Уран ядролық реакторларда қуат көзі ретінде пайдаланылады және 1945 жылы Хиросимаға тасталған бірінші атом бомбасын жасау үшін пайдаланылады. Уран питчлен деп аталатын кен ретінде өндіріледі және атомдық салмағы мен бірнеше түрлі деңгейдегі бірнеше изотоптардан тұрады. радиоактивтілік туралы. Бөліну реакцияларында қолдану үшін изотоптардың саны 235U реакторда немесе бомбада бөлінуге дайын деңгейге дейін көтерілуі керек. Бұл процесс уран байыту деп аталады және оны орындаудың бірнеше жолы бар.
Қадам
7 -ші әдіс 1: Негізгі байыту процесі
Қадам 1. Уран не үшін қолданылатынын шешіңіз
Көптеген өндірілген уранның шамамен 0,7 пайызы ғана бар 235U, қалған бөлігі изотоп 238неғұрлым тұрақты У. Уранмен жасалатын бөліну реакциясының түрі оның қаншалықты ұлғаюын анықтайды 235Уранды тиімді пайдалану үшін сіз мұны істеуіңіз керек.
- Көптеген атомдық қозғалтқыштарда қолданылатын уран 3-5 пайызға дейін байытылуы қажет 235АҚШ (Канададағы CANDU реакторы мен Ұлыбританиядағы Magnox реакторы сияқты кейбір ядролық реакторлар байытылмаған уранды қолдануға арналған.)
- Керісінше, атом бомбасы мен оқтұмсық үшін қолданылатын уранды 90 пайызға дейін байыту қажет. 235У.
Қадам 2. Уран кенін газға айналдырыңыз
Қазіргі кездегі уран байыту әдістерінің көпшілігі уран кенін төмен температуралы газға айналдыруды талап етеді. Фторлы газ әдетте кенді конверсиялау машинасына айдалады; уран оксиді газы фтормен әрекеттесіп, уран гексафторидін (UF) шығарады6). Содан кейін газ изотоптарды бөліп алу үшін өңделеді 235У.
3 -қадам. Уранды байыту
Осы мақаланың кейінгі бөлімдерінде уранды байытудың әр түрлі процестері сипатталған. Барлық процестердің ішінде газ диффузиясы мен газды центрифугалау ең кең таралған, бірақ изотоптардың лазерлік бөлінуі олардың орнына келеді деп күтілуде.
Қадам 4. UF газын өзгертіңіз6 уран диоксидіне (UO2).
Уран байытылғаннан кейін қалауынша пайдалану үшін тұрақты қатты түрге айналуы қажет.
Ядролық реакторларға отын ретінде пайдаланылатын уранның қос тотығы биіктігі 4 м -ге дейін таяққа айналатындай етіп металл түтіктерге оралған керамикалық түйіршіктерден жасалған
7 -ші әдіс 2: Газ диффузия процесі
Қадам 1. UF газды сорғы6 құбыр арқылы.
2 -қадам. Газды сүзгі немесе кеуекті мембрана арқылы айдау
Изотоптың арқасында 235U изотопқа қарағанда жеңіл 238U, UF6 жеңіл изотоптар ауыр изотоптарға қарағанда мембрана арқылы тез таралады.
Қадам 3. Диффузия процесін жеткілікті болғанша қайталаңыз 235Сіз жинадыңыз.
Қайталанатын диффузия стратифицирленген деп аталады. Жеткілікті алу үшін кеуекті мембрана арқылы 1400 сүзу қажет 235Уранды жақсы байыту үшін.
Қадам 4. UF газ газының конденсациясы6 сұйық күйге айналады.
Газ жеткілікті түрде байытылғаннан кейін газды сұйықтыққа айналдырады, содан кейін оны контейнерде сақтайды, онда оны салқындатады және қатады, оны тасымалдауға және отын дәніне айналдырады.
Сүзудің үлкен көлеміне байланысты бұл процесс энергияны қажет етеді, сондықтан ол тоқтатылады. Америка Құрама Штаттарында Кентукки штатының Падука қаласында орналасқан бір ғана газ диффузиялық байыту зауыты қалды
7 -ші әдіс 3: Газ центрифугасы процесі
Қадам 1. Бірқатар жоғары жылдамдықты айналмалы цилиндрлерді орнатыңыз
Бұл цилиндр центрифуга. Центрифуга тізбектей немесе параллель орнатылады.
2 -қадам. UF газын ағызыңыз6 айналдырғышқа.
Центрифуга құрамында газды беру үшін центрге тартқыш үдеуді қолданады 238цилиндр қабырғасына ауыр U және құрамында газ бар 235цилиндрдің ортасына қарай жеңілірек U.
Қадам 3. Бөлінген газдарды шығарып алыңыз
Қадам 4. Бөлінген екі газды екі бөлек центрифугада қайта өңдеңіз
Бай газ 235Сізді центрифугаға жіберді 235U әлі де көбірек шығарылады, ал құрамында газ бар 235Қысқартылған U шығару үшін басқа центрифугаға беріледі 235Қалған У. Бұл центрифугалауға көбірек мүмкіндік береді 235Газды диффузия процесі арқылы алуға болады.
