Ураныг цөмийн реакторуудад эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашигладаг бөгөөд 1945 онд Хирошимад хаясан анхны атомын бөмбөгийг үйлдвэрлэхэд ашиглаж байжээ. Уран нь питчбленд хэмээх хүдэр хэлбэрээр олборлодог бөгөөд атомын жинтэй хэд хэдэн изотопоос бүрддэг. цацраг идэвхт байдлын тухай. Хуваах урвалд ашиглахын тулд изотопын тоо 235U -ийг реактор эсвэл бөмбөгт хуваагдахад бэлэн түвшинд хүргэх ёстой. Энэ процессыг уран баяжуулах гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг хийх хэд хэдэн арга байдаг.
Алхам
7 -ийн 1 -р арга: Үндсэн баяжуулах үйл явц
Алхам 1. Ураныг юунд ашиглахаа шийдээрэй
Ихэнх олборлосон уран ердөө 0.7 орчим хувийг агуулдаг 235U, үлдсэн хэсгийн ихэнх нь изотоп юм 238илүү тогтвортой У. Уранаар хийх гэж буй задралын урвалын төрөл нь хэр их нэмэгдэхийг тодорхойлдог 235Ураныг үр дүнтэй ашиглахын тулд та үүнийг хийх ёстой.
- Ихэнх цөмийн хөдөлгүүрт ашигладаг ураныг 3-5 хувь хүртэл баяжуулах шаардлагатай байдаг 235U. (Канадын CANDU реактор, Их Британийн Magnox реактор гэх мэт зарим цөмийн реакторууд нь баяжуулаагүй ураныг ашиглах зориулалттай.)
- Үүний эсрэгээр атомын бөмбөг, цэнэгт хошуунд ашигладаг ураныг 90 хувь хүртэл баяжуулах шаардлагатай. 235У.
Алхам 2. Ураны хүдрийг хий болгох
Одоогийн байгаа уран баяжуулах аргуудын ихэнх нь ураны хүдрийг бага температуртай хий болгон хувиргахыг шаарддаг. Фторын хий ихэвчлэн хүдэр хувиргах машин руу шахдаг; ураны исэл хий нь фтортой урвалд орж гексафторид (UF) үүсгэдэг6). Дараа нь хий боловсруулж, изотопуудыг ялгаж, цуглуулдаг 235У.
Алхам 3. Ураныг баяжуулах
Энэ нийтлэлийн сүүлчийн хэсэгт уран баяжуулах янз бүрийн процессыг тайлбарласан болно. Бүх процессуудаас хийн тархалт ба хийн центрифуг хийх нь хамгийн түгээмэл боловч изотопыг лазераар салгах нь эдгээр хоёрыг орлох болно.
Алхам 4. UF хий солих6 ураны давхар исэл (UO2).
Ураныг баяжуулсны дараа тогтвортой хатуу хэлбэрт оруулж, хүссэнээрээ ашиглах шаардлагатай.
Цөмийн реакторуудад түлш болгон ашигладаг ураны давхар исэл нь керамик цөмийн үр тариагаар хийгдсэн бөгөөд тэдгээрийг металл хоолойгоор ороож 4 м хүртэл өндөртэй саваа болгодог
7 -ийн 2 -р арга: Хийн тархалтын процесс
Алхам 1. UF хийн хий шахах6 хоолойгоор дамжин.
Алхам 2. Шүүлтүүр эсвэл сүвэрхэг мембранаар хий шахах
Изотопын улмаас 235U нь изотопоос хөнгөн 238U, UF6 хөнгөн изотопууд нь хүнд изотопуудаас илүү хурдан мембранаар тархдаг.
Алхам 3. Диффузийн процессыг хангалттай болтол давтана 235Та цуглуулсан.
Давтан тархалтыг давхраат гэж нэрлэдэг. Хангалттай байхын тулд сүвэрхэг мембранаар 1400 шүүлтүүр хийх шаардлагатай болно 235Ураныг сайн баяжуулахын тулд У.
Алхам 4. UF хийн хийн конденсац6 шингэн хэлбэрт оруулна.
