поля включає в себе один або декілька соленоїдів уран утримується у вигляді незарядженого газу, Переважно магніти зібрані в кільцеву або циліндпереважно в формі UO2 ричну батарею У такий спосіб магнітне поле визначає центральну утримувальну зону, переважно Передбачається також запровадження ще одциліндричної конфігурації Переважно магнітне ного додаткового засобу для додання додаткового поле є утримувальним полем, найбільш переважХІМІЧНОГО матеріалу Переважно це додаткове доно — аксіально-вирівняним Для цього можуть будання перетворює робочий потік з газоподібного ти використані значення напруженості магнітного стану в твердий Замість цього або додатково пополя, які перевищують 0,075Тесла або перевищуниження рівня кінетичної енергії може бути забезють 0,1 Тесла печене шляхом співударяння незарядженого компонента з поверхнею, переважно охолодженою Переважно вихідний матеріал вводять в магніповерхнею Переважно це перетворення здійснютне поле перед іонізацією ють дуже швидко, як тільки можливо, щоб запобігПереважно розділення здійснюють шляхом ти утворенню проміжних рівноважних форм Перевиведення неюнізованого компонента з плазми важно одержуваним в результаті продуктом є Переважно засіб для виведення незаряджених паливний матеріал керамічного класу, такий як компонентів включає в себе насосну установку UO2 Переважно заряджені компоненти утримуються в магнітному полі Згідно З третім аспектом винаходу, ми пропонуємо спосіб, що включає в себе такі операції Неюнізовані компоненти можуть відокремлюватися від вихідного матеріалу за допомогою одa) введення вихідного матеріалу, який складаного або декількох каскадів Переважно в кожному ється з різнорідних компонентів, каскаді запроваджені один або декілька вихідних b) перетворення зазначеного вихідного матеотворів, через які виводять неюнізовані компоненріалу в плазму або іонізовану форму, ти c) одержання щонайменше одного компонента в принаймні частково іонізованій формі і щонайПереважно ці каскади відокремлені одне від менше одного іншого компонента в принаймні часодного відокремлювальним елементом Переважтково неюнізованій формі, но ця перегородка має круглий отвір, через який проходить матеріал Переважно отвори в перегоd) утримання зазначених плазми і/або ІОНІВ В родках є СПІВВІСНИМИ Діаметр або розмір отвору в магнітному полі, і одному або декількох перегородках може бути є) відокремлення зазначених іонізованих комбільшим, ніж діаметр або розмір отвору в одному понентів від зазначених неюнізованих компоненабо декількох перегородках, розташованих ближче тів, до вхідного отвору для введення вихідного матеі додатково включає в себе перетворення приріалу Переважно отвори послідовно збільшуються наймні частини відокремленого іонізованого комв діаметрі з віддаленням від вхідного отвору для понента або компонентів в незаряджену форму введення вихідного матеріалу Компонент може бути перетворений в незаря 13 44357 14 джену форму шляхом пониження рівня його кінеджену форму шляхом співударяння його з повертичної енергії, тобто сконденсований хнею, переважно охолодженою поверхнею Компонент може бути перетворений в незаряКомпонент може бути перетворений в незаряджену форму шляхом співударяння його з поверхджену форму шляхом додання ХІМІЧНОГО матеріанею, переважно охолодженою поверхнею лу Може бути використана комбінація з одного або декількох з названих методів Компонент може бути перетворений в незаряджену форму шляхом додання ХІМІЧНОГО матеріаХІМІЧНИЙ матеріал може бути введений за лу Може бути використана комбінація з одного один або декілька разів Коли використовуються або декількох з названих методів декілька таких етапів, є переважним, щоб різні ВХІДНІ отвори були рознесені одне від одного Переважно ХІМІЧНИЙ матеріал, який додають, вздовж напрямку проходження робочого потоку має певний