Ուրանը օգտագործվում է որպես էներգիայի աղբյուր միջուկային ռեակտորներում և օգտագործվում էր առաջին ատոմային ռումբի պատրաստման համար, որը նետվեց Հիրոսիմա 1945 -ին: Ուրանը արդյունահանվում է որպես հանքաքար, որը կոչվում է pitchblende և բաղկացած է ատոմային քաշի մի քանի իզոտոպներից և մի քանի տարբեր մակարդակներից: ռադիոակտիվության. Fեղքման ռեակցիաներում օգտագործելու համար `իզոտոպների քանակը 235U- ն պետք է հասցվի այնպիսի մակարդակի, որը պատրաստ է ռեակտորում կամ ռումբերում տրոհման: Այս գործընթացը կոչվում է ուրանի հարստացում, և դրա մի քանի եղանակ կա:
Քայլ
Մեթոդ 1 7 -ից. Հիմնական հարստացման գործընթաց
Քայլ 1. Որոշեք, թե ինչի համար է օգտագործվելու ուրանը:
Շատ ականապատված ուրանի պարունակությունը կազմում է ընդամենը մոտ 0,7 տոկոս 235U, մնացածի մեծ մասը իզոտոպ է 238ավելի կայուն U. Ranեղքման ռեակցիայի տեսակը, որը ցանկանում եք անել ուրանի հետ, որոշում է, թե որքանով է այն աճելու 235Դուք պետք է այնպես անեք, որ ուրանը կարողանա արդյունավետ օգտագործվել:
- Միջուկային էներգիայի շարժիչների մեծ մասում օգտագործվող ուրանը պետք է հարստանա մինչև 3-5 տոկոս 235U. (Որոշ միջուկային ռեակտորներ, ինչպիսիք են Կանադայի CANDU ռեակտորը և Միացյալ Թագավորությունում Magnox ռեակտորը, նախատեսված են չհարստացված ուրանի օգտագործման համար):
- Ի հակադրություն, ուրանը, որն օգտագործվում է ատոմային ռումբերի և մարտագլխիկների համար, պետք է հարստանա մինչև 90 տոկոս 235Ու.
Քայլ 2. Ուրանի հանքաքարը վերածեք գազի:
Ներկայումս առկա ուրանի հարստացման մեթոդների մեծ մասը պահանջում է, որ ուրանի հանքաքարը վերածվի ցածր ջերմաստիճանի գազի: Ֆտոր գազը սովորաբար մղվում է հանքաքարի փոխակերպման մեքենայի մեջ. ուրանի օքսիդի գազը արձագանքում է ֆտորին ՝ առաջացնելով ուրանի հեքսաֆտորիդ (UF)6): Այնուհետև գազը վերամշակվում է ՝ առանձնացնելու և հավաքելու իզոտոպները 235Ու.
Քայլ 3. Հարստացրեք ուրանը:
Այս հոդվածի ավելի ուշ հատվածները նկարագրում են ուրանի հարստացման համար մատչելի տարբեր գործընթացներ: Բոլոր գործընթացներից գազի դիֆուզիոն և գազի ցենտրիֆուգացումը երկուսն են, բայց ակնկալվում է, որ երկուսը կփոխարինի լազերային իզոտոպների տարանջատմամբ:
Քայլ 4. Փոխեք UF գազը6 դեպի ուրանի երկօքսիդ (UO)2).
Հարստանալուց հետո ուրանը անհրաժեշտության դեպքում պետք է վերածվի կայուն պինդ ձևի:
Միջուկային ռեակտորների համար որպես վառելիք օգտագործվող ուրանի երկօքսիդը վերածվում է կերամիկական միջուկի հատիկների, որոնք փաթաթված են մետաղական խողովակներով, որպեսզի դրանք դառնան մինչև 4 մ բարձրություն ունեցող ձողեր:
Մեթոդ 2 7 -ից. Գազի դիֆուզիոն գործընթաց
Քայլ 1. Պոմպ UF գազի պոմպ6 խողովակի միջով:
Քայլ 2. Գազը պոմպացրեք ֆիլտրի կամ ծակոտկեն թաղանթի միջոցով:
Իզոտոպի պատճառով 235U- ն ավելի թեթև է, քան իզոտոպը 238U, UF6 ավելի թեթև իզոտոպները ավելի արագ կտարածվեն մեմբրանի միջով, քան ավելի ծանր իզոտոպները:
Քայլ 3. Կրկնեք դիֆուզիոն գործընթացը, մինչև բավարար չլինի 235U հավաքված:
Կրկնվող դիֆուզիոն կոչվում է շերտավորված: Enoughակոտկեն մեմբրանի միջով բավականաչափ ստանալու համար այն կարող է տևել մինչև 1,400 զտում 235U ուրանի լավ հարստացման համար:
Քայլ 4. UF գազի խտացում6 հեղուկ տեսքով:
Գազը բավականաչափ հարստանալուց հետո գազը խտացվում է հեղուկի մեջ, այնուհետև պահվում է տարայի մեջ, որտեղ այն սառչում և կարծրանում է, որպեսզի տեղափոխվի և վերածվի վառելիքի հատիկների:
Պահանջվող մեծ քանակությամբ զտման պատճառով այս գործընթացը էներգաարդյունավետ է, ուստի այն դադարեցվում է: Միացյալ Նահանգներում մնացել է գազի դիֆուզիոն հարստացման միայն մեկ գործարան, որը գտնվում է Կենտուկի նահանգի Պադուկա քաղաքում:
Մեթոդ 3 7 -ից. Գազի ցենտրիֆուգա գործընթաց
Քայլ 1. Տեղադրեք մի շարք բարձր արագությամբ պտտվող բալոններ:
Այս գլանը ցենտրիֆուգա է: Centենտրիֆուգը տեղադրվում է շարքով կամ զուգահեռաբար:
Քայլ 2. Հոսք UF. Գազ6 մեջ մանող.