Хий хангалттай баяжсаны дараа хий нь конденсацлагдаж, дараа нь саванд хадгалагдаж, хөргөж хатууруулж тээвэрлэн түлшний үр тариа болгоно.
Их хэмжээний шүүлтүүр шаардагддаг тул энэ процесс эрчим хүч их шаарддаг тул үүнийг зогсоодог. АНУ -д Кентукки мужийн Падука хотод байрладаг хийн тархалтыг баяжуулах ганцхан үйлдвэр үлджээ
7 -ийн 3 -р арга: Хийн центрифугийн процесс
Алхам 1. Өндөр хурдтай эргэлддэг олон тооны цилиндр суурилуулах
Энэ цилиндр нь центрифуг юм. Центрифугийг цуврал эсвэл зэрэгцээ суурилуулсан болно.
Алхам 2. Хийн хий рүү урсана6 ээрэх төхөөрөмж рүү.
Центрифуг нь төвөөс зугтах хурдатгалыг ашиглан хий агуулсан хий нийлүүлдэг 238цилиндрийн хананд хүнд U, хий агуулсан 235хөнгөн цилиндрийн төв хүртэл.
Алхам 3. Тусгаарлагдсан хий гаргаж авах
Алхам 4. Хоёр тусдаа хийийг хоёр тусдаа центрифугээр дахин боловсруулна
Баян хий 235У -г центрифуг руу илгээв 235U нь илүү их олборлогдсон хэвээр байгаа бөгөөд хий агуулсан байдаг 235Бууруулсан U -ийг гаргаж авахын тулд өөр центрифугаар тэжээнэ 235Үлдсэн У. Энэ нь центрифуг хийх замаар илүү ихийг гаргаж авах боломжийг олгодог 235Хийн тархалтын процессоор гаргаж авах боломжтой U.
Хийн центрифугийн процессыг анх 1940 -өөд онд боловсруулсан боловч 1960 -аад он хүртэл бага эрчим хүчээр уран баяжуулах үйл явцыг явуулах чадвар нь чухал болтол ашиглалтанд ороогүй юм. Одоогийн байдлаар АНУ дахь хийн центрифуг боловсруулах үйлдвэрийн үйлдвэр Нью -Мексикогийн Юнис хотод байна. Үүний эсрэгээр Орос одоогоор ийм төрлийн дөрвөн үйлдвэртэй, Япон, Хятад тус бүр хоёр, Их Британи, Нидерланд, Герман тус бүр нэг үйлдвэртэй
7 -ийн 4 -р арга: Аэродинамик тусгаарлах процесс
Алхам 1. Нарийн, хөдөлгөөнгүй цилиндрийг бүтээ
Алхам 2. UF хийн хий шахах6 цилиндрт өндөр хурдтайгаар орно.
Цилиндрт хий ялгаруулдаг бөгөөд энэ нь хий нь циклон шиг эргэлддэг бөгөөд ингэснээр нэг төрлийн тусгаарлалт үүсгэдэг. 235У ба 238эргэдэг центрифуг процессын адил U.
Өмнөд Африкт боловсруулсан нэг арга бол цилиндрт зэрэгцэн хий шахах явдал юм. Энэ аргыг одоогоор цахиуранд агуулагдах хөнгөн изотопуудаар туршиж байна
7 -ийн 5 -р арга: Шингэн дулааны тархалтын процесс
Алхам 1. UF хий шингэрүүлнэ6 дарамтан дор.
Алхам 2. Баяжмалын хос хоолой хийх
Хоолой нь хангалттай өндөр байх ёстой, учир нь өндөр хоолой нь изотопыг илүү их салгах боломжийг олгодог 235У ба 238У.
Алхам 3. Хоолойг усны давхаргаар бүрэх
Энэ нь хоолойн гадна талыг хөргөх болно.
Алхам 4. UF насос6 хоолойн хоорондох шингэн.
Алхам 5. Дотор хоолойг уураар халаана
Дулаан нь UF дахь конвекцийн гүйдэл үүсгэдэг6 Энэ нь изотопыг татах болно 235Хөнгөн U нь илүү халуун дотоод хоолой руу орж, изотопыг түлхдэг 238хүнд U нь сэрүүн гаднах хоолой руу чиглэнэ.
