محتوا

• مراحل
• روش 1 از 7: فرایند بهره مندی اولیه
• روش 2 از 7: فرآیند انتشار گاز
• روش 3 از 7: فرآیند اتصال گاز
• روش 4 از 7: فرایند جداسازی آیرودینامیکی
• روش 5 از 7: فرآیند انتشار مایع حرارتی
• روش 6 از 7: فرایند جداسازی ایزوتوپ های الکترومغناطیسی
• روش 7 از 7: فرایند جداسازی ایزوتوپ لیزر
• نکات
• هشدارها

اورانیوم به عنوان سوخت راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین برای ایجاد اولین بمب اتمی که در سال 1945 در هیروشیما پرتاب شد مورد استفاده قرار گرفت. اورانیوم از سنگ معدن رزین اورانیوم حاوی چندین ایزوتوپ با جرم اتمی مختلف و سطوح مختلف رادیواکتیویته استخراج می شود. برای استفاده در واکنش پوسیدگی ، مقدار ایزوتوپ U باید تا حد معینی افزایش یابد. این فرایند غنی سازی اورانیوم نامیده می شود. راه های مختلفی برای این کار وجود دارد.

مراحل

روش 1 از 7: فرایند بهره مندی اولیه

1. 1 تصمیم بگیرید که از اورانیوم برای چه کاری استفاده خواهید کرد. به طور معمول ، سنگ معدن اورانیوم تنها 0.7 U U دارد ، و بقیه شامل یک ایزوتوپ U. نسبتاً پایدار است. نوع واکنشی که شما در آن قصد دارید از اورانیوم استفاده کنید ، سطح U را تعیین می کند که برای استفاده از آن باید غنی سازی کنید. اورانیوم موجود تا حد ممکن کارآمد. ...
   • اورانیوم مورد استفاده در نیروگاه هسته ای باید تا سطح 3-5٪ U غنی شود (برخی از راکتورهای هسته ای نیاز به استفاده از اورانیوم غنی شده دارند).
   • اورانیوم مورد استفاده برای ایجاد سلاح های هسته ای باید تا 90 درصد غنی شده باشد.
2. 2 تبدیل سنگ اورانیوم به گاز اکثر روشهای غنی سازی اورانیوم نیاز به تبدیل سنگ معدن به گاز با درجه حرارت پایین دارد. گاز فلورین به واحد تبدیل سنگ معدن پمپ می شود. اکسید اورانیوم با فلورین در تعامل است و هگزا فلوراید اورانیوم (UF) تولید می کند₆) پس از آن ، ایزوتوپ U از گاز جدا می شود.
3. 3 غنی سازی اورانیوم بقیه این متن روش های مختلف غنی سازی اورانیوم را شرح می دهد. رایج ترین آنها انتشار گاز و سانتریفیوژ گاز است ، اما جداسازی ایزوتوپ های لیزری باید به زودی جایگزین آنها شود.
4. 4 هگزا فلوراید اورانیوم را به دی اکسید اورانیوم (UO) تبدیل کنید₂). پس از غنی سازی ، اورانیوم باید برای استفاده بیشتر به شکل پایدار و قوی تبدیل شود.
   • دی اکسید اورانیوم به عنوان سوخت برای راکتورهای هسته ای به شکل گرانول هایی در لوله های فلزی که میله های 4 متری را تشکیل می دهند ، استفاده می شود.

روش 2 از 7: فرآیند انتشار گاز

1. 1 پمپاژ UF₆ از طریق لوله ها
2. 2 گاز را از یک فیلتر یا غشای متخلخل عبور دهید. از آنجا که ایزوتوپ U سبک تر از U ، UF است₆حاوی یک ایزوتوپ سبک تر از یک ایزوتوپ سنگین تر سریعتر از غشا عبور می کند.
3. 3 تا زمانی که مقدار کافی U را جمع آوری نکنید ، فرآیند انتشار را تکرار کنید. انتشار مکرر آبشار نامیده می شود. ممکن است قبل از جمع آوری U به میزان 1400 از غشاء طول بکشد.
4. 4 UF متراکم شود₆ به مایع پس از غنی سازی گاز ، آن را به صورت مایع متراکم کرده و در ظروف قرار می دهیم ، در آنجا سرد شده و برای حمل و نقل و تبدیل به گرانول جامد می شود.
   • با توجه به عبور زیاد گاز از فیلترها ، این فرآیند مصرف انرژی دارد و بنابراین از کار می افتد.

روش 3 از 7: فرآیند اتصال گاز

1. 1 چندین سیلندر را در حال چرخش با سرعت بالا جمع کنید. این سیلندرها سانتریفیوژ هستند. سانتریفیوژها به صورت موازی و سری مونتاژ می شوند.
2. 2 UF بارگذاری کنید₆ در سانتریفیوژها سانتریفیوژها از نیروی گریز از مرکز استفاده می کنند تا گاز سنگین تر حاوی آن را در دیواره های سیلندر قرار دهد و گاز سبک تر ، با U ، در مرکز بماند.
3. 3 گازهای جدا شده را جدا کنید.
4. 4 این فرآیند را با این گازها در سانتریفیوژهای مختلف تکرار کنید. گاز با محتوای U بالا از طریق سانتریفیوژ عبور می کند تا حتی U بیشتری بازیابی کند و گاز با مقدار U کم فشار داده می شود تا U باقی مانده را بازیابی کند.بنابراین U بیشتری نسبت به انتشار گاز بدست می آید.
   • فرایند استفاده از سانتریفیوژهای گازی در دهه 1940 اختراع شد ، اما تا دهه 1960 که مصرف انرژی کمتر اهمیت پیدا کرد ، زیاد مورد استفاده قرار نگرفت. در حال حاضر ، تأسیساتی که از این فرایند استفاده می کنند در یونیس ، ایالات متحده واقع شده است. 4 شرکت در روسیه ، ژاپن و چین وجود دارد - هر کدام 2 ، در بریتانیای کبیر ، هلند و آلمان - هر یک.

