- Danh mục
- NSG – Danh mục kích hoạt (Phần 1) – INFCIRC/254/Rev.15/Part 1 (21/4/2026)
CHÚ THÍCH MỞ ĐẦU
Máy ly tâm khí thông thường gồm một hình trụ thành mỏng có đường kính từ 75 mm đến 650 mm được đặt trong môi trường chân không và quay với tốc độ vòng ngoài cao vào khoảng 300 m/s trở lên, với trục trung tâm thẳng đứng. Để đạt được tốc độ cao, vật liệu chế tạo các linh kiện quay phải có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao và cụm rô-to, do đó cả từng linh kiện của nó, phải được chế tạo với dung sai rất nhỏ nhằm giảm thiểu sự mất cân bằng. Khác với các loại máy ly tâm khác, máy ly tâm khí dùng để làm giàu urani được đặc trưng bởi việc có bên trong khoang rô-to một (hoặc nhiều) vách ngăn dạng đĩa quay và một hệ ống tĩnh để nạp vào và rút ra khí urani hexafluorua (UF₆), với ít nhất ba kênh riêng biệt, trong đó hai kênh được nối với các ống hớt khí kéo dài từ trục rô-to ra phía vòng ngoài của khoang rô-to. Bên trong môi trường chân không cũng có một số hạng mục quan trọng không quay, và mặc dù được thiết kế đặc biệt nhưng không khó chế tạo và cũng không được chế tạo từ các vật liệu độc nhất. Tuy nhiên, một cơ sở máy ly tâm cần một số lượng lớn các linh kiện này, do đó số lượng có thể là một dấu hiệu quan trọng về mục đích sử dụng cuối cùng.
5.1.1. Linh kiện quay
(a) Cụm rô-to hoàn chỉnh:
Hình trụ thành mỏng, hoặc một số hình trụ thành mỏng nối liền nhau, được chế tạo từ một hoặc nhiều vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này. Nếu nối liền nhau, các hình trụ được ghép với nhau bằng ống xếp mềm hoặc vòng như mô tả tại mục 5.1.1.(c) dưới đây. Rô-to được lắp một (hoặc nhiều) vách ngăn bên trong và các nắp đầu, như mô tả tại mục 5.1.1.(d) và (e) dưới đây, nếu ở dạng hoàn chỉnh. Tuy nhiên, cụm hoàn chỉnh có thể chỉ được cung cấp ở dạng lắp ráp một phần.
(b) Ống rô-to:
Hình trụ thành mỏng được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, có độ dày thành từ 12 mm trở xuống, đường kính từ 75 mm đến 650 mm, và được chế tạo từ một hoặc nhiều vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này.
(c) Vòng hoặc ống xếp:
Linh kiện được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để đỡ cục bộ ống rô-to hoặc để ghép nối một số ống rô-to với nhau. Ống xếp là một hình trụ ngắn có độ dày thành từ 3 mm trở xuống, đường kính từ 75 mm đến 650 mm, có nếp gấp, và được chế tạo từ một trong các vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này.
(d) Vách ngăn:
Linh kiện dạng đĩa có đường kính từ 75 mm đến 650 mm, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để lắp bên trong ống rô-to của máy ly tâm, nhằm cách ly khoang lấy khí ra khỏi khoang tách chính và, trong một số trường hợp, nhằm hỗ trợ sự tuần hoàn khí UF₆ bên trong khoang tách chính của ống rô-to, và được chế tạo từ một trong các vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này.
(e) Nắp trên/nắp dưới:
Linh kiện dạng đĩa có đường kính từ 75 mm đến 650 mm, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để lắp khít vào các đầu của ống rô-to, qua đó giữ UF₆ bên trong ống rô-to, và trong một số trường hợp để đỡ, giữ hoặc chứa như một bộ phận tích hợp một phần tử của ổ đỡ trên (nắp trên) hoặc để mang các phần tử quay của động cơ và ổ đỡ dưới (nắp dưới), và được chế tạo từ một trong các vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các vật liệu được sử dụng cho linh kiện quay của máy ly tâm gồm:
(a) Thép maraging có khả năng đạt giới hạn bền kéo từ 1.95 GPa trở lên;
(b) Hợp kim nhôm có khả năng đạt giới hạn bền kéo từ 0.46 GPa trở lên;
(c) Vật liệu dạng sợi phù hợp để sử dụng trong kết cấu composit và có mô đun riêng bằng hoặc lớn hơn 3.18 × 10⁶ m và giới hạn bền kéo riêng bằng hoặc lớn hơn 7.62 × 10⁴ m (‘Mô đun riêng’ là mô đun Young tính theo N/m² chia cho trọng lượng riêng tính theo N/m³; ‘Giới hạn bền kéo riêng’ là giới hạn bền kéo tính theo N/m² chia cho trọng lượng riêng tính theo N/m³).
