Vsebina

• Koraki
• Metoda 1 od 7: Osnovni proces pridobivanja koristi
• Metoda 2 od 7: Postopek difuzije plina
• Metoda 3 od 7: Postopek spajanja s plinom
• Metoda 4 od 7: Postopek aerodinamičnega ločevanja
• Metoda 5 od 7: Postopek tekoče termične difuzije
• Metoda 6 od 7: Postopek ločevanja elektromagnetnih izotopov
• Metoda 7 od 7: Postopek ločevanja laserskih izotopov
• Nasveti
• Opozorila

Uran se uporablja kot gorivo za jedrske reaktorje in je bil uporabljen tudi za izdelavo prve atomske bombe, padle na Hirošimo leta 1945. Uran se pridobiva iz rude uranove smole, ki vsebuje več izotopov različnih atomskih mas in različnih ravni radioaktivnosti. Za uporabo v reakciji razpada je treba količino izotopa U povečati na določeno raven. Ta proces se imenuje obogatitev urana. Obstaja več načinov za to.

Koraki

Metoda 1 od 7: Osnovni proces pridobivanja koristi

1. 1 Odločite se, za kaj boste uporabili uran. Značilno je, da uranova ruda vsebuje le 0,7% U, preostanek pa sestavlja relativno stabilen izotop U. Vrsta reakcije, pri kateri nameravate uporabiti uran, določa raven U, na katero morate obogatiti rudo, da lahko uporabite razpoložljivega urana čim bolj učinkovito. ...
   • Uran, ki se uporablja v jedrski energiji, mora biti obogaten na raven 3-5% U. (nekateri jedrski reaktorji zahtevajo uporabo obogatenega urana).
   • Uran, ki se uporablja za izdelavo jedrskega orožja, mora biti obogaten na 90% U.
2. 2 Pretvorite uranovo rudo v plin. Večina metod obogatitve urana zahteva pretvorbo rude v plin z nizko temperaturo. Plinski fluor se črpa v enoto za pretvorbo rude. Uranov oksid medsebojno deluje s fluorom, da nastane uranov heksafluorid (UF₆). Po tem izotop U izoliramo iz plina.
3. 3 Obogatitev urana. Preostanek tega besedila opisuje različne načine obogatitve urana. Najpogostejša sta difuzija plina in plinska centrifuga, vendar bi ju kmalu morala nadomestiti laserska ločitev izotopov.
4. 4 Pretvorite uranov heksafluorid v uranov dioksid (UO)₂). Po obogatitvi je treba uran za nadaljnjo uporabo pretvoriti v stabilno, močno obliko.
   • Uranov dioksid se uporablja kot gorivo za jedrske reaktorje v obliki granul, nameščenih v kovinske cevi, ki tvorijo 4-metrske palice.

Metoda 2 od 7: Postopek difuzije plina

1. 1 UF črpanje₆ skozi cevi.
2. 2 Plin prepustite skozi porozni filter ali membrano. Ker je izotop U lažji od U, je UF₆ki vsebuje lažji izotop, bo skozi membrano prešel hitreje kot težji izotop.
3. 3 Postopek razprševanja ponavljajte, dokler ne zberete dovolj U. Ponavljajoča se difuzija se imenuje kaskada. Preden se zbere dovolj U, lahko traja do 1400 prehodov skozi membrano.
4. 4 Kondenzirajte UF₆ v tekočino. Ko je plin obogaten, se kondenzira v tekočino in da v posode, kjer se ohladi in strdi za transport in pretvorbo v granule.
   • Zaradi velikega števila plinov, ki prehajajo skozi filtre, ta proces porabi energijo in zato preneha uporabljati.

Metoda 3 od 7: Postopek spajanja s plinom

1. 1 Zberite več valjev, ki se vrtijo pri visoki hitrosti. Ti cilindri so centrifuge. Centrifuge se sestavljajo vzporedno in zaporedno.
2. 2 Naloži UF₆ v centrifugah. Centrifuge uporabljajo centrifugalno silo, da prisilijo težji plin, ki ga vsebuje, na stene jeklenke, lažji z U pa ostane v sredini.
3. 3 Ločeni ločeni plini.
4. 4 Postopek s temi plini ponovite v različnih centrifugah. Plin z visoko vsebnostjo U se spere skozi centrifugo, da se pridobi še več U, plin z nizko vsebnostjo U pa se iztisne, da se pridobi preostali U.Tako dobimo več U kot pri difuziji plina.
   • Postopek uporabe plinskih centrifug je bil izumljen v štiridesetih letih prejšnjega stoletja, vendar se ni uporabljal veliko šele v šestdesetih letih, ko je začela biti pomembna manjša poraba energije. Trenutno se objekt, ki uporablja ta postopek, nahaja v Euniceu v ZDA. V Rusiji so 4 takšna podjetja, na Japonskem in Kitajskem - po 2, v Veliki Britaniji, na Nizozemskem in v Nemčiji - po eno.

