Uraan word gebruik as 'n kragbron in kernreaktors en is gebruik om die eerste atoombom te maak wat in 1945 op Hiroshima neergegooi is. Uraan word ontgin as 'n erts genaamd pitchblende en bestaan uit verskeie isotope met atoomgewig en verskillende vlakke van radioaktiwiteit. Vir gebruik in splitsingsreaksies, die aantal isotope 235U moet verhoog word tot 'n vlak wat gereed is vir splitsing in die reaktor of bom. Hierdie proses word uraanverryking genoem, en daar is verskillende maniere om dit te doen.
Stap
Metode 1 van 7: Basiese verrykingsproses
Stap 1. Besluit waarvoor die uraan gebruik gaan word
Die meeste ontgin uraan bevat slegs ongeveer 0,7 persent 235U, met die grootste deel van die res die isotoop 238meer stabiel U. Die tipe splitsingsreaksie wat u met uraan wil maak, bepaal die toename 235U moet dit doen sodat uraan effektief gebruik kan word.
- Die uraan wat in die meeste kernkrag-enjins gebruik word, moet tot 3-5 persent verryk word 235U. (Sommige kernreaktors, soos die CANDU -reaktor in Kanada en die Magnox -reaktor in die Verenigde Koninkryk, is ontwerp om verrykte uraan te gebruik.)
- Daarteenoor moet uraan, wat vir atoombomme en kernkoppe gebruik word, tot 90 persent verryk word 235U.
Stap 2. Verander uraanerts in gas
Die meeste beskikbare metodes om uraan te verryk, vereis dat die uraanerts omgeskakel word in 'n lae temperatuur gas. Fluorgas word gewoonlik in die ertsomskakelingsmasjien gepomp; uraanoksiedgas reageer met fluoor om uraanheksafluoried (UF6). Die gas word dan verwerk om die isotope te skei en te versamel 235U.
Stap 3. Verryk uraan
Later gedeeltes van hierdie artikel beskryf die verskillende prosesse wat beskikbaar is om uraan te verryk. Van al die prosesse is gasverspreiding en gassentrifugasie die twee algemeenste, maar laser -isotoopskeiding sal na verwagting die twee vervang.
Stap 4. Verander UF -gas6 na uraandioksied (UO2).
Sodra dit verryk is, moet die uraan omgeskakel word na 'n stabiele vaste vorm om dit na wens te gebruik.
Uraandioksied wat as brandstof vir kernreaktore gebruik word, word gemaak van kerngrondkorrels wat in metaalbuise toegedraai is sodat dit stawe tot 4 m hoog word
Metode 2 van 7: Gasverspreidingsproses
Stap 1. Pomp UF -gasgas6 deur die pyp.
Stap 2. Pomp die gas deur 'n filter of poreuse membraan
As gevolg van die isotoop 235U is ligter as die isotoop 238U, UF6 ligter isotope sal vinniger deur die membraan versprei as swaarder isotope.
Stap 3. Herhaal die diffusieproses totdat daar genoeg is 235U versamel.
Herhaalde diffusie word gestratifiseer. Dit kan tot 1400 filtrasie deur 'n poreuse membraan neem om genoeg te kry 235U om uraan goed te verryk.
Stap 4. Kondensasie van UF -gasgas6 in vloeibare vorm.
Sodra die gas voldoende verryk is, word die gas in 'n vloeistof gekondenseer en dan in 'n houer gebêre, waar dit afkoel en stol om vervoer te word en in brandstofkorrels gemaak te word.
As gevolg van die groot hoeveelheid filter wat benodig word, is hierdie proses energie -intensief, sodat dit gestaak word. In die Verenigde State bly slegs een verrykingsaanleg vir gasverspreiding oor, geleë in Paducah, Kentucky
Metode 3 van 7: Gas -sentrifugeringsproses
Stap 1. Installeer 'n aantal hoëspoed-roterende silinders
Hierdie silinder is 'n sentrifuge. Die sentrifuge word in serie of parallel geïnstalleer.
Stap 2. Vloei UF -gas6 in die draai.
Die sentrifuge gebruik sentripetale versnelling om 'n gas af te lewer 238swaarder U na die silinderwand en gas bevat 235ligter U na die middel van die silinder.
Stap 3. Onttrek die geskeide gasse
Stap 4. Verwerk die twee geskeide gasse in twee afsonderlike sentrifuges
Ryk gas 235U is na 'n sentrifuge gestuur waar 235U word nog meer onttrek, terwyl die gas bevat 235Die verminderde U word in 'n ander sentrifuge gevoer om te onttrek 235Die oorblywende U. Hierdeur kan sentrifugering veel meer onttrek 235U as wat deur die gasverspreidingsproses onttrek kan word.
