(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウラン濃縮遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］が１より大きいウラン濃縮遠心分離機カスケードにおいて、カスケードのトップ段の製品流に該トップ段より下段の濃縮流を混合することなく、該トップ段より下段の濃縮流を該トップ段に供給して、カスケード内の２３５Ｕ濃縮度が該トップ段の製品流の濃縮度を超えないようにカスケードを構成することを特徴とするウラン濃縮遠心分離機のカスケード構成方法。
【請求項２】
異なる濃縮度の濃縮流と減損流とを混合することによる混合損失が最小となる遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］の値を求めて、この対数比の値となるように遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βを調整することを特徴とする請求項１に記載のウラン濃縮遠心分離機のカスケード構成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心分離機を多数台接続して構成されるカスケードにＵＦ6 （六フッ化ウラン）ガスを供給して２３５ＵＦ6 を濃縮するためのウラン濃縮遠心分離機カスケードを構成する方法に関し、さらに詳しくは、カスケード内に２３５ＵＦ6 の濃縮度が５％を超えて存在することなく、濃縮度５％近くまで濃縮された製品流を得ることができるウラン濃縮遠心分離機のカスケード構成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウラン濃縮遠心分離機カスケードは多数台の遠心分離機を組み合わせて構成されており、その基本構成の従来例を図６に示す。ウラン濃縮遠心分離機は、一台に流せるＵＦ6 ガス流量が少ないため、複数の遠心分離機を並列に接続して１つの段を構成する。また、１つの段では製品濃縮度および廃品濃縮度を目標値とすることができないので、前記段の複数を直列に配列してカスケードを構成する。その結果、原料となるＵＦ6 ガスを原料供給段に供給し、そこから得られる濃縮流を濃縮する濃縮部と、減損流の濃縮度を低くする減損部から構成される。濃縮部の最上段はトップ段と呼ばれ、目標とする濃縮度の製品が取り出せる。一方減損部の最下段はボトム段と呼ばれ、目標とする濃縮度まで低下した廃品（テイル）が排出される。
【０００３】
１台のウラン濃縮遠心分離機が濃縮したＵＦ6 ガスの２３５ＵＦ6 濃縮度を、そのウラン濃縮遠心分離機に供給されるＵＦ6 ガスの２３５ＵＦ6 濃縮度で割った値をヘッド分離係数といい、記号αで示す。また、１台のウラン濃縮遠心分離機に供給されるＵＦ6 ガスの２３５ＵＦ6 濃縮度を、そのウラン濃縮遠心分離機が希釈したＵＦ6 ガスの２３５ＵＦ6 濃縮度で割った値をテイル分離係数といい、記号βで示す。
【０００４】
図６のウラン濃縮遠心分離機カスケードは、以下の条件で運転される。
0003932878.tif 000002
【０００５】
従って、例えばトップ段（１）の減損流濃縮度（２．４５％）と、トップ段の３つ下段（４）の濃縮流濃縮度（２．４５％）とは同一となり、この減損流と濃縮流とが混合されてトップ段の１つ下段（２）に供給されるため、異なる濃縮度のＵＦ6 ガスを混合する際に生ずる混合損失が生ずることはない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す従来例のカスケード構成においては、トップ段（１）の製品流（濃縮度６．１８％）とトップ段の１つ下段（２）の濃縮流（濃縮度４．５４％）を混合して目標製品濃縮度（５．００％）のＵＦ6 ガスを得るようにするため、トップ段（１）の製品流の濃縮度は目標製品濃縮度より高くなり、従って目標製品濃縮度を５％近くとする場合はトップ段の製品流の濃縮度は５％を超えることが必須であった。
【０００７】
一方、ウラン濃縮遠心分離機を有する商用プラントは通常、ウラン加工施設安全審査指針を遵守しているが、２３５ＵＦ6 の濃縮度が５％を超えて存在する場合には、より詳細な安全評価をする必要があり、かような安全評価には多大の労力と時間が必要となる。
【０００８】
そこで本発明の課題は、カスケード内に２３５ＵＦ6 の濃縮度が５％を超えて存在することなく、濃縮度５％近くまで濃縮された製品流を得ることができるウラン濃縮遠心分離機のカスケード構成方法を提供することである。
【０００９】
さらに本発明の課題は、カスケード内に２３５ＵＦ6の濃縮度が５％を超えて存在することなく、濃縮度５％近くまで濃縮された製品流を得ることができ、しかもカスケード効率をさほど低下させることのないウラン濃縮遠心分離機のカスケード構成方法を提供することである。
ここで、カスケード効率とは、「カスケードの分離仕事量」と「カスケード内のウラン濃縮遠心分離機の分離仕事量の総和」との比として定義され、この値が１に近いほど２３５ＵＦ6の分離に関する無駄がなく効率が高いことを示している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の請求項１のウラン濃縮遠心分離機のカスケード構成方法は、ウラン濃縮遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］が１より大きいウラン濃縮遠心分離機カスケードにおいて、カスケードのトップ段の製品流に該トップ段より下段の濃縮流を混合することなく、該トップ段より下段の濃縮流を該トップ段に供給して、カスケード内の２３５Ｕ濃縮度が該トップ段の製品流の濃縮度を超えないようにカスケードを構成することを特徴とする。
