Зміст

• кроки
• Метод 1 з 7: Основний процес збагачення
• Метод 2 з 7: Процес газової дифузії
• Метод 3 з 7: Процес фугування газу
• Метод 4 з 7: Процес аеродинамічного поділу
• Метод 5 з 7: Процес рідкої теплової дифузії
• Метод 6 з 7: Процес електромагнітного ізотопного розділення
• Метод 7 з 7: Процес лазерного розділення ізотопів
• Поради
• попередження

Уран використовується як паливо для ядерних реакторів, а також застосовувався для створення першої атомної бомби, скинутої на Хіросіму в 1945 році. Уран добувається з смоляний уранової руди, що містить кілька ізотопів різної атомарної маси і різного рівня радіоактивності. Для використання в реакції розпаду кількість ізотопу U повинно бути збільшено до певного рівня. Цей процес називається збагаченням урану. Є кілька способів зробити це.

кроки

Метод 1 з 7: Основний процес збагачення

1. 1 Вирішіть, для чого ви збираєтеся використовувати уран. Як правило, уранова руда містить лише 0,7% U, а в іншому складається з відносно стабільного ізотопу U. Від типу реакції, в якій ви збираєтеся застосовувати уран, залежить рівень U, до якого потрібно збагатити руду, щоб використовувати наявний уран максимально ефективно .
   • Уран, який застосовується в ядерній енергетиці, повинен бути збагачений до рівня 3-5% U. (деякі ядерні реактори припускають використання незбагаченого урану).
   • Уран, який використовується для створення ядерної зброї, повинен бути збагачений до 90% U.
2. 2 Перетворіть уранову руду в газ. Більшість методів збагачення урану вимагають перетворення руди в низькотемпературний газ. В установку перетворення руди закачують фтористий газ. Оксид урану взаємодіє з фтором, в результаті чого виходить гексафторид урану (UF₆). Після чого з газу виділяють ізотоп U.
3. 3 Збагачення урану. Частина, що залишилася даного тексту описує різні способи збагачення урану. Найбільш поширеними є газова дифузія і газова центрифуга, однак лазерне поділ ізотопів незабаром має замінити їх.
4. 4 Перетворіть гексафторид урану в діоксид урану (UO₂). Після збагачення урану повинен бути перетворений в стабільну, міцну форму для подальшого використання.
   • Діоксид урану застосовується в якості палива для ядерних реакторів у вигляді гранул, поміщених в металеві труби, що утворюють 4-метрові стрижні.

Метод 2 з 7: Процес газової дифузії

1. 1 прокачування UF₆ через труби.
2. 2 Пропустіть газ через пористий фільтр або мембрану. Оскільки ізотоп U легше, ніж U, UF₆, Що містить більш легкий ізотоп, пройде через мембрану швидше, ніж більш важкий ізотоп.
3. 3 Повторюйте процес дифузії, поки не зберете достатньо U. Періодична дифузія називається каскадом. Можливо, знадобиться до 1400 пропускання через мембрану, перш ніж збереться досить U.
4. 4 сконденсіруется UF₆ в рідину. Після збагачення газу він конденсується в рідину і поміщається в контейнери, де охолоджується і твердне для транспортування і перетворення в гранули.
   • Через великої кількості проходу газу через фільтри цей процес є енерговитратним і тому виходить з використання.

Метод 3 з 7: Процес фугування газу

1. 1 Зберіть кілька циліндрів, що обертаються на великій швидкості. Ці циліндри є центрифугами. Центрифуги збираються як паралельно, таки послідовно.
2. 2 закачайте UF₆ в центрифуги. Центрифуги використовують відцентрову силу, щоб змусити більш важкий газ, що містить, опинитися у стінок циліндра, а більш легкий, з U, - залишитися в центрі.
3. 3 Виділіть розділені гази.
4. 4 Повторіть процес з цими газами в різних центрифугах. Газ з високим вмістом U пропускають через центрифугу, щоб виділити ще більше U, а газ з низьким вмістом цього ізотопу вичавлюють, щоб отримати з нього залишки U.Таким чином, виходить більше U, ніж при газової дифузії.
   • Процес використання газових центрифуг був винайдений в 1940-х, але особливо не використовувався до 1960-х, коли менше енергоспоживання стало мати значення. На даний момент підприємство, що використовує даний процес, знаходиться в Юнісі, США. У Росії існує 4 таких підприємства, в Японії і Китаї - по 2, У Великобританії, Нідерландах і Німеччині - по одній.

