Sisältö

• Askeleet
• Menetelmä 1/7: Hyödyntämisen perusprosessi
• Menetelmä 2/7: Kaasun diffuusio
• Menetelmä 3/7: Kaasun liitosprosessi
• Menetelmä 4/7: Aerodynaaminen erotusprosessi
• Menetelmä 5/7: Nestemäinen lämpödiffuusio
• Menetelmä 6/7: Sähkömagneettinen isotooppien erotusprosessi
• Menetelmä 7/7: Laser -isotooppien erotusprosessi
• Vinkkejä
• Varoitukset

Uraania käytetään ydinreaktorien polttoaineena, ja sitä käytettiin myös ensimmäisen atomipommin luomiseen Hiroshimaan vuonna 1945. Uraani louhitaan uraanihartsimalmista, joka sisältää useita eri atomimassojen ja eri radioaktiivisuustasojen isotooppeja. Hajoamisreaktioissa käytettävä U -isotoopin määrä on nostettava tiettyyn tasoon. Tätä prosessia kutsutaan uraanin rikastamiseksi. Tähän on useita tapoja.

Askeleet

Menetelmä 1/7: Hyödyntämisen perusprosessi

1. 1 Päätä mihin aiot käyttää uraania. Tyypillisesti uraanimalmi sisältää vain 0,7% U: ta ja loput koostuu suhteellisen vakaasta isotoopista U. saatavilla uraania mahdollisimman tehokkaasti ....
   • Ydinvoimalla käytettävän uraanin on oltava rikastettu 3-5%: iin U. (jotkin ydinreaktorit edellyttävät rikastamatonta uraania).
   • Ydinaseiden luomiseen käytetty uraani on rikastettava 90 prosenttiin U.
2. 2 Muuntaa uraanimalmi kaasuksi. Useimmat uraanin rikastusmenetelmät edellyttävät malmin muuttamista matalan lämpötilan kaasuksi. Fluorikaasu pumpataan malminmuodostusyksikköön. Uraanioksidi vuorovaikutuksessa fluorin kanssa muodostaa uraaniheksafluoridia (UF)₆). Sen jälkeen isotooppi U eristetään kaasusta.
3. 3 Uraanin rikastaminen. Loput tästä tekstistä kuvaavat eri tapoja rikastuttaa uraania. Yleisimmät ovat kaasun diffuusio ja kaasusentrifugi, mutta laser -isotooppien erottamisen pitäisi pian korvata ne.
4. 4 Muunna uraaniheksafluoridi uraanidioksidiksi (UO)₂). Rikastamisen jälkeen uraani on muutettava vakaaseen, vahvaan muotoon jatkokäyttöä varten.
   • Uraanidioksidia käytetään ydinreaktorien polttoaineena rakeina, jotka on sijoitettu metalliputkiin, jotka muodostavat 4 metrin sauvat.

Menetelmä 2/7: Kaasun diffuusio

1. 1 UF -pumppaus₆ putkien läpi.
2. 2 Vie kaasu huokoisen suodattimen tai kalvon läpi. Koska isotooppi U on kevyempi kuin U, UF₆joka sisältää kevyemmän isotoopin, kulkee kalvon läpi nopeammin kuin raskaampi isotooppi.
3. 3 Toista diffuusio, kunnes olet kerännyt tarpeeksi U. Toistuvaa diffuusiota kutsutaan kaskadiksi. Kalvon läpi voi kulua jopa 1400 kertaa, ennen kuin riittävästi U: ta kerätään.
4. 4 Tiivistä UF₆ nesteeksi. Kaasun rikastamisen jälkeen se tiivistetään nesteeksi ja asetetaan astioihin, joissa se jäähdytetään ja kiinteytetään kuljetusta ja rakeiksi muuttamista varten.
   • Suodattimien läpi kulkevan suuren kaasumäärän vuoksi tämä prosessi kuluttaa energiaa ja poistuu siksi käytöstä.

Menetelmä 3/7: Kaasun liitosprosessi

1. 1 Kerää useita sylintereitä, jotka pyörivät suurella nopeudella. Nämä sylinterit ovat sentrifugeja. Sentrifugit kootaan sekä rinnakkain että sarjaan.
2. 2 Lataa UF₆ sentrifugeissa. Sentrifugit käyttävät keskipakovoimaa pakottaakseen raskaamman kaasun, joka sisältää sen, olemaan sylinterin seinillä ja kevyemmän, U: n kanssa, jäämään keskelle.
3. 3 Erotetut kaasut.
4. 4 Toista prosessi näillä kaasuilla eri sentrifugeissa. Kaasu, jolla on korkea U -pitoisuus, johdetaan sentrifugin läpi, jotta saadaan vielä enemmän U: ta, ja matalan U -pitoisuuden kaasu puristetaan ulos jäljellä olevan U: n talteen ottamiseksi.Siten saadaan enemmän U: ta kuin kaasun diffuusiolla.
   • Kaasusentrifugien käyttöprosessi keksittiin 1940 -luvulla, mutta sitä ei käytetty paljon vasta 1960 -luvulla, jolloin pienemmällä energiankulutuksella oli merkitystä. Tällä hetkellä tätä prosessia käyttävä laitos sijaitsee Eunicessa, Yhdysvalloissa. Venäjällä, Japanissa ja Kiinassa on neljä tällaista yritystä - kumpikin kaksi, Isossa -Britanniassa, Alankomaissa ja Saksassa - yksi.

