Hoe uranium te verrijken

Uranium wordt gebruikt als energiebron in kernreactoren en werd gebruikt om de eerste atoombom vallen op Hiroshima in 1945. Het uranium wordt gewonnen als mineraal genaamd pitchblende maken, en bestaat uit een groot aantal isotopen met verschillende atomaire gewichten en verschillende radioactiviteitsniveaus. Om te worden gebruikt in splijtreacties, moet de hoeveelheid uraniumisotoop U worden verhoogd tot een niveau dat splijting in een reactor of pomp mogelijk maakt. Dit proces wordt uraniumverrijking genoemd en er zijn verschillende manieren om het uit te voeren.

Inhoud

Stappen

Methode 1het basisproces om uranium te verrijken
Methode 2gasdiffusieproces
Methode 3gascentrifugatieproces
Methode 4aerodynamisch scheidingsproces
Methode 5vloeibaar thermisch diffusieproces
Methode 6isotoop elektromagnetisch scheidingsproces
Methode 7isotopenscheidingsproces door laser

Tips
Waarschuwingen

stappen

Methode 1
Het basisproces om uranium te verrijken

Bepaal hoe u uranium gaat gebruiken. Meest gedolven uranium slechts 0,7 procent van ongeveer U, waarbij het resterende gedeelte (meeste) bestaande uit de meest stabiele isotoop U Afhankelijk splitsingsreactie waarbij het uranium wordt gebruikt hangt het niveau waarop de U moet toenemen, zodat deze efficiënt wordt gebruikt.

Het uranium dat wordt gebruikt in de meeste krachtcentrales moet worden verrijkt op een niveau tussen 3 en 5 procent U. Enkele paar kernreactoren, zoals die van CANDU in Canada (voor het acroniem in het Engels) of de Magnox-reactor in Kingdom United, ze zijn ontworpen om uranium te verrijken.
Daarentegen moet het uranium dat wordt gebruikt in bommen en atomaire kernkoppen worden verrijkt met 90 procent U.

Zet het uraniumerts om in een gas. De meeste methoden die tegenwoordig bestaan voor de verrijking van uranium vereisen dat het erts wordt omgezet in een gas op lage temperatuur. Daartoe zal het meestal zijn om fluoridegas naar een minerale conversie-installatie te pompen - vervolgens zal het uraniumoxidegas reageren met het fluor gas en dit zal uraniumhexafluoride (UF) produceren₆). Het gas wordt toegestaan te werken om de isotopen van U. te scheiden en te verzamelen.

Verrijkt uranium. De resterende secties van dit artikel beschrijven de verschillende processen die bestaan om uranium te verrijken. Van al deze processen zijn de processen van gasdiffusie en gascentrifugatie de twee meest voorkomende, maar er wordt verwacht dat het proces van laserisotoopscheiding deze zal vervangen.

Converteer UF-gas₆ in uraniumdioxide (UO₂). Eens verrijkt uranium is het nodig om het om te zetten in een vaste en stabiele vorm voor het vereiste gebruik.

Uraniumdioxyde gebruikt als brandstof in kernreactoren wordt geproduceerd in de vorm van kogels (pellets) van gesinterde keramiek, ondergebracht in metalen buizen die zij vormen stangen 4 meter (13,12 feet) lang

Methode 2
Gasdiffusieproces

Pompen UF₆ door de pijpleidingen.

Laat het gas door een poreus filter of membraan gaan. Terwijl de isotoop U lichter is dan de U-isotoop, de UF₆ met de lichtste isotoop zal zich sneller door het membraan verspreiden dan degene met zwaardere isotopen.

Herhaal het diffusieproces totdat voldoende U is verzameld. Repetitieve uitzendingen worden "cascade" genoemd. Het kan tot 1.400 diffusies door poreuze membranen opnemen om genoeg U te verkrijgen en zo genoeg uranium te verrijken.

UF-gas condenseert₆ zodat het een vloeibare vorm verkrijgt. Zodra het gas voldoende verrijkt is, moet het in vloeibare vorm worden gecondenseerd en vervolgens worden opgeslagen in tanks, waar het zal afkoelen en stollen om te worden getransporteerd en omgezet in brandstofpellets.

Vanwege het vereiste aantal diffusies, gaat dit proces gepaard met het verbruiken van veel energie en daarom gaat het uit gebruik. In de Verenigde Staten is er slechts één gasachtige diffusie-verrijkingsinstallatie, die zich bevindt in Paducah, Kentucky.

Methode 3
Gascentrifugatieproces

Assembleert een aantal snelle roterende cilinders. Deze cilinders zijn de centrifuges. De centrifuges worden in serie van twee geassembleerd en parallel samengesteld.

Pompen UF-gas₆ in de centrifuges. De centrifuge gebruikt centripetale versnelling om de zwaarste U naar de cilinderwanden en de lichtste U naar het midden van de cilinder te sturen.

Het extraheert de gassen die tijdens het proces zijn gescheiden.

De gescheiden gassen in verschillende centrifuges opnieuw verwerken. De U-rijke gassen worden naar een centrifuge gestuurd waar nog meer U wordt geëxtraheerd - terwijl het uitgeputte U-gas naar een andere centrifuge gaat, om de resterende U te extraheren. Hierdoor kan het centrifugatieproces worden geëxtraheerd veel meer dan het proces van gasdiffusie.

