Uranni boyitishning 7 usuli

2024 Muallif: Jason Gerald | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-15 08:26

Uran yadroviy reaktorlarda quvvat manbai sifatida ishlatiladi va 1945 yilda Xirosimaga tashlangan birinchi atom bombasini ishlab chiqarish uchun ishlatilgan. Uran pitchblend deb nomlangan ruda sifatida qazib olinadi va atom og'irligi va har xil darajadagi bir nechta izotoplardan tashkil topgan. radioaktivlik haqida. Parchalanish reaktsiyalarida foydalanish uchun izotoplar soni ²³⁵U reaktorda yoki bombada bo'linishga tayyor darajaga ko'tarilishi kerak. Bu jarayon uranni boyitish deb ataladi va buning bir necha usullari mavjud.

Qadam

7 -usul 1: Asosiy boyitish jarayoni

Qadam 1. Uran nimaga ishlatilishini hal qiling

Ko'pchilik uran tarkibida atigi 0,7 foiz bor ²³⁵U, qolgan qismi izotopdan iborat ²³⁸yanada barqaror U. Uran bilan bo'linadigan reaktsiya turi qanchalik ko'payishini aniqlaydi ²³⁵Uranni samarali ishlatish uchun shunday qilish kerak.

• Ko'pgina atom dvigatellarida ishlatiladigan uran 3-5 foizgacha boyitilishi kerak ²³⁵AQSh (Kanadadagi CANDU reaktori va Buyuk Britaniyadagi Magnox reaktori kabi ba'zi yadroviy reaktorlar boyitilmagan urandan foydalanishga mo'ljallangan.)
• Bundan farqli o'laroq, atom bombalari va o'q -dorilar uchun ishlatiladigan uran 90 foizga boyitilishi kerak. ²³⁵U.

Qadam 2. Uran rudasini gazga aylantiring

Hozirgi vaqtda mavjud bo'lgan uranni boyitish usullarining aksariyati uran rudasini past haroratli gazga aylantirishni talab qiladi. Ftorli gaz odatda ruda konversion mashinasiga quyiladi; uran oksidi gazi ftor bilan reaksiyaga kirib, uran geksafloridi (UF) hosil qiladi₆). Keyin gaz izotoplarni ajratish va yig'ish uchun qayta ishlanadi ²³⁵U.

3 -qadam. Uranni boyitish

Ushbu maqolaning keyingi bo'limlarida uranni boyitishning turli jarayonlari tasvirlangan. Barcha jarayonlar ichida gazni diffuziya qilish va gazni santrifüj qilish eng keng tarqalgan ikkita jarayondir, ammo izotoplarni lazer bilan ajratish ularning o'rnini bosishi kutilmoqda.

Qadam 4. UF gazini o'zgartiring₆ uran dioksidiga (UO₂).

Uranni boyitgandan so'ng, uni barqaror qattiq shaklga o'tkazish kerak.

Yadro reaktorlari uchun yoqilg'i sifatida ishlatiladigan uran dioksidi keramik yadroli donalardan yasalgan bo'lib, ular metall naychalarga o'ralgan bo'lib, ular 4 m balandlikdagi tayoqchalarga aylanadi

7 -ning 2 -usuli: Gazni tarqatish jarayoni

Qadam 1. UF gazli gazni pompalang₆ quvur orqali.

Qadam 2. Gazni filtr yoki gözenekli membrana orqali pompalang

Izotop tufayli ²³⁵U izotopdan engilroq ²³⁸U, UF₆ engilroq izotoplar og'ir izotoplarga qaraganda tezroq membrana orqali tarqaladi.

Qadam 3. etarli bo'lguncha diffuziya jarayonini takrorlang ²³⁵Siz to'pladingiz.

Takroriy diffuziya tabaqalangan deyiladi. Etarli bo'lishi uchun g'ovakli membrana orqali 1400 ta filtrlash mumkin ²³⁵Uranni yaxshi boyitish.

Qadam 4. UF gaz gazining kondensatsiyasi₆ suyuq holatga.