Газды центрифугалау процесі алғаш рет 1940 -шы жылдары жасалды, бірақ ол 1960 -шы жылдарға дейін, уранды аз энергиямен байыту процестерін жүргізу қабілеті маңызды бола бастағанға дейін елеулі түрде қолданылмады. Қазіргі уақытта АҚШ -тағы газ центрифугасын өңдеу зауыты Нью -Мексико штатының Юнис қаласында орналасқан. Керісінше, қазіргі уақытта Ресейде осы типтегі төрт зауыт бар, Жапония мен Қытайда екіден, Ұлыбританияда, Нидерланды мен Германияда бір зауыт бар
7 -ші әдіс 4: Аэродинамикалық бөлу процесі
Қадам 1. Тар, қозғалмайтын цилиндрлер сериясын жасаңыз
2 -қадам. UF газын енгізіңіз6 цилиндрге жоғары жылдамдықпен енеді.
Газ цилиндрге айналады, осылайша газдың бөлінуі пайда болады. 235U және 238айналатын центрифугалық процестегідей U.
Оңтүстік Африкада әзірленген әдістердің бірі - газды цилиндрлерге қатарынан айдау. Бұл әдіс қазіргі уақытта кремнийде кездесетін жеңіл изотоптармен сыналады
7 -ші әдіс 5: Сұйық термиялық диффузия процесі
Қадам 1. UF газын сұйылтыңыз6 қысым астында.
Қадам 2. Концентрат құбырларының жұбын жасаңыз
Құбыр жеткілікті жоғары болуы керек, себебі биік құбыр изотоптарды көбірек бөлуге мүмкіндік береді 235U және 238У.
Қадам 3. Құбырды су қабатымен жабыңыз
Бұл құбырдың сыртын салқындатады.
Қадам 4. UF сорғы6 құбырлар арасындағы сұйықтық.
Қадам 5. Ішкі түтікті бумен қыздырыңыз
Жылу UF конвекциялық токтарды тудырады6 ол изотопты тартады 235Жеңіл U ішкі ыстық түтікке қарай және изотопты итереді 238салқындатқыш сыртқы құбырға қарай ауыр U.
Бұл процесс 1940 жылы Манхэттен жобасы аясында зерттелді, бірақ газдың диффузиялық процестері тиімдірек дамыған кезде дамудың бастапқы кезеңінде тоқтатылды
7 -ші әдіс 6: Электромагниттік изотоптарды бөлу процесі
Қадам 1. УФ газының иондалуы6.
Қадам 2. Газды күшті магнит өрісі арқылы өткізіңіз
3 -қадам. Иондалған уранның изотоптарын магнит өрісі арқылы өткен кезде қалдырылған іздерге қарап бөліңіз
Ион 235U ионнан басқа доғасы бар із қалдырады 238U. Уранды байыту үшін иондарды бөліп алуға болады.
Бұл әдіс 1945 жылы Хиросимаға тасталған атом бомбасы үшін уранды өңдеу үшін қолданылған, сонымен қатар 1992 жылы ядролық қару бағдарламасында Ирак қолданған байыту әдісі болып табылады. Бұл әдіс газ тәрізді диффузияға қарағанда 10 есе көп энергияны қажет етеді, бұл оны бағдарлама үшін мүмкін емес етеді. ауқымды байыту
7 -ші әдіс 7: Лазерлік изотоптарды бөлу процесі
Қадам 1. Лазерді белгілі бір түске орнатыңыз
Лазер сәулесі бір толқын ұзындығында болуы керек (монохроматикалық). Бұл толқын ұзындығы тек атомдарға бағытталады 235U, және атомды жіберіңіз 238Сізге әсер етпейді.
Қадам 2. Уранға лазер сәулесін түсіріңіз
Уранды байытудың басқа процестерінен айырмашылығы, сізге лазерлік процестердің көпшілігі қолданатынына қарамастан, уран гексафторидті газды қолданудың қажеті жоқ. Сондай -ақ, уран көзі мен темір қорытпаларын атомдық булардың лазерлік изотоптарын бөлу (AVLIS) процесінде қолданылатын уран көзі ретінде пайдалануға болады.
Қадам 3. Қозған электрондары бар уран атомдарының алынуы
Бұл атом болады 235У.
Кеңестер
Кейбір елдер бөліну процесінде пайда болған уран мен плутонийді қалпына келтіру үшін жұмсалған ядролық отынды қайта өңдейді. Қайта өңделген уранды изотоптан шығару керек 232U және 236U бөліну кезінде түзіледі, ал егер байытылған болса, «жаңа» уранға қарағанда жоғары деңгейге дейін байытылуы керек, себебі 236U нейтрондарды сіңіреді, осылайша бөліну процесін тежейді. Сондықтан, қайта өңделген уран алғаш рет байытылған ураннан бөлек сақталуы тиіс.
Ескерту
- Уран тек әлсіз радиоактивтілікті шығарады; алайда UF газына өңделгенде6, ол улы химиялық затқа айналады, ол сумен әрекеттесіп коррозиялық гидрофторлы қышқыл түзеді. (Бұл қышқыл әйнекті өңдеу үшін қолданылатындықтан, оны «қышқыл қышқылы» деп атайды.) Сондықтан, уран байыту қондырғылары фтормен жұмыс жасайтын химиялық қондырғылар сияқты қорғаныс шараларын қажет етеді, оның ішінде УФ газын ұстау.6 көп жағдайда төмен қысымда болыңыз және жоғары қысымды қажет ететін жерлерде қосымша қорғаныс деңгейін қолданыңыз.
- Қайта өңделген уран қалың қоршауларда сақталуы керек, себебі 232Ондағы U күшті гамма -сәуле шығаратын элементтерге ыдырайды.
- Байытылған уранды әдетте бір рет қана қайта өңдеуге болады.
