Уранът се използва като източник на енергия в ядрените реактори и е използван за направата на първата атомна бомба, която е хвърлена върху Хирошима през 1945 г. Уранът се добива като руда, наречена смола, и се състои от няколко изотопа с атомно тегло и няколко различни нива на радиоактивност. За използване в реакции на делене, броят на изотопите 235U трябва да се увеличи до ниво, което е готово за делене в реактора или бомбата. Този процес се нарича обогатяване на уран и има няколко начина да го направите.
Стъпка
Метод 1 от 7: Основен процес на обогатяване
Стъпка 1. Решете за какво ще се използва уранът
Повечето добит уран съдържа само около 0,7 % 235U, като по -голямата част от остатъка е изотопът 238по -стабилен U. Видът на реакцията на делене, който искате да направите с уран, определя доколко ще се увеличи 235Трябва да направите това, за да може уранът да се използва ефективно.
- Уранът, използван в повечето атомни двигатели, трябва да бъде обогатен до 3-5 процента 235U. (Някои ядрени реактори, като реактора CANDU в Канада и реактора Magnox в Обединеното кралство, са проектирани да използват необогатен уран.)
- За разлика от това, уранът, който се използва за атомни бомби и бойни глави, трябва да бъде обогатен до 90 процента 235U.
Стъпка 2. Превърнете урановата руда в газ
Повечето от наличните в момента методи за обогатяване на уран изискват урановата руда да се превърне в газ с ниска температура. Флуорният газ обикновено се изпомпва в машината за конвертиране на руда; газът на уранов оксид реагира с флуор за получаване на уранов хексафлуорид (UF6). След това газът се обработва за отделяне и събиране на изотопите 235U.
Стъпка 3. Обогатяване на уран
По -късните раздели на тази статия описват различните налични процеси за обогатяване на уран. От всички процеси дифузията на газ и газовото центрофугиране са двата най -често срещани, но се очаква лазерното разделяне на изотопи да замени двата.
Стъпка 4. Сменете UF газ6 до уранов диоксид (UO2).
След като се обогати, уранът трябва да се превърне в стабилна твърда форма за използване по желание.
Урановият диоксид, използван като гориво за ядрени реактори, се превръща в зърна от керамична сърцевина, които са увити в метални тръби, така че да станат пръти с височина до 4 м
Метод 2 от 7: Процес на дифузия на газ
Стъпка 1. Помпайте UF газ газ6 през тръбата.
Стъпка 2. Помпайте газа през филтър или пореста мембрана
Поради изотопа 235U е по -лек от изотопа 238U, UF6 по -леките изотопи ще дифундират през мембраната по -бързо от по -тежките изотопи.
Стъпка 3. Повторете процеса на дифузия, докато има достатъчно 235U събрани.
Повтарящата се дифузия се нарича стратифицирана. Може да отнеме до 1400 филтрация през пореста мембрана, за да се получи достатъчно 235U за обогатяване на уран добре.
Стъпка 4. Кондензация на газообразен газ UF6 в течна форма.
След като газът е достатъчно обогатен, газът се кондензира в течност, след което се съхранява в контейнер, където се охлажда и втвърдява, за да бъде транспортиран и превърнат в горивни зърна.
Поради голямото количество филтриране, което е необходимо, този процес е енергоемък, така че се спира. В Съединените щати остава само един завод за обогатяване на дифузия на газ, разположен в Падука, Кентъки
Метод 3 от 7: Процес на центрофуга на газ
Стъпка 1. Инсталирайте няколко високоскоростни въртящи се цилиндри
Този цилиндър е центрофуга. Центрофугата се инсталира последователно или паралелно.
Стъпка 2. Поток UF. Газ6 в спинера.
Центрофугата използва центростремително ускорение, за да достави газ, съдържащ 238по -тежък U към стената на бутилката и газ, съдържащ 235запалка U към центъра на цилиндъра.
Стъпка 3. Извлечете отделените газове
Стъпка 4. Преработете двата отделени газа в две отделни центрофуги
Богат газ 235U беше изпратен в центрофуга, където 235U все още се извлича повече, докато газът съдържа 235Редуцираният U се подава в друга центрофуга за екстракция 235Останалите U. Това позволява центрофугирането да извлече много повече 235U, отколкото може да се извлече чрез процеса на дифузия на газ.