Metoda 4 od 7: Postopek aerodinamičnega ločevanja

1. 1 Konstruirajte več stacionarnih ozkih valjev.
2. 2 Vnesite UF₆ z veliko hitrostjo v valje. Tako vnesen plin se bo v valju vrtel kot ciklon, zaradi česar je razdeljen na U in U, kot v vrtljivi centrifugi.
   • V Južni Afriki so tangencialno vbrizgali plin v valj. Trenutno se testira na lahkih izotopih, kot v siliciju.

Metoda 5 od 7: Postopek tekoče termične difuzije

1. 1 Pod pritiskom zavrtite UF plin₆ v tekočino.
2. 2 Izdelajte dve koncentrični cevi. Cevi morajo biti precej visoke. Dlje kot so cevi, več plina je mogoče ločiti.
3. 3 Obkrožite cevi s plaščem tekoče vode. To bo ohladilo zunanjo cev.
4. 4 Med cevi vbrizgajte tekoči uranov heksafluorid.
5. 5 Notranjo cev segrejte s paro. Toplota bo ustvarila konvekcijski tok v UF₆, zaradi česar se lahki izotopi U premaknejo v toplo notranjo cev, težki U pa v hladno zunanjo.
   • Ta proces je bil izumljen leta 1940 kot del projekta Manhattan, vendar je bil zgodaj opuščen po razvoju učinkovitejšega procesa difuzije plina.

Metoda 6 od 7: Postopek ločevanja elektromagnetnih izotopov

1. 1 Ionizirajte plin UF₆.
2. 2 Plin prepustite skozi močno magnetno polje.
3. 3 Izotope ioniziranega urana ločite od sledi, ki jih pustijo pri prehodu skozi magnetno polje. U ioni puščajo sledi, ki se upogibajo drugače kot U. Ti ioni se lahko ločijo, da nastane obogateni uran.
   • Ta metoda je bila uporabljena za proizvodnjo urana za atomsko bombo, ki je bila leta 1945 padla na Hirošimo, leta 1992 pa jo je Irak uporabil za svoj program jedrskega orožja. Ta metoda zahteva 10-krat več energije kot metoda difuzije plina, zaradi česar je za velike programe nepraktična.

Metoda 7 od 7: Postopek ločevanja laserskih izotopov

1. 1 Laser nastavite na določeno frekvenco. Laserska svetloba mora imeti določeno valovno dolžino (enobarvno). Na določeni valovni dolžini bo laser ciljal le na atome U, pri čemer bodo atomi U ostali nedotaknjeni.
2. 2 Usmerite laser na uran. Za razliko od drugih metod obogatitve urana ta postopek ne zahteva uporabe plina uranovega heksafluorida. Uporabite lahko zlitino urana in železa, ki se najpogosteje izvaja v industriji.
3. 3 S sproščenimi elektroni bo sprostil atome urana. To bodo atomi U.

Nasveti

• V nekaterih državah se jedrski odpadki ponovno uporabijo za ločevanje urana in plutonija od procesa razpada. Uran za večkratno uporabo bo treba ekstrahirati iz U in U, pridobljenih v procesu razpada, zdaj pa je treba uran obogatiti na višjo raven kot na začetku, saj U absorbira nevtrone in tako upočasni proces razpada. Zaradi tega je treba prvič uporabljen uran hraniti ločeno od recikliranega urana.

Opozorila

• Pravzaprav je uran šibko radioaktiven. Ko pa ga spremenimo v UF₆ , se spremeni v strupeno kemikalijo, ki ob stiku z vodo tvori fluorovodikovo kislino. Zato naprave za obogatitev urana zahtevajo enako raven varnosti in zaščite kot kemične naprave, ki delujejo s fluorom, kar vključuje shranjevanje plina UF₆ pod nizkim tlakom in uporabo dodatnega tesnjenja pri delu pod visokim pritiskom.
• Uran, ki ga je mogoče reciklirati, je treba resno zaščititi, saj izotopi U, ki jih vsebuje, razpadejo na elemente, ki oddajajo močno sevanje gama.
• Obogateni uran je na splošno mogoče uporabiti le enkrat.