5.1.2. Linh kiện tĩnh
(a) Ổ đỡ treo từ tính:
1. Cụm ổ đỡ được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, gồm một nam châm hình vành khuyên được treo trong một thân chứa môi chất giảm chấn. Thân này được chế tạo từ vật liệu chịu được UF₆ (xem CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục 5.2.). Nam châm liên kết với một cực từ hoặc với một nam châm thứ hai được lắp vào nắp trên được mô tả tại Mục 5.1.1.(e). Nam châm có thể có dạng vòng với tỷ lệ giữa đường kính ngoài và đường kính trong nhỏ hơn hoặc bằng 1.6:1. Nam châm có thể ở dạng có độ từ thẩm ban đầu từ 0.15 H/m trở lên, hoặc độ từ dư từ 98.5% trở lên, hoặc tích năng lượng lớn hơn 80 kJ/m³. Ngoài các đặc tính vật liệu thông thường, điều kiện tiên quyết là độ lệch của các trục từ so với các trục hình học được giới hạn trong dung sai rất nhỏ (nhỏ hơn 0.1 mm) hoặc yêu cầu riêng về tính đồng nhất của vật liệu nam châm.
2. Ổ đỡ từ tính chủ động được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sử dụng trong máy ly tâm khí.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các ổ đỡ này thường có các đặc tính sau đây:
- Được thiết kế để giữ đồng tâm một rô-to quay ở tần số 600 Hz trở lên, và
- Được kết hợp với một nguồn điện tin cậy và/hoặc với một bộ nguồn điện liên tục (UPS) để có thể hoạt động trong hơn một giờ.
(b) Ổ đỡ/bộ giảm chấn:
Ổ đỡ được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, gồm một cụm chốt trụ/cốc lắp trên một bộ giảm chấn. Chốt trụ thông thường là một trục bằng thép đã tôi cứng, một đầu có dạng bán cầu, đầu kia có bộ phận để gắn vào nắp dưới được mô tả tại mục 5.1.1.(e). Tuy nhiên, trục này có thể được gắn một ổ đỡ thủy động. Cốc có dạng viên với một vết lõm bán cầu trên một bề mặt. Các linh kiện này thường được cung cấp riêng với bộ giảm chấn.
(c) Bơm phân tử:
Hình trụ được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, có rãnh xoắn được gia công hoặc đùn ở mặt trong và lỗ khoan được gia công ở mặt trong. Kích thước điển hình như sau: đường kính trong từ 75 mm đến 650 mm, độ dày thành từ 10 mm trở lên, với chiều dài bằng hoặc lớn hơn đường kính. Các rãnh thường có mặt cắt ngang hình chữ nhật và sâu từ 2 mm trở lên.
(d) Stato động cơ:
Stato dạng vòng được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho động cơ từ trễ (hoặc động cơ phản kháng) nhiều pha dòng điện xoay chiều tốc độ cao, hoạt động đồng bộ trong chân không ở tần số từ 600 Hz trở lên và công suất từ 40 VA trở lên. Stato có thể gồm các cuộn dây nhiều pha trên lõi sắt ghép lớp tổn thất thấp gồm các lớp mỏng thường dày 2 mm hoặc nhỏ hơn.
(e) Thân/vỏ chứa máy ly tâm:
Linh kiện được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chứa cụm ống rô-to của máy ly tâm khí. Thân gồm một hình trụ cứng vững có độ dày thành đến 30 mm, với các đầu được gia công chính xác để định vị ổ đỡ và có một hoặc nhiều mặt bích để lắp đặt. Các đầu được gia công song song với nhau và vuông góc với trục dọc của hình trụ trong phạm vi 0.05° hoặc nhỏ hơn. Thân cũng có thể là kết cấu dạng tổ ong để chứa nhiều cụm rô-to.