【００１１】
かような請求項１の発明によれば、カスケード内に濃縮度が５％を超える２３５ＵＦ6 を存在させることなく、濃縮度５％近くまで濃縮された製品流を得ることができる。
【００１２】
さらに本発明の請求項２のウラン濃縮遠心分離機のカスケード構成方法は、請求項１の方法において、異なる濃縮度の濃縮流と減損流とを混合することによる混合損失が最小となる遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］の値を求めて、この対数比の値となるように遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βを調整することを特徴とする。
【００１３】
かような請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様に、カスケード内に濃縮度が５％を超える２３５ＵＦ6 を存在させることなく、濃縮度５％近くまで濃縮された製品流を得ることができるとともに、カスケード効率をさほど低下させることなくカスケードの運転を行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面に示す実施例を参照して本発明を詳述する。図１は、図６に示す従来例におけるように、カスケードのトップ段（１）の製品流にトップ段より１つ下段（２）の濃縮流を混合することなく、トップ段より１つ下段（２）の濃縮流をトップ段（１）に供給するカスケード構成例を示している。
【００１５】
図１のカスケードを構成するウラン濃縮遠心分離機においては、ヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］は２であり、α＝１．７７５、β＝１．３３２とされている。かようなウラン濃縮遠心分離機カスケードによれば、トップ段（１）の製品流は濃縮度５．００％とされており、カスケード内には濃縮度５．００％を超える濃縮流は存在していない。
【００１６】
なお、図１のカスケード構成例では、図６の従来例における第５段目が除かれており、カスケードの段数を１段減らしてある。このようにカスケードの段数を１段減らすことにより、開発初期段階で図６のカスケードを目指して開発された遠心分離機からの調整幅が少なくてすむ。
【００１７】
図１のカスケード構成例においては、トップ段（１）の供給流（濃縮度２．８２％）は、トップ段の１つ下段（２）の濃縮流（濃縮度３．４７％）とトップ段の２つ下段（３）の濃縮流（濃縮度２．４４％）とが混合されている。このため、トップ段（１）の減損流濃縮度（２．１１％）は、トップ段の３つ下段（４）の濃縮流濃度（１．８０％）と同一とならず、その結果、トップ段の１つ下段（２）の供給部では異なる濃縮度の濃縮流と減損流とが混合されることになり、ある程度の混合損失が生じることになる。かような混合損失は、トップ段の４つ下段（６）の供給流（濃縮度０．７３％）にまで生じており、カスケード全体に影響を及ぼすことになる。図１の例では混合損失は遠心分離機の分離仕事量の総和の約３％となる。
【００１８】
そこで本発明の好ましい実施例においては、上記のごとき混合損失を最小としてカスケード全体の分離仕事量が最大となるように、遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βを最適化する。最適化は、下記の（ａ）〜（ｅ）のごとき工程により行うことができる。
【００１９】
（ａ）ウラン濃縮遠心分離機の概略分離仕事量を求める工程。
分離仕事量δＵＧは下記式▲１▼により求められるので、ヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ＝ln（ｘｐ／ｘｆ）／ln（ｘｆ／ｘｗ）］が目標値となるように供給流量［ｑｆ］、濃縮流量と供給流量の比［ｑｐ／ｑｆ］を調整して実験的に求める。
【００２０】
0003932878.tif 000003
ここで、Ｋ：定数
ｑｐ：濃縮流量
ｑｗ：減損流量
ｑｆ：供給流量
ｘｐ：濃縮流濃縮度
ｘｗ：減損流濃縮度
ｘｆ：供給流濃縮度。
【００２１】
本工程（ａ）における概略分離仕事量とは、ヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］を１つの条件、例えば［lnα／lnβ］＝２．０の条件としたときの分離仕事量を示す。
【００２２】
（ｂ）ウラン濃縮遠心分離機の分離仕事量を前記（ａ）で求めた値を一定としてヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］をパラメータに、トップ段下段の濃縮流をトップ段に供給するように構成したカスケード（例えば図１に示したカスケード構成）に対して下記式▲２▼で示されるカスケード効率ηを計算により求める工程（図２のグラフ参照）。
【００２３】
η＝（ΣδＵＧ−ΣδＵＬ）÷ΣδＵＧ      …▲２▼
ここで、η：カスケード効率、
ΣδＵＧ：ウラン濃縮遠心分離機の分離仕事量の総和
ΣδＵＬ：異なる濃縮度のＵＦ6 ガスが混ざることにより生ずる混合損失の総和。各混合発生点での混合損失δＵＬは下記式▲３▼により求める。
【００２４】
0003932878.tif 000004
ここで、Ｋ：定数
ｑ１：合流前流量１
ｑ２：合流前流量２
ｑ３：合流後流量
ｘ１：合流前濃縮度１
ｘ２：合流前濃縮度２
ｘ３：合流後濃縮度
