Uranas yra naudojamas kaip energijos šaltinis branduoliniuose reaktoriuose ir iš jo buvo pagaminta pirmoji atominė bomba, kuri buvo numesta ant Hirošimos 1945 m. Uranas yra iškasamas kaip rūda, vadinama pitchblende. nuo radioaktyvumo. Naudojant skilimo reakcijas, izotopų skaičius 235U turi būti padidintas iki lygio, kuris yra paruoštas skilimui reaktoriuje ar bomboje. Šis procesas vadinamas urano sodrinimu, ir yra keletas būdų tai padaryti.
Žingsnis
1 metodas iš 7: pagrindinis sodrinimo procesas
1 žingsnis. Nuspręskite, kam bus naudojamas uranas
Daugumoje kasamo urano yra tik apie 0,7 proc 235U, o didžioji likusios dalies dalis yra izotopas 238stabilesnis U. Skilimo reakcijos, kurią norite atlikti su uranu, rūšis lemia, kiek padidėti 235Jūs turite tai padaryti, kad uraną būtų galima efektyviai panaudoti.
- Daugelyje branduolinių jėgainių naudojamą uraną reikia praturtinti iki 3–5 proc 235U. (Kai kurie branduoliniai reaktoriai, pvz., CANDU reaktorius Kanadoje ir „Magnox“reaktorius Jungtinėje Karalystėje, yra skirti naudoti nesodrintą uraną.)
- Priešingai, uranas, naudojamas atominėms bomboms ir kovinėms galvutėms, turi būti praturtintas iki 90 proc. 235U.
Žingsnis 2. Paverskite urano rūdą dujomis
Dauguma šiuo metu naudojamų urano sodrinimo metodų reikalauja, kad urano rūda būtų paversta žemos temperatūros dujomis. Į rūdos konversijos mašiną paprastai pumpuojamos fluoro dujos; Urano oksidas reaguoja su fluoru ir susidaro urano heksafluoridas (UF)6). Tada dujos apdorojamos, kad būtų atskirti ir surinkti izotopai 235U.
Žingsnis 3. Sodrinti uraną
Vėlesniuose šio straipsnio skyriuose aprašomi įvairūs urano sodrinimo procesai. Iš visų procesų dujų difuzija ir dujų centrifugavimas yra du labiausiai paplitę, tačiau tikimasi, kad juos pakeis lazerinis izotopų atskyrimas.
Žingsnis 4. Pakeiskite UF dujas6 iki urano dioksido (UO2).
Praturtėjus, uraną reikia paversti stabilia kieta forma, kad būtų galima naudoti pagal pageidavimą.
Iš urano dioksido, naudojamo kaip kuras branduoliniams reaktoriams, gaminami keraminiai šerdies grūdeliai, kurie suvynioti į metalinius vamzdžius taip, kad taptų iki 4 m aukščio strypais
2 metodas iš 7: Dujų difuzijos procesas
Žingsnis 1. Siurbkite UF dujų dujas6 per vamzdį.
Žingsnis 2. Siurbkite dujas per filtrą arba akytąją membraną
Dėl izotopo 235U yra lengvesnis už izotopą 238U, UF6 lengvesni izotopai difunduosis per membraną greičiau nei sunkesni izotopai.
Žingsnis 3. Kartokite difuzijos procesą, kol užteks 235U surinko.
Pakartotinė difuzija vadinama stratifikuota. Norint gauti pakankamai, gali prireikti net 1400 filtrų per akytą membraną 235U gerai praturtinti uraną.
Žingsnis 4. UF dujų dujų kondensacija6 į skystą formą.
Kai dujos yra pakankamai praturtintos, dujos kondensuojamos į skystį, po to laikomos talpykloje, kur jos atvėsta ir sukietėja, kad jas būtų galima transportuoti ir paversti kuro grūdeliais.
Dėl didelio filtravimo kiekio šis procesas reikalauja daug energijos, todėl yra sustabdomas. JAV liko tik viena dujų difuzijos sodrinimo gamykla, esanti Padukoje, Kentukyje
3 iš 7 metodas: dujų centrifugos procesas
1 žingsnis. Sumontuokite daugybę greitų besisukančių cilindrų
Šis cilindras yra centrifuga. Centrifuga montuojama nuosekliai arba lygiagrečiai.
2 žingsnis. Srauto UF dujos6 į suktuką.
Centrifuga naudoja centripetalinį pagreitį dujų tiekimui 238sunkesnė U prie baliono sienelės ir dujų 235lengvesnis U iki cilindro centro.
3 žingsnis. Ištraukite atskirtas dujas
Žingsnis 4. Dvi atskiras dujas perdirbkite dviejose atskirose centrifugose
Turtingos dujos 235U buvo išsiųstas į centrifugą, kur 235U dar labiau išgaunamas, o dujų yra 235Sumažintas U tiekiamas į kitą centrifugą ekstrahavimui 235Likusi U. Tai leidžia centrifuguojant išgauti daug daugiau 235U nei galima išgauti dujų difuzijos būdu.