روش 4 از 7: فرایند جداسازی آیرودینامیکی

1. 1 چند استوانه باریک ثابت بسازید.
2. 2 UF را وارد کنید₆ با سرعت زیاد وارد سیلندرها شوید. گازی که از این طریق وارد می شود مانند سیکلون در سیلندر می چرخد ​​و در نتیجه به سانتریفیوژ دوار به U و U تقسیم می شود.
   • در آفریقای جنوبی ، آنها به طور مماسی گاز را به یک سیلندر تزریق کردند. در حال حاضر روی ایزوتوپ های سبک مانند سیلیکون آزمایش می شود.

روش 5 از 7: فرآیند انتشار مایع حرارتی

1. 1 تحت فشار گاز UF را بچرخانید₆ به مایع
2. 2 دو لوله متحدالمرکز بسازید. لوله ها باید بسیار بلند باشند. هرچه طول لوله ها بیشتر باشد گاز بیشتری قابل جدا شدن است.
3. 3 لوله ها را با غلاف آب مایع احاطه کنید. با این کار لوله خارجی خنک می شود.
4. 4 هگزا فلوراید مایع اورانیوم را بین لوله ها تزریق کنید.
5. 5 لوله داخلی را با بخار گرم کنید. گرما باعث ایجاد جریان همرفت در UF می شود₆، که باعث می شود ایزوتوپ های سبک U به لوله داخلی گرم و U سنگین به لوله بیرونی سرد حرکت کند.
   • این فرایند در سال 1940 به عنوان بخشی از پروژه منهتن اختراع شد ، اما پس از توسعه یک فرآیند انتشار گاز کارآمدتر ، زود رها شد.

روش 6 از 7: فرایند جداسازی ایزوتوپ های الکترومغناطیسی

1. 1 UF گاز یونیزه کنید₆.
2. 2 گاز را از یک میدان مغناطیسی قوی عبور دهید.
3. 3 ایزوتوپهای اورانیوم یونیزه شده را از ردپایی که هنگام عبور از میدان مغناطیسی بر جای می گذارند جدا کنید. یون های U آثار متفاوتی را نسبت به U. خم می کنند. این یون ها را می توان برای تولید اورانیوم غنی شده جدا کرد.
   • این روش برای تولید اورانیوم برای بمب اتمی که در هیروشیما در سال 1945 پرتاب شد مورد استفاده قرار گرفت و عراق در سال 1992 برای برنامه تسلیحات هسته ای خود از آن استفاده کرد. این روش 10 برابر بیشتر از روش انتشار گاز به انرژی نیاز دارد ، که برای برنامه های در مقیاس بزرگ غیر عملی است.

روش 7 از 7: فرایند جداسازی ایزوتوپ لیزر

1. 1 لیزر را با فرکانس خاصی تنظیم کنید. نور لیزر باید دارای طول موج مشخص (تک رنگ) باشد. در طول موج معین ، لیزر فقط اتمهای U را هدف قرار می دهد و اتمهای U را دست نخورده می گذارد.
2. 2 هدف لیزر اورانیوم باشد. برخلاف سایر روشهای غنی سازی اورانیوم ، این فرایند نیازی به استفاده از گاز هگزافلوراید اورانیوم ندارد. می توانید از آلیاژ اورانیوم و آهن که بیشتر در صنعت انجام می شود استفاده کنید.
3. 3 اتم های اورانیوم را با الکترون های برانگیخته آزاد می کند. اینها اتمهای U خواهند بود.

نکات

• در برخی از کشورها از زباله های هسته ای مجدداً استفاده می شود تا اورانیوم و پلوتونیوم را از فرایند پوسیدگی جدا کند. اورانیوم قابل استفاده مجدد باید از U و U استخراج شده در فرآیند پوسیدگی استخراج شود و اکنون اورانیوم باید در سطح بالاتری نسبت به ابتدا غنی شود ، زیرا U نوترون ها را جذب می کند و بنابراین روند پوسیدگی را کند می کند. به همین دلیل ، اورانیوم مورد استفاده برای اولین بار باید جدا از اورانیوم بازیافتی نگهداری شود.

هشدارها

• در واقع ، اورانیوم رادیواکتیو ضعیفی دارد. با این حال ، هنگام تبدیل آن به UF₆ ، تبدیل به یک ماده شیمیایی سمی می شود که در تماس با آب اسید هیدروفلوریک ایجاد می کند. بنابراین ، کارخانه های غنی سازی اورانیوم به همان میزان ایمنی و حفاظت نیاز دارند که کارخانه های شیمیایی با فلورین کار می کنند ، که شامل ذخیره گاز UF می شود.₆ تحت فشار کم و استفاده از آب بندی اضافی هنگام کار تحت فشار بالا.
• اورانیوم قابل بازیافت باید به عنوان ایزوتوپهای U که در آن تجزیه شده و به عناصری که تابش گامای قوی را ساطع می کنند ، تجزیه شود ، باید به طور جدی محافظت شود.
• اورانیوم غنی شده عموماً فقط یکبار قابل استفاده مجدد است.