【００２５】
本工程（ｂ）の計算は、前記式▲１▼、式▲３▼、および下記式▲４▼〜▲７▼で示される質量保存則を組み合わせて、カスケードの目標濃縮度を達成するようにウラン濃縮遠心機の供給流量を設定して収束計算により各部の流量、濃縮度を解くことにより求められる。
【００２６】
0003932878.tif 000005
【００２７】
本工程（ｂ）の計算の過程で、各ヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］に対するウラン濃縮遠心機の供給流量の最適値も求められるので、工程（ａ）での供給流量［ｑｆ］が大きくずれている場合には、再度工程（ａ）に戻ってやり直す。
【００２８】
（ｃ）ウラン濃縮遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］をパラメータとして、ウラン濃縮遠心分離機の分離仕事量を実験的に求める工程（図３のグラフ参照）。
本工程（ｃ）では、各ウラン濃縮遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］に対して工程（ｂ）で求めた最適値に供給流量［ｑｆ］を固定し、濃縮流量と供給流量の比［ｑｐ／ｑｆ］のみを調整して各ウラン濃縮遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］が各目標値になるようにした実験結果より、前記式▲１▼を用いて求める。
【００２９】
（ｄ）［カスケード効率η］×［ウラン濃縮遠心分離機の分離仕事量δＵＧ］×［遠心分離機台数］＝［カスケードの分離仕事量］の式により、図２のカスケード効率と図３の遠心分離機の分離仕事量を用いてカスケードの分離仕事量を計算し、このカスケードの分離仕事量が最大となるヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］を求める工程（図４のグラフ参照）。
なお、［遠心分離機の分離仕事量の総和］−［混合損失］＝［カスケードの分離仕事量］となるため、“カスケードの分離仕事量が最大となる”ことは“混合損失が最小となる”ことと同じ意味となる。
【００３０】
（ｅ）ウラン濃縮遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］が前記（ｄ）で求めた値となるように、遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βを調整する工程。
【００３１】
図１のカスケード構成例に対して、前記工程（ａ）〜（ｅ）を用いて混合損失をできるだけ小さくするように遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βを調整した実施例を図５に示す。
【００３２】
図５の実施例では、前記工程（ｄ）において、カスケードの分離仕事量が最大となるウラン濃縮遠心分離機のヘッド分離係数αとテイル分離係数βの対数比［lnα／lnβ］は約１．９となっているため、α＝１．８１６、β＝１．３６９となるようにウラン濃縮遠心分離機を調整してある。その結果、混合損失は遠心分離機の分離仕事量の総和の約２％程度で済むことになる。
【００３３】
なお、図１、図５および図６を参照した上述の説明では、１つの段の濃縮流を２つ上段に供給するカスケード構成を例示して説明したが、本発明の方法はかようなカスケード構成に限定されるものではなく、１つの段の濃縮流を２つ以上上段に供給するカスケード構成に対しても適用できる。この場合にも、従来はトップ段の製品流に混合されていたトップ段より下段の濃縮流を、トップ段の製品流に混合することなく、トップ段に供給すればよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように請求項１に係る発明によれば、ウラン濃縮遠心分離機カスケード内に濃縮度が５％を超える２３５ＵＦ6 を存在させることなく、濃縮度５％近くまで濃縮された製品流を生産することができる。
【００３５】
さらに請求項２に係る発明によれば、カスケード内に２３５ＵＦ6 の濃縮度が５％を超えて存在することなく、濃縮度５％近くまで濃縮された製品流が得られるとともに、カスケード効率をさほど低下させることなくカスケードの運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カスケードのトップ段下段の濃縮流をトップ段に供給するように構成した本発明の実施例を示す説明図。
【図２】［lnα／lnβ］をパラメータとして図１のカスケード構成に対するカスケード効率を求めたグラフ。
【図３】［lnα／lnβ］をパラメータとしてウラン濃縮遠心分離機の分離仕事量を求めたグラフ。
【図４】図２のカスケード効率と図３のウラン濃縮遠心分離機の分離仕事量から求めたカスケードの分離仕事量と［lnα／lnβ］との関係を示すグラフ。このグラフから、カスケードの分離仕事量が最大となる［lnα／lnβ］を求める。
【図５】図１のカスケード構成に対して、［lnα／lnβ］が最大となるようにαおよびβを調整した本発明の実施例を示す説明図。
【図６】従来技術のカスケード構成例を示す説明図。
【図１】
0003932878.tif 000006
【図２】
0003932878.tif 000007
【図３】
0003932878.tif 000008
【図４】
0003932878.tif 000009
【図５】
0003932878.tif 000010
【図６】
0003932878.tif 000011