Как да обогатявате уран

Уранът се използва като гориво за ядрени реактори и се използва и за създаване на първата атомна бомба, която е спаднала на Hiroshima през 1945 година.Уран се екстрахира от руда на смола уран, съдържаща няколко изотопа с различна атомна маса и различни нива на радиоактивност. За използване в реакцията на разпадане, количеството изотоп е да се увеличи до определено ниво. Този процес се нарича обогатяване на уран. Има няколко начина да го направите.

Стъпка

Метод 1 от 7:

Основният процес на обогатяване

един. Решете защо ще използвате уран. Като правило, уранът е само 0,7% u, и по друг начин се състои от относително стабилен изотоп U.От вида на реакцията, в която ще използвате уран, зависи от нивото u, към което трябва да обогатите рудата, за да използвате съществуващия уран възможно най-ефективно.

Уранът, използван в ядрената енергия, трябва да бъде обогатен до 3-5% u. (Някои ядрени реактори предполагат използването на необразования уран).
Уран, използван за създаване на ядрени оръжия, трябва да бъде обогатен до 90% u.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 2

2. Завъртете уранската руда на газ. Повечето методи за обогатяване на уран изискват трансформация на руда в газ с ниски температури. При инсталирането на трансформацията на руда флуорид газ. Урановият оксид взаимодейства с флуор, което води до уран Hexafluoride (UF₆Чест. След който изотоп u изотоп.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 3

3. Обогатяване на уран. Останалата част от този текст описва различни начини за обогатяване на уран. Най-разпространената газова дифузия и газовата центрофуга са най-често срещаните, но лазерното разделяне на изотопите трябва скоро да ги замени.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 4

4. Завъртете уранния хексафлуорид в уран диоксид (UO₂Чест. След обогатяване, уранът трябва да се превърне в стабилна, силна форма за по-нататъшна употреба.

Урановият диоксид се използва като гориво за ядрени реактори под формата на гранули, поставени в метални тръби, образуващи 4-метрови пръти.

Метод 2 от 7:

Процес на дифузия на газ

един. Изпомпване на UF₆ чрез тръби.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 6

2. Прескачане на газ през порест филтър или мембрана. Тъй като изотопът u е по-лесен от u, uf₆, Съдържащи по-леки изотоп ще преминат през мембраната по-бързо от по-тежкия изотоп.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 7

3. Повторете процеса на дифузия, докато не съберете достатъчно u. Повтарянето на дифузията се нарича каскада. Може би ще отнеме до 1400 предавания през мембраната, преди да се събере достатъчно.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 8

4. Намерете UF₆ в течност. След обогатяването на газ, тя се кондензира в течността и се поставя в контейнери, където се охлажда и се втвърдява за транспортиране и трансформация в гранули.

Поради големия брой газ преминават през филтрите, този процес е консумацията на енергия и следователно излиза от употреба.

Метод 3 от 7:

Процес на замъгляване на газ

един. Съберете някои цилиндри, въртящи се при висока скорост. Тези цилиндри са центрофуги. Центрофугите се събират като паралелно, докато последователно.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 10

2. Проверете UF₆ в центрофуги. Центрофугата използва центробежна мощност, за да принуди по-тежък газ, който съдържа, да бъде на стените на цилиндъра и лесно, с U, - престой в центъра.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 11

3. Изберете разделени газове.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 12

4. Повторете процеса с тези газове в различни центрофуги. Газ с високо съдържание U се предава през центрофугата, за да се подчертае още повече u, и газът с ниско съдържание на този изотоп е притиснат, за да получите остатъци от u. Така се оказва повече U от газовата дифузия.

Процесът на използване на газови центрофуги е изобретен през 40-те години, но не е особено използван до 60-те години, когато по-малката консумация на енергия започна да има значение. В момента предприятието, което използва този процес, е в Unice, САЩ.В Русия има 4 такива предприятия, в Япония и Китай - 2, в Обединеното кралство, Нидерландия и Германия - един.

