Obsah

• kroky
• Tipy
• varovanie

Urán sa používa ako zdroj energie v jadrových reaktoroch a použil sa na výrobu prvej atómovej bomby, ktorá v roku 1945 spadla na Hirošimu. Urán sa extrahuje ako ruda nazývaná uraninit a skladá sa z niekoľkých izotopov rôznych atómových hmotností a rôznych úrovní. rádioaktivity. Na použitie pri štiepnych reakciách sa musí množstvo izotopu U zvýšiť na úroveň, ktorá umožňuje štiepenie v reaktore alebo čerpadle. Tento proces sa nazýva obohacovanie uránu a existuje niekoľko spôsobov, ako to urobiť.

kroky

Metóda 1 zo 7: Základný proces obohacovania uránu

1. 

   Rozhodnite sa, ktorý urán sa použije. Väčšina extrahovaného uránu obsahuje iba asi 0,7% U a jeho zvyšok tvorí najstabilnejší izotop v porovnaní s U. Typ štiepnej reakcie uránu sa použije na určenie toho, akú hladinu U treba zvýšiť. pre efektívne využitie uránu.
   • Urán používaný vo väčšine jadrových elektrární musí byť obohatený na úroveň 3 až 5% U. (Niektoré jadrové reaktory, ako napríklad reaktor CANDU v Kanade a reaktor Magnox v Spojených štátoch, sú navrhnuté tak, aby používali obohatený urán.)
   • Naproti tomu urán používaný atómovými bombami a hlavicami musí byť obohatený na 90% U.

2. 

   
   
   Preveďte uránovú rudu na plyn. Väčšina súčasných metód obohacovania uránu vyžaduje, aby sa ruda premenila na plyn s nízkou teplotou. Plynný fluór sa bežne čerpá do zariadenia na konverziu rudy; plynný oxid uránu reaguje s fluórom za vzniku hexafluoridu uránu (UF). Plyn potom pôsobí na oddelenie a opätovné zjednotenie izotopu U.

3. 

   
   
   Obohatiť urán. Zostávajúce časti tohto článku opisujú rôzne procesy dostupné na obohacovanie uránu. Z nich je najbežnejšou difúzia plynu a centrifugácia plynu, ale očakáva sa, že ich nahradí proces laserovej izotopickej separácie.

4. 

   Premeniť plyn UF₆ oxid uraničitý (OU₂). Po obohatení sa urán musí pre svoje zamýšľané použitie previesť na stabilnú pevnú formu.
   • Oxid uraničitý používaný ako palivo v jadrových reaktoroch sa vyrába vo forme keramických tabliet uložených v skúmavkách, ktoré dokonca tvoria tyče 4 metre.

Metóda 2 zo 7: Proces plynnej difúzie

1. 

   
   
   Pumpa UF₆ plynovodmi.

2. 

   Protlačte plyn cez pórovitý alebo membránový filter. Pretože izotop U235 je ľahší ako izotop U, UF₆ obsahujúci ľahší izotop sa bude šíriť cez membránu rýchlejšie ako ťažší izotop.

3. 

   Proces difúzie opakujte, kým sa nezíska dostatok U. Opakovaná difúzia sa nazýva „kaskáda“. Poréznymi membránami môže trvať až 1 400 difúzií, aby získal dostatok U na obohatenie uránu.

4. 

   Kondenzujte UF plyn₆ v tekutej forme. Keď je plyn dostatočne obohatený, kondenzuje sa na kvapalinu a potom sa skladuje v nádobách, kde ochladzuje a tuhne, aby sa mohol prepravovať a konvertovať na palivové tablety.
5. Vzhľadom na požadovaný počet difúzií si tento proces vyžaduje veľa energie, a preto sa už nepoužíva. V Spojených štátoch zostáva iba jedna elektráreň na obohacovanie difúzie plynu a nachádza sa v Paducahu v štáte Kentucky.

Metóda 3 zo 7: Proces plynného odstreďovania

1. 

   Zostavte niekoľko vysokorýchlostných valcov. Tieto valce sú odstredivky. Odstredivky sú namontované v sérii dvoch a súbežne.

2. 

   Pumpujte plyn UF₆ vo vnútri odstrediviek. Odstredivka použije centripetálne zrýchlenie na odoslanie najťažšieho plynu U do steny valca a najľahšieho plynu U do centra.

3. 

   Extrahujte plyny, ktoré sa pri tomto procese oddelili.

4. 

   Znovu spracujte jednotlivé plyny v samostatných odstredivkách. Plyny bohaté na U sa posielajú do odstredivky, kde sa extrahuje ešte viac U, zatiaľ čo ochudobnený U plyn prechádza do inej odstredivky, aby extrahoval ešte viac U. To umožňuje, aby proces odstreďovania extrahoval oveľa viac U ako proces difúzie plynu.
   • Proces odstreďovania plynu bol pôvodne vyvinutý v 40. rokoch 20. storočia, ale jeho významné využitie sa začalo až v 60. rokoch 20. storočia, keď sa jeho nižšie energetické požiadavky na výrobu obohateného uránu stali dôležitými. V súčasnosti existuje jednotka na spracovanie plynu prostredníctvom odstredivky v Spojených štátoch amerických v Eunice v Novom Mexiku. Pre porovnanie, Rusko má v súčasnosti štyri takéto jednotky, z ktorých každá má dve Japonsko a Čína, zatiaľ čo Spojené kráľovstvo, Holandsko a Nemecko majú jednu.