заздалегідь визначений рівень кінетиТак, може бути запроваджений перший засіб для чної енергії, який дозволяє одержати зазначену здійснення перетворення із зарядженого в незанеобхідну незаряджену форму Найбільш переваряджений стан і можуть бути передбачені другий жною незарядженою формою є газоподібна форабо додаткові етапи для перетворення незаряма Передбачається перетворення одного або дженого компонента в твердий стан або в потрібне декількох компонентів, або ЙОГО(ІХНЬОІ) частини, в хімічну сполуку Передбачається можливість винезаряджену форму з одночасним збереженням робляння необхідного продукту в формі як елемеодного або декількох інших компонентів, або йонта, так і сполуки го(їхньоі) частини, і /або частини першого компонента або компонентів, в зарядженій формі Звичайно, ІНШІ особливості пристрою або способів, розглянуті в будь-якому МІСЦІ цього докумеДодання ХІМІЧНОГО матеріалу або додаткового нту, також можуть бути застосовними для цього ХІМІЧНОГО матеріалу на наступному етапі може бути аспекту винаходу таким, щоб знизити рівень кінетичної енергії до такого степеню, що утворюється твердий продукт Згідно З П'ЯТИМ аспектом винаходу, ми пропонуємо компоненти, матеріали, сполуки, елементи Доданий ХІМІЧНИЙ матеріал може реагувати з або ізотопи, розділені згідно з першим і/або третім компонентом або просто знижувати його рівень аспектами винаходу і/або з використанням прикінетичної енергії Компонент може одержуватися строю за другим і/або четвертим аспектами винав елементарній формі або в формі сполуки ходу, і/або їхні форми, що зазнали додаткової обПереважно перехід від незаряджених газопоробки дібних частинок до твердого продукту відбувається дуже швидко Переважно час переходу є менЦі розділені компоненти можуть бути різнорідший за 2мс ними елементами, наявними в вихідному матеріалі Так, передбачається можливість відокремлення Розділення урану і фтору з вихідного гексафурану від фтору, а також відокремлення одне від ториду урану є одним з можливих застосувань одного інших елементів, наявних в одній або декіПередбачається також можливість відокремлення лькох даних сполуках Передбачається можливість урану з гексапдрату уранілнітрату і інших різновивиробляння оксидів металів керамічного класу, дів вихідного матеріалу придатних для використання як паливо Передбачається також можливість додаткової обробки і подальшого використання незаряджених Степінь розділення компонентів може бути компонентів, відокремлених від заряджених компрактично повним або лише частковим Так, пепонентів Особливо переважним є використання редбачається можливість процесів, в яких у виглятакого технологічного маршруту для одержання ді незаряджених компонентів виводиться лише або регенерації фтору певна частка компонента, наявного в вихідному матеріалі, тоді як більша частка цього компонента Цей аспект винаходу може, звичайно, включазалишається в потоку продукту, що складається із ти в себе будь-які можливості або особливості, заряджених компонентів розглянуті в будь-якому МІСЦІ цього документу, включаючи ті, що стосуються генерації ІОНІВ і/або Звичайно, перший або другий потоки незаряплазми, їх утримання, методів розділення і ІНШІ дженого продукту може являти собою корисний і необхідний продукт розділення, в рівній мірі з кінЗГІДНО З четвертим аспектом винаходу, ми цевим продуктом, отримуваним із зарядженого пропонуємо розділяльний пристрій, який містить компонента a) плазмений/юнний генератор, b) засіб для селективної іонізації вихідного маЗгідно З ШОСТИМ аспектом винаходу, ми пропотеріалу, який складається з різнорідних компоненнуємо паливні таблетки, паливні стержні або тептів, ловидільні збірки або компоненти для ядерного реактора, що включають в себе продукт або ж доc) засіб для генерування магнітного поля, який датково оброблений