Ginagamit ang uranium bilang mapagkukunan ng kuryente sa mga reaktor ng nukleyar at ginamit upang gawin ang unang atomic bomb, na ibinagsak kay Hiroshima noong 1945. Ang Uranium ay minahan bilang isang mineral na tinatawag na pitchblende, at binubuo ng maraming mga isotopong bigat ng atomic at maraming magkakaibang antas ng radioactivity. Para magamit sa mga reaksyon ng fission, ang bilang ng mga isotopes 235U ay dapat dagdagan sa isang antas na handa na para sa fission sa reactor o bomba. Ang prosesong ito ay tinatawag na pagpapayaman ng uranium, at maraming paraan upang magawa ito.
Hakbang
Paraan 1 ng 7: Pangunahing Proseso ng Pagpapayaman
Hakbang 1. Magpasya kung ano ang gagamitin ng uranium
Karamihan sa mga mined uranium ay naglalaman lamang ng halos 0.7 porsyento 235U, na ang karamihan sa natitira ay ang isotope 238mas stable U. Ang uri ng reaksyon ng fission na nais mong gawin sa uranium ay tumutukoy kung magkano ang isang pagtaas 235Dapat gawin ni U upang ang uranium ay maaaring magamit nang mabisa.
- Ang uranium na ginamit sa karamihan ng mga nukleyar na makina ng kuryente ay kailangang pagyamanin sa 3-5 porsyento 235Ang U. (Ang ilang mga reactor na nukleyar, tulad ng reaktor ng CANDU sa Canada at ang reaktor ng Magnox sa United Kingdom, ay idinisenyo upang magamit ang hindi pinayamang uranium.)
- Sa kaibahan, ang uranium, na ginagamit para sa mga atomic bomb at warheads, ay kailangang pagyamanin hanggang 90 porsyento 235U.
Hakbang 2. Gawing gas ang uranium ore
Karamihan sa kasalukuyang magagamit na mga pamamaraan ng pagpapayaman ng uranium ay nangangailangan ng uranium ore na mabago sa isang mababang temperatura na gas. Ang fluorine gas ay karaniwang ibinobomba sa mineral conversion machine; ang uranium oxide gas ay tumutugon sa fluorine upang makabuo ng uranium hexafluoride (UF6). Pagkatapos ay naproseso ang gas upang paghiwalayin at kolektahin ang mga isotop 235U.
Hakbang 3. Pagyamanin ang uranium
Ang mga susunod na seksyon ng artikulong ito ay naglalarawan ng iba't ibang mga proseso na magagamit upang pagyamanin ang uranium. Sa lahat ng mga proseso, ang gas diffusion at gas centrifugation ay ang dalawang pinaka-karaniwan, ngunit ang paghihiwalay ng laser isotope ay inaasahang papalit sa dalawa.
Hakbang 4. Baguhin ang UF gas6 sa uranium dioxide (UO2).
Kapag napayaman, ang uranium ay kailangang mai-convert sa isang matatag na solidong form para magamit tulad ng ninanais.
Ang uranium dioxide na ginamit bilang gasolina para sa mga reactor na nukleyar ay ginawang ceramic core grains na balot sa mga metal tubes upang maging mga baras hanggang 4 m ang taas
Paraan 2 ng 7: Proseso ng Pagsasabog ng Gas
Hakbang 1. Magpahid ng UF gas gas6 sa pamamagitan ng tubo.
Hakbang 2. I-pump ang gas sa pamamagitan ng isang filter o porous membrane
Dahil sa isotope 235Ang U ay mas magaan kaysa sa isotope 238U, UF6 ang mas magaan na mga isotop ay magkakalat sa lamad nang mas mabilis kaysa sa mas mabibigat na mga isotop.
Hakbang 3. Ulitin ang proseso ng pagsasabog hanggang may sapat 235Nakolekta ko.
Ang paulit-ulit na pagsasabog ay tinatawag na stratified. Maaari itong tumagal ng hanggang sa 1,400 pagsala sa pamamagitan ng isang porous membrane upang makakuha ng sapat 235U upang pagyamanin nang maayos ang uranium.
Hakbang 4. Kondensasyon ng UF gas gas6 sa likidong anyo.
