Az uránt energiaforrásként használják a nukleáris reaktorokban, és az első atombomba előállítására használták, amelyet 1945 -ben dobtak le Hirosimára. Az uránt pitchblende nevű ércként bányásszák, és több atomtömegű és különböző szintű izotópból áll a radioaktivitástól. A hasadási reakciókban való alkalmazáshoz az izotópok száma 235Az U szintet olyan szintre kell emelni, amely készen áll a hasadásra a reaktorban vagy a bombában. Ezt a folyamatot urándúsításnak nevezik, és ennek több módja is van.
Lépés
1. módszer a 7 -ből: Alapos dúsítási folyamat
1. lépés. Döntse el, hogy mire fogja használni az uránt
A legtöbb bányászott urán csak körülbelül 0,7 százalékot tartalmaz 235U, a maradék nagy része az izotóp 238stabilabb U. Az uránnal végrehajtandó hasadási reakció típusa határozza meg, hogy mekkora növekedést tapasztalhatunk 235Meg kell tennie, hogy az urán hatékonyan felhasználható legyen.
- A legtöbb atomerőműben használt uránt 3-5 százalékra kell dúsítani 235U. (Egyes nukleáris reaktorok, mint például a kanadai CANDU reaktor és az Egyesült Királyságban a Magnox reaktor, dúsítatlan urán felhasználására készültek.)
- Ezzel szemben az atombombákhoz és robbanófejekhez használt uránt 90 százalékkal kell dúsítani 235U.
2. lépés Változtassa az uránércet gázzá
A jelenleg rendelkezésre álló urándúsítási módszerek többsége megköveteli, hogy az uránércet alacsony hőmérsékletű gázzá alakítsák át. Fluorgázt általában az ércátalakító gépbe szivattyúznak; Az urán -oxid gáz fluorral reagálva urán -hexafluoridot (UF) termel6). A gázt ezután feldolgozzák az izotópok szétválasztására és összegyűjtésére 235U.
3. lépés. Dúsítsa az uránt
A cikk későbbi szakaszai az urán dúsítására rendelkezésre álló különféle eljárásokat írják le. Az összes folyamat közül a gázdiffúzió és a gázcentrifugálás a két leggyakoribb, de a kettő helyett a lézeres izotóp -elválasztás várható.
4. lépés: Cserélje ki az UF gázt6 urán -dioxiddá (UO)2).
A dúsítás után az uránt stabil szilárd formává kell alakítani, hogy tetszés szerint használhassuk.
Az atomreaktorok üzemanyagaként használt urán -dioxidból kerámia magszemcséket készítenek, amelyeket fémcsövekbe csomagolnak, így akár 4 m magas rudakká válnak
2. módszer a 7 -ből: Gázdiffúziós eljárás
1. lépés. Szivattyúzza az UF gázgázt6 a csövön keresztül.
2. lépés: Szivattyúzza át a gázt szűrőn vagy porózus membránon
Az izotóp miatt 235U könnyebb, mint az izotóp 238U, UF6 a könnyebb izotópok gyorsabban diffundálnak a membránon, mint a nehezebbek.
3. lépés Ismételje meg a diffúziós folyamatot, amíg elegendő nem lesz 235U gyűjtött.
Az ismételt diffúziót rétegzettnek nevezzük. A porózus membránon akár 1400 szűrés is elegendő lehet 235U, hogy jól dúsítsa az uránt.
4. lépés: UF gáz gáz kondenzációja6 folyékony formában.
Miután a gázt kellőképpen dúsították, a gázt folyadékká sűrítik, majd egy tartályban tárolják, ahol lehűl és megszilárdul, hogy szállításra és tüzelőanyag -szemcsékké váljon.
A nagy mennyiségű szűrés miatt ez a folyamat energiaigényes, ezért leáll. Az Egyesült Államokban csak egy gázdiffúziós dúsító üzem maradt, Paducah -ban, Kentucky -ban
3. módszer a 7 -ből: Gázcentrifuga -eljárás
1. lépés Szereljen be számos nagy sebességű forgó hengert
Ez a henger centrifuga. A centrifuga sorban vagy párhuzamosan van felszerelve.
2. lépés. Áramlási UF. Gáz6 a fonóba.
A centrifuga centripetális gyorsítást használ a gáztartalmú gázok leadásához 238nehezebb U a hengerfalhoz és gázt tartalmazó 235könnyebb U a henger közepéhez.
Lépés 3. Nyissa ki az elválasztott gázokat
4. lépés: Feldolgozza a két elválasztott gázt két külön centrifugában
Gazdag gáz 235U -t centrifugába küldték, ahol 235U még mindig extrahált, míg a gáztartalmú 235A redukált U -t egy másik centrifugába vezetjük az extraháláshoz 235A maradék U. Ez lehetővé teszi, hogy a centrifugálás sokkal többet nyerjen ki 235U, mint amennyit a gázdiffúziós eljárás kivonhat.
