המדע מאחורי ההשכלה האורניום: סקירה מקיפה

ההעשרה האורניום היא אחד התהליכים התעשייתיים התובעניים ביותר שפותחו אי פעם, אך היא מדגישה את שאיפות האנרגיה הנקיות של כוח גרעיני ואת חישוב אסטרטגי של נשק גרעיני.בגרעין שלה, העשרה מגבירה את הריכוז של אורניום איזוטופ 235 (U-235) משפע טבעי של כ-0.4% לרמות המתאימות לדלק (בדרך כלל 3–5% U-235) או ליתר דיוק, היא בעלת מבנה כימי קבוע, אך ורק לעידן של כימיה מודרני של צמיחה, אך הוא גורם מרכזי של כימיה מודרנית של צמיחה, אך הוא גורם מרכזי של צמיחה, כמו כן, הוא מהווה כיום, כמו כן, בין- 90%, ושגשוגו של כימיה מודרנית של צמיחה, ושגשוגו של כ-75 אחוזים, ושגשוגו של כימיה מודרנית של צמיחה, ושגשוגו של כימיה מודרנית, ושגשוג, בין- 90%, בין- 90% מהתחום הכימיה, בין- 90%, אשר דורש רמה של כימיה מודרנית של כימיה מודרנית של כימיה מודרנית של צמיחה, אשר דורש רמה של צמיחה, אשר דורש רמה של צמיחה, בין- 90%, של צמיחה טכנולוגית, בין-6%, אשר דורש רמה של כ-6%, אשר הוא גורם מרכזי של כ-6%, אשר דורש רמה של כ- 90%, אשר הוא גורם מרכזי של צמיחה, כמו כן, כמו

אתגר יסוד: הפרדה איאיזוטופ

אורניום מתרחש באופן טבעי כשלוש איזוטופים: אורניום-234 (כמויות גזע), אורניום-235 (0.71%), אורניום-238 (99.28%) ההבדל העיקרי שמנצלים הוא מסה.U-238 יש שלושה שלבים יותר נויטרונים מאשר U-235, מה שהופך אותו בערך 1.3% כבד יותר.

השכפול המעשי הוא עצום: צמח העשרה טיפוסי מכיל אלפי צנטריפוגות (או שלבים דיפוזיה), כל אחד מהם מבצע קיצוץ קטן בהתאוששות.אתגר ההנדסי אינו רק הפיזיקה, אלא גם מדעי החומר, ייצור דיוק, ובקרת תפעולית הנדרשת כדי לשמור על מכונות אלה לרוץ ברציפות במשך עשרות שנים ללא כישלון.

היסטוריה של ארסניום Enrichment

מאמצי ההעשרה הראשונים היו חלק מפרויקט מנהטן במהלך מלחמת העולם השנייה.מדענים חקרו ארבע גישות עיקריות: הפרדה אלקטרומגנטית (calutrons), דיפוזיה גזית, דיפוזיה תרמית נוזלית, וצמצום השיטה האלקטרומגנטית - למעשה ספקטרום המוני ענק - הייתה השיטה המוצלחת ביותר, הפקת U-235 עבור הפצצה הירושימה, עם זאת, היא הייתה מאוד אנרגיה, צריכת חשמל קטן כמו עיר קטנה.

לאחר המלחמה, דיפוזיה גזית הפכה לטכנולוגיה המובילה בעולם להעשרת צמחים מסיביים באוק רידג' (Tennessee), Paducah (Kentucky), ופורטסמומה (Ohio) השתמשו אלפי מלמברנס ⁇ לאט לאט לאט מפריד איזוטופים על ידי פציפוז מולקולרית.Diffusion הוא מאוד אנרגיה-hungry: U.S.f בשימוש על פני פסגות של כוח חשמליות של 3% של כוחם.

המהפכה הבאה באה עם הגזים צנטריפוגה.ה פריצת הדרך העיקרית הייתה ה-FLT:0Zippe StrifugeFLT:1, שפותחה על ידי המדען האוסטרי גרנו זילוף במהלך ואחרי מלחמת העולם השנייה, העיצוב שלו השתמש בסיבוב מסתובב במהירויות סופרוזיות בתוך תעשיית גז בלחץ נמוך היום, מונע על ידי מנוע פשוט ומודרך על ידי מגנטיים.