Centենտրիֆուգը օգտագործում է կենտրոնախույս արագացում `գազ պարունակող գազ փոխանցելու համար 238ավելի ծանր U բալոնի պատին և գազ պարունակող 235ավելի թեթև U դեպի գլանի կենտրոնը:
Քայլ 3. Հեռացրեք տարանջատված գազերը:
Քայլ 4. Վերամշակեք երկու առանձնացված գազերը երկու առանձին ցենտրիֆուգներում:
Հարուստ գազ 235U- ն ուղարկվեց ցենտրիֆուգա, որտեղ 235U- ն դեռ ավելի արդյունահանված է, մինչդեռ գազը պարունակում է 235Կրճատված U- ն սնվում է մեկ այլ ցենտրիֆուգայի մեջ `հանելու համար 235Մնացած Ու. Սա թույլ է տալիս ցենտրիֆուգացմանը շատ ավելին արդյունահանել 235U- ից կարող է արդյունահանվել գազի դիֆուզիոն գործընթացով:
Գազի ցենտրիֆուգայի գործընթացն առաջին անգամ մշակվել է 1940 -ական թվականներին, սակայն էական օգտագործման չի դրվել մինչև 1960 -ականները, երբ ուրանի հարստացման ավելի ցածր էներգիայի գործընթացներ իրականացնելու ունակությունը դարձավ կարևոր: Ներկայումս ԱՄՆ -ում գազի ցենտրիֆուգայի գործընթացի գործարանը գտնվում է Նյու Մեքսիկո նահանգի Յունիս քաղաքում: Ի հակադրություն, ներկայումս Ռուսաստանն ունի այս տեսակի չորս գործարան, Japanապոնիան և Չինաստանը `յուրաքանչյուրը երկուական, իսկ Միացյալ Թագավորությունը, Նիդեռլանդները և Գերմանիան` մեկական:
Մեթոդ 4 7 -ից. Աերոդինամիկ տարանջատման գործընթաց
Քայլ 1. Ստեղծեք մի շարք նեղ, անշարժ գլաններ:
Քայլ 2. Ներարկեք UF գազ6 մխոցը բարձր արագությամբ:
Բալոնի մեջ գազը թափվում է այնպես, որ գազը պտտվի ցիկլոնի պես ՝ դրանով իսկ առաջացնելով տարանջատման տեսակ 235U և 238նույն U- ն, ինչպես պտտվող ցենտրիֆուգայի գործընթացում:
Հարավաֆրիկյան Հանրապետությունում մշակված մեթոդներից մեկը բալոնների կողք կողքի գազի ներարկումն է: Այս մեթոդը ներկայումս փորձարկվում է ավելի թեթև իզոտոպներով, ինչպիսիք են սիլիցիումում հայտնաբերվածները:
Մեթոդ 5 -ից 7 -ը. Հեղուկ ջերմային դիֆուզիոն գործընթաց
Քայլ 1. Հեղուկացրեք UF գազը6 ճնշման տակ.
Քայլ 2. Կատարեք զույգ խտանյութի խողովակներ:
Խողովակը պետք է բավականաչափ բարձր լինի, քանի որ ավելի բարձր խողովակը թույլ է տալիս ավելի շատ իզոտոպներ բաժանել 235U և 238Ու.
