Загрузить PDF
Загрузить PDF
Уран используется в качестве топлива для ядерных реакторов, а также применялся для создания первой атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму в 1945 году. [1] X Источник информации Уран добывается из смоляной урановой руды, [2] X Источник информации содержащей несколько изотопов разной атомарной массы и разного уровня радиоактивности. Для использования в реакции распада количество изотопа 235 U должно быть увеличено до определенного уровня. Этот процесс называется обогащением урана. Есть несколько способов сделать это.
Шаги
-
Решите, для чего вы собираетесь использовать уран. Как правило, урановая руда содержит лишь 0,7% 235 U, а в остальном состоит из относительно стабильного изотопа 238 U. [3] X Источник информации От типа реакции, в которой вы собираетесь применять уран, зависит уровень 235 U, до которого нужно обогатить руду, чтобы использовать имеющийся уран максимально эффективно.
- Уран, применяемый в ядерной энергетике, должен быть обогащен до уровня 3-5% 235 U. [4] X Источник информации [5] X Источник информации [6] X Источник информации (некоторые ядерные реакторы предполагают использование необогащенного урана [7] X Источник информации ).
- Уран, используемый для создания ядерного оружия, должен быть обогащен до 90 % 235 U. [8] X Источник информации
-
Превратите урановую руду в газ. Большинство методов обогащения урана требуют превращения руды в низкотемпературный газ. В установку превращения руды закачивают фтористый газ. Оксид урана взаимодействует с фтором, в результате чего получается гексафторид урана (UF 6 ). После чего из газа выделяют изотоп 235 U.
-
Превратите гексафторид урана в диоксид урана (UO 2 ). После обогащения уран должен быть превращен в стабильную, крепкую форму для дальнейшего использования.
- Диоксид урана применяется в качестве топлива для ядерных реакторов в виде гранул, помещенных в металлические трубы, образующие 4-метровые стержни. [11] X Источник информации
Реклама
-
Прокачка UF 6 через трубы.
-
Пропустите газ через пористый фильтр или мембрану. Поскольку изотоп 235 U легче, чем 238 U, UF 6 , содержащий более легкий изотоп, пройдет через мембрану быстрее, чем более тяжелый изотоп.
-
Повторяйте процесс диффузии, пока не соберете достаточно 235 U. Повторяющаяся диффузия называется каскадом. Возможно, понадобится до 1400 пропусканий через мембрану, прежде чем соберется достаточно 235 U. [12] X Источник информации
-
Сконденсируйте UF 6 в жидкость. После обогащения газа он конденсируется в жидкость и помещается в контейнеры, где охлаждается и затвердевает для транспортировки и превращения в гранулы.
- Из-за большого числа прохода газа через фильтры этот процесс является энергозатратным и поэтому выходит из использования.
Реклама
-
Соберите несколько цилиндров, вращающихся на большой скорости. Эти цилиндры являются центрифугами. Центрифуги собираются как параллельно, таки последовательно.
-
Закачайте UF 6 в центрифуги. Центрифуги используют центробежную силу, чтобы заставить более тяжелый газ, содержащий 238 , оказаться у стенок цилиндра, а более легкий, с 235 U, - остаться в центре.
-
Выделите разделенные газы.
-
Повторите процесс с этими газами в разных центрифугах. Газ с высоким содержанием 235 U пропускают через центрифугу, чтобы выделить еще больше 235 U, а газ с низким содержанием этого изотопа выжимают, чтобы получить из него остатки 235 U. Таким образом, получается больше 235 U, чем при газовой диффузии. [13] X Источник информации
- Процесс использования газовых центрифуг был изобретен в 1940-х, но особо не использовался до 1960-х, когда меньшее энергопотребление стало иметь значение. [14] X Источник информации В настоящий момент предприятие, использующее данный процесс, находится в Юнисе, США. [15] X Источник информации В России существует 4 таких предприятия, в Японии и Китае - по 2, В Великобритании, Нидерландах и Германии - по одной. [16] X Источник информации
Реклама
-
Постройте несколько стационарных узких цилиндров.
