Urani hutumiwa kama chanzo cha nguvu katika mitambo ya nyuklia na ilitumika kutengeneza bomu la kwanza la atomiki, ambalo lilirushwa Hiroshima mnamo 1945. Uranium inachimbwa kama madini inayoitwa pitchblende, na inajumuisha isotopu kadhaa za uzito wa atomiki na viwango kadhaa tofauti ya mionzi. Kwa matumizi ya athari za fission, idadi ya isotopu 235U lazima uongezwe kwa kiwango ambacho iko tayari kwa kutenganishwa kwa mtambo au bomu. Utaratibu huu huitwa utajiri wa urani, na kuna njia kadhaa za kuifanya.
Hatua
Njia 1 ya 7: Mchakato wa Uboreshaji wa Msingi
Hatua ya 1. Amua ni nini urani itatumika
Urani iliyochimbwa zaidi ina asilimia 0.7 tu 235U, na zaidi ya salio kuwa isotopu 238utulivu zaidi U. Aina ya mmenyuko wa fission unayotaka kufanya na urani huamua ni kiasi gani cha ongezeko 235Lazima ufanye ili uranium itumike vizuri.
- Urani inayotumiwa katika injini nyingi za nguvu za nyuklia inahitaji kuongezwa kwa asilimia 3-5 235U. (Baadhi ya mitambo ya nyuklia, kama vile mtambo wa CANDU nchini Canada na mtambo wa Magnox nchini Uingereza, imeundwa kutumia urani isiyo na utajiri.)
- Kwa upande mwingine, urani, ambayo hutumiwa kwa mabomu ya atomiki na vichwa vya vita, inahitaji kutajirika kwa asilimia 90 235U.
Hatua ya 2. Badilisha madini ya urani kuwa gesi
Njia nyingi za uboreshaji wa urani zinazopatikana sasa zinahitaji madini ya urani kubadilishwa kuwa gesi yenye joto la chini. Gesi ya fluorini kawaida hutiwa kwenye mashine ya kubadilisha madini; gesi ya oksidi ya urani humenyuka na fluorini ili kutoa hexafluoride ya urani (UF6). Gesi hiyo inasindika kutenganisha na kukusanya isotopu 235U.
Hatua ya 3. Kuboresha urani
Sehemu za baadaye za nakala hii zinaelezea michakato anuwai inayopatikana ya kuimarisha urani. Kati ya michakato yote, usambazaji wa gesi na ugawanyaji wa gesi ndio kawaida zaidi, lakini utengano wa isotopu ya laser unatarajiwa kuchukua nafasi ya hizo mbili.
Hatua ya 4. Badilisha gesi ya UF6 kwa dioksidi ya urani (UO2).
Mara baada ya kutajirika, urani inahitaji kubadilishwa kuwa fomu thabiti thabiti ya matumizi kama inavyotakiwa.
Dioksidi ya Urani inayotumiwa kama mafuta ya vinu vya nyuklia hutengenezwa kwa nafaka za msingi za kauri ambazo zimefungwa kwenye mirija ya chuma ili ziwe fimbo hadi 4 m juu
Njia 2 ya 7: Mchakato wa Ugawanyaji wa Gesi
Hatua ya 1. Pump gesi ya gesi UF6 kupitia bomba.
Hatua ya 2. Pampu gesi kupitia kichungi au utando wa porous
Kwa sababu ya isotopu 235U ni nyepesi kuliko isotopu 238U, UF6 isotopu nyepesi zitaenea kupitia utando haraka zaidi kuliko isotopu nzito.
Hatua ya 3. Rudia mchakato wa kueneza mpaka iwe ya kutosha 235U umekusanywa.
Uenezaji unaorudiwa huitwa stratified. Inaweza kuchukua uchujaji kama 1,400 kupitia utando wa mshipa ili kupata ya kutosha 235U kuimarisha urani vizuri.
Hatua ya 4. Unyevu wa gesi ya gesi ya UF6 katika fomu ya kioevu.