(f) Ống hớt khí:
Ống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để rút khí UF₆ từ bên trong ống rô-to theo nguyên lý ống Pitot (tức là có một lỗ hướng vào dòng khí theo chiều vòng tròn bên trong ống rô-to, ví dụ bằng cách uốn đầu của một ống đặt theo hướng bán kính) và có khả năng được gắn vào hệ thống rút khí trung tâm.
Máy ly tâm khí thông thường gồm một hình trụ thành mỏng có đường kính từ 75 mm đến 650 mm được đặt trong môi trường chân không và quay với tốc độ vòng ngoài cao vào khoảng 300 m/s trở lên, với trục trung tâm thẳng đứng. Để đạt được tốc độ cao, vật liệu chế tạo các linh kiện quay phải có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao và cụm rô-to, do đó cả từng linh kiện của nó, phải được chế tạo với dung sai rất nhỏ nhằm giảm thiểu sự mất cân bằng. Khác với các loại máy ly tâm khác, máy ly tâm khí dùng để làm giàu urani được đặc trưng bởi việc có bên trong khoang rô-to một (hoặc nhiều) vách ngăn dạng đĩa quay và một hệ ống tĩnh để nạp vào và rút ra khí urani hexafluorua (UF₆), với ít nhất ba kênh riêng biệt, trong đó hai kênh được nối với các ống hớt khí kéo dài từ trục rô-to ra phía vòng ngoài của khoang rô-to. Bên trong môi trường chân không cũng có một số hạng mục quan trọng không quay, và mặc dù được thiết kế đặc biệt nhưng không khó chế tạo và cũng không được chế tạo từ các vật liệu độc nhất. Tuy nhiên, một cơ sở máy ly tâm cần một số lượng lớn các linh kiện này, do đó số lượng có thể là một dấu hiệu quan trọng về mục đích sử dụng cuối cùng.
5.1.1. Linh kiện quay
(a) Cụm rô-to hoàn chỉnh:
Hình trụ thành mỏng, hoặc một số hình trụ thành mỏng nối liền nhau, được chế tạo từ một hoặc nhiều vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này. Nếu nối liền nhau, các hình trụ được ghép với nhau bằng ống xếp mềm hoặc vòng như mô tả tại mục 5.1.1.(c) dưới đây. Rô-to được lắp một (hoặc nhiều) vách ngăn bên trong và các nắp đầu, như mô tả tại mục 5.1.1.(d) và (e) dưới đây, nếu ở dạng hoàn chỉnh. Tuy nhiên, cụm hoàn chỉnh có thể chỉ được cung cấp ở dạng lắp ráp một phần.
(b) Ống rô-to:
Hình trụ thành mỏng được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, có độ dày thành từ 12 mm trở xuống, đường kính từ 75 mm đến 650 mm, và được chế tạo từ một hoặc nhiều vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này.
(c) Vòng hoặc ống xếp:
Linh kiện được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để đỡ cục bộ ống rô-to hoặc để ghép nối một số ống rô-to với nhau. Ống xếp là một hình trụ ngắn có độ dày thành từ 3 mm trở xuống, đường kính từ 75 mm đến 650 mm, có nếp gấp, và được chế tạo từ một trong các vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này.
(d) Vách ngăn:
Linh kiện dạng đĩa có đường kính từ 75 mm đến 650 mm, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để lắp bên trong ống rô-to của máy ly tâm, nhằm cách ly khoang lấy khí ra khỏi khoang tách chính và, trong một số trường hợp, nhằm hỗ trợ sự tuần hoàn khí UF₆ bên trong khoang tách chính của ống rô-to, và được chế tạo từ một trong các vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này.
(e) Nắp trên/nắp dưới:
Linh kiện dạng đĩa có đường kính từ 75 mm đến 650 mm, được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để lắp khít vào các đầu của ống rô-to, qua đó giữ UF₆ bên trong ống rô-to, và trong một số trường hợp để đỡ, giữ hoặc chứa như một bộ phận tích hợp một phần tử của ổ đỡ trên (nắp trên) hoặc để mang các phần tử quay của động cơ và ổ đỡ dưới (nắp dưới), và được chế tạo từ một trong các vật liệu có tỷ số độ bền trên khối lượng riêng cao được mô tả tại CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục này.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các vật liệu được sử dụng cho linh kiện quay của máy ly tâm gồm:
(a) Thép maraging có khả năng đạt giới hạn bền kéo từ 1.95 GPa trở lên;
(b) Hợp kim nhôm có khả năng đạt giới hạn bền kéo từ 0.46 GPa trở lên;
(c) Vật liệu dạng sợi phù hợp để sử dụng trong kết cấu composit và có mô đun riêng bằng hoặc lớn hơn 3.18 × 10⁶ m và giới hạn bền kéo riêng bằng hoặc lớn hơn 7.62 × 10⁴ m (‘Mô đun riêng’ là mô đun Young tính theo N/m² chia cho trọng lượng riêng tính theo N/m³; ‘Giới hạn bền kéo riêng’ là giới hạn bền kéo tính theo N/m² chia cho trọng lượng riêng tính theo N/m³).