продукт, одержаний згідно з утворює магнітне поле для утримання плазбудь-яким аспектом новизни винаходу з першого ми/юнів, по п'ятий d) засіб для виведення незаряджених компонентів з магнітного поля, і Нижче будуть описані різні варіанти здійсненє) засіб для перетворення принаймні деяких з ня даного винаходу, виключно як приклади і з повідокремлених заряджених компонентів в незарясиланнями на надані креслення, на яких джену форму Фіг 1 - схематичне зображення першого варіанту здійснення даного винаходу, Компонент може бути перетворений в незаряджену форму шляхом пониження рівня його кінеФіг 2 - фазова діаграма для урану, кисня, азотичної енергії, тобто сконденсований ту і водня, Компонент може бути перетворений в незаряФіг 3 - фазова діаграма для U+, UO, UO21 ІІОз, 15 44357 16 Фіг 4 - схематичне зображення в частковому нення між іонізованими і неюнізованими частинкарозрізі другого варіанту здійснення даного винахоми в цьому випадку приводять до обміну енергією, який може призвести до іонізації раніше не іонізоДУ, ваних частинок і/або втрати заряду раніше іонізоФіг 5 - схематичне зображення третього варіаваних частинок У такому випадку розділення має нту здійснення даного винаходу, і здійснюватися дуже швидко, інакше цей селективФіг 6 - схематичне зображення четвертого ваний характер буде втрачений ще до того, як при ріанту здійснення даного винаходу розділенні буде досягнута скільки-небудь значна Методики, запропоновані даним винаходом, селективність пропонують гнучкі системи обробки, які можуть успішно використовуватися з різноманітними вихіЗа рівноважного стану плазми в запропоновадними матеріалами в різних станах і забезпечуваній системі зіткнення не тількиприпустимі, але й ти велику різноманітність кінцевих продуктів, у бажані, щоб забезпечити рівномірний розподіл різних станах і формах енергії, що підводиться, по всій плазмі Зіткнення не будуть спричиняти негативного ефекту, оскільВихідний матеріал, представлений гексапдраки, наприклад, найбільш вірогідним результатом том уранілнітрату + зіткнення між іоном U і атомом F будуть, за умов Як показано на фіг1, вихідний матеріал, що + рівноваги, іон U і атома F Стан рівноваги не запідлягає обробці, вводять по стрілці 2 У цьому безпечує енергії, достатньої для того, щоб зіткненконкретному прикладі вихідний матеріал предстаня призвели до переносу електронів і розрядження влений розчином гексагідрату уранілнітрату Вихіюна Той факт, що дозволяються зіткнення, ознадний розчин пропускається через плазмений генечає також, що можна працювати з плазмою, яка є ратор (4), який швидко нагріває вихідний розчин у відносно щільному стані, що забезпечує проходо приблизно 4000К плазмовий генератор (4) модження через систему значної КІЛЬКОСТІ матеріалу же бути плазмовим генератором мікрохвильового за певний час Якщо є необхідним уникати зіткабо високочастотного (ВЧ) типу Можна легко занень, необхідно забезпечувати якнайменшу ЩІЛЬбезпечити можливість контролювання температуНІСТЬ вмісту ІОНІВ і атомів, щоб знизити імовірність ри плазми зіткнень Провідні соленоїди в батареї (6) створюють магнітне поле високої напруженості, силові лінії Іони урану, як заряджені частинки, утримуютьякого схематично показані штриховими ЛІНІЯМИ (8) ся магнітним полем і спонукаються до подальшого Біля каскаду, в якому за допомогою плазмового проходження через надпровідні соленоїди (6) Негенератора іонізується вихідний матеріал, він вже зарядженість атомів азоту, кисня і водня дозволяє знаходиться в межах цього магнітного поля їм пересуватися вільно, не відчуваючи впливу магнітного поля, і тому їх можна "викачувати" з камеПровідні соленоїди забезпечують створення ри (12), що показано потоком (14) Для цього можполя з напруженістю, більшою за 0,1 Тесла на використовувати вакуумні насоси Як результат дії плазмового генератора (4), матеріал, який входить в камеру (12), має сильно Здійснюване згодом охолодження потоку (14) підвищену температуру За такої температури гекдозволяє цим матеріалам знов повернутися в рівсапдрат уранілнітрату розпадається на атоми новажний стан, при цьому звичайно утворюються елементів, що його складають Це дозволяє здійсмолекули N2, Ог і НгО і оксидів азоту нювати обробку вихідного матеріалу в залежності Як результат цього етапу процесу, уран вияввід специфіки його атомарного складу, не потреляється відокремленим від інших елементів, що буючи вихідного матеріалу в елементарній формі і входили до вихідного гексагідрату уранілнітрату без необхідності в обробці вихідного матеріалу з Уможливлена подальша обробка відокремленого урахуванням лише відмінностей між молекулами, урану, за потребами які будуть згодом іонізовані чи ні Сильне однорідне поле, що діє в зоні (16), жорстко обмежує переміщення ІОНІВ урану Як можна побачити з фазової діаграми, представленої на фіг 2, за 4000К і умов, створених в Завдяки введенню потоку кисня (42) в зону камері (12), атоми урану є заряджені (U+), крива (44) відбувається різке охолодження (гасіння) ІОНІВ 20 Переважна КІЛЬКІСТЬ азоту, кисня і водня при U Контролюючи охолодження, температура може цій температурі, навпаки, залишається у вигляді бути знижена до 2500К За такої температури, як незаряджених атомів або молекул, як показано на видно з фіг 3, переважаючою формою матеріалу є фіг 2 кривими, які представляють азот (крива 22), газоподібний UO2 в незарядженому стані, хоч і ІНШІ кисень (крива 24) і водень (крива 26) Всі іони пеОКСИДНІ форми урану, ймовірно, будуть наявними, ребувають в газоподібній формі в меншій КІЛЬКОСТІ Знову є забезпечений рівноважний стан системи Селективна іонізація відбувається як наслідок загального для всієї системи рівня енергії ВІДПОЗа потреби температура може бути знижена ВІДНО, частинки, які іонізуються за таких домінующе більше, шляхом введення додаткового охолочих умов, і частинки, які не іонізуються, визначаджуючого потоку (52), і оксид урану швидко переються за рівноважного стану, досягнутого для ходить з газоподібного в твердий стан, у вигляді даних частинок за даних умов Отже, забезпечукерамічного порошку, в зоні (54) Кінцевий продукт вана селективна іонізація є стабільною і довготривиходить як потік (58) валою, і дозволяє здійснювати подальшу обробку Продукт може бути підданий подальшій додатбез впливу фактору обмеження за часом ковій обробці, наприклад, для перетворення його на матеріал паливного класу Можливе досягнення селективної іонізації у разі, якщо підводити енергію селективно по відноТаким чином, цей процес забезпечує перетвошенню до різних частинок в системі Однак зіткрення вихідного розчину гексагідрату уранілнітрату 44357 17 18 в порошок дюксиду урану, з використанням одноріал є тетрахлоридом титану, а цільовим продукмодульної установки Аналогічний результат може том є металевий титан, але цей спосіб в рівній мірі бути досягнутий з іншими вихідними речовинами може бути застосований до широкого спектра виі/або сумішами вихідних речовин хідних матеріалів Одномодульна установка, що відповідає цьоУ цій установці вихідний матеріал (2) прохому процесу і має загальну довжину, приблизно, дить через плазмений генератор (4) і утримується 10м і активну область діаметром біля 1м, може в магнітному полі (8) обробляти від 50кг до 200кг вихідного урану за Температура плазми є такою, що вихідний магодину теріал розділяється на окремі атоми, частина яких може бути іонізована Час перебування всередині блоку дуже малий, порядку Юмс Цей час є обумовлений теоретичЗгодом матеріал у цьому вигляді пропускають ною середньою швидкістю, з якою іони урану печерез блок електронного циклотронного резонансу ресуваються за температури 4000К, тобто 6 х (102) (блок ЕЦР), який