Po co wzbogacać uran - funkcje, opis technologii i recenzje

Broń jądrowa, czy nam się to podoba, czy nie, jest rzeczywistością, z którą ludzkość żyje od połowy ubiegłego wieku. Reaktory jądrowe, niezależnie od tego, jak mówią krytycy energetyki jądrowej, wnoszą znaczący wkład w systemy władzy w różnych krajach. I tam, i tam jest stosowany materiał radioaktywny. Jest to głównie uran, 92 element układu okresowego.

Różne źródła regularnie nadawały z ich stron, że państwo zaczęło wzbogacać uran. Dlaczego tak bardzo martwi się społeczność światowa, co jest takiego strasznego w tym i jak to się dzieje?

Co to jest tak strasznie wzbogacony uran

Uran lub pluton klasy uzbrojenia jest niebezpieczny w swojej czystej postaci z jednego prostego powodu: z nich, jeśli istnieje pewna baza techniczna, można wytworzyć wybuchowe urządzenie jądrowe.

Rysunek pokazuje schemat najprostszej głowicy nuklearnej. Półprodukty 1 i 2 z paliwo jądrowe są wewnątrz muszli. Każda z nich stanowi jedną z części całej kuli i waży nieco mniej niż masa krytyczna metalu broni używanego w bombie.

Gdy ładunek detonujący TNT jest nadmuchiwany, uran 1 i 2 są połączone ze sobą, ich całkowita masa z pewnością przekracza masę krytyczną dla tego materiału, co prowadzi do jądrowej reakcji łańcuchowej i, odpowiednio, wybuch atomowy.

Wydawałoby się, że nic skomplikowanego, ale w rzeczywistości tak nie jest. W przeciwnym razie na świecie byłoby o rząd wielkości więcej krajów. Ponadto znacznie wzrosłoby ryzyko, że takie niebezpieczne technologie znajdą się w rękach wystarczająco silnych i rozwiniętych grup terrorystycznych.

Sztuczka polega na tym, że tylko bardzo bogate mocarstwa z rozwiniętą infrastrukturą naukową są w stanie wzbogacić uran, nawet przy obecnym rozwoju technologii. Jeszcze trudniejsze, bez którego urządzenie atomowe nie zadziała, jest oddzielenie izotopów uranu 235 i 238.

Kopalnie uranu: prawda i fikcja

W ZSRR na poziomie filistyńskim wysunięto hipotezę, że przestępcy skazani na śmierć pracują w kopalniach uranu, odkupując w ten sposób swoją winę przed partią i sowieckim ludem. To oczywiście nie jest prawdą.

Wydobywanie uranu jest przemysłem wysokich technologii w przemyśle wydobywczym, a byłoby mało prawdopodobne, aby ktoś, kto zastraszał morderców z rozbójnikami, pracowałby przy skomplikowanym i bardzo drogim sprzęcie. Ponadto plotki, że górnicy uranu są zobowiązani do noszenia maski gazowej i bielizny prowadzącej, są również niczym więcej niż mitem.

Uran jest wydobywany w kopalniach, czasami o głębokości do kilometra. Największe rezerwy tego pierwiastka znajdują się w Kanadzie, Rosji, Kazachstanie i Australii. W Rosji z jednej tony rudy wytwarza się średnio około półtora kilograma uranu. To nie jest największy wskaźnik. W niektórych kopalniach europejskich liczba ta osiąga 22 kg na tonę.

Tło promieniowania w kopalni jest w przybliżeniu takie samo jak na granicy stratosfery, gdzie cywilne samoloty pasażerskie są załatane.

Ruda uranu

Wzbogacaj uran od razu po ekstrakcji, bezpośrednio w pobliżu kopalni. Oprócz metalu, jak każda inna ruda, uran zawiera skałę odpadową. Początkowy etap wzbogacania sprowadza się do sortowania bruku wydobytego z kopalni: do bogatych w uran i ubogich. Dosłownie, każdy kawałek jest ważony, mierzony przez automaty i, w zależności od właściwości, jest wysyłany do konkretnego strumienia.

Następnie do gry wchodzi młyn rozdrabniający bogatą w uran rudę w drobny proszek. Jednak nie jest to uran, a jedynie jego tlenek. Uzyskanie czystego metalu jest najbardziej skomplikowanym łańcuchem reakcji chemicznych i przekształceń.

Jednak nie wystarczy wybrać czysty metal z oryginalnych związków chemicznych. Ze wszystkich uranów zawartych w przyrodzie 99% jest zajęte przez izotop 238, a mniej niż jeden procent pozostaje do jego 235 brata. Ich separacja jest najtrudniejszym zadaniem, którego nie może rozwiązać żaden kraj.