5.1.2. Linh kiện tĩnh
(a) Ổ đỡ treo từ tính:
1. Cụm ổ đỡ được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, gồm một nam châm hình vành khuyên được treo trong một thân chứa môi chất giảm chấn. Thân này được chế tạo từ vật liệu chịu được UF₆ (xem CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH của Mục 5.2.). Nam châm liên kết với một cực từ hoặc với một nam châm thứ hai được lắp vào nắp trên được mô tả tại Mục 5.1.1.(e). Nam châm có thể có dạng vòng với tỷ lệ giữa đường kính ngoài và đường kính trong nhỏ hơn hoặc bằng 1.6:1. Nam châm có thể ở dạng có độ từ thẩm ban đầu từ 0.15 H/m trở lên, hoặc độ từ dư từ 98.5% trở lên, hoặc tích năng lượng lớn hơn 80 kJ/m³. Ngoài các đặc tính vật liệu thông thường, điều kiện tiên quyết là độ lệch của các trục từ so với các trục hình học được giới hạn trong dung sai rất nhỏ (nhỏ hơn 0.1 mm) hoặc yêu cầu riêng về tính đồng nhất của vật liệu nam châm.
2. Ổ đỡ từ tính chủ động được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để sử dụng trong máy ly tâm khí.
CHÚ THÍCH GIẢI THÍCH
Các ổ đỡ này thường có các đặc tính sau đây:
- Được thiết kế để giữ đồng tâm một rô-to quay ở tần số 600 Hz trở lên, và
- Được kết hợp với một nguồn điện tin cậy và/hoặc với một bộ nguồn điện liên tục (UPS) để có thể hoạt động trong hơn một giờ.
(b) Ổ đỡ/bộ giảm chấn:
Ổ đỡ được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, gồm một cụm chốt trụ/cốc lắp trên một bộ giảm chấn. Chốt trụ thông thường là một trục bằng thép đã tôi cứng, một đầu có dạng bán cầu, đầu kia có bộ phận để gắn vào nắp dưới được mô tả tại mục 5.1.1.(e). Tuy nhiên, trục này có thể được gắn một ổ đỡ thủy động. Cốc có dạng viên với một vết lõm bán cầu trên một bề mặt. Các linh kiện này thường được cung cấp riêng với bộ giảm chấn.
(c) Bơm phân tử:
Hình trụ được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt, có rãnh xoắn được gia công hoặc đùn ở mặt trong và lỗ khoan được gia công ở mặt trong. Kích thước điển hình như sau: đường kính trong từ 75 mm đến 650 mm, độ dày thành từ 10 mm trở lên, với chiều dài bằng hoặc lớn hơn đường kính. Các rãnh thường có mặt cắt ngang hình chữ nhật và sâu từ 2 mm trở lên.
(d) Stato động cơ:
Stato dạng vòng được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt cho động cơ từ trễ (hoặc động cơ phản kháng) nhiều pha dòng điện xoay chiều tốc độ cao, hoạt động đồng bộ trong chân không ở tần số từ 600 Hz trở lên và công suất từ 40 VA trở lên. Stato có thể gồm các cuộn dây nhiều pha trên lõi sắt ghép lớp tổn thất thấp gồm các lớp mỏng thường dày 2 mm hoặc nhỏ hơn.
(e) Thân/vỏ chứa máy ly tâm:
Linh kiện được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để chứa cụm ống rô-to của máy ly tâm khí. Thân gồm một hình trụ cứng vững có độ dày thành đến 30 mm, với các đầu được gia công chính xác để định vị ổ đỡ và có một hoặc nhiều mặt bích để lắp đặt. Các đầu được gia công song song với nhau và vuông góc với trục dọc của hình trụ trong phạm vi 0.05° hoặc nhỏ hơn. Thân cũng có thể là kết cấu dạng tổ ong để chứa nhiều cụm rô-to.