спричиняє підведення до104см/с даткової енергії до плазми, обумовлене зіткненнями високоенергетичних електронів з компонентаВихідний матеріал, представлений відпрацьоми Згідно З ВІДПОВІДНОЮ фазовою діаграмою і за ваним паливом даного рівня енергії, забезпечуваного зіткненнями, Окрім перетворення природного гексапдрату як наслідок встановлення загального енергетичноуранілнітрату в матеріали паливного класу, запрого рівня системи іонізуються певні визначені компонована методика знайде застосування в інших поненти, в даному випадку - титан, в той час як областях, пов'язаних з обробкою, включаючи реІНШІ компоненти, наприклад, хлор, залишаються в генерацію речовин з відпрацьованих паливних неюнізованій формі Селективна іонізація відбувастержнів з метою одержання потрібних компоненється завдяки рівноважному стану частинок, іонітів зованих і неюнізованих, який є домінуючим Відпрацьоване паливо складається, головним чином, з порошку UO2 в поєднанні з різними проЗгодом матеріал подається в камеру (12), де дуктами поділу, звичайно з атомною масою, нижнезаряджений хлор може бути виведений з магнічою за 60, і малими кількостями 235 U і плутонія тного поля у вигляді потоку (14) Цей хлор може Шляхом перетворення цього матеріалу в нітратбути потім повернений на попередні етапи загальний розчин і введення цього розчину в процес, ного процесу, використовуваного для виробляння описаний вище, можуть бути здійснені описані тетрахлориду титану нижче операції розділення Компонент, що залишився, титан, може бути Тут знову може бути застосований пристрій, оброблений, як показано на фіг 1 (з тими ж етапапоказаний на фіг1, у ВХІДНІЙ камері (12), розташоми обробки), або підданий ІНШІЙ обробці ваній після плазмового генератора, 23 U, ізотопи Виробляння металевого урану плутонія і U (який складає переважну частину Запропонована методика в іншому варіанті палива) повністю іонізовані БІЛЬШІСТЬ продуктів здійснення винаходу, проілюстрованому за допоподілу, так само як і N, Н і О, залишаються в неюмогою фіг 5, надає також зручний спосіб виробнізованому стані і, ВІДПОВІДНО, не утримуються маляння металевого урану У рівній мірі він може гнітним полем Тому ці елементи можуть бути відбути застосований для одержання інших елеменкачані в потоці (14) тів шляхом розділення інших вихідних матеріалів на їхні складові елементи Потік продукту (14) може зазнавати подальшої обробки, включаючи операцію або операції процеЗвичайні способи використовують згадані вису, запропонованого цим винаходом, щоб відокреще операції концентрування, денітрації, відновмити компоненти, ізотопи або елементи, до яких є лення і пдрофторування перед тим, як фторид зацікавленість, від інших частинок, що містяться в урану буде перетворений в металеву форму шляцьому потоку хом введення його в реакцію з магнієм Тепер можна зібрати і/або піддати подальшій З іншого боку, запропонований спосіб пропообробці потік продукту (16), утримуваний у магнітнує зручний шлях відокремлення металевого ураному полі Потік продукту (16) може бути різко ну від вихідного гексапдрату уранілнітрату охолоджений (погашений), як описано вище, для Вихідний гексапдрат уранілнітрату (200) ввоодержання твердого продукту Що стосується надять в пристрій Вихідний матеріал складається з ступної обробки, продукт може бути підданий збатаких елементів уран, азот, кисень і водень, плагаченню звичайними способами Можна викорисзмовий генератор (202) мікрохвильового або ВЧ тати процедури для належного відокремлення типу дуже швидко піддає вихідний матеріал впли23 35 ІЗОТОПІВ U, U і плутонія одне від одного, за ву температури, що становить біля 4000К потребою, і таким чином отримати матеріал реакНавіть за нетривалого перебування цього доторного класу сить для того, щоб розділити вихідний матеріал на його окремі елементарні форми, в