Περιεχόμενο

• Βήματα
• Μέθοδος 1 από 7: Βασική διαδικασία ωφέλειας
• Μέθοδος 2 από 7: Διαδικασία διάχυσης αερίου
• Μέθοδος 3 από 7: Διαδικασία σύνδεσης αερίου
• Μέθοδος 4 από 7: Αεροδυναμική Διαδικασία Διαχωρισμού
• Μέθοδος 5 από 7: Διαδικασία υγρής θερμικής διάχυσης
• Μέθοδος 6 από 7: Διαδικασία ηλεκτρομαγνητικού διαχωρισμού ισοτόπων
• Μέθοδος 7 από 7: Διαδικασία διαχωρισμού ισοτόπων λέιζερ
• Συμβουλές
• Προειδοποιήσεις

Το ουράνιο χρησιμοποιείται ως καύσιμο για πυρηνικούς αντιδραστήρες και χρησιμοποιήθηκε επίσης για τη δημιουργία της πρώτης ατομικής βόμβας που έπεσε στη Χιροσίμα το 1945. Το ουράνιο εξορύσσεται από μεταλλεύματα ρητίνης ουρανίου που περιέχουν πολλά ισότοπα διαφορετικών ατομικών μαζών και διαφορετικά επίπεδα ραδιενέργειας. Για χρήση σε αντίδραση αποσύνθεσης, η ποσότητα του ισοτόπου U πρέπει να αυξηθεί σε ένα ορισμένο επίπεδο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται εμπλουτισμός ουρανίου. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να γίνει αυτό.

Βήματα

Μέθοδος 1 από 7: Βασική διαδικασία ωφέλειας

1. 1 Αποφασίστε για τι πρόκειται να χρησιμοποιήσετε το ουράνιο. Συνήθως, το μεταλλεύμα ουρανίου περιέχει μόνο 0,7% U και το υπόλοιπο αποτελείται από ένα σχετικά σταθερό ισότοπο U. Ο τύπος αντίδρασης στην οποία σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε ουράνιο καθορίζει το επίπεδο U στο οποίο πρέπει να εμπλουτίσετε το μεταλλεύμα για να χρησιμοποιήσετε το διαθέσιμο ουράνιο όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά. ...
   • Το ουράνιο που χρησιμοποιείται στην πυρηνική ενέργεια πρέπει να εμπλουτιστεί σε επίπεδο 3-5% U. (ορισμένοι πυρηνικοί αντιδραστήρες απαιτούν τη χρήση μη εμπλουτισμένου ουρανίου).
   • Το ουράνιο που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία πυρηνικών όπλων πρέπει να εμπλουτιστεί στο 90% U.
2. 2 Μετατροπή μεταλλεύματος ουρανίου σε αέριο. Οι περισσότερες μέθοδοι εμπλουτισμού ουρανίου απαιτούν τη μετατροπή του μεταλλεύματος σε αέριο χαμηλής θερμοκρασίας. Το αέριο φθόριο αντλείται στη μονάδα μετατροπής μεταλλεύματος. Το οξείδιο του ουρανίου αλληλεπιδρά με το φθόριο για να παράγει εξαφθοριούχο ουράνιο (UF₆). Μετά από αυτό, το ισότοπο U απομονώνεται από το αέριο.
3. 3 Εμπλουτισμός ουρανίου. Το υπόλοιπο αυτού του κειμένου περιγράφει τους διαφορετικούς τρόπους εμπλουτισμού ουρανίου. Τα πιο συνηθισμένα είναι η διάχυση αερίου και η φυγοκέντρηση αερίου, αλλά ο διαχωρισμός ισοτόπων λέιζερ θα πρέπει σύντομα να τα αντικαταστήσει.
4. 4 Μετατρέψτε το εξαφθοριούχο ουράνιο σε διοξείδιο του ουρανίου (UO₂). Μετά τον εμπλουτισμό, το ουράνιο πρέπει να μετατραπεί σε σταθερή, ισχυρή μορφή για περαιτέρω χρήση.
   • Το διοξείδιο του ουρανίου χρησιμοποιείται ως καύσιμο για πυρηνικούς αντιδραστήρες με τη μορφή κόκκων τοποθετημένων σε μεταλλικούς σωλήνες που σχηματίζουν ράβδους 4 μέτρων.