Metóda 4 zo 7: Proces aerodynamickej separácie

1. 

   Postavte rad úzkych stacionárnych valcov.

2. 

   Vstreknite plynný UF₆ vo valcoch vysokou rýchlosťou. Plyn je vháňaný do tlakových fliaš tak, že je indukovaný cyklónový odstredivý proces, čím dochádza k rovnakému typu separácie medzi U a U, ktorý sa dosiahne odstredivou rotáciou.
   • Metóda vyvinutá v Južnej Afrike vstrekuje plyn do valca dotyčnicou. V súčasnosti sa testuje pomocou izotopov svetla, ako sú izotopy nájdené v kremíku.

Metóda 5 zo 7: Proces kvapalnej tepelnej difúzie

1. 

   Skvapalnený plyn UF₆ pod tlakom.
2. Zostavte pár koncentrických trubíc. Rúrky by mali byť dostatočne vysoké, s trubicami ešte vyššími, ktoré umožňujú väčšie oddelenie izotopov U a U.

3. 

   Skúmavky obklopte plášťom tekutej vody. Tým sa vonkajšia trubica ochladí.

4. 

   Čerpajte kvapalinu UF₆ medzi rúrkami.

5. 

   Vnútornú trubicu zahrievajte parou. Teplo vytvorí v UF konvekčný prúd₆ ktorý priláka ľahší izotop U do teplejšej vnútornej trubice a zatlačí ťažší izotop U smerom k vonkajšej trubici chladiča.
   • Tento proces bol skúmaný v roku 1940 ako súčasť projektu Manhattan, ale bol opustený, keď bol ešte v ranom štádiu vývoja, keď sa vyvinul najúčinnejší proces difúzie plynu.

Metóda 6 zo 7: Proces separácie elektromagnetických izotopov

1. 

   Ionizujte UF plyn₆.

2. 

   Prejdite plyn cez silné magnetické pole.

3. 

   Oddeľte izotopy ionizovaného uránu a identifikujte ich podľa dráh, ktoré zanechali pri prechode magnetickým poľom. Ióny zanechávajú stopy, ktoré sa líšia od tých, ktoré zostali pri U. Tieto ióny môžu byť izolované, aby obohatili urán.
   • Táto metóda sa použila na spracovanie uránu z atómových bômb vyhodených na Hirošimu v roku 1945 a bola to tiež metóda obohacovania, ktorú používa Irak v programe jadrových zbraní z roku 1992. Vyžaduje 10-krát viac energie ako difúzia plynu, čo robí to nepraktickým pre rozsiahle programy obohacovania.

Metóda 7 zo 7: Proces separácie laserových izotopov

1. 

   Upravte laser na konkrétnu farbu. Laserové svetlo musí byť v plnej dĺžke špecifickej (monochromatickej) vlny. Táto vlnová dĺžka bude zameraná iba na atómy U, pričom atómy U zostanú nedotknuté.

2. 

   Osvetlite urán laserovým svetlom. Na rozdiel od iných procesov obohacovania uránu nemusíte používať plynný hexafluorid uránu, hoci väčšina laserových procesov ho používa. Ako zdroj uránu môžete použiť aj zliatinu železa a uránu, ktorú je možné dosiahnuť procesom separácie izotopov atómových pár laserom (AVLIS).

3. 

   Atómy uránu extrahujte excitovanými elektrónmi. Budú to atómy U.

Tipy

• Niektoré krajiny prepracúvajú jadrové palivá na regeneráciu ochudobneného uránu a plutónia vytvoreného počas procesu štiepenia. Prepracovaný urán musí byť odstránený z U a U izotopov vytvorených počas štiepenia a ak sú obohatené, musí sa proces vykonať na vyššej úrovni, ako je úroveň použitá v novom uráne (ktorý sa nepoužil), pretože U absorbuje neutróny a inhibuje štiepny proces. Z tohto dôvodu musí byť prepracovaný urán udržiavaný oddelene od uránu, ktorý bude obohatený po prvýkrát.

varovanie

• Urán je v skutočnosti iba slabo rádioaktívny; avšak pri premene na plyn UF₆, sa stáva toxickou chemikáliou, ktorá reaguje s vodou za vzniku korozívnej kyseliny fluorovodíkovej. (Táto kyselina sa bežne nazýva „gravírovacia kyselina“ kvôli jej použitiu na leptanie skla.) Z tohto dôvodu jednotky na obohacovanie uránu vyžadujú rovnaké ochranné opatrenia ako chemické továrne na fluór, ktoré zahŕňajú udržujte UF plyn₆ väčšinou pod nízkym tlakom a používať ďalšie úrovne izolácie v oblastiach, ktoré vyžadujú väčší tlak.
• Prepracovaný urán sa musí udržiavať pod silným pancierovaním, pretože jeho obsah sa rozkladá na prvky, ktoré emitujú veľké množstvo gama žiarenia.
• Obohatený urán sa môže normálne prepracovať iba raz.