багатьох випадВихідний матеріал, представлений тетрахлоках — аж до окремих атомів Отже, вихідний материдом титану ріал перетворюється в U, N, N2, О2, H і т ін , з певЯк показано в частковому розрізі на фіг 4, в ною КІЛЬКІСТЮ U+ Атомізований вихідний матеріал альтернативному варіанті здійснення винаходу у плазмі утримується в магнітному полі (204), яке вихідний матеріал може вводитися за допомогою створюється магнітами (206) додаткової системи, щоб забезпечити або гарантувати потрібний рівень іонізації певного визначеХоч сама плазма може спричинити часткову ного компонента або компонентів іонізацію деяких з наявних елементів, пристрій споряджений антеною (208) ЕЦР, для досягнення У цьому конкретному прикладі вихідний мате 19 44357 20 потрібного степеню іонізації Антена (208) передає представлений гексафторидом урану Селективна енергію електронам, наявним в плазмі, збільшена іонізація цього вихідного матеріалу дає заряджені енергія електронів є такою, що при зіткненнях з іони урану і незаряджені атоми фтору Розділення компонентами вихідного матеріалу відбувається їх в камері (210) призводить до утворення потоку передача енергії Зважаючи на рівноважний стан, ІОНІВ урану (212) і потоку фтору (214) Після цього в якому за домінуючих умов знаходяться частинки, можна одержувати металевий уран як продукт задіяні в зіткненнях, відбувається іонізація одних (224) і повторно використовувати фтор, чи то в елементів, але не відбувається іонізація інших циклі обробки ядерного палива, чи то для інших Імовірність іонізації для різних елементів вихідного цілей матеріалу є різною, як описано вище Так, уран, Передбачається особливе застосування цього наприклад, іонізується за більш низького рівня процесу для обробки збідненого потоку, що вивоенергії, що збуджує електрони, ніж кисень, водень диться в процесі ХІМІЧНОГО або фізичного збагачення, згаданого вище Цей збіднений потік місІТ П тить гексафторид урану, концентрація 235UF6 в Як наслідок, на час надходження робочого поякому низька, тому що 35UF6 був вилучений, натоку до камери (210) він складається з іонізованих скільки можливо, для подальшого використання, і і неюнізованих компонентів Неюнізовані компонепереважна КІЛЬКІСТЬ гексафториду урану являє нти можуть бути відкачані з камери (210) як потік собою 238UF6 Зараз цей матеріал не знаходить продукту (214), оскільки їх не утримує магнітне значного використання і зберігається як гексафтополе Заряджені компоненти, здебільшого уран, рид урану протягом довгого часу Гексафторид продовжують рухатися в робочому потоку (212) з урану є відносно летким і являє собою не ідеальну плазмою, яку утримують додаткові магніти (216) форму щіп зберігання Введення в потік (212) ХІМІЧНОГО матеріалу (218) викликає необхідну реакцію або фазову зміЗапропонована методика забезпечує можлину відокремлених заряджених компонентів Так, вість обробки цього збідненого потоку (або запасів шляхом введення аргону за відносно низького цього продукту, що зберігаються), з одержанням енергетичного рівня, наприклад, 100 К, заряджені корисних матеріалів Наприклад, звільнений фтор компоненти можуть бути дуже швидко перетворені може бути повернений в технологічний цикл для в незаряджені компоненти і набути вигляд (готовоповторного використання, а новий кінцевий прого,) продукту, через зіткнення холодного потоку дукт, металевий уран, являє собою більш зручну (218) з потоком (212) У показаному на кресленні форму для зберігання, або він може бути викорисваріанті здійснення винаходу показано, що це петаний для якихось цілей ретворення здійснюється в одному каскаді шляхом Таким чином, можуть бути одержані фтор і введення ХІМІЧНОГО матеріалу, але передбачається збіднений металевий уран варіант з використанням першого каскаду для пеВаріюючи ХІМІЧНИМИ матеріалами, що додаретворення матеріалу