Метод 4 от 7:

Процеса на аеродинамично разделяне

един. Изграждане на няколко стационарни тесни цилиндри.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 14

2. Въведете UF₆ в цилиндри при висока скорост. Газът, въведен по този начин, ще се върти в цилиндър като циклон, в резултат на което е разделен на U и U, както в въртящата се центрофуга.

В Южна Африка той е изобретил газ в допиращ цилиндър. В момента той е тестван върху леки изотопи, в двете силиций.

Метод 5 от 7:

Процеса на течна термична дифузия

един. Под налягане, завой на газ UF₆ в течност.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 16

2. Изграждане на две концентрични тръби. Тръбите трябва да са доста високи. Колкото по-дълга е тръбата, толкова повече газ може да бъде разделен.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 17

3. Обградете тръбата с черупка от течна вода. Тя ще охлажда външната тръба.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 18

4. Въведете течен уран Hexafluoride между тръбите.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 19

пет. Загрейте вътрешната тръба с пара. Топлината ще създаде конвекционен поток в UF₆, което ще направи леки изотопи U преместване в топла вътрешна тръба и тежка U - към студеното външно.

Този процес е изобретен през 1940 г. по проекта "Манхатън", но е изоставен на ранен етап след развитието на по-ефективен процес на дифузия на газ.

Метод 6 от 7:

Процес на разделяне на електромагнитни изотопи

един. IONIZE GAS UF₆.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 21

2. Пропуска газ през силно магнитно поле.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 22

3. Отделни йонизирани уранови изотопи в стъпките, които напускат, преминават през магнитното поле. U йони оставят следи, които се огъват по различен начин от u. Тези йони могат да бъдат разделени за получаване на обогатен уран.

Този метод е използван за производство на уран за атомна бомба, намалена в Hiroshima през 1945 г. и е използвана от Ирак за своята програма за ядрено оръжие през 1992 г. Този метод изисква 10 пъти повече енергия, отколкото метод за дифузия на газ, което го прави непрактично за широкомащабни програми.

Метод 7 от 7:

Процеса на лазерно разделяне на изотопите

един. Настройте лазера за определена честота. Лазерната светлина трябва да има специална дължина на вълната (монохромен). На дадена дължина на вълната, лазерът ще бъде насочен само към атоми U, оставяйки атоми U непокътнати.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 24

2. Изпратете лазер за уран. За разлика от други методи за обогатяване на уран, този процес не изисква газ ураниум Hexafluoride. Можете да използвате сплавта на уран и желязо, който най-често се извършва в индустрията.

Изображение, озаглавено Enrich Uranium Step 25

3. Уранови атоми с възбудени електрони. Това ще бъдат атоми U.

Съвети

В някои страни ядрените отпадъци се използват повторно уран и плутоний, който остава след процеса на разпадане. Използваният уран ще трябва да бъде извлечен от U и U, получени по време на процеса на разпадане, и сега уранът трябва да бъде обогатен на по-високо ниво, отколкото първоначално, тъй като u абсорбира неутроните и толкова, колкото процесът на разпадане се забавя. Поради това уран, използван за първи път, трябва да се съхранява отделно от повторното използван.

Предупреждения

Всъщност уранът е слабо радиоактивен. Въпреки това, когато го завъртите в UF₆ , Тя се превръща в токсичен химикал, в контакт с вода, образуваща хидрофлуоринова киселина (тази киселина се нарича басейн, тъй като е гравиран от стъкло). Ето защо предприятията обогатяват уран, изискват същото ниво на сигурност и защита като химически предприятия, работещи с флуор, който включва съхранение на UF газ₆ при слабо налягане и използването на допълнително уплътнение при работа под високо налягане.
Повторно използваният уран трябва да бъде под сериозна защита, тъй като U изотопи U, който се съдържа в него, се разпада на елементи, които разпределят силна гама радиация.
Обогатен уран, като правило, може да се използва повторно само веднъж.