Քայլ 3. Խողովակը ծածկել ջրի շերտով:
Սա կսառեցնի խողովակի արտաքին հատվածը:
Քայլ 4. Պոմպ UF6 հեղուկ խողովակների միջև:
Քայլ 5. Ներքին խողովակը գոլորշիով տաքացրեք:
UF- ում ջերմությունը կհանգեցնի կոնվեկցիոն հոսանքների6 որը կգրավի իզոտոպը 235Ավելի թեթև U- ն դեպի ավելի տաք ներքին խողովակը և հրում է իզոտոպը 238ավելի ծանր U դեպի ավելի սառը արտաքին խողովակ:
Այս գործընթացը հետազոտվել է 1940 թվականին ՝ Մանհեթենի նախագծի շրջանակներում, սակայն այն լքվել է զարգացման վաղ փուլում, երբ մշակվել են գազի դիֆուզիոն ավելի արդյունավետ գործընթացներ:
Մեթոդ 6 -ից 7 -ը. Էլեկտրամագնիսական իզոտոպների տարանջատման գործընթաց
Քայլ 1. UF. Գազի իոնացում6.
Քայլ 2. Գազն անցեք ուժեղ մագնիսական դաշտի միջով:
Քայլ 3. Առանձնացրեք իոնացված ուրանի իզոտոպները ՝ հիմնված մագնիսական դաշտի միջով անցած հետքերի վրա:
Իոն 235U- ն թողնում է իոնից տարբեր աղեղով հետք 238U. Իոնները կարող են մեկուսացվել ուրանի հարստացման համար:
Այս մեթոդը օգտագործվել է 1945 թվականին Հիրոսիմայի վրա նետված ատոմային ռումբի համար ուրանի վերամշակման համար և նաև հարստացման մեթոդն է, որն Իրաքն օգտագործել է 1992. Միջուկային զենքի ծրագրում: լայնածավալ հարստացում:
Մեթոդ 7 7 -ից. Լազերային իզոտոպների տարանջատման գործընթաց
Քայլ 1. Լազերը սահմանեք որոշակի գույնի:
Լազերային ճառագայթը պետք է ամբողջովին ունենա մեկ որոշակի ալիքի երկարություն (միագույն): Այս ալիքի երկարությունը ուղղված կլինի միայն ատոմներին 235U, և թողեք ատոմը 238U- ն չի ազդում:
Քայլ 2. Լազերային ճառագայթ փայլեցրեք ուրանի վրա:
Ի տարբերություն ուրանի հարստացման այլ գործընթացների, պետք չէ ուրանի հեքսաֆտորիդ գազ օգտագործել, չնայած լազերային պրոցեսների մեծամասնությունը դա անում է: Դուք կարող եք նաև օգտագործել ուրանի և երկաթի համաձուլվածքները որպես ուրանի աղբյուր, որն օգտագործվում է Ատոմային գոլորշու լազերային իզոտոպների առանձնացման (AVLIS) գործընթացում:
Քայլ 3. Ուրանի ատոմների արդյունահանումը գրգռված էլեկտրոններով:
Դա կլինի ատոմ 235Ու.
Խորհուրդներ
Որոշ երկրներ վերամշակեցին ծախսված միջուկային վառելիքը `դրանում ուրանի և պլուտոնիումի վերականգնման համար, որը գոյացել էր տրոհման ընթացքում: Վերամշակված ուրանը պետք է հեռացվի իզոտոպից 232U և 236U- ն ձևավորվում է տրոհման ժամանակ, և հարստանալու դեպքում այն պետք է հարստանա ավելի բարձր աստիճանից, քան «թարմ» ուրանը, քանի որ 236U- ն կլանում է նեյտրոնները ՝ դրանով իսկ արգելակելով տրոհման գործընթացը: Հետևաբար, վերամշակված ուրանը պետք է պահվի առանձին `առաջին անգամ նոր հարստացված ուրանից:
Գուշացում
- Ուրանը արտանետում է միայն թույլ ռադիոակտիվություն; սակայն, երբ վերամշակվում է UF. գազի6, այն դառնում է թունավոր քիմիական նյութ, որը ջրի հետ արձագանքում է ՝ կազմելով քայքայիչ հիդրոֆտորաթթու: (Այս թթուն սովորաբար կոչվում է «փորագրող թթու», քանի որ այն օգտագործվում է ապակու փորագրման համար): Հետևաբար, ուրանի հարստացման կայանները պահանջում են նույն պաշտպանական միջոցները, ինչ ֆտորի հետ աշխատող քիմիական գործարանները, որոնք ներառում են UF գազի հեռու պահելը:6 շատ ժամանակ մնալ ցածր ճնշման տակ և օգտագործել լրացուցիչ մակարդակի զսպում այն տարածքներում, որտեղ բարձր ճնշում է պահանջվում:
- Վերամշակված ուրանը պետք է պահվի հաստ պատյաններում, քանի որ 232Նրա մեջ եղած U- ն քայքայվում է այնպիսի տարրերի, որոնք ուժեղ գամմա ճառագայթում են արձակում:
- Սովորաբար հարստացված ուրանը կարող է վերամշակվել միայն մեկ անգամ:
