Hur man berikar uran

Uran används som energikälla för kärnreaktorer och användes för att bygga den första atombomben fälldes över Hiroshima 1945. uran extraheras med ett mineral som kallas uraninit, som består av olika isotoper med olika atomvikt och nivå av radioaktivitet. För att användas i fissionreaktorer, är isotopen mängd ²³⁵U måste ökas till en nivå som tillåter klyvning i en reaktor eller explosiv enhet. Denna process kallas anrikning av uran, och det finns flera sätt att få det att hända.

Metod 1

Den grundläggande processen för berikning

Upprätta för vilket syfte uran kommer att användas. Det mesta av extraherat uran innehåller bara 0,7% isotop ²³⁵U, och resten innehåller framför allt den stabila isotopen ²³⁸U. Den typ av klyvning för vilken mineralet kommer att användas bestämmer på vilken nivå isotopen ²³⁵Du måste komma för att kunna använda mineralet bättre.

Uran som används i kärnkraftverk måste berikas i procent mellan 3 och 5% av ²³⁵U. Vissa kärnreaktorer, såsom Candu-reaktorn i Kanada och Magnox i Förenade kungariket, är avsedda att använda oanrikat uran.)
Uran som används för atombomber och kärnvapenspetshuvud måste å andra sidan berika upp till 90 procent ²³⁵U.

Vrid uranmalm i en gas. De flesta av de befintliga metoderna för anrikning av uran kräver att malmen omvandlas till en lågtemperaturgas. Fluorgas pumpas vanligtvis till malmomvandlingsanläggningen - uranoxidgas reagerar i kontakt med fluor, vilket producerar uranhexafluorid (UF₆). Gasen bearbetas sedan för att separera och samla isotopen ²³⁵U.

Berika uran. De senare delarna av denna artikel beskriver de olika möjliga förfarandena för anrikning av uran. Bland dessa är gasdiffusion och gascentrifug de vanligaste, men separationsprocessen för isotopen med lasern är avsedd att ersätta dem.

Konvertera UF-gasen₆ i urandioxid (UO₂). När en gång berikats måste uran omvandlas till ett fast och stabilt material som ska användas.

Uendioxid som används som bränsle i kärnreaktorer omvandlas med användning av syntetiska keramiska pellets inkapslade i metallrör med en längd av 4 meter.

Metod 2

Gasdiffusionsprocess

Pumpa UF-gasen₆ i rören.

Passera gasen genom ett poröst filter eller membran. Eftersom isotopen ²³⁵U är lättare än isotopen ²³⁸U, UF-gasen₆ innehållande lättare isotop kommer att passera genom membranet snabbare än den tyngsta isotopen.

Upprepa diffusionsprocessen tills en tillräcklig mängd isotop uppsamlas ²³⁵U. Upprepningen av diffusionsprocessen kallas "kaskad". Det kan ta upp till 1 400 passerar genom det porösa membranet för att få nog ²³⁵U och berika uran tillräckligt.

Kondenserar UF-gasen₆ i flytande form. När gasen är tillräckligt anrikad är det kondenseras i flytande form och lagras i behållare, där den svalnar och stelnar för att transporteras och transformeras in i kärnbränslet i form av pelletar (pellets).

På grund av det antal steg som krävs krävs denna process en stor mängd energi och elimineras. I USA förblir endast en gasdiffusionsanrikningsanläggning i Paducah, Kentucky.

Metod 3

Gascentrifugeprocess

Montera några rotationscylindrar med hög hastighet. Dessa cylindrar är centrifuger. Centrifugerna monteras både i serie och parallellt.

Pumpa genom rören UF-gasen₆ i centrifuger. Centrifuger använder centripetal acceleration för att skicka gas med isotopen ²³⁸U tyngre mot cylinderväggarna och gasen med isotopen ²³⁵U ljusare mot mitten.

Extrahera de separerade gaserna.

Reprocesserade gaserna i separata centrifuger. De rika gaserna av ²³⁵Du skickas i centrifuger där ytterligare en mängd ²³⁵U extraheras, medan den utarmade gasen av ²³⁵Du går till en annan centrifug för att extrahera resten ²³⁵U. Denna process gör det möjligt för centrifugen att extrahera en större mängd ²³⁵U med avseende på gasdiffusionsprocessen.