Gaz etarlicha boyitilgach, gaz kondensatsiyalanadi, so'ng idishda saqlanadi, u erda sovutiladi va qotadi, tashish va yonilg'i donalari hosil qiladi.

Ko'p miqdordagi filtrlash talab qilinganligi sababli, bu jarayon energiya talab qiladi, shuning uchun u to'xtatiladi. Qo'shma Shtatlarda Kentukki shtatining Paduka shahrida joylashgan faqat bitta gaz diffuzion boyitish zavodi qoldi

7 -usul 3: Gaz santrifüj jarayoni

Qadam 1. Bir qator yuqori tezlikda aylanadigan tsilindrni o'rnating

Bu silindr santrifüjdir. Santrifüj ketma -ket yoki parallel ravishda o'rnatiladi.

2 -qadam. UF gazini oqimi₆ yigirgichga.

Santrifüj o'z ichiga gaz etkazib berish uchun markazlashtiruvchi tezlashuvdan foydalanadi ²³⁸silindrli devorga og'irroq U va gaz o'z ichiga oladi ²³⁵silindrning o'rtasiga engilroq U.

Qadam 3. Ajratilgan gazlarni chiqarib oling

Qadam 4. Ikki ajratilgan gazni ikkita alohida santrifugada qayta ishlang

Boy gaz ²³⁵U sentrifugaga yuborildi ²³⁵U ko'proq qazib olinadi, gaz o'z ichiga oladi ²³⁵Kamaytirilgan U ajratib olish uchun boshqa santrifugaga beriladi ²³⁵Qolgan U. Bu santrifüjdan ko'proq narsani olish imkonini beradi ²³⁵U gazni diffuziya qilish jarayonida olinishi mumkin.

Gazni santrifüjlash jarayoni birinchi marta 1940 -yillarda ishlab chiqilgan, lekin 1960 -yillargacha, u energiyani pastroq uranni boyitish jarayonlarini amalga oshirish qobiliyati muhim bo'lgan paytgacha ishlatilmadi. Hozirgi vaqtda AQShda gaz santrifüjni qayta ishlash zavodi Nyu -Meksiko shtatining Yunis shahrida joylashgan. Bundan farqli o'laroq, Rossiyada hozirda bunday turdagi to'rtta zavod bor, Yaponiya va Xitoyda ikkitadan, Buyuk Britaniya, Gollandiya va Germaniyada bittadan

7 -usul 4: Aerodinamik ajratish jarayoni

Qadam 1. Bir qator tor, harakatsiz tsilindrni yarating

2 -qadam. UF gazini AOK qiling₆ silindrga yuqori tezlikda.

Gaz tsilindrga quyiladi, bu gazni siklon kabi aylantiradi va shu tariqa ajralish hosil qiladi. ²³⁵U va ²³⁸aylanadigan santrifüj jarayonida bo'lgani kabi bir xil U.

Janubiy Afrikada ishlab chiqilgan usullardan biri gazni silindrlarga yonma -yon kiritishdir. Hozirgi vaqtda bu usul kremniyda bo'lgani kabi engilroq izotoplar bilan sinovdan o'tkazilmoqda

7 ning 5 -usuli: Suyuq termal diffuziya jarayoni

Qadam 1. UF gazini suyultirish₆ Bosim ostida.

Qadam 2. Bir juft kontsentratli quvur tayyorlang

Quvur etarlicha baland bo'lishi kerak, chunki balandroq quvur ko'proq izotoplarni ajratishga imkon beradi ²³⁵U va ²³⁸U.

Qadam 3. Quvurni suv qatlami bilan yoping

Bu quvurning tashqi qismini sovutadi.

Qadam 4. UF nasos₆ quvurlar orasidagi suyuqlik.

Qadam 5. Ichki trubkani bug 'bilan qizdiring

Issiqlik UFda konvektsiya oqimlarini keltirib chiqaradi₆ bu izotopni o'ziga jalb qiladi ²³⁵Yengilroq U issiqroq trubka tomon ketadi va izotopni itaradi ²³⁸og'irroq U sovuqroq tashqi quvur tomon.