Die gassentrifuge -proses is die eerste keer in die veertigerjare ontwikkel, maar is eers in die 1960's in groot mate gebruik, toe die vermoë daarvan om uraanverryking met laer energie uit te voer, belangrik geword het. Tans is die gas -sentrifuge -prosesaanleg in die Verenigde State in Eunice, New Mexico. Daarteenoor het Rusland tans vier hierdie fabrieke, Japan en China het elk twee, terwyl die Verenigde Koninkryk, Nederland en Duitsland elk een het
Metode 4 van 7: Aërodinamiese skeidingsproses
Stap 1. Skep 'n reeks smal, stilstaande silinders
Stap 2. Spuit UF -gasgas in6 teen hoë spoed in die silinder.
Gas word in die silinder gevuur op 'n manier wat veroorsaak dat die gas soos 'n sikloon draai, wat 'n tipe skeiding veroorsaak. 235U en 238dieselfde U as in die roterende sentrifugeproses.
Een metode wat in Suid -Afrika ontwikkel is, is om gas langs mekaar in die silinders te spuit. Hierdie metode word tans getoets met ligter isotope, soos dié wat in silikon voorkom
Metode 5 van 7: vloeibare termiese verspreidingsproses
Stap 1. Maak UF -gas vloeibaar6 onder druk.
Stap 2. Maak 'n paar konsentraatpype
Die pyp moet hoog genoeg wees, omdat die groter pyp meer isotoopskeiding moontlik maak 235U en 238U.
Stap 3. Bedek die pyp met 'n laag water
Dit sal die buitekant van die pyp afkoel.
Stap 4. Pomp UF6 vloeistof tussen die pype.
Stap 5. Verhit die binneband met stoom
Hitte veroorsaak konveksiestrome in UF6 wat die isotoop sal aantrek 235Die ligter U na die warmer binneband en stoot die isotoop 238die swaarder U na die koeler buitenste pyp.
Hierdie proses is in 1940 ondersoek as deel van die Manhattan -projek, maar is op 'n vroeë stadium van ontwikkeling laat vaar toe doeltreffender gasverspreidingsprosesse ontwikkel is
Metode 6 van 7: Elektromagnetiese skeiding van die isotoop
Stap 1. Ionisering van UF -gas6.
Stap 2. Gaan die gas deur 'n sterk magnetiese veld
Stap 3. Skei die isotope van geïoniseerde uraan op grond van die spore wat agterbly as dit deur die magnetiese veld gaan
Ion 235U laat 'n spoor met 'n ander boog as die ioon 238U. Die ione kan geïsoleer word om uraan te verryk.
Hierdie metode is gebruik om uraan te verwerk vir die atoombom wat in 1945 op Hiroshima geval is, en is ook die verrykingsmetode wat Irak in sy kernwapenprogram in 1992 gebruik het. Hierdie metode verg 10 keer meer energie as gasvormige verspreiding, wat dit onprakties maak vir die program grootskaalse verryking
Metode 7 van 7: Laser -isotoopskeidingsproses
Stap 1. Stel die laser op 'n spesifieke kleur
Die laserstraal moet volledig van een spesifieke golflengte (monochromaties) wees. Hierdie golflengte sal slegs atome teiken 235U, en laat die atoom 238U word nie geraak nie.
Stap 2. Skyn 'n laserstraal op die uraan
Anders as met ander verryking van uraan, hoef u nie uraanheksafluoriedgas te gebruik nie, hoewel die meeste laserprosesse dit wel doen. U kan ook uraan- en ysterlegerings as die uraanbron gebruik, wat gebruik word in die Atomic Damp Laser Isotope Separation (AVLIS) proses.
Stap 3. Onttrekking van uraanatome met opgewonde elektrone
Dit sal atoom wees 235U.
Wenke
Sommige lande herverwerk gebruikte kernbrandstof om die uraan en plutonium daarin te herwin wat tydens die splitsingsproses gevorm is. Herverwerkte uraan moet van die isotoop verwyder word 232U en 236U word gevorm tydens splitsing, en as dit verryk word, moet dit tot 'n hoër graad verryk word as 'vars' uraan omdat 236U absorbeer neutrone en belemmer sodoende die splitsingsproses. Daarom moet verwerkte uraan apart gestoor word van uraan wat vir die eerste keer nuut verryk is.
Waarskuwing
- Uraan gee slegs swak radioaktiwiteit uit; wanneer dit egter in UF -gas verwerk word6word dit 'n giftige chemiese stof wat met water reageer om bytende fluorzuur te vorm. (Hierdie suur word algemeen 'etsuur' genoem, omdat dit gebruik word om glas te ets.) Daarom benodig uraanverrykingsaanlegte dieselfde beskermingsmaatreëls as chemiese aanlegte wat met fluoor werk, wat insluit dat UF -gas weggehou word.6 bly die meeste van die tyd onder lae druk en gebruik 'n ekstra inperking in gebiede waar hoë druk nodig is.
- Verwerkte uraan moet in dik omhulsels gestoor word, want 232Die U daarin ontbind in elemente wat sterk gammastraling uitstraal.
- Verrykte uraan kan gewoonlik net een keer herverwerk word.
