(ب) إن إثراء اليورانيوم هو عملية زيادة تركيز النظائر الانشطارية uranium-235] مقارنة بالعمر الأكثر وفرة ) [و] اليورانيوم-238]. وهذه الخطوة أساسية لإنتاج الوقود للمفاعلات النووية التجارية، وتاريخياً، بالنسبة للأسلحة النووية.

الفيزياء خلف دفوس غاسيوس

Gaseous diffusion exploits a fundamental principle of kinetic gas theory known as Graham': at a given temperature, the rate at which a gas effuses (passes through a porous barrier) is inversely proportional to the square root of its molecular mass. When applied to uranium, the element is first converted into a gas

وفي مرحلة واحدة من مراحل الانتشار، يُجبر الغاز تحت الضغط من خلال حمراء مائية ذات مسامات ميكروسكوبية، وتمر الجزيئات الخفيفة بمعدل أعلى بقليل، مما ينتج عن إثراء مائي لنحو 0.2 في المائة في كل مرحلة، ولتحقيق هذه المراحل الـ 35-5 (235) [التركيز الخفيف:3]

الحاجزات والممرات

إن قلب أي محطة للنشر الغازي هو حاجزها الخبيث، إذ تم قطع حواجز مبكرة من النيكل أو المواد المتقطعة، ثم تحسنت فيما بعد إلى أنبوب رقيقة من أكسيد النيكل أو الألومنيوم، ويجب أن تكون المسامير صغيرة للغاية على نحو غير عادي، على نحو ما هو مطلوب من عوامل الإثراء البنيوي 0.01 إلى 0.1 ميكرونز .

الضغط والتبريد

Gas must be compressed to drive it through the barrier, then cooled to remove the heat of compression. This makes gaseous diffusion ]extremely energy- intensive. Large compressors, often powered by dedicated electrical substations, consumed vast amounts of electricity. The largest diffusion plants required as much-ucation

التطور التاريخي: من المختبر إلى الشريحة الصناعية

مشروع مانهاتن )١٩٤٢-١٩٤٥(

The urgent need for highly enriched uranium during World War II led the rapid scaling of gaseous diffusion. Under the Manhattan Project], scientists and engineers built the K-25]]]]]] at Oak Ridge, Tennessee. At the time, it was the largest bombover in the world

وفي الوقت نفسه، قدمت S-50 من الانتشار الحراري السائل ] تغذية جزئية للتخصيب ولكنها ثبت عدم فعاليتها، وبحلول عام 1946، أصبحت K-25 المصدر الرئيسي لليورانيوم المخصب في العالم، مهدت الطريق للترسانات النووية للحرب الباردة.

التوسع بعد الحرب

وبعد الحرب العالمية الثانية، بنت الولايات المتحدة محطتين إضافيتين من محطات الانتشار الغازية الكبيرة: Paducah, Kentucky] (موجهتان إلى عام 1952) و) SBrtsmouth, Ohio (منشأة عام 1954) إلى جانب برامج أوك ريدج المنشأة حديثاً

التقدم التكنولوجي

وقد أدت التحسينات المستمرة إلى توسيع حياة محطات الانتشار، ومن بين الابتكارات الرئيسية ما يلي:

  • Nickel —based barrier alloys] with longer service life and lower corrosion rates.
  • High-efficiency axial-flow compressors] that reduced energy consumption per stage.
  • Compputer —optimized cascades] that minimized recycle streams and improved overall separation efficiency.
  • Improved UF]6]] handling techniques that reduced leakage and safety risks.

وقد أتاحت هذه التحسينات للمصانع أن تعمل بتوافر أعلى وبتكاليف تشغيلية أقل، ولكن الفيزياء الأساسية حدت من مكاسب أخرى في الكفاءة، وبحلول الثمانينات كانت تكلفة الطاقة في الانتشار أكبر تقريباً 8-10 مرات في وحدة العمل الانفصالي من تكنولوجيا الطرد المركزي الغازي الناشئة.

The Decline of Gaseous Diffusion

الضغوط الاقتصادية

وكان السبب الرئيسي للانخفاض في الانتشار الغازي هو اقتصادات .