(f) Ống hớt khí:
Ống được thiết kế đặc biệt hoặc chế tạo đặc biệt để rút khí UF₆ từ bên trong ống rô-to theo nguyên lý ống Pitot (tức là có một lỗ hướng vào dòng khí theo chiều vòng tròn bên trong ống rô-to, ví dụ bằng cách uốn đầu của một ống đặt theo hướng bán kính) và có khả năng được gắn vào hệ thống rút khí trung tâm.
Nguyên văn tiếng Anh
INTRODUCTORY NOTE
The gas centrifuge normally consists of a thin-walled cylinder of between 75 mm and 650 mm diameter contained in a vacuum environment and spun at high peripheral speed of the order of 300 m/s or more with its central axis vertical. In order to achieve high speed the materials of construction for the rotating components have to be of a high strength to density ratio and the rotor assembly, and hence its individual components, have to be manufactured to very close tolerances in order to minimise the unbalance. In contrast to other centrifuges, the gas centrifuge for uranium enrichment is characterised by having within the rotor chamber a rotating disc-shaped baffle (or baffles) and a stationary tube arrangement for feeding and extracting the uranium hexafluoride (UF₆) gas and featuring at least three separate channels, of which two are connected to scoops extending from the rotor axis towards the periphery of the rotor chamber. Also contained within the vacuum environment are a number of critical items which do not rotate and, which although they are especially designed, are not difficult to fabricate nor are they fabricated out of unique materials. A centrifuge facility however requires a large number of these components, so that quantities can provide an important indication of end use.
5.1.1. Rotating components
(a) Complete rotor assemblies:
Thin-walled cylinders, or a number of interconnected thin-walled cylinders, manufactured from one or more of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section. If interconnected, the cylinders are joined together by flexible bellows or rings as described in section 5.1.1.(c) following. The rotor is fitted with an internal baffle (or baffles) and end caps, as described in section 5.1.1.(d) and (e) following, if in final form. However the complete assembly may be delivered only partly assembled.
(b) Rotor tubes:
Especially designed or prepared thin-walled cylinders with thickness of 12 mm or less, a diameter of between 75 mm and 650 mm, and manufactured from one or more of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section.
(c) Rings or Bellows:
Components especially designed or prepared to give localised support to the rotor tube or to join together a number of rotor tubes. The bellows is a short cylinder of wall thickness 3 mm or less, a diameter of between 75 mm and 650 mm, having a convolute, and manufactured from one of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section.
(d) Baffles:
Disc-shaped components of between 75 mm and 650 mm diameter especially designed or prepared to be mounted inside the centrifuge rotor tube, in order to isolate the take-off chamber from the main separation chamber and, in some cases, to assist the UF₆ gas circulation within the main separation chamber of the rotor tube, and manufactured from one of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section.
(e) Top caps/Bottom caps:
Disc-shaped components of between 75 mm and 650 mm diameter especially designed or prepared to fit to the ends of the rotor tube, and so contain the UF₆ within the rotor tube, and in some cases to support, retain or contain as an integrated part an element of the upper bearing (top cap) or to carry the rotating elements of the motor and lower bearing (bottom cap), and manufactured from one of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section.
EXPLANATORY NOTE
The materials used for centrifuge rotating components include the following:
(a) Maraging steel capable of an ultimate tensile strength of 1.95 GPa or more;
(b) Aluminium alloys capable of an ultimate tensile strength of 0.46 GPa or more;
(c) Filamentary materials suitable for use in composite structures and having a specific modulus of 3.18 × 10⁶ m or greater and a specific ultimate tensile strength of 7.62 × 10⁴ m or greater (‘Specific Modulus’ is the Young’s Modulus in N/m² divided by the specific weight in N/m³; ‘Specific Ultimate Tensile Strength’ is the ultimate tensile strength in N/m² divided by the specific weight in N/m³).
5.1.2. Static components
(a) Magnetic suspension bearings:
1. Especially designed or prepared bearing assemblies consisting of an annular magnet suspended within a housing containing a damping medium. The housing will be manufactured from a UF₆-resistant material (see EXPLANATORY NOTE to Section 5.2.). The magnet couples with a pole piece or a second magnet fitted to the top cap described in Section 5.1.1.(e). The magnet may be ringshaped with a relation between outer and inner diameter smaller or equal to 1.6:1. The magnet may be in a form having an initial permeability of 0.15 H/m or more, or a remanence of 98.5% or more, or an energy product of greater than 80 kJ/m³. In addition to the usual material properties, it is a prerequisite that the deviation of the magnetic axes from the geometrical axes is limited to very small tolerances (lower than 0.1 mm) or that homogeneity of the material of the magnet is specially called for.
