Uranyum, nükleer reaktörlerde bir güç kaynağı olarak kullanılır ve 1945'te Hiroşima'ya atılan ilk atom bombasını yapmak için kullanılır. Uranyum, pitchblende adı verilen bir cevher olarak çıkarılır ve birkaç atom ağırlığı izotopundan ve birkaç farklı seviyeden oluşur. radyoaktivite. Fisyon reaksiyonlarında kullanım için izotop sayısı 235U, reaktörde veya bombada parçalanmaya hazır bir seviyeye yükseltilmelidir. Bu işleme uranyum zenginleştirme denir ve bunu yapmanın birkaç yolu vardır.
Adım
Yöntem 1 / 7: Temel Zenginleştirme Süreci
Adım 1. Uranyumun ne için kullanılacağına karar verin
Çoğu mayınlı uranyum sadece yaklaşık yüzde 0,7 içerir 235U, kalanın çoğu izotoptur 238daha kararlı U. Uranyumla yapmak istediğiniz fisyon reaksiyonunun türü, ne kadar bir artış olduğunu belirler. 235Uranyumun etkin bir şekilde kullanılabilmesi için bunu yapmalısınız.
- Çoğu nükleer güç motorunda kullanılan uranyum yüzde 3-5 oranında zenginleştirilmelidir. 235U. (Kanada'daki CANDU reaktörü ve Birleşik Krallık'taki Magnox reaktörü gibi bazı nükleer reaktörler, zenginleştirilmemiş uranyum kullanmak üzere tasarlanmıştır.)
- Buna karşılık, atom bombası ve savaş başlığı için kullanılan uranyum yüzde 90 oranında zenginleştirilmelidir. 235Ü.
Adım 2. Uranyum cevherini gaza çevirin
Halihazırda mevcut olan uranyum zenginleştirme yöntemlerinin çoğu, uranyum cevherinin düşük sıcaklıklı bir gaza dönüştürülmesini gerektirir. Flor gazı genellikle cevher dönüştürme makinesine pompalanır; uranyum oksit gazı, uranyum heksaflorür (UF) üretmek için flor ile reaksiyona girer.6). Gaz daha sonra izotopları ayırmak ve toplamak için işlenir. 235Ü.
Adım 3. Uranyumu zenginleştirin
Bu makalenin sonraki bölümleri, uranyumu zenginleştirmek için kullanılabilecek çeşitli süreçleri açıklamaktadır. Tüm işlemlerden gaz difüzyonu ve gaz santrifüjü en yaygın olanıdır, ancak lazer izotop ayrımının ikisinin yerini alması beklenmektedir.
Adım 4. UF gazını değiştirin6 uranyum dioksit (UO2).
Zenginleştirildikten sonra, uranyum istendiği gibi kullanılmak üzere kararlı bir katı forma dönüştürülmelidir.
Nükleer reaktörler için yakıt olarak kullanılan uranyum dioksit, 4 m yüksekliğe kadar çubuklar haline gelecek şekilde metal tüplere sarılmış seramik çekirdek taneciklerine dönüştürülür
Yöntem 2 / 7: Gaz Difüzyon Prosesi
Adım 1. UF gazı gazını pompalayın6 boru aracılığıyla.
Adım 2. Gazı bir filtre veya gözenekli zardan pompalayın
izotop nedeniyle 235U izotoptan daha hafiftir 238U, UF6 daha hafif izotoplar, zardan daha ağır izotoplardan daha hızlı yayılır.
Adım 3. Yeterli olana kadar difüzyon işlemini tekrarlayın 235U toplandı.
Tekrarlanan difüzyona tabakalı denir. Yeterli miktarda almak için gözenekli bir zardan 1.400 filtrelemeye kadar sürebilir. 235Uranyumu iyi zenginleştirmek için.
Adım 4. UF gaz gazının yoğuşması6 sıvı formda.
Gaz yeterince zenginleştirildikten sonra, gaz bir sıvı halinde yoğunlaştırılır, daha sonra bir kapta depolanır, burada soğur ve katılaşır ve taşınmak ve yakıt taneciklerine dönüştürülür.
Gereken büyük miktarda filtreleme nedeniyle, bu işlem enerji yoğun olduğundan durdurulur. Amerika Birleşik Devletleri'nde, Paducah, Kentucky'de bulunan yalnızca bir gaz difüzyon zenginleştirme tesisi kalmıştır
Yöntem 3 / 7: Gaz Santrifüj İşlemi
Adım 1. Bir dizi yüksek hızlı dönen silindir takın
Bu silindir bir santrifüjdür. Santrifüj seri veya paralel olarak kurulur.
Adım 2. Akış UF.gaz6 döndürücünün içine.
Santrifüj, gaz içeren bir gaz vermek için merkezcil ivme kullanır. 238silindir duvarına daha ağır U ve gaz içeren 235daha hafif U silindirin merkezine.
Adım 3. Ayrılan gazları çıkarın
Adım 4. İki ayrı gazı iki ayrı santrifüjde yeniden işleyin
zengin gaz 235U bir santrifüje gönderildi 235U hala daha fazla çıkarılırken, gaz içeren 235İndirgenmiş U, ekstrakte etmek için başka bir santrifüje beslenir. 235kalan Ü. Bu, santrifüjlemenin çok daha fazlasını elde etmesini sağlar 235U, gaz difüzyon işlemi ile ekstrakte edilebilir.