Menetelmä 4/7: Aerodynaaminen erotusprosessi

1. 1 Rakenna useita kiinteitä kapeita sylintereitä.
2. 2 Anna UF₆ sylintereihin suurella nopeudella. Tällä tavalla syötetty kaasu pyörii sylinterissä kuin sykloni, minkä seurauksena se jakautuu U: ksi ja U: ksi kuten pyörivässä sentrifugissa.
   • Etelä -Afrikassa he keksivät ruiskuttaa kaasua sylinteriin tangentiaalisesti. Tällä hetkellä sitä testataan kevyillä isotoopeilla, kuten piillä.

Menetelmä 5/7: Nestemäinen lämpödiffuusio

1. 1 Käännä paineen alaisena UF -kaasua₆ nesteeksi.
2. 2 Rakenna kaksi samankeskistä putkea. Putkien tulee olla melko korkeita. Mitä pidemmät putket ovat, sitä enemmän kaasua voidaan erottaa.
3. 3 Ympäröi putket nestemäisen veden vaipalla. Tämä jäähdyttää ulkoputken.
4. 4 Ruiskuta nestemäistä uraaniheksafluoridia putkien väliin.
5. 5 Kuumenna sisäputki höyryllä. Lämpö luo UF: ään konvektiovirran₆, joka saa kevyet U -isotoopit siirtymään lämpimään sisäputkeen ja raskaat U kylmään ulompaan putkeen.
   • Tämä prosessi keksittiin vuonna 1940 osana Manhattan -hanketta, mutta siitä luovuttiin varhain, kun kehitettiin tehokkaampi kaasun diffuusioprosessi.

Menetelmä 6/7: Sähkömagneettinen isotooppien erotusprosessi

1. 1 Ionisoi kaasu UF₆.
2. 2 Vie kaasu voimakkaan magneettikentän läpi.
3. 3 Erota ionisoidut uraani -isotoopit jälkeistä, jotka ne jättävät magneettikentän läpi. U -ionit jättävät jälkiä, jotka taipuvat eri tavalla kuin U. Nämä ionit voidaan erottaa rikastetun uraanin tuottamiseksi.
   • Tätä menetelmää käytettiin uraanin tuottamiseen Hiroshimaan vuonna 1945 pudotettuun atomipommiin, ja Irak käytti sitä ydinaseohjelmaansa vuonna 1992. Tämä menetelmä vaatii 10 kertaa enemmän energiaa kuin kaasun diffuusiomenetelmä, mikä tekee siitä epäkäytännöllisen suuren mittakaavan ohjelmille.

Menetelmä 7/7: Laser -isotooppien erotusprosessi

1. 1 Viritä laser tiettyyn taajuuteen. Laservalolla on oltava tietty aallonpituus (yksivärinen). Tietyllä aallonpituudella laser kohdistaa vain U -atomeihin, jättäen U -atomit koskemattomiksi.
2. 2 Suuntaa laser uraaniin. Toisin kuin muut uraanin rikastusmenetelmät, tämä prosessi ei vaadi uraaniheksafluoridikaasun käyttöä. Voit käyttää teollisuudessa yleisimmin tehtyä uraanin ja raudan seosta.
3. 3 Vapauttaa uraaniatomeja virittyneillä elektroneilla. Nämä ovat U -atomeja.

Vinkkejä

• Joissakin maissa ydinjätettä käytetään uudelleen erottamaan uraani ja plutonium hajoamisprosessista. Uudelleenkäytettävä uraani on uutettava hajoamisprosessissa saadusta U: sta ja U: sta, ja nyt uraania on rikastettava korkeammalle tasolle kuin alun perin, koska U absorboi neutroneja ja siten hidastaa hajoamisprosessia. Tämän vuoksi ensimmäistä kertaa käytetty uraani on pidettävä erillään kierrätetystä uraanista.

Varoitukset

• Itse asiassa uraani on heikosti radioaktiivinen. Kuitenkin, kun se muutetaan UF: ksi₆ , siitä tulee myrkyllinen kemikaali, joka muodostaa veteen joutuessaan fluorivetyhappoa. Siksi uraanin rikastuslaitokset vaativat samaa turvallisuuden ja suojan tasoa kuin fluorilla toimivat kemiantehtaat, mukaan lukien UF -kaasun varastointi₆ matalassa paineessa ja lisätiivisteen käyttö korkeassa paineessa.
• Kierrätettävä uraani on suojattava vakavasti, koska sen sisältämät U -isotoopit hajoavat alkuaineiksi, jotka lähettävät voimakasta gammasäteilyä.
• Rikastettua uraania voidaan yleensä käyttää vain kerran.