Dujų centrifugos procesas pirmą kartą buvo sukurtas 1940 -aisiais, tačiau buvo pradėtas reikšmingai naudoti tik praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje, kai tapo svarbus jo gebėjimas atlikti mažesnės energijos urano sodrinimo procesus. Šiuo metu dujų centrifugos proceso gamykla JAV yra Eunice, Naujojoje Meksikoje. Priešingai, Rusija šiuo metu turi keturias tokio tipo gamyklas, Japonija ir Kinija - po dvi, o Jungtinė Karalystė, Nyderlandai ir Vokietija - po vieną
4 metodas iš 7: aerodinaminis atskyrimo procesas
Žingsnis 1. Sukurkite siaurų, nejudančių cilindrų seriją
2 žingsnis. Įpurkškite UF dujų6 į cilindrą dideliu greičiu.
Dujos į cilindrą įleidžiamos taip, kad dujos sukasi kaip ciklonas ir taip susidaro tam tikras atskyrimas. 235U ir 238tas pats U kaip ir besisukančios centrifugos procese.
Vienas iš Pietų Afrikoje sukurtų metodų yra dujų įpurškimas į balionus vienas šalia kito. Šis metodas šiuo metu bandomas naudojant lengvesnius izotopus, tokius kaip silicio
5 metodas iš 7: skysčio terminės difuzijos procesas
1 žingsnis. Suskystinkite UF dujas6 esant spaudimui.
2 žingsnis. Padarykite porą koncentratinių vamzdžių
Vamzdis turi būti pakankamai aukštas, nes aukštesnis vamzdis leidžia labiau atskirti izotopus 235U ir 238U.
Žingsnis 3. Uždenkite vamzdį vandens sluoksniu
Tai atvėsins vamzdžio išorę.
Žingsnis 4. Siurbkite UF6 skystis tarp vamzdžių.
Žingsnis 5. Šildykite vidinį vamzdelį garais
Karštis UF sukels konvekcines sroves6 kuris pritrauks izotopą 235Žiebtuvėlis U link karštesnio vidinio vamzdžio ir stumia izotopą 238sunkesnis U link vėsesnio išorinio vamzdžio.
Šis procesas buvo ištirtas 1940 m. Kaip Manheteno projekto dalis, tačiau jo buvo atsisakyta ankstyvoje vystymosi stadijoje, kai buvo sukurti efektyvesni dujų difuzijos procesai
6 metodas iš 7: elektromagnetinių izotopų atskyrimo procesas
1 žingsnis. UF dujų jonizavimas6.
Žingsnis 2. Praleiskite dujas per stiprų magnetinį lauką
Žingsnis 3. Atskirkite jonizuoto urano izotopus pagal pėdsakus, paliktus praeinant per magnetinį lauką
Jonas 235U palieka pėdsaką su kitokiu lanku nei jonas 238U. Jonai gali būti izoliuoti, kad praturtintų uraną.
Šis metodas buvo naudojamas apdorojant uraną atominei bombai, numestam ant Hirosimos 1945 m., Taip pat yra praturtinimo metodas, kurį Irakas naudojo savo branduolinio ginklo programoje 1992 m. Šis metodas reikalauja 10 kartų daugiau energijos nei dujų difuzija, todėl tai nepraktiška programai didelio masto sodrinimas
7 metodas iš 7: lazerinis izotopų atskyrimo procesas
Žingsnis 1. Nustatykite lazerį tam tikros spalvos
Lazerio spindulys turi būti visiškai vieno konkretaus bangos ilgio (monochromatinis). Šis bangos ilgis bus nukreiptas tik į atomus 235U ir tegul atomas 238Jūs neturite įtakos.
Žingsnis 2. Šviesinkite lazerio spindulį ant urano
Skirtingai nuo kitų urano sodrinimo procesų, jums nereikia naudoti urano heksafluorido dujų, nors dauguma lazerinių procesų tai daro. Taip pat galite naudoti uraną ir geležies lydinius kaip urano šaltinį, kuris naudojamas atominio garų lazerinio izotopų atskyrimo (AVLIS) procese.
3 žingsnis. Urano atomų ekstrahavimas sužadintais elektronais
Tai bus atomas 235U.
Patarimai
Kai kurios šalys pakartotinai apdoroja panaudotą branduolinį kurą, kad išgautų jame esantį uraną ir plutonį, susidarantį skilimo proceso metu. Perdirbtas uranas turi būti pašalintas iš izotopo 232U ir 236U susidaro skilimo metu ir, jei yra praturtintas, turi būti praturtintas aukštesniu laipsniu nei „šviežias“uranas, nes 236U absorbuoja neutronus ir taip stabdo dalijimosi procesą. Todėl perdirbtas uranas turi būti laikomas atskirai nuo urano, kuris pirmą kartą buvo praturtintas.
Įspėjimas
- Uranas skleidžia tik silpną radioaktyvumą; tačiau perdirbus į UF dujas6, ji tampa toksiška chemine medžiaga, kuri reaguoja su vandeniu ir sudaro korozinę vandenilio fluorido rūgštį. (Ši rūgštis paprastai vadinama „ėsdinimo rūgštimi“, nes ji naudojama stiklui išgraviruoti.) Todėl urano sodrinimo įrenginiams reikalingos tokios pačios apsaugos priemonės, kaip ir chemijos gamykloms, dirbančioms su fluoru, įskaitant UF dujų laikymąsi.6 didžiąją laiko dalį laikykitės žemo slėgio ir naudokite papildomą izoliacijos lygį tose vietose, kur reikalingas aukštas slėgis.
- Perdirbtas uranas turi būti laikomas storose talpyklose, nes 232Jame esantis U skyla į elementus, skleidžiančius stiprią gama spinduliuotę.
- Praturtintą uraną paprastai galima perdirbti tik vieną kartą.
