7 modalități de a îmbogăți uraniul în moduri diferite

Metoda 1
Procesul de bază de îmbogățire a uraniului

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 1

1

Decideți ce uraniu va fi folosit. Majoritatea uraniului extras conține numai aproximativ 0,7% din U²³⁵, iar partea sa rămasă fiind compusă din izotopul cel mai stabil relativ U²³⁸. Tipul reacției de fisiune a uraniului va fi utilizat pentru a determina nivelul de U²³⁸ trebuie să fie mărită astfel încât uraniul să fie utilizat în mod eficient.

Uraniul utilizat în majoritatea plantelor nucleare ar trebui să fie îmbogățit la un nivel de 3 până la 5% U²³⁵. (Unele reactoare nucleare, cum ar fi reactorul CANDU din Canada și reactorul Magnox din Statele Unite, sunt proiectate să utilizeze uraniu neimogenat).
Uraniul utilizat de bombe atomice și de focoase, în schimb, trebuie îmbogățit cu 90% U²³⁵.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 2

2

Convertiți minereul de uraniu în gaz. Majoritatea metodelor existente de îmbogățire a uraniului impun ca minereul să fie transformat într-un gaz cu temperatură scăzută. Gazul fluor este pompat în mod normal într-o instalație de conversie a minereului - gazul de oxid de uraniu reacționează cu fluor pentru a produce hexafluorură de uraniu (UF⁶). Gazul acționează atunci pentru a separa și asambla izotopul U²³⁵.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 3

3

Îmbogățiți uraniul. Celelalte secțiuni ale acestui articol descriu diferitele procese disponibile pentru a îmbogăți uraniul. Dintre acestea, difuzia de gaze și centrifugarea gazului sunt cele două cele mai comune, dar procesul de separare a izotopilor laser este de așteptat să le înlocuiască.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 4

4

Convertiți gazul UF₆ în dioxid de uraniu (OU₂). Odată îmbogățit, uraniul trebuie transformat într-o formă solidă stabilă pentru utilizarea dorită.

Dioxidul de uraniu utilizat drept combustibil în reactoarele nucleare este produs sub formă de tablete ceramice adăpostite în tuburi care alcătuiesc bare de 4 metri.

Metoda 2
Procedeul de difuzie gazoasă

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 5

1

Pompa UF₆ prin conducte.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 6

2

Forțați gazul printr-un filtru poros sau o membrană. Datorită izotopului U²³⁵235 să fie mai ușoară decât izotopul U²³⁸, UF₆ conținând izotopul mai ușor va difuza prin membrană mai rapid decât izotopul mai greu.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 7

3

Repetați procesul de difuzie până când U²³⁵ suficient pentru a fi colectate. Difuzarea repetată se numește "cascadă". Poate transporta pana la 1.400 de difuzii prin membrane poroase pentru a obtine suficient U²³⁵ pentru a îmbogăți uraniul.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 8

4

Condensat UF gaz₆ sub formă lichidă. Atunci când gazul este suficient de îmbogățit, acesta este condensat în lichid și apoi depozitat în recipiente, unde se răcește și se solidifică pentru a fi transportat și transformat în pelete de combustibil.

5

Datorită numărului de emisiuni necesare, acest proces necesită consumul unei cantități mari de energie și, prin urmare, nu mai este folosit. În Statele Unite, doar o singură instalație de îmbogățire prin difuzie gazoasă rămâne, și este situat în Paducah, Kentucky.

Metoda 3
Procesul de centrifugare gazoasă

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 9

1

Montați un număr de cilindri de rotație de mare viteză. Aceste cilindri sunt centrifugele. Centrifugele sunt montate în serie de două și în paralel.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 10

2

Pompă UF gaz₆ în centrifuge. Centrifuga va folosi accelerația centripetală pentru a trimite gazul mai greu, U²³⁸, pentru peretele cilindrului și gazul mai ușor, U²³⁵, la centru.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 11

3

Extrageți gazele care au fost separate în proces.

Imagine intitulată Enrich Uranium Step 12

4

Reprocesați gazele separate în centrifuge separate. U-gaze bogate²³⁵ sunt trimise la o centrifugă, unde chiar mai mult²³⁵ este extras, în timp ce gazul U²³⁵ epuizat merge într-o altă centrifugă pentru a extrage chiar mai mult de la U²³⁵. Acest lucru permite procesului de filare să atragă mult mai mult U²³⁵ decât procesul de difuzie a gazului.

Procesul de centrifugare a gazului a fost dezvoltat pentru prima oară în anii 1940, dar nu a fost folosit în mod semnificativ până în anii 1960, când cerințele sale mai reduse de energie pentru producția de uraniu îmbogățit au devenit importante. În prezent, există o unitate de procesare a gazelor printr-o centrifugă în Statele Unite, în Eunice, New Mexico. În comparație, Rusia are în prezent patru dintre aceste unități, Japonia și China au câte două, în timp ce Regatul Unit, Olanda și Germania au una.