2. Active magnetic bearings especially designed or prepared for use in gas centrifuges.
EXPLANATORY NOTE
These bearings usually have the following characteristics:
- Designed to keep centred a rotor spinning at 600 Hz or more, and
- Associated to a reliable electrical power supply and/or to an uninterruptible power supply (UPS) unit in order to function for more than one hour.
(b) Bearings/Dampers:
Especially designed or prepared bearings comprising a pivot/cup assembly mounted on a damper. The pivot is normally a hardened steel shaft with a hemisphere at one end with a means of attachment to the bottom cap described in section 5.1.1.(e) at the other. The shaft may however have a hydrodynamic bearing attached. The cup is pellet-shaped with a hemispherical indentation in one surface. These components are often supplied separately to the damper.
(c) Molecular pumps:
Especially designed or prepared cylinders having internally machined or extruded helical grooves and internally machined bores. Typical dimensions are as follows: 75 mm to 650 mm internal diameter, 10 mm or more wall thickness, with the length equal to or greater than the diameter. The grooves are typically rectangular in crosssection and 2 mm or more in depth.
(d) Motor stators:
Especially designed or prepared ring-shaped stators for high speed multiphase AC hysteresis (or reluctance) motors for synchronous operation within a vacuum at a frequency of 600 Hz or greater and a power of 40 VA or greater. The stators may consist of multi-phase windings on a laminated low loss iron core comprised of thin layers typically 2 mm thick or less.
(e) Centrifuge housing/recipients:
Components especially designed or prepared to contain the rotor tube assembly of a gas centrifuge. The housing consists of a rigid cylinder of wall thickness up to 30 mm with precision machined ends to locate the bearings and with one or more flanges for mounting. The machined ends are parallel to each other and perpendicular to the cylinder’s longitudinal axis to within 0.05° or less. The housing may also be a honeycomb type structure to accommodate several rotor assemblies.
(f) Scoops:
Especially designed or prepared tubes for the extraction of UF₆ gas from within the rotor tube by a Pitot tube action (that is, with an aperture facing into the circumferential gas flow within the rotor tube, for example by bending the end of a radially disposed tube) and capable of being fixed to the central gas extraction system.
The gas centrifuge normally consists of a thin-walled cylinder of between 75 mm and 650 mm diameter contained in a vacuum environment and spun at high peripheral speed of the order of 300 m/s or more with its central axis vertical. In order to achieve high speed the materials of construction for the rotating components have to be of a high strength to density ratio and the rotor assembly, and hence its individual components, have to be manufactured to very close tolerances in order to minimise the unbalance. In contrast to other centrifuges, the gas centrifuge for uranium enrichment is characterised by having within the rotor chamber a rotating disc-shaped baffle (or baffles) and a stationary tube arrangement for feeding and extracting the uranium hexafluoride (UF₆) gas and featuring at least three separate channels, of which two are connected to scoops extending from the rotor axis towards the periphery of the rotor chamber. Also contained within the vacuum environment are a number of critical items which do not rotate and, which although they are especially designed, are not difficult to fabricate nor are they fabricated out of unique materials. A centrifuge facility however requires a large number of these components, so that quantities can provide an important indication of end use.
5.1.1. Rotating components
(a) Complete rotor assemblies:
Thin-walled cylinders, or a number of interconnected thin-walled cylinders, manufactured from one or more of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section. If interconnected, the cylinders are joined together by flexible bellows or rings as described in section 5.1.1.(c) following. The rotor is fitted with an internal baffle (or baffles) and end caps, as described in section 5.1.1.(d) and (e) following, if in final form. However the complete assembly may be delivered only partly assembled.
(b) Rotor tubes:
Especially designed or prepared thin-walled cylinders with thickness of 12 mm or less, a diameter of between 75 mm and 650 mm, and manufactured from one or more of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section.
(c) Rings or Bellows:
Components especially designed or prepared to give localised support to the rotor tube or to join together a number of rotor tubes. The bellows is a short cylinder of wall thickness 3 mm or less, a diameter of between 75 mm and 650 mm, having a convolute, and manufactured from one of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section.
