Техника - молодёжи 1955-09, страница 28

деления от второго близнеца-изотопа урана 238 используется метод газовой диффузии.

Из курса физики известно, что в смеси газов все виды молекул имеют одну и ту же среднюю кинетическую энергию. Это означает, что более легкие молекулы движутся быстрее, а более тяжелые — медленнее. Следовательно, более легкие будут чаще ударяться о стенки сосуда, в котором находится смесь газов. Если при этом стенки сосуда будут представлять собой мелкопористый фильтр, то более легкие молекулы, чаще других ударяющиеся о фильтр, будут и скорее проникать через его поры и выходить из сосуда, чем более тяжелые молекулы. Собирая газ по друтую сторону фильтра, можно убедиться, что он

Воздухонепроницаемый комбинезон-шлюз, надеваемый рабочими американских атомных заводов для работы в помещениях, загрязненных радиоактивной пылью. Одно целое с комбинезоном составляет пластмассовая труба, по которой поступает воздух для дыхания человека и через которую рабочий проникает в костюм, постоянно находящийся в запыленном помещении.

уже содержит большую долю легких молекул, чем газ в сосуде. Такой процесс прохождения молекул газа через пористый фильтр и называют диффузией.

Однако для успешного разделения газов методом газовой диффузии необходимы некоторые условия. Во-первых, газ, проходящий через фильтр, не должен проходить через него обратно, иначе это может свести на нет весь разделяющий эффект фильтра. Поэтому газ, прошедший через фильтр, необходимо непрерывно откачивать. Во-вторых, в процессе разделения -молекул газов происходит непрерывное уменьшение концентрации более легких молекул в оставшейся газовой смеси. Быстрое увеличение концентрации легких молекул по ту сторону фильтра происходит до тех пор, пока продиффундировала лишь малая часть легких молекул, находящихся в сосуде. Выход разделяемых веществ в этом случае будет очень невелик. Поэтому для более полного разделения необходимо применять большое количество таких последовательных ступеней.

Для осуществления газодиффузионного разделения изотопов урана необходимо газообразное соединение урана. В настоящее время для этой цели используется шестифтористый уран, который и получают на заводах по производству металлического урана и его соединений. При нормальной температуре и давлении шестифтористый уран представляет собой твердое вещество. Однако он легко испаряется и существует в газообразном состоянии уже при сравнительно невысоких температурах. Обращение с шестифтористый ураном требует особых предосторожностей, так как он очень ядовит. Кроме того, шестифтористый уран является одним из наиболее корро-эионно-активных газов. Он реагирует практически со всеми металлами, неметаллами и оргастическими веществами. Поэтому все детали диффузионных установок изготовляются из лучших сортов нержавеющей стали и других антикоррозионных материалов, например из керамики, и к «им предъявляются требования очень высокой герметичности.

Рассмотрим общее устройство диффузионной установки для разделения

изотопов урана. Каждая ее ступень состоит из двух камер, разделенных мелкопористым фильтрам, компрессора, производящего медленную откачку обедненного (тяжелого) газа, и (компрессора, производящего быструю откачку обогащенного (легкого) газа.

Для того чтобы получить очень чистый уран 235, газ приходится пропускать через несколько тысяч таких ступеней. При этом газ, обедненный ураном 235, после прохождения каждой ступени не выбрасывается. Он обеднен очень незначительно и может многократно использоваться для дальнейшего отбора урана 235. Поэтому такой газ (тяжелая фракция) возвращается в предыдущие ступени и снова участвует в процессе газовой диффузии.

Весьма важной задачей является точное регулирование давления и температуры в каждой ступени. При перекачивании газа компрессорами он сжимается, температура его повышается. Поэтому после каждой ступени газ направляется в теплообменники, где охлаждается до требуемой температуры.

Завод для газодиффузионного отделения урана 235 состоит из нескольких тысяч диффузионных ступеней, включающих тысячи диффузионных камер, компрессоров, теплообменников, многие тысячи клапанов и приборов и многие километры трубопроводов. При этом для обеспечения равномерной и четкой работы газодиффузионных установок, а также облегчения регулирования их работы конструкция их должна быть в целом компактной, с сокращенной до минимума системой трубопроводов. Все применяемое оборудование также должно иметь минимальный объем. Поэтому газо-диффузионные установки располагаются компактно в одном здании, вокруг которого имеется ряд вспомогательных установок: насосные станции, башни для охлаждения воды, склады, лаборатории и т. д.

Газодиффузионные заводы являются очень крупными потребителями воды и электроэнергии. Вода используется для охлаждения газа в тысячах теплообменников. Электроэнергия приводит в движение тысячи компрессоров и насосов.

Так современная техника позволила отделить и уловить уран 235, почти не отличимый от своего близнеца—урана 238. Разумеется, описанный выше метод отнюдь не единственный. Существует еще ряд методов: электромагнитный, термодиффузионный, центрифугирование и другие.

Другим важнейшим видом ядерного горючего считается плутоний — элемент с атомным весом 239.

Плутоний — это химический элемент, полученный впервые искусственным путем в ядерных реакторах из наиболее распространенного изотопа урана — урана 238, который сам по себе ядерным горючим служить не может.

Плутоний — тяжелый радиоактивный металл с периодом полураспада 24 тысяч лет, испускающий альфа-частицы. Как и уран 235, плутоний расщепляется под действием как быстрых, так и медленных нейтронов. Именно это свойство и позволяет использовать плутоний в реакторах в «качестве горючего и как взрывчатое вещество. Изготовить плутоний

26