Gasen centrifug processen utvecklades för första gången på fyrtio år, men det började användas betydligt sedan sextiotalet, när dess låga strömförbrukning för produktion av anrikat uran blev betydande. För närvarande finns en gascentrifuganläggning i USA i Eunice, New Mexico. I stället finns det för närvarande fyra sådana anläggningar i Ryssland, två i Japan och två i Kina, en i Förenade kungariket, Nederländerna och Tyskland.

Metod 4

Aerodynamisk separationsprocess

Bygg en serie smala och statiska cylindrar.

Injicera UF-gasen₆ i höghastighetscylindrar. Gasen pumpas in i cylindrarna på ett sådant sätt att inducerar en cyklonisk rotation, vilket ger samma typ av separation mellan ²³⁵U e ²³⁸U som erhålles med en roterande centrifug.

En metod som utvecklas i Sydafrika består av att injicera gasen i cylindern på tangentlinjen. För närvarande testas det med mycket lätta isotoper, såsom kisel.

Metod 5

Flytande diffusionsprocess i flytande tillstånd

Bringar UF-gas till flytande tillstånd₆ med tryck.

Bygg ett par koncentriska rör. Rören måste vara tillräckligt långa - ju längre de är desto mer är det möjligt att skilja isotoperna ²³⁵U e ²³⁸U.

Sänk dem i vatten. Detta kommer att kyla rörens yttre yta.

Pumpa UF-vätskan₆ mellan rören.

Värm innerröret med ånga. Värmen kommer att skapa en konvektiv ström i UF-gasen₆ Det gör att isotopen går ²³⁵En tändare mot innerröret och kommer att trycka isotopen ²³⁸U tyngre mot den yttre.

Denna process testades i 1940 som en del av Manhattan projekterar, men övergavs på ett tidigt stadium av experiment, när den gasformiga diffusionsprocessen, anses vara mer effektiva, har utvecklats.

Metod 6

Elektromagnetisk separationsprocess av isotoper

Ioniserar UF-gas₆.

Passera gasen genom ett kraftfullt magnetfält.

Separerar joniserade uranisotoperna med de spår som lämnar när de passerar genom magnetfältet. Isotopens joner ²³⁵U lämnar kontraster med olika krökningar än isotopen ²³⁸U. Dessa joner kan isoleras och användas för att berika uran.

Denna metod användes för att berika uran bomb föll över Hiroshima 1945 och är också den metod som Irak sitt kärnvapenutvecklingsprogram 1992. Det kräver en mängd energi 10 gånger större än gasdiffusion processen vilket gör det opraktiskt för storskaliga anrikningsprogram.

Metod 7

Separationsprocessen av isotoper med lasern

Justera lasern till en viss färg. Laserljuset måste justeras helt på en specifik våglängd (monokromatisk). Denna våglängd kommer endast att påverka isotopomatomerna ²³⁵U, lämnar de av isotopen ²³⁸U oförändrad.

Applicera uranlaserljus. Till skillnad från andra uranberikningsprocesser behöver du inte använda uranhexafluoridgas, även om det används i de flesta laserprocesser. Man kan också använda en uran och järnlegering som en källa av uran, som i separationsprocessen genom sprutning Laser Isotoper (AVLIS).

Extrahera uranatomer med exciterade elektroner. Dessa är isotopomatomerna ²³⁵U.

tips

I vissa länder upparbetas kärnbränsle efter användning för att återvinna använt plutonium och uran som skapas till följd av fissionsprocessen. Isotoperna måste avlägsnas från det upparbetade uranet ²³²U e ²³⁶U som bildas vid klyvning och, om den utsätts för anrikningsprocessen, måste berikas på en högre nivå än normalt uran eftersom isotopen ²³⁶U absorberar neutroner och hämmar fissionsprocessen. Av detta skäl måste det upparbetade uranet hållas separat från det som berikas för första gången.

varningar

Uran är bara lite radioaktivt - i alla fall när det omvandlas till UF-gas₆, Det blir en giftig kemikalie som när den kommer i kontakt med vatten blir till frätande hydrofloridsyra. Denna typ av syra kallas vanligtvis "etsningssyra" eftersom den används för att etsas glas. Uranberikningsanläggningar behöver samma säkerhetsåtgärder som kemiska anläggningar som arbetar med fluor, till exempel att hålla UF-gas₆ vid lågtrycksnivå för det mesta och använder speciella behållare i områden där det måste utsättas för större tryck.
Det upparbetade uranet måste hållas i starkt skyddade behållare, sedan isotopen ²³²Du kan förfallna till element som avger en stor mängd gammastrålar.
Berikat uran kan bara upparbetas en gång.

Dela på sociala nätverk:

Relaterade