לאחרונה, טכנולוגיות להעשרת לייזר עברו לקראת המסחר.תהליך SILEX (הפרדת איזוטופים על ידי לייזר Exציטוט), שפותחו באוסטרליה וכעת מורשה על ידי Global לייזר Enrichment (GE-Hitachi), מבטיח להיות אפילו יותר יעיל מאשר צנטריפוגה, אם כי היא מתמודדת עם מכשולים רגולטוריים ומסחריים.

שיטות עשירות מודרניות

גזי Diffusion

דיפוזיה גזית מסתמכת על חוק ההיתוך של גרהאם: גז עם שלבים קלים יותר של הפיגום באמצעות מזכרת ⁇ מעט מהר יותר מאשר אחד כבד יותר אורניום מומר לתוך אורניום hexafluoride (UF6), אשר לאחר מכן נאלץ לעבור אלפי נקבוביות מיקרוסקופיות ניקל או אלומיניום membranes. מולקולה בהירה המכילה UF6 U-235 U-ups במהירות גבוהה יותר מגובה של Uint U.

למרות חוסר היעילות שלו, דיפוזיה בנתה את התשתית לעידן הגרעיני ויצרה את רוב הדלק המועשר במשך ארבעה עשורים.הטכנולוגיה נחשבת מיושנת לבנייה חדשה, אם כי כמה מתקנים ישנים יותר נותרו בשימוש במדינות כמו צרפת (ג'ורג' בייס השני משתמש כיום ב-Crefuge).

גז Centrifugation

הגז הוא הטכנולוגיה הממלכותית של ההעשרה המודרנית אורניום.העיקרון פשוט באלגנטיות: לסובב גליל מלא גז UF6 במהירות גבוהה מאוד - טיפ רוטר ממהירויות של 600 מטרים לשנייה, מהר יותר מאשר מהירות הקול בשלבים אוויריים - ו-238 U-238 כבד הוא איזוטופה נזרק החוצה, בעוד U-235 בהיר יותר למרכז.

כל צנטריפוגה היא פלא של הנדסה מדויקת. Rotors עשויים מחומרים גבוהים כמו מריגה פלדה או סיבי פחמן, חייב להיות מאוזן לחלוטין כדי להימנע רטט הרסני, ולפעול בתוך תא ריק כדי להפחית את החיכוך.המכונות לרוץ במהירות גבוהה במשך שנים רצופות עם תחזוקה מינימלית.אולם הצנטריפוגה כולו חייב להיות מעודף נקי, כמו גרגר אבק אחד יכול לזרוק מהפך של איזון סטרואט, לגרום בערך 20 סנטי של החיים קטסטרופליים.

מפעילי הצנטריפוגה המובילים הם Urenco (החלים של צמחים בהולנד, גרמניה, בריטניה וארצות הברית), הטלוויזיה של רוסיה (חלק רוזטרום), וקיבולת ה-CNNC. Enrichment נמדדת ביחידות עבודה ספרדית (SWU), עם יכולת שנתית גלובלית כיום כ-60 מיליון SWU, אשר רוסיה מספקת כמחצית.

לייזר Enrichment

שיטות להעשרת לייזר נועדו לנצל את ההבדלים הקלים ברמות האנרגיה האטומית בין U-235 לבין U-238.השיטה המתקדמת ביותר היא דלקת לייזר מולקולרית איזוטופ (MLIS), אשר חל על גז UF6. A במיוחד מכוונן לייזר אינפרא אדום באופן סלקטיבי של U-235 במולקולה UF6, אשר לאחר מכן עבר תגובה כימית מועשרת UFx כדי לקדם את המכירות של הלייזר, או ה-FLTsstantexi, הוא כעת, הוא מוכר לייזר משותף של IFLTIFLT (הת של מערכת לייזר מבוזרת IFLT) אשר הוא מוכר על ידי מערכת לייזר מבוזרת (הת IFLT) אשר הוא כבר 1 של IFLT) אשר הוא מוכר על ידי מערכת לייזר מבוזרת IFLT2A, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 פעיל של חברת לייזר מבוזרת של חברת לייזר מבוזרת IFLTS.