Процесът на газова центрофуга е разработен за първи път през 40 -те години на миналия век, но не е въведен в значителна употреба чак през 60 -те години, когато способността му да извършва процеси на обогатяване на уран с по -ниска енергия става важна. В момента заводът за газови центрофуги в САЩ се намира в Юнис, Ню Мексико. За разлика от това, в момента Русия има четири фабрики от този тип, Япония и Китай имат по две, докато Обединеното кралство, Холандия и Германия имат по една
Метод 4 от 7: Процес на аеродинамично разделяне
Стъпка 1. Създайте поредица от тесни, неподвижни цилиндри
Стъпка 2. Инжектирайте газообразен газ UF6 в цилиндъра с висока скорост.
Газът се изстрелва в бутилката по начин, който кара газа да се върти като циклон, като по този начин се произвежда вид разделяне 235U и 238същата U като в процеса на въртяща се центрофуга.
Един от методите, разработен в Южна Африка, е инжектирането на газ в бутилки един до друг. Този метод в момента се тества с по -леки изотопи като тези, открити в силиция
Метод 5 от 7: Процес на течна термична дифузия
Стъпка 1. Втечнявайте UF газ6 под напрежение.
Стъпка 2. Направете чифт тръби за концентрат
Тръбата трябва да е достатъчно висока, тъй като по -високата тръба позволява по -голямо разделяне на изотопи 235U и 238U.
Стъпка 3. Намажете тръбата със слой вода
Това ще охлади външната страна на тръбата.
Стъпка 4. Помпа UF6 течност между тръбите.
Стъпка 5. Загрейте вътрешната тръба с пара
Топлината ще предизвика конвекционни токове в UF6 което ще привлече изотопа 235Запалката U към по -горещата вътрешна тръба и изтласква изотопа 238по -тежкият U към по -хладната външна тръба.
Този процес е изследван през 1940 г. като част от проекта в Манхатън, но е изоставен на ранен етап от развитието си, когато са разработени по -ефективни процеси на дифузия на газ
Метод 6 от 7: Процес на електромагнитно изолиране на изотопи
Стъпка 1. Йонизация на UF газ6.
Стъпка 2. Прекарайте газа през силно магнитно поле
Стъпка 3. Отделете изотопите на йонизиран уран въз основа на следите, оставени след преминаването им през магнитното поле
Йон 235U оставя следа с различна дъга от йона 238U. Йоните могат да бъдат изолирани за обогатяване на уран.
Този метод е използван за обработка на уран за атомната бомба, хвърлена върху Хирошима през 1945 г., а също така е и методът за обогатяване, използван от Ирак в програмата му за ядрени оръжия през 1992 г. Този метод изисква 10 пъти повече енергия от дифузията в газове, което го прави непрактичен за програмата.мащабно обогатяване
Метод 7 от 7: Процес на разделяне на лазерни изотопи
Стъпка 1. Настройте лазера на определен цвят
Лазерният лъч трябва да бъде изцяло с една определена дължина на вълната (монохроматичен). Тази дължина на вълната ще бъде насочена само към атомите 235U и оставете атома 238U не са засегнати.
Стъпка 2. Осветете лазерен лъч върху урана
За разлика от други процеси на обогатяване на уран, не е нужно да използвате газ с уранов хексафлуорид, въпреки че повечето лазерни процеси го правят. Можете също да използвате уран и железни сплави като източник на уран, който се използва в процеса на лазерно изотопно разделяне на атомни пари (AVLIS).
Стъпка 3. Извличане на уранови атоми с възбудени електрони
Ще бъде атом 235U.
Съвети
Някои държави преработват отработено ядрено гориво, за да възстановят урана и плутония в него, образувани по време на процеса на делене. Преработеният уран трябва да се отстрани от изотопа 232U и 236U се образува по време на делене и ако е обогатен, трябва да бъде обогатен до по -висок клас от „пресния“уран, тъй като 236U абсорбира неутрони, като по този начин инхибира процеса на делене. Следователно, преработеният уран трябва да се съхранява отделно от урана, който е бил обогатен за първи път.
Внимание
- Уранът излъчва само слаба радиоактивност; при преработка в UF газ6, става токсично химично вещество, което реагира с вода, образувайки корозивна флуороводородна киселина. (Тази киселина обикновено се нарича „оцветяваща киселина“, защото се използва за ецване на стъкло.) Следователно, заводите за обогатяване на уран изискват същите защитни мерки като химическите заводи, работещи с флуор, които включват задържане на UF газ в залива.6 останете под ниско налягане през повечето време и използвайте допълнително ниво на задържане в области, където се изисква високо налягане.
- Преработеният уран трябва да се съхранява в дебели заграждения, т.к 232U в него се разлага на елементи, които излъчват силно гама -лъчение.
- Обогатеният уран обикновено може да бъде преработен само веднъж.