(d) Baffles:
Disc-shaped components of between 75 mm and 650 mm diameter especially designed or prepared to be mounted inside the centrifuge rotor tube, in order to isolate the take-off chamber from the main separation chamber and, in some cases, to assist the UF₆ gas circulation within the main separation chamber of the rotor tube, and manufactured from one of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section.
(e) Top caps/Bottom caps:
Disc-shaped components of between 75 mm and 650 mm diameter especially designed or prepared to fit to the ends of the rotor tube, and so contain the UF₆ within the rotor tube, and in some cases to support, retain or contain as an integrated part an element of the upper bearing (top cap) or to carry the rotating elements of the motor and lower bearing (bottom cap), and manufactured from one of the high strength to density ratio materials described in the EXPLANATORY NOTE to this Section.
EXPLANATORY NOTE
The materials used for centrifuge rotating components include the following:
(a) Maraging steel capable of an ultimate tensile strength of 1.95 GPa or more;
(b) Aluminium alloys capable of an ultimate tensile strength of 0.46 GPa or more;
(c) Filamentary materials suitable for use in composite structures and having a specific modulus of 3.18 × 10⁶ m or greater and a specific ultimate tensile strength of 7.62 × 10⁴ m or greater (‘Specific Modulus’ is the Young’s Modulus in N/m² divided by the specific weight in N/m³; ‘Specific Ultimate Tensile Strength’ is the ultimate tensile strength in N/m² divided by the specific weight in N/m³).
5.1.2. Static components
(a) Magnetic suspension bearings:
1. Especially designed or prepared bearing assemblies consisting of an annular magnet suspended within a housing containing a damping medium. The housing will be manufactured from a UF₆-resistant material (see EXPLANATORY NOTE to Section 5.2.). The magnet couples with a pole piece or a second magnet fitted to the top cap described in Section 5.1.1.(e). The magnet may be ringshaped with a relation between outer and inner diameter smaller or equal to 1.6:1. The magnet may be in a form having an initial permeability of 0.15 H/m or more, or a remanence of 98.5% or more, or an energy product of greater than 80 kJ/m³. In addition to the usual material properties, it is a prerequisite that the deviation of the magnetic axes from the geometrical axes is limited to very small tolerances (lower than 0.1 mm) or that homogeneity of the material of the magnet is specially called for.
2. Active magnetic bearings especially designed or prepared for use in gas centrifuges.
EXPLANATORY NOTE
These bearings usually have the following characteristics:
- Designed to keep centred a rotor spinning at 600 Hz or more, and
- Associated to a reliable electrical power supply and/or to an uninterruptible power supply (UPS) unit in order to function for more than one hour.
(b) Bearings/Dampers:
Especially designed or prepared bearings comprising a pivot/cup assembly mounted on a damper. The pivot is normally a hardened steel shaft with a hemisphere at one end with a means of attachment to the bottom cap described in section 5.1.1.(e) at the other. The shaft may however have a hydrodynamic bearing attached. The cup is pellet-shaped with a hemispherical indentation in one surface. These components are often supplied separately to the damper.
(c) Molecular pumps:
Especially designed or prepared cylinders having internally machined or extruded helical grooves and internally machined bores. Typical dimensions are as follows: 75 mm to 650 mm internal diameter, 10 mm or more wall thickness, with the length equal to or greater than the diameter. The grooves are typically rectangular in crosssection and 2 mm or more in depth.
(d) Motor stators:
Especially designed or prepared ring-shaped stators for high speed multiphase AC hysteresis (or reluctance) motors for synchronous operation within a vacuum at a frequency of 600 Hz or greater and a power of 40 VA or greater. The stators may consist of multi-phase windings on a laminated low loss iron core comprised of thin layers typically 2 mm thick or less.
(e) Centrifuge housing/recipients:
Components especially designed or prepared to contain the rotor tube assembly of a gas centrifuge. The housing consists of a rigid cylinder of wall thickness up to 30 mm with precision machined ends to locate the bearings and with one or more flanges for mounting. The machined ends are parallel to each other and perpendicular to the cylinder’s longitudinal axis to within 0.05° or less. The housing may also be a honeycomb type structure to accommodate several rotor assemblies.
(f) Scoops:
Especially designed or prepared tubes for the extraction of UF₆ gas from within the rotor tube by a Pitot tube action (that is, with an aperture facing into the circumferential gas flow within the rotor tube, for example by bending the end of a radially disposed tube) and capable of being fixed to the central gas extraction system.