із зарядженого в незаряються до ІОНІВ урану, наприклад, під час різкого джений, і другого - для перетворення його з газоохолоджування, можна отримувати також ІНШІ подібної в тверду форму Інертний характер сполуки, наприклад, можуть бути виготовлені такі додаваного газу забезпечує охолодження без рипродукти, як нітрид урану, карбід урану і оксид зику ХІМІЧНОГО сполучення його з ураном У реурану зультаті одержуємо металевий уран Ще один варіант здійснення винаходу схематично показаний на фіг 6, яка зображує ще один Природа ХІМІЧНОГО матеріалу (218) і енергетипристрій Цей пристрій буде описаний застосовно чний рівень, за якого він додається, можуть бути до відокремлення урану від вихідного гексафторивикористані для керування формою, структурою і ду урану, але він зручно може бути застосований і ХІМІЧНИМ складом продукту, що утворюється в кадля інших цілей мері (220), і продукту, що входить в потік продукту (224) ВІДПОВІДНО, кисень може бути введений для Вихідний розчин гексафториду урану вводитьперетворення урану, наприклад, в UO2, як альтеся як потік (300) у вигляді пари Вихідний матеріал рнатива точному контролюванню енергетичного швидко перетворюють в плазму за допомогою рівня, обумовленого введенням кисню, або інертвисокочастотного плазмового генератора (302) ний газ може бути введений для перетворення плазмовий генератор працює за рівня тиску 2кПа, ІОНІВ урану в різновиди металевого урану забезпечуючи суттєвою мірою стабільний рівень іонізації потрібних компонентів вихідного матеріаАналогічний технологічний маршрут може бути лу завдяки високій інтенсивності зіткнень використаний для виробляння металевого урану з тетрафториду урану, одержуваного на стадії пдКонтактні деталі плазмового генератора морофторування, згаданій вище застосовно до одежуть бути виконані з керамічних фторидів, що заржання урану з первинних джерел безпечує фізичні властивості, необхідні для того, щоб витримувати умови функціонування В систеПередбачається також можливість оброблянмі можуть використовуватися МІДНІ поверхні, які ня першого потоку продукту (214) для використанохолоджуються шляхом контакту із трубами з воня його елементарних складових Наприклад, в дою Потік ВОДИ використовується для пониження цьому випадку з потоку може бути виділений фтор температури мідних стінок і викликає конденсудля подальшого повторного використання на вання фторида урану на цих стінках Це забезпебільш ранніх стадіях процесу обробки матеріалу чує хімічну і термічну ІЗОЛЯЦІЮ МІДІ Згодом встаноВихідний матеріал, представлений гексафтовлюється рівноважний стан, причому на СТІНЦІ ридом урану відкладається шар фторида урану певної товщиУ альтернативному процесі, що використовує ни Завдяки цьому забезпечується ефект самофузапропоновану методику, вихідний матеріал (200) 22 21 44357 теровки знов знижується, у бік зазначеного рівня Утворена плазма залишає генератор (302) чеДалі промінь проходить в зону 3 (320) через рез сопло (304) і утримується магнітним полем, отвір (322) в перегородці (312) яке схематично показане штриховими ЛІНІЯМИ Цій ЗОНІ відповідає ще менший тиск, приблиз(306) Використовується сопло радіусом біля но 2 Па, і надлишок фтору відкачують через ВИХІД30мм, щоб підтримувати тиск всередині плазмовоНІ отвори (324) го генератора (304) і забезпечувати потрібну швиІстотно збіднений за фтором промінь потім дкість потоку проходить до виходу (326) для подальшого використання Залишивши плазмений генератор і увійшовши в зону 1 (308), плазма розширяється, що викликає Іонізований газоподібний уран може вступати охолодження Проте робота, що виконується іонав контакт з сіткою певної конструкції для скидання ми урану в магнітному полі, призводить до часткозаряду і пониження енергії урану до стану, в якому вого повторного нагріву За потреби до плазми під він переходить в