الاعتبارات البيئية والمتعلقة بالسلامة

(ب) أن محطات الانتشار الكبيرة تركت آثاراً بيئية كبيرة، وأن الكميات الضخمة من الغازات [(FLT:0]6، إذا تم إطلاقها، يمكن أن تشكل فلوريد الهيدروجين التآكل وفلوريد البولي، وينطوي التخلص من النباتات القديمة على التعامل مع الحواجز الملوثة، والرق، ومواد البناء، وتحتاج مصنع K-25 وحده إلى عقود من الاسترداد والكلفة(6).

إغلاق النباتات

The end of the Cold War and the consolidation of the nuclear industry accelerated closures. The K-25 plant shut down in 1985. The Portsmouth GDP closed in 2001. Paducah remained the last operating U.S. diffusion plant, producing enriched uranium for the nuclear navy and some civilian reactors, until its permanent closure down in 2013.

أساليب الإثراء الحديثة

Gas Centrifuge Technology

The dominant technology today is the gas centrifuge. In a centrifuge, UF6 gas is spun at high speed (tens of thousands of rpm) in a rotor. Centrifugal force causes the heavier

Modern centrifuge plants, such as the URENCO] facilities in the UK, Netherlands, Germany, and the U.S. (Eagle Rock Enrichment Facility), as well as Russia’s [-FLT:2]]Rosatom]] enrichment plants, produce hundreds of tonnes of lowenriched uranium up per year the latest.

إثراء اللازر

وتظل تكنولوجيا غير ناضجة أكثر من ذي قبل تجارياً ] لازر فصل النظائر .() وتظل عملية SILEX (تطوير أجهزة الإيسوبتس بواسطة إمتحان لازر) تستخدم الضوء المشبع للأشعة إلى المبيدات الحشرية بصورة انتقائية 235[أصول جمع البصمة:3].

الجدول المتعلق بالمقارنات

Note: A simple comparison cannot be rendered in HTML without a table element; instead we list key metrics in a structured paragraph list.]

  • strong ⁇ Energy consumption:/strong ⁇ Diffusion ~2500 kWh/SWU; Centrifuge:50 kWh/SWU; Laser 50 kWh/SWU (projected).
  • Cascade size:] Diffusion requires 1000–2000 stages; Centrifuge 10–20 stages; Laser potentially fewer.
  • Capital cost:] Diffusion plants cost billions for a large facility; Centrifuge plants are modular and cheaper per SWU.
  • ] مرونة في التشغيل: ] يمكن البدء في عمليات الطرد المركزي/الاستعمال بسرعة؛ وتحتاج محطات النشر إلى قوة كاملة ثابتة.

دروس من ارتفاع وسقوط الدهوس الغاشم

إن تاريخ الانتشار الغازي مثال على كيفية تحقيق الهيمنة التكنولوجية الأولية لاستبدال أكثر كفاءة، فالاستثمار الهائل في الحواجز والضغط والهياكل الأساسية جعل محطات الانتشار " كبيرة جداً لتفشل " لعدة عقود، ولكن في نهاية المطاف، أدى نهج الطاقة الكثيفة إلى فصل آلي أعلى كفاءة.

ومن الدروس الهامة أهمية حساسية الطاقة بوصفها محركاً للتعطل التكنولوجي، والدرس الآخر هو عدم وجود أي تأثير ] للمرافق الكبيرة التي تعتمد على كثافة رأس المال: فالحجم الذي جعل الانتشار قوياً جداً في الحرب الباردة جعله بطيئاً في التكيف مع العوامل البيئية التي تُدرَج على التكنولوجيات.

وبالنسبة للبلدان التي تنظر الآن في قدرة جديدة على التخصيب، فإن الطريق واضح، إذ لن يبني أحد مصنعاً جديداً لنشرات الغازات اليوم، بل إن تكنولوجيا الطرد المركزي - والأساليب الليزرية المحتملة - ستحدد مستقبل تخصيب اليورانيوم، ومع ذلك فإن تركة الانتشار الغازي لا تزال: فهي توفر الوقود المثرى الذي أطلق السن النووية والأسلحة التي شكلت تجارة الطاقة الأرضية الملوَّثة في الحرب الباردة، وتفهم ارتفاعها وتعطينا تقييماً.

المزيد من القراءة والمراجع