-
Введите UF 6 в цилиндры на большой скорости. Газ, введенный таким способом, будет вращаться в цилиндре как циклон, в результате чего он разделится на 235 U и 238 U, как во вращающейся центрифуге.
- В Южной Африке придумали вводит газ в цилиндр по касательной. В данный момент он испытывается на легких изотопах, в как в кремнии. [17] X Источник информации
Реклама
-
Под давлением превратите газ UF 6 в жидкость.
-
Постройте две концентрические трубы. Трубы должны быть довольно высокими. Чем длиннее трубы, тем больше газа можно разделить.
-
Окружите трубы оболочкой из жидкой воды. Это охладит внешнюю трубу.
-
Введите жидкий гексафторид урана между труб.
-
Нагрейте внутреннюю трубу с помощью пара. Тепло создаст конвекционный поток в UF 6 , который заставит легкие изотопы 235 U двигаться к теплой внутренней трубе, а тяжелые 238 U - к холодной внешней.Реклама
-
Ионизируйте газ UF 6 .
-
Пропустите газ через сильное магнитное поле.
-
Отделите ионизированные изотопы урана по следам, которые они оставляют, проходя через магнитное поле. Ионы 235 U оставляют следы, которые загибаются иначе, чем у 238 U. Эти ионы могут быть отделены, для получения обогащенного урана.
- Этот метод использовался для производства урана для атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму в 1945 году и использовался Ираком для его программы ядерного вооружения в 1992 году. Данный способ требует в 10 раз больше энергии, чем метод газовой диффузии, что делает его непрактичным для крупномасштабных программ. [20] X Источник информации
Реклама
-
Настройте лазер на определенную частоту. Свет лазера должен иметь особенную длину волны (одноцветную). При данной длине волны лазер будет направляться только на атомы 235 U, оставляя атомы 238 U нетронутыми.
-
Направьте лазер на уран. В отличие от других методов обогащения урана, данный процесс не требует использования газа гексафторида урана. Вы можете использовать сплав урана и железа, что, чаще всего, и делают в промышленности.
-
Выделит атомы урана с возбужденными электронами. Это и будут атомы 235 U.Реклама
Советы
- В некоторых странах ядерные отходы используются заново, чтобы выделить из них уран и плутоний, оставшиеся после процесса распада. Повторно используемый уран придется извлекать из 232 U и 236 U, полученных в процессе распада, причем теперь уран следует обогатить до более высокого уровня, чем изначально, поскольку 236 U поглощает нейтроны и такоим образом замедляет процесс распада. Из-за этого, уран, используемый впервые, следует держать отдельно от повторно используемого. [21] X Источник информации
Реклама
Предупреждения
- На самом деле, уран слабо радиоактивен. Однако, при превращении его в UF 6 , он превращается в токсичный химикат, при контакте с водой образующий фтористоводородную кислоту (Эту кислоту называют травильной, так как с ее помощью травят стекло). [22] X Источник информации Поэтому предприятия, обогащающие уран, требуют такого же уровня безопасности и защиты, как и химические предприятия, работающие с фтором, что включает в себя хранение газа UF 6 под слабым давлением и использование дополнительной герметизации при работе под высоким давлением. [23] X Источник информации
- Повторно используемый уран должен находиться под серьезной защитой, так как изотопы 232 U, которые в нем содержатся, распадаются на элементы, выделяющие сильное гамма-излучение. [24] X Источник информации
- Обогащенный уран, как правило, можно повторно использовать только один раз. [25] X Источник информации
Реклама
Источники
- ↑ http://www.atomicheritage.org/history/science-behind-atom-bomb
- ↑ http://www.britannica.com/EBchecked/topic/462007/pitchblende
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
- ↑ http://www.cnn.com/2013/11/20/world/gallery/uranium-enrichment-explainer/
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.nrc.gov/materials/fuel-cycle-fac/ur-enrichment.html
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.atomicarchive.com/History/mp/p2s6.shtml
- ↑ http://www.globalsecurity.org/wmd/intro/u-thermal.htm
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://emedicine.medscape.com/article/773304-overview
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
Об этой статье
Эту страницу просматривали 19 499 раз.
Реклама