Kapag ang gas ay sapat na napayaman, ang gas ay naipon sa isang likido, pagkatapos ay nakaimbak sa isang lalagyan, kung saan ito ay pinapalamig at pinapatatag upang maihatid at gawing mga butil ng gasolina.
Dahil sa dami ng kinakailangang pagsala, ang prosesong ito ay masinsin sa enerhiya kaya't tumitigil ito. Sa Estados Unidos, isang planta ng pagpapayaman ng pagpapayamang gas lamang ang nananatili, na matatagpuan sa Paducah, Kentucky
Paraan 3 ng 7: Proseso ng Gas Centrifuge
Hakbang 1. Mag-install ng isang bilang ng mga high-speed umiikot na silindro
Ang silindro na ito ay isang centrifuge. Ang centrifuge ay naka-install sa serye o parallel.
Hakbang 2. Daloy ng UF. Gas6 sa manunulid.
Gumagamit ang centrifuge ng centripetal acceleration upang maihatid ang isang gas na naglalaman 238mas mabibigat na U sa silindro ng dingding at gas na naglalaman 235mas magaan na U sa gitna ng silindro.
Hakbang 3. I-extract ang mga pinaghiwalay na gas
Hakbang 4. Muling iproseso ang dalawang magkakahiwalay na gas sa dalawang magkakahiwalay na centrifuges
Mayamang gas 235Ipinadala ang U sa isang centrifuge kung saan 235Ang U ay mas nakuha pa rin, habang ang gas na naglalaman 235Ang nabawas na U ay pinakain sa isa pang centrifuge upang makuha 235Ang natitirang U. Pinapayagan nitong makuha ang centrifuging na makakuha ng higit pa 235U kaysa maaaring makuha sa pamamagitan ng proseso ng pagsasabog ng gas.
Ang proseso ng gas centrifuge ay unang binuo noong 1940s, ngunit hindi inilagay sa makabuluhang paggamit hanggang 1960s, nang ang kakayahan nitong magsagawa ng mas mababang enerhiya na proseso ng pagpapayaman ng uranium ay naging mahalaga. Sa kasalukuyan, ang planta ng proseso ng gas centrifuge sa Estados Unidos ay nasa Eunice, New Mexico. Sa kaibahan, ang Russia ay kasalukuyang mayroong apat na mga pabrika ng ganitong uri, ang Japan at China ay mayroong dalawa bawat isa, habang ang United Kingdom, Netherlands at Germany ay mayroong bawat isa
Paraan 4 ng 7: Proseso ng Paghihiwalay ng Aerodynamic
Hakbang 1. Lumikha ng isang serye ng makitid, nakatigil na mga silindro
Hakbang 2. Mag-iniksyon ng UF gas gas6 sa silindro sa mataas na bilis.
Ang gas ay pinaputok sa silindro sa isang paraan na sanhi ng pag-ikot ng gas tulad ng isang bagyo, kaya't gumagawa ng isang uri ng paghihiwalay 235U at 238ang parehong U tulad ng sa umiikot na proseso ng centrifuge.
Ang isang pamamaraan na binuo sa South Africa ay ang pag-iniksyon ng gas sa mga silindro sa tabi-tabi. Ang pamamaraang ito ay kasalukuyang sinusubukan ng mas magaan na mga isotop tulad ng mga matatagpuan sa silikon
Paraan 5 ng 7: Proseso ng Liquid Thermal Diffusion
Hakbang 1. Liquefy UF gas6 nahihirapan.
Hakbang 2. Gumawa ng isang pares ng mga pipa ng pagtuon
Ang tubo ay dapat na sapat na mataas, dahil ang mas mataas na tubo ay nagbibigay-daan sa higit na paghihiwalay ng isotope 235U at 238U.
Hakbang 3. Pahiran ang tubo ng isang layer ng tubig
Palamigin nito ang labas ng tubo.
Hakbang 4. Pump UF6 likido sa pagitan ng mga tubo.
Hakbang 5. Init ang panloob na tubo ng singaw
Ang init ay magdudulot ng mga alon ng kombeksyon sa UF6 na akitin ang isotope 235Ang mas magaan na U patungo sa mas mainit na panloob na tubo at itinulak ang isotop 238ang mas mabibigat na U patungo sa mas malamig na panlabas na tubo.