Энэ үйл явцыг 1940 онд Манхэттен төслийн хүрээнд судалж үзсэн боловч илүү үр ашигтай хий ялгаруулах процессыг боловсруулсны дараа хөгжлийн эхний шатанд орхисон юм
7 -ийн 6 -р арга: Цахилгаан соронзон изотопыг ялгах үйл явц
Алхам 1. UF хий ионжуулах6.
Алхам 2. Хүчтэй соронзон орноор хий дамжуулна
Алхам 3. Ионжуулсан ураны изотопыг соронзон орныг дайран өнгөрөх явцад үлдээсэн ул мөр дээр үндэслэн тусгаарлана
Ион 235U ионоос өөр нумтай мөр үлдээдэг 238U. Ураныг баяжуулахын тулд ионуудыг тусгаарлаж болно.
Энэ аргыг 1945 онд Хирошимад хаясан атомын бөмбөгний ураныг боловсруулахад ашиглаж байсан бөгөөд 1992 онд Иракийн цөмийн зэвсгийн хөтөлбөрт оруулсан баяжуулах арга нь мөн юм. Энэ арга нь хийн тархалтаас 10 дахин их энерги шаарддаг тул хөтөлбөрт ашиглах боломжгүй юм. их хэмжээний баяжуулах
7 -ийн 7 -р арга: Лазер изотопыг ялгах үйл явц
Алхам 1. Лазерыг тодорхой өнгөөр тохируулна уу
Лазер туяа нь тодорхой нэг долгионы урттай байх ёстой (монохроматик). Энэхүү долгионы урт нь зөвхөн атомуудыг чиглүүлэх болно 235U, мөн атомыг зөвшөөрнө үү 238Танд нөлөөлөхгүй.
Алхам 2. Уран дээр лазер туяа цацна
Уран баяжуулах бусад процессоос ялгаатай нь ихэнх лазерын аргаар хийдэг ч гексафторидын ураныг ашиглах шаардлагагүй. Та мөн уран ба төмрийн хайлшийг ураны эх үүсвэр болгон ашиглаж болох бөгөөд үүнийг атомын уурын лазер изотопыг ялгах (AVLIS) процесст ашигладаг.
Алхам 3. Ураны атомыг өдөөсөн электроноор гаргаж авах
Энэ нь атом байх болно 235У.
Зөвлөмж
Зарим улс цөмийн түлшийг дахин боловсруулж, задлах явцад үүссэн уран, плутонийг сэргээдэг. Дахин боловсруулсан ураныг изотопоос зайлуулах ёстой 232У ба 236U нь задралын үед үүсдэг бөгөөд хэрэв баяжуулсан бол "шинэ" уранаас өндөр агуулгатай байх ёстой. 236U нь нейтроныг шингээдэг бөгөөд ингэснээр хуваагдах процессыг дарангуйлдаг. Тиймээс дахин боловсруулсан ураныг анх удаа шинээр баяжуулсан уранаас тусад нь хадгалах ёстой.
Анхааруулга
- Уран нь зөвхөн сул цацраг идэвхт бодис ялгаруулдаг; Гэсэн хэдий ч UF -д боловсруулагдах үед хий6Энэ нь устай урвалд орж, идэмхий гидрофторын хүчил үүсгэдэг химийн хорт бодис болж хувирдаг. (Энэ хүчлийг шилэн сийлбэр хийхэд ашигладаг тул үүнийг "цайруулах хүчил" гэж нэрлэдэг.) Тиймээс уран баяжуулах үйлдвэрүүд нь фтортой ажилладаг химийн үйлдвэрүүдтэй адил хамгаалалтын арга хэмжээ авах шаардлагатай байдаг.6 ихэнхдээ бага даралтын дор байж, өндөр даралт шаардлагатай газруудад нэмэлт түвшний хамгаалалт ашиглаарай.
- Дахин боловсруулсан ураныг зузаан хашаан дотор хадгалах ёстой 232Түүний доторх U нь хүчтэй гамма цацраг ялгаруулдаг элементүүд болж задардаг.
- Баяжуулсан ураныг ихэвчлэн нэг л удаа дахин боловсруулах боломжтой.