Mara tu gesi inapotajazwa vya kutosha, gesi huingizwa kwenye kioevu, kisha huhifadhiwa kwenye kontena, ambapo hupoza na huimarisha kusafirishwa na kufanywa nafaka za mafuta.
Kwa sababu ya uchujaji mkubwa unahitajika, mchakato huu ni mwingi wa nishati kwa hivyo umesimamishwa. Nchini Merika, mmea mmoja tu wa utajiri wa kueneza gesi unabaki, ulio Paducah, Kentucky
Njia ya 3 ya 7: Mchakato wa Centrifuge ya Gesi
Hatua ya 1. Sakinisha mitungi kadhaa inayozunguka kwa kasi
Silinda hii ni centrifuge. Centrifuge imewekwa kwa safu au sambamba.
Hatua ya 2. Mtiririko wa gesi ya UF6 ndani ya spinner.
Centrifuge hutumia kuongeza kasi ya sentripetali kutoa gesi iliyo na 238nzito U kwa ukuta wa silinda na gesi iliyo na 235nyepesi U katikati ya silinda.
Hatua ya 3. Dondoa gesi zilizotengwa
Hatua ya 4. Tengeneza tena gesi mbili zilizotengwa katika centrifuge mbili tofauti
Gesi tajiri 235U ulipelekwa kwa centrifuge ambapo 235U bado hutolewa zaidi, wakati gesi iliyo na 235U iliyopunguzwa huingizwa kwenye centrifuge nyingine ili kutolewa 235U. iliyobaki. Hii inaruhusu centrifuging kutoa mengi zaidi 235U kuliko inaweza kutolewa na mchakato wa kueneza gesi.
Mchakato wa centrifuge ya gesi ulianzishwa kwanza miaka ya 1940, lakini haukutumiwa sana hadi miaka ya 1960, wakati uwezo wake wa kutekeleza michakato ya chini ya uboreshaji wa urani ikawa muhimu. Hivi sasa, kiwanda cha mchakato wa gesi centrifuge nchini Merika kipo Eunice, New Mexico. Kwa upande mwingine, Urusi kwa sasa ina viwanda vinne vya aina hii, Japan na China zina mbili kila moja, wakati Uingereza, Uholanzi na Ujerumani zina moja kila moja
Njia ya 4 ya 7: Mchakato wa Kutenganisha Aerodynamic
Hatua ya 1. Unda mlolongo wa mitungi nyembamba, iliyosimama
Hatua ya 2. Ingiza gesi ya gesi ya UF6 ndani ya silinda kwa kasi kubwa.
Gesi hupigwa kwenye silinda kwa njia ambayo husababisha gesi kuzunguka kama kimbunga, na hivyo kutoa aina ya kujitenga 235U na 238U sawa na katika mchakato wa mzunguko wa centrifuge.
Njia moja iliyotengenezwa Afrika Kusini ni kuingiza gesi kwenye mitungi kando kando. Njia hii inajaribiwa na isotopu nyepesi kama zile zinazopatikana kwenye silicon
Njia ya 5 ya 7: Mchakato wa Ugawanyiko wa Mafuta ya Kioevu
Hatua ya 1. Gesi ya UF ya Liquefy6 chini ya shinikizo.
Hatua ya 2. Tengeneza jozi ya mabomba ya kujilimbikizia
Bomba lazima iwe juu ya kutosha, kwa sababu bomba refu zaidi inaruhusu kujitenga kwa isotopu zaidi 235U na 238U.
Hatua ya 3. Vaa bomba na safu ya maji
Hii itapoa nje ya bomba.
Hatua ya 4. Pump UF6 kioevu kati ya mabomba.
Hatua ya 5. Pasha bomba la ndani na mvuke
Joto litasababisha mikondo ya convection katika UF6 ambayo itavutia isotopu 235Nyepesi U kuelekea bomba la ndani kali na inasukuma isotopu 238nzito U kuelekea bomba la nje baridi.