Gaz santrifüj işlemi ilk olarak 1940'larda geliştirildi, ancak daha düşük enerjili uranyum zenginleştirme işlemlerini gerçekleştirme yeteneğinin önem kazandığı 1960'lara kadar önemli bir kullanıma girmedi. Şu anda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki gaz santrifüj proses tesisi New Mexico, Eunice'dedir. Buna karşılık, Rusya'nın şu anda bu türden dört fabrikası var, Japonya ve Çin'de ikişer tane, Birleşik Krallık, Hollanda ve Almanya'da birer tane var
Yöntem 4 / 7: Aerodinamik Ayırma İşlemi
Adım 1. Bir dizi dar, sabit silindir oluşturun
Adım 2. UF gazı gazını enjekte edin6 silindire yüksek hızda.
Gaz, gazın bir siklon gibi dönmesine neden olacak şekilde silindire ateşlenir, böylece bir tür ayırma üretir. 235U ve 238döner santrifüj işlemindeki ile aynı U.
Güney Afrika'da geliştirilen bir yöntem, gazın yan yana silindirlere enjekte edilmesidir. Bu yöntem şu anda silikonda bulunanlar gibi daha hafif izotoplarla test ediliyor
Yöntem 5 / 7: Sıvı Termal Difüzyon Prosesi
Adım 1. UF gazını sıvılaştırın6 baskı altında.
Adım 2. Bir çift konsantre boru yapın
Boru yeterince yüksek olmalıdır, çünkü daha uzun boru daha fazla izotop ayrımına izin verir 235U ve 238Ü.
Adım 3. Boruyu bir su tabakasıyla kaplayın
Bu, borunun dışını soğutacaktır.
Adım 4. Pompa UF6 borular arasında sıvı.
Adım 5. İç boruyu buharla ısıtın
Isı, UF'de konveksiyon akımlarına neden olur6 izotopu çekecek olan 235Daha hafif olan U, daha sıcak olan iç boruya doğru ve izotopu iter. 238daha ağır olan U, daha soğuk dış boruya doğru.
Bu süreç 1940 yılında Manhattan Projesinin bir parçası olarak araştırıldı, ancak daha verimli gaz difüzyon süreçleri geliştirildiğinde geliştirmenin erken bir aşamasında terk edildi
Yöntem 6 / 7: Elektromanyetik İzotop Ayırma İşlemi
Adım 1. UF gazının iyonizasyonu6.
Adım 2. Gazı güçlü bir manyetik alandan geçirin
Adım 3. Manyetik alandan geçerken geride bıraktıkları izlere dayanarak iyonize uranyum izotoplarını ayırın
İyon 235U iyondan farklı bir yay ile iz bırakır 238U. İyonlar, uranyumu zenginleştirmek için izole edilebilir.
Bu yöntem 1945'te Hiroşima'ya atılan atom bombası için uranyum işlemek için kullanıldı ve aynı zamanda Irak'ın 1992'de nükleer silah programında kullandığı zenginleştirme yöntemidir. Bu yöntem, gaz difüzyonundan 10 kat daha fazla enerji gerektirdiğinden, program için pratik değildir.. büyük ölçekli zenginleştirme
Yöntem 7/7: Lazer İzotop Ayırma İşlemi
Adım 1. Lazeri belirli bir renge ayarlayın
Lazer ışınının tamamen belirli bir dalga boyunda (tek renkli) olması gerekir. Bu dalga boyu sadece atomları hedefleyecektir. 235U ve bırak atom 238U etkilenmez.
Adım 2. Uranyumun üzerine bir lazer ışını püskürtün
Diğer uranyum zenginleştirme işlemlerinden farklı olarak, çoğu lazer işlemi yapsa da, uranyum heksaflorür gazı kullanmak zorunda değilsiniz. Atomik Buhar Lazer İzotop Ayırma (AVLIS) işleminde kullanılan uranyum kaynağı olarak uranyum ve demir alaşımlarını da kullanabilirsiniz.
Adım 3. Uranyum atomlarının uyarılmış elektronlarla çıkarılması
atom olacak 235Ü.
İpuçları
Bazı ülkeler, fisyon işlemi sırasında oluşan uranyum ve plütonyumu geri kazanmak için kullanılmış nükleer yakıtı yeniden işler. Yeniden işlenmiş uranyum izotoptan çıkarılmalıdır 232U ve 236U, fisyon sırasında oluşur ve zenginleştirilmişse, “taze” uranyumdan daha yüksek bir dereceye kadar zenginleştirilmelidir çünkü 236U, nötronları emer ve böylece fisyon sürecini engeller. Bu nedenle, yeniden işlenmiş uranyum, ilk kez yeni zenginleştirilmiş uranyumdan ayrı olarak saklanmalıdır.
Uyarı
- Uranyum yalnızca zayıf radyoaktivite yayar; ancak, UF gazına işlendiğinde6su ile reaksiyona girerek aşındırıcı hidroflorik asit oluşturan toksik bir kimyasal madde haline gelir. (Bu asit, camı aşındırmak için kullanıldığı için yaygın olarak “aşındırma asidi” olarak adlandırılır.) Bu nedenle, uranyum zenginleştirme tesisleri, UF gazını uzak tutmak da dahil olmak üzere flor ile çalışan kimyasal tesislerle aynı koruyucu önlemleri gerektirir.6 çoğu zaman düşük basınç altında kalın ve yüksek basıncın gerekli olduğu alanlarda ekstra bir koruma seviyesi kullanın.
- Yeniden işlenmiş uranyum kalın muhafazalarda saklanmalıdır, çünkü 232İçindeki U, güçlü gama radyasyonu yayan elementlere ayrışır.
- Zenginleştirilmiş uranyum genellikle yalnızca bir kez yeniden işlenebilir.