Bu jarayon 1940 yilda Manxetten loyihasi doirasida tadqiq qilingan, ammo gazni yanada samarali tarqatish jarayonlari ishlab chiqilganda rivojlanishning dastlabki bosqichida tark etilgan

7 -usul 6: Elektromagnit izotoplarni ajratish jarayoni

1 -qadam. UF gazining ionlanishi₆.

Qadam 2. Gazni kuchli magnit maydonidan o'tkazing

3 -qadam. Ionlangan uran izotoplarini magnit maydonidan o'tishda qoldirgan izlariga qarab ajrating

Ion ²³⁵U iondan boshqacha yoyli iz qoldiradi ²³⁸U. Uranni boyitish uchun ionlarni ajratish mumkin.

Bu usul 1945 yilda Xirosimaga tashlangan atom bombasi uchun uranni qayta ishlashda ishlatilgan va 1992 yilda yadro quroli dasturida Iroq tomonidan qo'llanilgan boyitish usulidir. Bu usul gazsimon diffuziyaga qaraganda 10 barobar ko'proq energiya talab qiladi va bu dastur uchun amaliy emas. keng ko'lamli boyitish

7 -usul 7: Lazer izotoplarini ajratish jarayoni

Qadam 1. Lazerni ma'lum rangga o'rnating

Lazer nurlari to'lqin uzunligidan (monoxromatik) to'liq bo'lishi kerak. Bu to'lqin uzunligi faqat atomlarni nishonga oladi ²³⁵U, va atomga ruxsat bering ²³⁸Siz ta'sirlanmaysiz.

2 -qadam. Uranga lazer nurini tushiring

Uranni boyitishning boshqa jarayonlaridan farqli o'laroq, ko'pchilik lazer jarayonlarida uran geksaflorid gazidan foydalanish shart emas. Atom bug'ini lazer izotopini ajratish (AVLIS) jarayonida ishlatiladigan uran manbai sifatida siz uran va temir qotishmalaridan ham foydalanishingiz mumkin.

3 -qadam. Uran atomlarini hayajonlangan elektronlar bilan ajratib olish

Bu atom bo'ladi ²³⁵U.

Maslahatlar

Ba'zi davlatlar yadro yoqilg'isini qayta ishlash jarayonida parchalanish jarayonida hosil bo'lgan uran va plutoniyni qayta ishlab chiqaradi. Qayta ishlangan uran izotopdan chiqarilishi kerak ²³²U va ²³⁶U bo'linish paytida hosil bo'ladi va agar boyitilgan bo'lsa, "yangi" urandan yuqori darajaga boyitilishi kerak, chunki ²³⁶U neytronlarni yutadi va shu bilan bo'linish jarayonini inhibe qiladi. Shuning uchun qayta ishlangan uran birinchi marta boyitilgan urandan alohida saqlanishi kerak.

Ogohlantirish

• Uran faqat zaif radioaktivlikni chiqaradi; ammo, UF gaziga ishlov berilganda₆, u suv bilan reaksiyaga kirishib, korroziy gidroflorik kislota hosil qiladigan zaharli kimyoviy moddaga aylanadi. (Bu kislota odatda "kislotali kislota" deb ataladi, chunki u oynani qirib tashlash uchun ishlatiladi.) Shuning uchun, uranni boyitish zavodlari ftor bilan ishlaydigan kimyoviy zavodlar bilan bir xil himoya choralarini talab qiladi.₆ ko'p hollarda past bosim ostida qoling va yuqori bosim talab qilinadigan joylarda qo'shimcha darajada saqlang.
• Qayta ishlangan uran qalin korpuslarda saqlanishi kerak, chunki ²³²Undagi U kuchli gamma nurlanish chiqaradigan elementlarga parchalanadi.
• Boyitilgan uran odatda bir marta qayta ishlanishi mumkin.