Stabilization of the UF6-distribution and the isotopic gradient of a separation nozzle cascade for uranium enrichment
Description
The separation nozzle method of uranium enrichment uses as process gas a mixture of uranium hexafluoride (UF6) and a light auxiliary gas (H2 and He, respectively). In order to compensate in a separation nozzle cascade for the pronounced transport of the light auxiliary gas to the top of the cascade, most of the auxiliary gas stream is extracted at the top of the cascade by means of cryo-separators operating in a cyclic mode and is recycled to the bottom of the cascade, while a UF6 feedback of the UF6 removed must be continuously returned to the top of the cascade through a buffer tank. Under the operating conditions defined in the light of economic assessments, false flows of UF6 are carried to the bottom of the cascade, where they must be dissipated quickly. False flows of UF6 generated at the top of the cascade pass through the entire cascade and, consequently, can greatly reduce the separating power. In a ten-stage pilot plant (Belo Horizonte, Brazil) the changes in UF6 distribution in the cascade and in the 235U isotopic gradient due to such false flows of UF6 were studied. Even in the presence of massive false flows of UF6 the required stable and uniform UF6 distribution is ensured at all stages solely by controlling the UF6 content in the bottom stage by means of the UF6 tails flow at the bottom of the cascade. The 235U isotopic gradient, which is a function of UF6 transport, must be kept at its preset level for maximum separation power. For this purpose, a control system for the transport of UF6 has been developed in which the tails flow is used as a control variable and the UF6 feedback flow from the buffer tank at the top of the cascade is used as a manipulated variable. The experiments performed document that the combined control of the UF6 content and of the UF6 transport allows false flows of UF6 to be dissipated sufficiently quickly to that minor deviations in the isotopic gradient occur only temporarily. (orig./HP)
Abstract (German)
Bei dem Trennduesenverfahren wird als Verfahrensgas ein Gemisch aus Uranhexafluorid (UF6) und einem leichten Zusatzgas (H2 bzw. He) verwendet. Um in einer Trennduesenkaskade den starken Transport des leichten Zusatzgases zum Kaskadenkopf zu kompensieren, wird der ueberwiegende Teil des Zusatzgasstromes am Kaskadenkopf ueber diskontinuierlich arbeitende Tieftemperaturabscheider entnommen und in den Kaskadenfuss zurueckgefuehrt, waehrend von dem abgeschiedenen UF6 ueber Pufferbehaelter ein UF6-Rueckstrom kontinuierlich an den Kaskadenkopf zurueckgespeist werden muss. Bei den durch Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen festgelegten Betriebsbedingungen werden UF6-Fehlstroeme zum Kaskadenfuss transportiert, wo sie rasch abgebaut werden muessen. Am Kaskadenkopf entstehende UF6-Fehlstroeme durchlaufen die gesamte Kaskade und koennen daher zu einer erheblichen Verminderung der Trennleistung fuehren. An einer 10-stufigen Pilot-Anlage (Belo Horizonte, Brasilien) wurden die mit solchen UF6-Fehlstroemen verbundenen Aenderungen der UF6-Verteilung in der Kaskade und des 235U-Isotopengradienten untersucht. Selbst bei massiven UF6-Fehlstroemen wird die notwendige stabile und gleichmaessige UF6-Verteilung in allen Stufen allein durch eine Regelung des UF6-Inventares der Fussstufe mit Hilfe des UF6-Abfallstromes am Kaskadenfuss (Tails-Strom) gewaehrleistet. Der vom UF6-Transport abhaengige Isotopengradient muss zur Erzielung maximaler Trennleistung auf den vorgegebenen Wert gehalten werden. Hierzu wurde eine Regelung fuer den Transport entwickelt, wobei der Tails-Strom als Regelgroesse und der Rueckstrom aus dem Pufferbehaelter am Kaskadenkopf als Stellgroesse benutzt werden. Die Experimente belegen, dass durch die kombinierte Regelung des UF6-Inventares und des UF6-Transportes UF6-Fehlstroeme ausreichend schnell beseitigt werden, so dass nur voruebergehend geringfuegige Abweichungen des Isotopengradienten auftreten. (orig./HP)
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Restricted
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Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Stabilisierung der UF
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 50 p.
- Report number
- KFK--4315
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 19068227
- Subject category
- S11: NUCLEAR FUEL CYCLE AND FUEL MATERIALS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- DISTRIBUTION; EFFICIENCY; FLOW RATE; HELIUM; HYDROGEN; MASS TRANSFER; SEPARATION NOZZLE METHOD; SLIGHTLY ENRICHED URANIUM; STABILITY; URANIUM HEXAFLUORIDE; URANIUM 235
- Descriptors DEC
- ACTINIDE COMPOUNDS; ACTINIDE NUCLEI; ACTINIDES; ALPHA DECAY RADIOISOTOPES; ELEMENTS; ENRICHED URANIUM; EVEN-ODD NUCLEI; FLUORIDES; FLUORINE COMPOUNDS; HALIDES; HALOGEN COMPOUNDS; HEAVY NUCLEI; INTERNAL CONVERSION RADIOISOTO; ISOMERIC TRANSITION ISOTOPES; ISOTOPE ENRICHED MATERIALS; ISOTOPE SEPARATION; ISOTOPES; MATERIALS; METALS; MINUTES LIVING RADIOISOTOPES; NONMETALS; NUCLEI; RADIOISOTOPES; RARE GASES; SEPARATION PROCESSES; SPONTANEOUS FISSION RADIOISOTO; URANIUM; URANIUM COMPOUNDS; URANIUM FLUORIDES; URANIUM ISOTOPES; YEARS LIVING RADIOISOTOPES
Optional Information
- Notes
- Dissertation submitted to Karlsruhe Univ. (T.H.) by H. Hein.