A gázcentrifuga -eljárást először az 1940 -es években fejlesztették ki, de csak az 1960 -as években kezdték jelentős használatba venni, amikor fontossá vált az alacsony energiaigényű urándúsítási folyamatok végrehajtására való képessége. Jelenleg az Egyesült Államokban található gázcentrifuga -feldolgozó üzem az új -mexikói Eunice -ben található. Ezzel szemben Oroszországban jelenleg négy ilyen típusú gyár van, Japánban és Kínában kettő, míg az Egyesült Királyságban, Hollandiában és Németországban egy -egy
4. módszer a 7 -ből: Aerodinamikai elválasztási folyamat
1. lépés Készítsen egy keskeny, álló henger sorozatot
2. lépés: Injektáljon UF gázgázt6 nagy sebességgel a hengerbe.
A gázt úgy égetik a palackba, hogy a gáz ciklonszerűen forog, és ezáltal egyfajta elválasztást eredményez 235U és 238ugyanaz az U, mint a forgó centrifuga folyamatban.
Az egyik Dél -Afrikában kifejlesztett módszer a gáz fecskendezése a palackokba egymás mellett. Ezt a módszert jelenleg könnyebb izotópokkal tesztelik, például a szilíciumban
5. módszer a 7 -ből: Folyékony termikus diffúziós eljárás
1. lépés: cseppfolyósítsa az UF gázt6 nyomás alatt.
2. lépés Készítsen pár koncentrátumcsövet
A csőnek elég magasnak kell lennie, mivel a magasabb cső lehetővé teszi az izotópok nagyobb elválasztását 235U és 238U.
Lépés 3. Vonja be a csövet egy réteg vízzel
Ez lehűti a cső külső részét.
4. lépés. Szivattyúzza az UF -et6 folyadék a csövek között.
5. lépés Gőzzel melegítse fel a belső csövet
A hő konvekciós áramokat okoz az UF -ben6 amely vonzza az izotópot 235Az öngyújtó U a melegebb belső cső felé, és nyomja az izotópot 238a nehezebb U a hűvösebb külső cső felé.
Ezt a folyamatot 1940 -ben kutatták a Manhattan -projekt részeként, de a fejlesztés korai szakaszában felhagytak vele, amikor hatékonyabb gázdiffúziós folyamatokat fejlesztettek ki
6. módszer a 7 -ből: Elektromágneses izotóp -elválasztási folyamat
1. lépés: UF -gáz ionizálása6.
2. lépés: A gázt vezesse át erős mágneses mezőn
3. lépés Válassza szét az ionizált urán izotópjait a mágneses mezőn áthaladó nyomok alapján
Ion 235U más ívű nyomot hagy, mint az ion 238U. Az ionokat urán dúsítására izolálhatjuk.
Ezt a módszert alkalmazták az urán feldolgozására az 1945 -ben Hirosimára ledobott atombomba számára, és ez a dúsítási módszer is, amelyet Irak 1992 -ben atomfegyver -programjában használt. Ez a módszer 10 -szer több energiát igényel, mint a gáz diffúzió, ezért nem praktikus a program számára. nagyszabású dúsítás
7. módszer a 7 -ből: Lézeres izotóp -elválasztási folyamat
1. lépés Állítsa a lézert egy adott színre
A lézersugárnak teljesen egy adott hullámhosszúnak kell lennie (monokromatikus). Ez a hullámhossz csak az atomokat célozza meg 235U, és hagyja, hogy az atom 238U nem érintett.
2. lépés Ragyogjon lézersugarat az uránra
Más urándúsítási eljárásokkal ellentétben nem kell urán -hexafluorid gázt használni, bár a legtöbb lézeres eljárás igen. Urán- és vasötvözeteket is használhat uránforrásként, amelyet az atomi gőzlézer -izotóp -elválasztási (AVLIS) eljárásban használnak.
3. lépés: Uránatomok kivonása gerjesztett elektronokkal
Atom lesz 235U.
Tippek
Néhány ország újrahasznosítja a kiégett nukleáris üzemanyagot, hogy visszanyerje a benne lévő uránt és plutóniumot, amely a hasadási folyamat során keletkezett. Az újrafeldolgozott uránt el kell távolítani az izotópból 232U és 236U a hasadás során keletkezik, és ha dúsul, magasabb minőségűre kell dúsítani, mint a „friss” urán, mert 236Az U elnyeli a neutronokat, ezáltal gátolja a hasadási folyamatot. Ezért az újrafeldolgozott uránt elkülönítve kell tárolni az újonnan először dúsított urántól.
Figyelem
- Az urán csak gyenge radioaktivitást bocsát ki; azonban UF -gázzá feldolgozva6, mérgező kémiai anyaggá válik, amely vízzel reagálva maró hidrogén -fluoridot képez. (Ezt a savat általában „marató savnak” nevezik, mert üvegmaratásra használják.) Ezért az urándúsító üzemek ugyanazokat a védelmi intézkedéseket igénylik, mint a fluorral dolgozó vegyi üzemek, beleértve az UF -gázt.6 az idő nagy részében alacsony nyomás alatt kell maradni, és extra szintű elszigetelést kell alkalmazni azokon a helyeken, ahol nagy nyomás szükséges.
- Az újrafeldolgozott uránt vastag burkolatokban kell tárolni, mert 232A benne lévő U erős gamma -sugárzást kibocsátó elemekre bomlik.
- A dúsított uránt általában csak egyszer lehet újra feldolgozni.
