gtemata.com

Cum să îmbogățiți uraniul

Uraniul este folosit ca sursă de energie pentru reactoare nucleare și a fost folosit pentru a construi prima bombă atomică la Hiroshima în 1945. de uraniu este extras cu un uraninite mineral numit, constând din diferite izotopi cu greutate atomică diferită și nivelul de radioactivitate. Pentru a fi utilizat în reactoarele de fisiune, cantitatea de izotop 235

U trebuie crescută la un nivel care permite fisiune într-un reactor sau dispozitiv exploziv. Acest proces se numește îmbogățirea uraniului și există mai multe modalități de a face acest lucru.

paşi

Metoda 1

Procesul de bază al îmbogățirii
1
Stabiliți în ce scop va fi folosit uraniul. Cea mai mare parte a uraniului extras conține doar 0,7% izotop 235U, iar restul conține mai mult decât izotopul stabil 238U. Tipul de fisiune pentru care se va folosi mineralul determină la ce nivel se află izotopul 235U trebuie să fie adus pentru a folosi mineralul mai bine.
  • Uraniul utilizat în centralele nucleare trebuie să fie îmbogățit în procent între 3 și 5% din 235U. Unele reactoare nucleare, cum ar fi reactorul Candu din Canada și Magnox în Regatul Unit, sunt proiectate să utilizeze uraniu ne-îmbogățit.)
  • Uraniul folosit pentru bombe atomice și focoase nucleare, pe de altă parte, trebuie îmbogățit cu până la 90% 235U.
  • 2
    Rotiți minereul de uraniu într-un gaz. Majoritatea metodelor existente de îmbogățire a uraniului necesită transformarea minereului într-un gaz cu temperatură scăzută. Fluorul gazos este de obicei pompat în instalația de conversie a minereului - gazul de oxid de uraniu reacționează la contactul cu fluor, producând hexafluorură de uraniu (UF6). Gazul este prelucrat apoi pentru separarea și colectarea izotopului 235U.
  • 3
    Îmbogățiți uraniul. Secțiunile ulterioare ale acestui articol descriu diferitele proceduri posibile de îmbogățire a uraniului. Dintre acestea, difuzia de gaz și centrifuga de gaz sunt cele mai frecvente, dar procesul de separare a izotopului cu laser este destinat să le înlocuiască.
  • 4
    Transformați gazul UF6 în dioxid de uraniu (UO2). Odată îmbogățit, uraniul trebuie transformat într-un material solid și stabil pentru a fi utilizat.
  • Dioxidul de uraniu utilizat ca combustibil în reactoarele nucleare se transformă folosind pelete sintetice din ceramică, învelite în tuburi metalice de 4 metri lungime.

    • Metoda 2

    Procedeul de difuzie gazoasă
    1
    Pompa gazului UF6 în conducte.
  • 2
    Treceți gazul printr-un filtru poros sau o membrană. Deoarece izotopul 235U este mai ușor decât izotopul 238U, gazul UF6 conținând izotopul mai ușor va trece prin membrană mai repede decât cel mai greu izotop.
  • 3
    Repetați procesul de difuzie până când se colectează o cantitate suficientă de izotop 235U. Este chemată repetarea procesului de difuzie "cascadă". Ar putea dura până la 1.400 de treceri prin membrana poroasă pentru a obține suficient 235U și îmbogăți uraniul suficient.
  • 4
    Condensează gazul UF6 sub formă lichidă. Odată ce gazul este suficient îmbogățit, acesta este condensat în formă lichidă și depozitate în containere, unde se răcește și se solidifică pentru a fi transportat și transformat în combustibil nuclear sub formă de pelete (granule).
  • Datorită numărului de pași necesari, acest proces necesită o cantitate mare de energie și este eliminat. În Statele Unite, în Paducah, Kentucky, rămâne o singură fabrică de îmbogățire a gazului.

    • Metoda 3

    Procesul de centrifugare pe gaz
    1
    Asamblați cilindrii de rotație de mare viteză. Aceste cilindri sunt centrifugi. Centrifugele sunt asamblate atât în ​​serie, cât și în paralel.
  • 2
    Pompează prin țevi gazul UF6 în centrifuge. Centrifugele utilizează accelerația centripetală pentru a trimite gaze cu izotopul 238U mai greu față de zidurile cilindrilor și gazul cu izotopul 235U brichetă spre centru.
  • 3
    Extrageți gazele separate.
  • 4
    Reprocesați gazele în centrifuge separate. Gazele bogate din 235U sunt trimise în centrifuge în cazul în care o cantitate suplimentară de 235U este extras, în timp ce gazul epuizat de 235U merge într-o altă centrifugă pentru a extrage restul 235U. Acest proces face ca centrifuga să poată extrage o cantitate mai mare de 235U în ceea ce privește procesul de difuzie gazoasă.
  • Procesul de centrifuge cu gaz a fost dezvoltat pentru prima dată în patruzeci de ani, dar a început să fie folosit în mod semnificativ, deoarece anii șaizeci, atunci când consumul redus de energie pentru producerea de uraniu îmbogățit a devenit semnificativ. În prezent, există o instalație de centrifugare cu gaz în Statele Unite, în Eunice, New Mexico. În schimb, în ​​prezent există patru astfel de instalații în Rusia, două în Japonia și două în China, una în Regatul Unit, Olanda și Germania.