Metoda 4
Procedura de separare aerodinamică

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 13

1

Construiți o serie de cilindri îngusti staționari.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 14

2

Injectați gaz UF₆ în interiorul cilindrilor la viteză mare. Gazul este suflat în cilindri astfel încât acesta este indus să se rotească ciclic, producând același tip de separare între U²³⁵ și U²³⁸ care se obține prin rotație centrifugală.

O metodă care se dezvoltă în Africa de Sud injectează gazul în cilindru cu tangenta. În prezent, acesta este testat cu izotopi ușori, cum ar fi cei din siliciu.

Metoda 5
Procesul de difuzie termică lichidă

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 15

1

Linia UF gaz₆ sub presiune.

2

Construiți o pereche de tuburi concentrice. Tuburile trebuie să fie suficient de mari, cu tuburi chiar mai mari, permițând o mai mare separare a izotopilor U²³⁵ și U²³⁸.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 19

3

Înconjurați tuburile cu o jachetă de apă lichidă. Aceasta va răci tubul exterior.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 18

4

Pompă lichid UF₆ între tuburi.

5

Se încălzește tubul interior cu aburi. Căldura va crea un curent de convecție în UF₆ care va atrage izotopul U²³⁵ mai ușor la cel mai fierbinte tub interior și împingeți izotopul U²³⁸ mai greu spre tubul exterior mai rece.

Acest proces a fost investigat în 1940 ca parte a Proiectului Manhattan, dar a fost abandonat în timp ce se afla încă într-un stadiu incipient de dezvoltare, când a fost dezvoltat cel mai eficient proces de difuzie gazoasă.

Metoda 6
Procesul de separare electromagnetică a izotopilor

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 20

1

Ionizați gazul UF₆.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 21

2

Treceți gazul printr-un câmp magnetic puternic.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 22

3

Separați izotopii uraniului ionizat, identificându-i prin traseele lăsate în timp ce trec prin câmpul magnetic. Ionii lui U²³⁵ urme care curba diferit de cele lăsate de U²³⁸. Acești ioni pot fi izolați pentru a îmbogăți uraniul.

Această metodă a fost folosită pentru a procesa uraniu bombe atomice la Hiroshima în 1945, și a fost, de asemenea, metoda de îmbogățire utilizată de către Irak, în cadrul programului 1992 arme nucleare Este nevoie de 10 ori mai multă energie decât difuzie gazoasă, care o face impracticabilă pentru programele de îmbogățire pe scară largă.

Metoda 7
Procesul de separare a izotopilor laser

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 23

1

Ajustați un laser la o anumită culoare. Lumina laser ar trebui să fie în întregime lungimea unui val specific (monocromatic). Această lungime de undă va viza numai atomii de U²³⁵, lăsând atomii lui U²³⁸ neatins.

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 24

2

Uraniu luminat cu lumină laser. Spre deosebire de alte procese de îmbogățire a uraniului, nu este necesar să utilizați gaz hexafluorid de uraniu, deși majoritatea proceselor laser fac acest lucru. De asemenea, puteți utiliza un aliaj de fier și uraniu ca sursă de uraniu, la fel cum puteți realiza prin procesul de separare a izotopilor de vapori atomici (AVLIS).

Imagine intitulată Enrich Uranium Pasul 25

3

Extrageți atomii de uraniu cu electroni în stare excitat. Acestea vor fi atomi de U²³⁵.

sfaturi

Unele țări reprocesați combustibili nucleari în scopul recuperării uraniului și de plutoniu sărăcit create în timpul procesului de fisiune. Uraniul reprocesat trebuie extras din izotopii U²³² și U²³⁶ formate în timpul fisiune, și sunt îmbogățite, procesul trebuie să se desfășoare la un nivel mai ridicat decât cel utilizat în noul uraniu (care nu a fost folosit), deoarece U²³⁶ absoarbe neutronii și inhibă procesul de fisiune. Din acest motiv, uraniul reprocesat trebuie păstrat separat de uraniu, care va fi îmbogățit pentru prima dată.

avertismente

Uraniul este de fapt doar slab radioactiv - totuși, când este transformat în gaz UF₆, devine o substanță chimică toxică care reacționează cu apa pentru a forma acidul fluorhidric corosiv. (Acest acid este denumit în mod obișnuit „acid pentru a face inregistrari“ din cauza sticla de gravura utilizarea labă.) Deci uzinele de îmbogățire a uraniului necesită aceleași măsuri de protecție că plantele chimice care lucrează cu fluorura, care includ păstrați gazul UF₆ sub presiune scăzută în cea mai mare parte a timpului și utilizarea unor niveluri suplimentare de izolare în zonele care necesită o presiune crescută.
Uraniul reprocesat ar trebui să fie păstrat sub protecție puternică, deoarece U²³² pe care le conține se descompune în elemente care emit o cantitate mare de radiații gamma.
Uraniul îmbogățit poate fi reprocesat o singură dată.