Μέθοδος 2 από 7: Διαδικασία διάχυσης αερίου

1. 1 UF άντληση₆ μέσω των σωλήνων.
2. 2 Περάστε το αέριο μέσω πορώδους φίλτρου ή μεμβράνης. Δεδομένου ότι το ισότοπο U είναι ελαφρύτερο από το U, UF₆που περιέχει ένα ελαφρύτερο ισότοπο θα περάσει μέσα από τη μεμβράνη γρηγορότερα από ένα βαρύτερο ισότοπο.
3. 3 Επαναλάβετε τη διαδικασία διάχυσης μέχρι να συλλέξετε αρκετό U. Η επαναλαμβανόμενη διάχυση ονομάζεται καταρράκτης. Μπορεί να χρειαστούν έως και 1400 περάσματα από τη μεμβράνη προτού συλλεχθεί αρκετό U.
4. 4 Συμπύκνωση UF₆ σε υγρό. Αφού εμπλουτιστεί το αέριο, συμπυκνώνεται σε υγρό και τοποθετείται σε δοχεία, όπου ψύχεται και στερεοποιείται για μεταφορά και μετατροπή σε κόκκους.
   • Λόγω του μεγάλου αριθμού αερίου που διέρχεται από τα φίλτρα, αυτή η διαδικασία καταναλώνει ενέργεια και ως εκ τούτου βγαίνει από τη χρήση.

Μέθοδος 3 από 7: Διαδικασία σύνδεσης αερίου

1. 1 Συλλέξτε πολλούς κυλίνδρους που περιστρέφονται με μεγάλη ταχύτητα. Αυτοί οι κύλινδροι είναι φυγοκεντρητές. Οι φυγοκεντρικές συσκευές συναρμολογούνται παράλληλα και σε σειρά.
2. 2 Μεταφόρτωση UF₆ σε φυγοκεντρητές. Οι φυγόκεντροι χρησιμοποιούν φυγοκεντρική δύναμη για να αναγκάσουν το βαρύτερο αέριο, που το περιέχει, να βρίσκεται στα τοιχώματα των κυλίνδρων και το ελαφρύτερο, με το U, να παραμείνει στο κέντρο.
3. 3 Ξεχωριστά διαχωρισμένα αέρια.
4. 4 Επαναλάβετε τη διαδικασία με αυτά τα αέρια σε διαφορετικές φυγόκεντρες. Το αέριο με υψηλή περιεκτικότητα σε U περνά μέσω φυγοκέντρησης για να ανακτηθεί ακόμη περισσότερο U και το αέριο με χαμηλή περιεκτικότητα σε U συμπιέζεται για να ανακτηθεί το υπόλοιπο U.Έτσι, λαμβάνεται περισσότερο U από ό, τι με τη διάχυση αερίου.
   • Η διαδικασία χρήσης φυγοκεντρητών αερίου εφευρέθηκε τη δεκαετία του 1940, αλλά δεν χρησιμοποιήθηκε πολύ μέχρι τη δεκαετία του 1960, όταν άρχισε να έχει σημασία η χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Επί του παρόντος, η εγκατάσταση που χρησιμοποιεί αυτήν τη διαδικασία βρίσκεται στην Eunice, ΗΠΑ. Υπάρχουν 4 τέτοιες επιχειρήσεις στη Ρωσία, στην Ιαπωνία και την Κίνα - 2 η κάθε μία, στη Μεγάλη Βρετανία, τις Κάτω Χώρες και τη Γερμανία - μία η κάθε μία.

Μέθοδος 4 από 7: Αεροδυναμική Διαδικασία Διαχωρισμού

1. 1 Κατασκευάστε αρκετούς σταθερούς στενούς κυλίνδρους.
2. 2 Εισαγάγετε UF₆ στους κυλίνδρους με μεγάλη ταχύτητα. Το αέριο που εισάγεται με αυτόν τον τρόπο θα περιστρέφεται στον κύλινδρο σαν κυκλώνας, με αποτέλεσμα να διαιρείται σε U και U, όπως σε περιστρεφόμενη φυγόκεντρο.
   • Στη Νότια Αφρική, κατέληξαν σε εφαπτόμενη έγχυση αερίου σε έναν κύλινδρο. Αυτή τη στιγμή δοκιμάζεται σε ελαφριά ισότοπα, όπως στο πυρίτιο.

Μέθοδος 5 από 7: Διαδικασία υγρής θερμικής διάχυσης

1. 1 Υπό πίεση γυρίστε αέριο UF₆ σε υγρό.
2. 2 Κατασκευάστε δύο ομόκεντρους σωλήνες. Οι σωλήνες πρέπει να είναι αρκετά ψηλοί. Όσο περισσότεροι είναι οι σωλήνες, τόσο περισσότερο αέριο μπορεί να διαχωριστεί.
3. 3 Περιβάλλετε τους σωλήνες με ένα περίβλημα υγρού νερού. Αυτό θα ψύξει τον εξωτερικό σωλήνα.
4. 4 Εγχύστε υγρό εξαφθοριούχο ουράνιο μεταξύ των σωλήνων.
5. 5 Θερμάνετε τον εσωτερικό σωλήνα με ατμό. Η θερμότητα θα δημιουργήσει μια ροή μεταφοράς στο UF₆, το οποίο θα προκαλέσει τη μετακίνηση των ελαφρών ισοτόπων U στον θερμό εσωτερικό σωλήνα και του βαρύ U στο κρύο εξωτερικό.
   • Αυτή η διαδικασία εφευρέθηκε το 1940 ως μέρος του έργου του Μανχάταν, αλλά εγκαταλείφθηκε νωρίς μετά την ανάπτυξη μιας πιο αποτελεσματικής διαδικασίας διάχυσης αερίου.