Ang prosesong ito ay sinaliksik noong 1940 bilang bahagi ng Manhattan Project, ngunit inabandona sa isang maagang yugto ng pag-unlad nang mabuo ang mas mahusay na mga proseso ng pagsasabog ng gas
Paraan 6 ng 7: Proseso ng Paghihiwalay ng Electromagnetic Isotope
Hakbang 1. Pag-ionize ng UF. Gas6.
Hakbang 2. Ipasa ang gas sa isang malakas na magnetic field
Hakbang 3. Paghiwalayin ang mga isotop ng ionized uranium batay sa mga bakas na naiwan habang dumadaan sila sa magnetic field
Ion 235Umalis ang U ng isang trail na may ibang arc kaysa sa ion 238U. Ang mga ion ay maaaring ihiwalay upang pagyamanin ang uranium.
Ang pamamaraang ito ay ginamit upang maproseso ang uranium para sa atomic bomb na bumagsak kay Hiroshima noong 1945 at ito rin ang pamamaraang pagpapayaman na ginamit ng Iraq sa programa nito na armas nukleyar noong 1992. Ang pamamaraang ito ay nangangailangan ng 10 beses na mas maraming enerhiya kaysa sa gas na pagsasabog, na ginagawang hindi praktikal para sa programa malakihang pagpapayaman
Paraan 7 ng 7: Proseso ng Paghihiwalay ng Laser Isotope
Hakbang 1. Itakda ang laser sa isang tukoy na kulay
Ang laser beam ay kailangang maging ganap ng isang partikular na haba ng daluyong (monochromatic). Ang haba ng daluyong na ito ay magta-target lamang ng mga atomo 235U, at hayaan ang atom 238Hindi apektado ang U
Hakbang 2. Shine ng isang laser beam sa uranium
Hindi tulad ng iba pang mga proseso ng pagpapayaman ng uranium, hindi mo kailangang gumamit ng uranium hexafluoride gas, bagaman ang karamihan sa mga proseso ng laser. Maaari mo ring gamitin ang uranium at iron alloys bilang mapagkukunan ng uranium, na ginagamit sa proseso ng Atomic Vapor Laser Isotope Separation (AVLIS).
Hakbang 3. Pagkuha ng mga atomo ng uranium na may nasasabik na mga electron
Ito ay magiging atom 235U.
Mga Tip
Ang ilang mga bansa na muling nagproseso ay gumastos ng fuel fuel upang mabawi ang uranium at plutonium dito na nabuo sa panahon ng proseso ng fission. Ang na-proseso na uranium ay dapat na alisin mula sa isotope 232U at 236Ang U ay nabubuo sa panahon ng fission, at kung napayaman, dapat pagyamanin sa mas mataas na grade kaysa sa "fresh" uranium dahil 236Sumisipsip ng U ang mga neutron sa gayon pinipigilan ang proseso ng fission. Samakatuwid, ang muling nai-proseso na uranium ay dapat na itago nang magkahiwalay mula sa uranium na bagong yaman sa kauna-unahang pagkakataon.
Babala
- Ang uranium ay naglalabas lamang ng mahina na radioactivity; gayunpaman, kapag naproseso sa UF. gas6, ito ay naging isang nakakalason na sangkap ng kemikal na tumutugon sa tubig upang mabuo ang kinakaing unti-unting hydrofluoric acid. (Ang acid na ito ay karaniwang tinatawag na "etching acid" sapagkat ginagamit ito upang mag-ukit ng baso.) Samakatuwid, ang mga halaman sa pagpapayaman ng uranium ay nangangailangan ng parehong mga panukalang proteksiyon tulad ng mga halaman ng kemikal na nagtatrabaho sa fluorine, na kasama ang pagpapanatili ng UF gas.6 manatili sa ilalim ng mababang presyon ng halos lahat ng oras at gumamit ng dagdag na antas ng pagpigil sa mga lugar na kinakailangan ng mataas na presyon.
- Ang naka-proseso na uranium ay dapat na nakaimbak sa makapal na enclosure, sapagkat 232Ang U sa loob nito ay nabubulok sa mga elemento na naglalabas ng malakas na gamma radiation.
- Ang pinayaman na uranium ay karaniwang maaari lamang muling maiproseso nang isang beses.