Het proces gas centrifuge werd voor het eerst ontwikkeld in de vroege jaren `40, maar werd het belangrijk om te gebruiken in de jaren `60, toen de lage energiebehoefte om verrijkt uranium te produceren belangrijk geworden. Momenteel bestaat er een gasverwerkingsinstallatie door centrifugatie in de Verenigde Staten, in Eunice, New Mexico. Ter vergelijking: Rusland heeft 4 van dergelijke fabrieken, Japan en China hebben elk twee fabrieken, terwijl het Verenigd Koninkrijk, Nederland en Duitsland er elk één hebben.

Methode 4
Aerodynamisch scheidingsproces

Bouw een reeks smalle stationaire tanks.

Injecteer gas UF₆ in de cilinders op hoge snelheid. Het gas wordt in de cilinders geïnjecteerd, op een zodanige wijze dat het wordt geïnduceerd om op een cyclonale wijze te roteren, waarbij dezelfde scheiding van de U en de U wordt geproduceerd als die verkregen door centrifugale rotatie.

Een methode die zich in Zuid-Afrika ontwikkelt, injecteert het gas vanuit een raaklijn in de cilinders. Het wordt momenteel getest met licht isotopen, zoals die in silicium.

Methode 5
Vloeibaar thermisch diffusieproces

Meng UF-gas₆ onder druk.

Bouw een paar concentrische buizen. De buizen moeten hoog genoeg zijn, omdat de scheiding van de U- en U-isotopen groter is.

Omringen de buizen met een deksel van water. Hierdoor wordt de buitenkant van de buis afgekoeld.

Injecteer de UF₆ vloeistof tussen de buizen.

Verwarm de binnenkant van de buis met stoom. De warmte zal een convectiestroom creëren in de UF₆, hetzelfde extract de U isotopen zoals deze lichter en gericht naar de heetste buis en druk op het midden U zwaardere isotopen het koudere en buiten de buis.

Dit proces werd in 1940 onderzocht als onderdeel van het Manhattan-project, maar werd zelfs in de beginfase verlaten toen het meest efficiënte gasdiffusieproces werd ontwikkeld.

Methode 6
Isotoop elektromagnetisch scheidingsproces

Ioniseert het UF-gas₆.

Leid het gas door een sterk magnetisch veld.

Scheid de isotopen van het geïoniseerde uranium en identificeer ze door de sporen die ze achterlaten bij het passeren van het magnetisch veld. De ionen van U laten sporen achter die een andere kromming vormen dan die van de U. Die ionen kunnen geïsoleerd worden om het uranium te verrijken.

Deze methode werd gebruikt om het uranium te verwerken uit de atoombommen die in 1945 op Hiroshima waren gedropt en het is ook de verrijkingsmethode die Irak in zijn kernwapenprogramma van 1992 gebruikte. Deze methode vereist 10 keer meer energie dan die van gasdiffusie, waardoor het onpraktisch wordt voor grootschalige verrijkingsprogramma`s.

Methode 7
Isotopenscheidingsproces door laser

Stel de laser in op een specifieke kleur. Het laserlicht moet volledig op één golflengte zijn (monochroom). Deze golflengte zal zich alleen concentreren op de U-atomen, waardoor de U-atomen intact blijven.

Verlicht het uranium met laserlicht. In tegenstelling tot de andere uraniumverrijkingsprocessen, is het in dit geval niet nodig om uraniumhexafluoridegas te gebruiken, hoewel de meeste andere laserprocessen dit vereisen. U kunt een legering van uranium en ijzer als bron van uranium kan hetzelfde worden bereikt door het proces van het scheiden van isotopen van atomaire damp laser (AVLIS, volgens afgekort).

Extraheer de uraniumatomen door elektronen in geëxciteerde toestand. Dit zullen U-atomen zijn.

tips

Sommige landen hergebruiken nucleaire brandstoffen om het verarmd uranium en plutonium terug te winnen dat is ontstaan tijdens het splijtingsproces. Het opgewerkt uranium moet worden ontdaan van de U- en U-isotopen die zijn gevormd tijdens de splijting en indien verrijkt, moet dit op een hoger niveau worden gedaan dan nieuw uranium (ongebruikt uranium), aangezien de U neutronen absorbeert en derhalve remt het splijtingsproces. Daarom moet het opgewerkt uranium gescheiden worden gehouden van het uranium dat voor de eerste keer is verrijkt.

waarschuwingen

Uranium zelf is enigszins radioactief - maar wanneer het wordt omgezet in UF-gas₆ het wordt een giftige chemische stof die reageert met water en een corrosieve vorm van waterstoffluoride vormt (dit gas wordt gewoonlijk "zuur om etsen te maken" genoemd vanwege het gebruik om glas te etsen). Daarom vereisen uraniumverrijkingsfabrieken dezelfde beschermende maatregelen als chemische fabrieken die werken met fluoride, inclusief het onderhouden van UF-gas₆ meestal onder lage druk en gebruik een extra aantal containmentniveaus in gebieden die hoge drukken vereisen.
Het opgewerkt uranium moet sterk worden afgeschermd, omdat de U-kern wordt afgebroken tot elementen die aanzienlijke hoeveelheden gammastraling produceren.
Verrijkt uranium kan meestal slechts een keer worden herverwerkt.

Delen op sociale netwerken:

Verwant