Metoda wzbogacania dyfuzji gazowej

Jest to pierwsza metoda, dzięki której zaczęli wzbogacać uran. Jest nadal używany w USA i Francji. W oparciu o różnicę w gęstości izotopów 235 i 238. Gaz uranowy ekstrahowany z tlenku jest pompowany do komory oddzielonej membraną pod wysokim ciśnieniem. Atomy izotopu 235 są więc lżejsze od odbieranej części ciepła, poruszają się one szybciej niż "wolne" atomy 238 uranu, odpowiednio, coraz intensywniej bijące wokół błony. Zgodnie z prawami teorii prawdopodobieństwa bardziej prawdopodobne jest zadowolenie jednego z mikroporów i znajdowanie się po drugiej stronie samej membrany.

Skuteczność tej metody jest niewielka, ponieważ różnica między izotopami jest bardzo, bardzo mała. Ale jak sprawić, aby wzbogacony uran był odpowiedni do użycia? Odpowiedź polega na użyciu tej metody wiele i wiele razy. W celu uzyskania uranu nadającego się do produkcji paliwa z reaktora elektrowni, system czyszczenia dyfuzji gazowej powtarza się kilkaset razy.

Opinie ekspertów na temat tej metody są niejednoznaczne. Z jednej strony, metoda separacji gazowej dyfuzji jest pierwszą, która zapewniła Stanom Zjednoczonym wysokiej jakości uran, który uczynił je tymczasowo liderem w sferze militarnej. Z drugiej strony uważa się, że dyfuzja gazu powoduje mniej odpadów. Jedyną rzeczą, która przynosi w tym przypadku jest wysoka cena produktu końcowego.

Metoda odśrodkowa

To jest rozwój sowieckich inżynierów. W chwili obecnej, oprócz Rosji, istnieje wiele krajów, które wzbogacają uran metodą odkrytą w ZSRR. Są to Brazylia, Wielka Brytania, Niemcy, Japonia i kilka innych państw. Metoda jest podobna do technologii dyfuzji gazów, ponieważ wykorzystuje różnicę masową 235 i 238 izotopów.

Gaz uranowy skręca się w wirówce do 1500 obrotów na sekundę. Ze względu na różną gęstość siły odśrodkowe o różnych rozmiarach działają na izotopy. Uran 238, jako cięższy, gromadzi się na ściankach wirówki, podczas gdy 235. izotop jest gromadzony bliżej środka. Mieszanina gazów jest pompowana do górnej części cylindra. Po przejściu na dno wirówki, izotopy mają czas na częściowe rozdzielenie i są wybierane osobno.

Pomimo tego, że metoda ta nie zapewnia w 100% rozdzielenia izotopów, a do osiągnięcia wymaganego stopnia wzbogacenia musi być stosowana wielokrotnie, ekonomicznie jest znacznie wydajniejsza niż dyfuzja gazów. Tak więc wzbogacony uran w Rosji według technologii użycia wirówek jest około 3 razy tańszy niż ten uzyskany na membranach amerykańskich.

Wykorzystanie wzbogaconego uranu

Skąd ta cała skomplikowana i kosztowna biurokracja z czyszczeniem, uwalnianiem metalu z tlenków, separacją izotopów? Zastosowana została jedna płuczka wzbogaconego uranu 235, od użytych w energii atomowej (z takich prętów "pastylkowych" - pręty paliwowe), ważąca około 7 gramów zastępuje około trzech 200-litrowych beczek benzyny lub około tony węgla.

W zależności od czystości i stosunku izotopów 235 i 238 wzbogacony i zubożony uran stosuje się na różne sposoby.

Izotop 235 jest bardziej energochłonnym paliwem. Wzbogacony uran jest brany pod uwagę, gdy zawartość izotopu 235 przekracza 20%. To jest podstawa broni jądrowej.

Bogaty w surowce surowiec energetyczny wykorzystywany jest również jako paliwo do reaktorów jądrowych na okrętach podwodnych i na statkach kosmicznych ze względu na ograniczoną masę i rozmiar.

Zubożony uran, zawierający głównie 238 izotopów, jest paliwem dla cywilnych stacjonarnych reaktorów jądrowych. Reaktory oparte na naturalnym uranie są uważane za mniej wybuchowe.

Przy okazji, zgodnie z obliczeniami rosyjskich ekonomistów, przy zachowaniu obecnego poziomu produkcji 92 elementów układu okresowego, do 2030 r. Jego rezerwy w odkrywanych kopalniach na całym świecie zaczną spadać. Oto dlaczego naukowcy patrzą z nadzieją fuzja termojądrowa jako źródło taniej i niedrogiej energii w przyszłości.