тверду або рідку форму Можна час її подальшого просування в пристрої може використати введення ХІМІЧНОГО матеріалу, що бути підведена додаткова енергія, для підтримузабезпечує ефект гасіння і/або охолодження У вання температури на рівні, за якого потрібні комцьому випадку можна віддати перевагу викориспоненти залишаються іонізованими Ця енергія танню для охолодження урану інертного газу, щоб може бути забезпечена за допомогою високочасне відбувалося його ХІМІЧНОГО сполучення з газатотних засобів Таким чином підтримується необми У результаті утвориться металевий уран Уран хідна селективність, забезпечувана рівноважним може бути охолоджений настільки, щоб довести станом його до твердого стану, або, альтернативно, може бути охолоджений лише частково, щоб залишити Промінь матеріалу, що виходить з плазмового його в рідкій формі генератора, розширяється віялом із збільшенням відстані від плазмового генератора Фтор, що залишився в потоці уранового продукту (326), можна легко випарити з уранового Перегородки (310, 312), що визначають різні продукту у вигляді фторида урану і відправити на зони, мають отвори, при виборі діаметрів яких повторне використання Коли уран збирають як зважають на це розширення рідину, розділення може бути легко виконане in Утримувальне магнітне поле має напружеsitu Переведений в летючий стан UF буде, здебіність, приблизно, 0,1 Тесла Такі рівні напруженосльшого, перетворений в UF6, який знову можна ті можуть забезпечуватися звичайними електромавикористовувати гнітами, хоча можуть використовуватися і надпровідні магніти Магнітне поле такої напружеАналогічний спосіб розділення є застосовний з ності обмежує радіус потоку ІОНІВ урану значенням UF4, ТіСЦ і інших галогенидів металів біля 180мм на відстані Зм від сопла Кожна зона Можуть бути запроваджені засоби для збору або каскад має довжину 1м Радіус променя, що фтору, що вивільняється з рідини у вигляді газу, розширюється, є приблизно пропорційним кореню ЩО ВІДХОДИТЬ четвертого степеню з пройденої променем відстаДля виготовлення посудини для збору рідини ні можуть бути використані керамічні фторидні або графітні матеріали В зоні 1 (308) запроваджені ВИХІДНІ отвори (314), що ведуть до вакуумного насоса (не показаНа ВИХІДНІ 12кг/год урану доводиться 5,7кг/год ний) Це дозволяє виводити з пристрою перші пофтору Очікується, що з цієї КІЛЬКОСТІ фтору токи ВІДХОДІВ, які складаються з незаряджених 3,6кг/год будуть відкачані з зони 1, 1,3кг/год будуть матеріалів, здебільшого фтору Трубопроводи для відкачані з зони 2, 0,5кг/год будуть відкачані з зони потоку ВІДХОДІВ можуть бути виконані з алюмінію З, і 0,3кг/год будуть залишатися в потоці уранового продукту (326) Вихід З ЦЬОГО продукту фтору у Тиск в зоні 1 становить близько 13Па, і за час вигляді газу, що відходить, представленого UF3 проходження через цю зону тиск фтору в промені і/або UF4, призводитиме до одержання дуже чисматеріалу істотно знижується — до цього рівня того уранового продукту, тобто з вмістом фтору на Надлишок фтору, що залишився, відкачують через рівні мільйонних часток ВИХІДНІ отвори (314) з використанням звичайних насосів, представлених на ринку РІЗНІ варіанти здійснення винаходу, описані тут, тісно пов'язані одне з одним, і тому слід розуПромінь із зниженим змістом фтору далі проміти, що особливості, розглянуті окремо застосовходить в зону 2 (316) через отвір (318) в перегороно з одним або декількома аспектами або варіандці (310) тами здійснення винаходу, можуть бути Другій зоні (316) відповідає більш низький застосовані також і до інших варіантів тиск, ніж першій, приблизно 5 Па, і з просуванням матеріалу через цю зону вміст фтору в промені 23 44357 24 25 44357 300 26 302 322 326 ФІГ. 6 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім і Хохлових 15 м Київ 04119 Україна (044) 456 - 20 - 90