Μέθοδος 6 από 7: Διαδικασία ηλεκτρομαγνητικού διαχωρισμού ισοτόπων

1. 1 Ιόνιση αερίου UF₆.
2. 2 Περάστε το αέριο μέσα από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο.
3. 3 Ξεχωρίστε τα ισότοπα ιονισμένου ουρανίου από τα ίχνη που αφήνουν όταν περνούν μέσα από το μαγνητικό πεδίο. Τα ιόντα U αφήνουν ίχνη που κάμπτονται διαφορετικά από το U. Αυτά τα ιόντα μπορούν να διαχωριστούν για να παράγουν εμπλουτισμένο ουράνιο.
   • Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή ουρανίου για την ατομική βόμβα που έπεσε στη Χιροσίμα το 1945 και χρησιμοποιήθηκε από το Ιράκ για το πρόγραμμα πυρηνικών όπλων το 1992. Αυτή η μέθοδος απαιτεί 10 φορές περισσότερη ενέργεια από τη μέθοδο διάχυσης αερίου, γεγονός που την καθιστά μη πρακτική για προγράμματα μεγάλης κλίμακας.

Μέθοδος 7 από 7: Διαδικασία διαχωρισμού ισοτόπων λέιζερ

1. 1 Συντονίστε το λέιζερ σε συγκεκριμένη συχνότητα. Το φως λέιζερ πρέπει να έχει συγκεκριμένο μήκος κύματος (μονόχρωμο). Σε ένα δεδομένο μήκος κύματος, το λέιζερ θα στοχεύει μόνο τα άτομα U, αφήνοντας τα άτομα U ανέπαφα.
2. 2 Στόχος λέιζερ στο ουράνιο. Σε αντίθεση με άλλες μεθόδους εμπλουτισμού ουρανίου, αυτή η διαδικασία δεν απαιτεί τη χρήση αερίου εξαφθοριούχου ουρανίου. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα κράμα ουρανίου και σιδήρου, το οποίο χρησιμοποιείται συχνότερα στη βιομηχανία.
3. 3 Θα απελευθερώσει άτομα ουρανίου με διεγερμένα ηλεκτρόνια. Αυτά θα είναι τα άτομα U.

Συμβουλές

• Σε ορισμένες χώρες, τα πυρηνικά απόβλητα επαναχρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό ουρανίου και πλουτωνίου από τη διαδικασία αποσύνθεσης. Το επαναχρησιμοποιήσιμο ουράνιο θα πρέπει να εξαχθεί από τα U και U που λαμβάνονται κατά τη διαδικασία αποσύνθεσης και τώρα το ουράνιο πρέπει να εμπλουτιστεί σε υψηλότερο επίπεδο από το αρχικό, αφού το U απορροφά νετρόνια και έτσι επιβραδύνει τη διαδικασία αποσύνθεσης. Εξαιτίας αυτού, το ουράνιο που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά πρέπει να διατηρείται ξεχωριστό από το ανακυκλωμένο ουράνιο.

Προειδοποιήσεις

• Στην πραγματικότητα, το ουράνιο είναι ασθενώς ραδιενεργό. Ωστόσο, όταν το μετατρέψετε σε UF₆ , μετατρέπεται σε τοξική χημική ουσία που κατά την επαφή με το νερό σχηματίζει υδροφθορικό οξύ. Επομένως, οι μονάδες εμπλουτισμού ουρανίου απαιτούν το ίδιο επίπεδο ασφάλειας και προστασίας με τις χημικές μονάδες που λειτουργούν με φθόριο, το οποίο περιλαμβάνει την αποθήκευση αερίου UF₆ υπό χαμηλή πίεση και χρήση πρόσθετης στεγανοποίησης όταν εργάζεστε υπό υψηλή πίεση.
• Το ανακυκλώσιμο ουράνιο πρέπει να προστατεύεται σοβαρά καθώς τα ισότοπα U που περιέχει διασπώνται σε στοιχεία που εκπέμπουν ισχυρή ακτινοβολία γάμμα.
• Το εμπλουτισμένο ουράνιο μπορεί γενικά να επαναχρησιμοποιηθεί μόνο μία φορά.