Метод 4 з 7: Процес аеродинамічного поділу

1. 1 Побудуйте кілька стаціонарних вузьких циліндрів.
2. 2 Введіть UF₆ в циліндри на великій швидкості. Газ, введений таким способом, буде обертатися в циліндрі як циклон, в результаті чого він розділиться на U і U, як під обертається центрифузі.
   • У Південній Африці придумали вводить газ в циліндр по дотичній. В даний момент він випробовується на легких ізотопів, в як в кремнії.

Метод 5 з 7: Процес рідкої теплової дифузії

1. 1 Під тиском перетворите газ UF₆ в рідину.
2. 2 Побудуйте дві концентричні труби. Труби повинні бути досить високими. Чим довше труби, тим більше газу можна розділити.
3. 3 Оточіть труби оболонкою з рідкої води. Це охолодить зовнішню трубу.
4. 4 Введіть рідкий гексафторид урану між труб.
5. 5 Нагрійте внутрішню трубу за допомогою пари. Тепло створить конвекційний потік в UF₆, Який змусить легкі ізотопи U рухатися до теплої внутрішньої трубі, а важкі U - до холодної зовнішньої.
   • Цей процес був придуманий в 1940 році в рамках Манхеттенського проекту, але був покинутий на ранній стадії після розвитку більш ефективного процесу газової дифузії.

Метод 6 з 7: Процес електромагнітного ізотопного розділення

1. 1 Іонізуючого газ UF₆.
2. 2 Пропустіть газ через сильне магнітне поле.
3. 3 Відокремте іонізовані ізотопи урану по слідах, які вони залишають, проходячи через магнітне поле. Іони U залишають сліди, які загинаються інакше, ніж у U. Ці іони можуть бути відокремлені, для отримання збагаченого урану.
   • Цей метод використовувався для виробництва урану для атомної бомби, скинутої на Хіросіму в 1945 році і використовувався Іраком для його програми ядерного озброєння в 1992 році. Даний спосіб вимагає в 10 разів більше енергії, ніж метод газової дифузії, що робить його непрактичним для великомасштабних програм.

Метод 7 з 7: Процес лазерного розділення ізотопів

1. 1 Налаштуйте лазер на певну частоту. Світло лазера повинен мати особливу довжину хвилі (одноколірну). При даній довжині хвилі лазер буде направлятися тільки на атоми U, залишаючи атоми U недоторканими.
2. 2 Направте лазер на уран. На відміну від інших методів збагачення урану, даний процес не вимагає використання газу гексафториду урану. Ви можете використовувати сплав урану і заліза, що, найчастіше, і роблять в промисловості.
3. 3 Виділить атоми урану з порушеними електронами. Це і будуть атоми U.

Поради

• У деяких країнах ядерні відходи використовуються заново, щоб виділити з них уран і плутоній, що залишилися після процесу розпаду. Повторно використовуваний уран доведеться витягувати з U і U, отриманих в процесі розпаду, причому тепер уран слід збагатити до більш високого рівня, ніж спочатку, оскільки U поглинає нейтрони і тако чином уповільнює процес розпаду. Через це, уран, використовуваний вперше, слід тримати окремо від повторно використовуваного.

попередження

• Насправді, уран слабо радіоактивний. Однак, при перетворенні його в UF₆ , Він перетворюється в токсичний хімікат, при контакті з водою утворює фторістоводородную кислоту (Цю кислоту називають травильної, так як з її допомогою труять скло). Тому підприємства, які збагачують уран, вимагають такого ж рівня безпеки і захисту, як і хімічні підприємства, що працюють з фтором, що включає в себе зберігання газу UF₆ під слабким тиском і використання додаткової герметизації при роботі під високим тиском.
• Повторно використовуваний уран повинен знаходитися під серйозним захистом, так як ізотопи U, які в ньому містяться, розпадаються на елементи, що виділяють сильне гамма-випромінювання.
• Збагачений уран, як правило, можна повторно використовувати тільки один раз.