    • Metoda 4

    Procedura de separare aerodinamică
    1
    Construiți o serie de cilindri îngust și static.
  • 2


    Injectați gazul UF6 în cilindri de mare viteză. Gazul este pompat în cilindri în așa fel încât să inducă o rotație ciclonică, producând același tip de separare între 235U e 238U care se obține cu o centrifugă rotativă.
  • O metodă în curs de dezvoltare în Africa de Sud constă în injectarea gazului în cilindru pe linia tangentă. În prezent, este testat folosind izotopi foarte ușori, cum ar fi siliciul.

    • Metoda 5

    Procesul de difuzie lichidă în stare lichidă
    1
    Oferă gaz UF în stare lichidă6 folosind presiune.
  • 2
    Construiți o pereche de tuburi concentrice. Tuburile trebuie să fie suficient de lungi - cu cât sunt mai lungi, cu atât mai mult este posibilă separarea izotopilor 235U e 238U.
  • 3
    Împingeți-le în apă. Aceasta va răci suprafața exterioară a țevilor.
  • 4
    Pompează gazul UF lichid6 între conducte.
  • 5
    Se încălzește tubul interior cu aburi. Căldura va crea un curent convectiv în gazul UF6 care va face izotopul să meargă 235O brichetă spre tubul interior și va împinge izotopul 238U mai greu față de cel extern.
  • Acest proces a fost testat în 1940, ca parte a Proiectului Manhattan, dar a fost abandonat într-un stadiu incipient de experimentare, în cazul în care procesul de difuzie gazoasă, considerată mai eficientă, a fost dezvoltat.

    • Metoda 6

    Procesul de separare electromagnetică a izotopilor
    1
    Ionizează gazul UF6.
  • 2
    Treceți gazul printr-un câmp magnetic puternic.
  • 3
    Separă izotopii de uraniu ionizat utilizând traseele care părăsesc atunci când trec prin câmpul magnetic. Ioni ai izotopului 235U se lasă contrailsuri cu curbură diferită de cele ale izotopului 238U. Acești ioni pot fi izolați și utilizați pentru a îmbogăți uraniul.
  • Această metodă a fost folosită pentru a îmbogăți uraniu bomba de la Hiroshima în scăzut 1945 și este, de asemenea, metoda utilizată de către Irak, în programul său de dezvoltare a armelor nucleare în 1992. Este nevoie de o cantitate de energie de 10 ori mai mare decât procesul de difuzie gazoasă, făcându-l imposibil pentru programele de îmbogățire pe scară largă.

    • Metoda 7

    Procedeul de separare a izotopilor cu laserul
    1
    Reglați laserul la o anumită culoare. Lumina laser trebuie reglată integral pe o anumită lungime de undă (monocromatică). Această lungime de undă va afecta numai atomii de izotopi 235U, lăsându-i pe cei ai izotopului 238U neschimbat.
  • 2
    Aplicați lumina laser cu uraniu. Spre deosebire de alte procese de îmbogățire a uraniului, nu este necesar să utilizați gaz hexafluorid de uraniu, deși în majoritatea proceselor laser este folosit. De asemenea, puteți utiliza un aliaj de uraniu și fier ca sursă de uraniu, așa cum se întâmplă în procesul de separare prin laser a vaporizării izotopilor (AVLIS).
  • 3
    Extrageți atomii de uraniu cu electroni excitați. Acestea sunt atomii de izotopi 235U.

    • Sfaturi

    • În unele țări, combustibilul nuclear este reprocesat după utilizare pentru recuperarea plutoniului și a uraniului care sunt generate ca urmare a procesului de fisiune. Izotopii trebuie eliminați din uraniul reprocesat 232U e 236U care sunt formate în timpul fisiunii și, dacă sunt supuse procesului de îmbogățire, trebuie să fie îmbogățite la un nivel mai ridicat decât uraniul normal deoarece izotopul 236U absoarbe neutronii și inhibă procesul de fisiune. Din acest motiv, uraniul reprocesat trebuie păstrat separat de cel care este îmbogățit pentru prima dată.

    Avertismente

    • Uraniul este doar puțin radioactiv - în orice caz, atunci când este transformat în gaz UF6, devine o substanță chimică toxică care, atunci când este în contact cu apa, se transformă în acid hidrofloric coroziv. Acest tip de acid este denumit în mod obișnuit "acidul gravat" deoarece este utilizat pentru a etanșa sticla. Plantele de îmbogățire a uraniului au nevoie de aceleași măsuri de siguranță ca și instalațiile chimice care lucrează cu fluor, cum ar fi păstrarea gazului UF6 la un nivel scăzut de presiune în cea mai mare parte a timpului și folosind recipiente speciale în zone în care trebuie supus unei presiuni mai mari.
    • Uraniul reprocesat trebuie păstrat în containere foarte ecranate, deoarece izotopul 232U se poate descompune în elemente care emit o cantitate mare de raze gama.
    • Uraniul îmbogățit poate fi reprocesat o singură dată.
    Distribuiți pe rețelele sociale:

    înrudit