Mchakato huu ulifanywa utafiti mnamo 1940 kama sehemu ya Mradi wa Manhattan, lakini uliachwa katika hatua ya mwanzo ya maendeleo wakati michakato bora zaidi ya usambazaji wa gesi ilipoundwa
Njia ya 6 ya 7: Mchakato wa Kutenganisha Isotopu ya Umeme
Hatua ya 1. Ionization ya UF gesi6.
Hatua ya 2. Pitisha gesi kupitia uwanja wenye nguvu wa sumaku
Hatua ya 3. Tenganisha isotopu za urani ionized kulingana na athari zilizoachwa wanapopita kwenye uwanja wa sumaku
Ion 235U huacha njia na arc tofauti na ioni 238U. Ions inaweza kutengwa ili kuimarisha urani.
Njia hii ilitumika kusindika urani kwa bomu la atomiki lililodondoshwa Hiroshima mnamo 1945 na pia ni njia ya utajiri iliyotumiwa na Iraq katika mpango wake wa silaha za nyuklia mnamo 1992. Njia hii inahitaji nguvu mara 10 zaidi kuliko usambazaji wa gesi, na kuifanya iwe isiyofaa kwa mpango huo utajiri mkubwa
Njia ya 7 kati ya 7: Mchakato wa Kutenganisha Laser Isotopu
Hatua ya 1. Weka laser kwa rangi maalum
Boriti ya laser inahitaji kuwa kabisa na urefu mmoja wa wavelength (monochromatic). Urefu huu utazingatia atomi tu 235U, na acha chembe 238U hawaathiriwi.
Hatua ya 2. Uangaze boriti ya laser kwenye urani
Tofauti na michakato mingine ya kuimarisha urani, sio lazima utumie gesi ya hexafluoride ya urani, ingawa michakato mingi ya laser hufanya. Unaweza pia kutumia aloi za urani na chuma kama chanzo cha urani, ambacho kinatumika katika mchakato wa Kutenganisha Laser ya Isotopu (AVLIS) ya Atomiki.
Hatua ya 3. Uchimbaji wa atomi za urani na elektroni zenye msisimko
Itakuwa chembe 235U.
Vidokezo
Nchi zingine zilitumia mafuta ya nyuklia kupata urani na plutoniamu iliyo ndani yake ambayo iliundwa wakati wa mchakato wa kutengana. Urani iliyobadilishwa lazima iondolewe kutoka kwa isotopu 232U na 236U hutengenezwa wakati wa kutenganishwa, na ikiwa imejazwa, lazima itajirishwe kwa daraja la juu kuliko urani "safi" kwa sababu 236U inachukua nyutroni na hivyo kuzuia mchakato wa kutenganishwa. Kwa hivyo, urani iliyobadilishwa lazima ihifadhiwe kando na urani ambayo ilitajirika kwa mara ya kwanza.
Onyo
- Urani hutoa tu mionzi dhaifu; Walakini, wakati unasindika kuwa gesi ya UF6, Inakuwa dutu ya kemikali yenye sumu ambayo humenyuka na maji kuunda asidi hidrofloriki. (Asidi hii kawaida huitwa "asidi ya kuchoma" kwa sababu hutumiwa kuchoma glasi.) Kwa hivyo, mimea ya kuimarisha urani inahitaji hatua sawa za kinga kama mimea ya kemikali inayofanya kazi na fluorine, ambayo ni pamoja na kuweka gesi ya UF pembeni.6 kukaa chini ya shinikizo la chini wakati mwingi na tumia kiwango cha ziada cha vizuizi katika maeneo ambayo shinikizo kubwa inahitajika.
- Urani iliyobadilishwa lazima ihifadhiwe kwenye vizimba nene, kwa sababu 232U ndani yake hutengana kuwa vitu ambavyo hutoa mionzi yenye nguvu ya gamma.
- Urani iliyoboreshwa kawaida inaweza kurudishwa mara moja tu.