העשרה לייזר מציעה את הפוטנציאל של גורמים להעשרה גבוהה מאוד בשלב אחד, צמצום מאוד של אורכו של קסקי, עלויות הון וצריכת אנרגיה.זה גם קל יותר להסתיר מאשר צמח צנטריפוגה, מה שהופך אותו לדאגה כפולה לשימוש.עם זאת, הטכנולוגיה נותרה ללא הוכחה בקנה מידה מסחרי.כמה ניסיונות לא הצליחו מסיבות טכניות וכלכליות, כולל תוכנית AVSLIS בארה"ב אשר הייתה מסוגלת להעשירה של מערכת לייזר מצליחה, אך ורק אם היא עדיין יכולה להיות בעלת טווח לייזר פתוח.

שיטות עשירות אחרות

מספר גישות אחרות פותחו, רובם שנותרו בקנה מידה המעבדה.0. [Aeroדינמית העשרה]1 (השימוש בתוכנית הדרום אפריקאית לשעבר) משתמשים ב nozzles מעוצבים כדי ליצור כוחות צנטריפוגיים בשלב גזי-FLT:2Electromagnetic הוא איזוטופ הפרדה (EMIS)FLT:3 - ה- calutron המקורי - שימשהתחליף הכימי שלה, אך לא ניתן לשחזר בין שני גורמים כימיים.

Enrichment Cascades ו יחידת העבודה הספרדית

(ב) שלב מבדיל יחיד יכול לייצר רק עלייה קטנה בריכוז U-235. כדי להגיע לרמות מועילות, שלבים רבים מחוברים ברצף (קער) שבו המוצר המועשר משלב אחד מזין את הבא, ואת הזנב המנופח מכל שלב נתון ממוחזר או מופץ על ידי ה-Valzenment 14.5 U:0en%F1LT בהדרגה מגביר את הריכוז U235; F2; ULT5) מ-U.

ה-Sams Assay הוא פרמטר כלכלי חשוב: הורדת זנבות (הירידה פחות U-235 בפסולת) דורשת עבודה שוויונית יותר, אך משתמשת בפחות מזון אורניום.מפעילי צמח אנרגמנט מייעלים זנבות בסביבות 0.25–0.3% כדי לאזן עלויות מזון ואנרגיה.האורניום המנופל (DU) הוא כ- 0.2-30.3% U-235 ומאוחסנים כ- UF במשך זמן ארוך או בשימוש בתחמושת צבאית.

רמות עשירות ויישומים

(FLT:0) Uranium (LEUIRLT:1 מוגדר אורניום עם ריכוז U-235 מתחת 20%.רוב כורים מים קלים (LWRs) פועלים על LEU של 3–5% U-235 כורים מחקר (או כורים מתקדמים) דורשות LEU בטווח 5-20%, אך רוב עצום של יכולת ההעשרה של העולם משמש 3–50% כורים חדשים (UR) ו-URUSTernremeremeretreme) כורים חדשים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כורים מתקדמים, כלומר, כורים מתקדמים, כלומר, כורים מתקדמים, כורים, כלומר, כלומר, הם בעלי טווח 56% (U-U-R) דורשים כורים מתקדמים, 000, 000, 000, 000 כורים מתקדמים, 000, 000 כורים מתקדמים, 000) של כורים מתקדמים, 000, 000, 000, 000, 000 של צמחים, 000, 000, 000, 000 כורים מתקדמים, 000, 000, 000, 000 כורים מתקדמים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כורים מתקדמים, 000, 000 כורים מתקדמים, 000 כורים ל-U-

(FLT:0) ,Enriched Uranium (HEUIRFLT) 1 הוא כל אורניום עם מגה 20% U-235.com הוא בדרך כלל מועשר ל-93 או יותר.HEU) משמש גם לדלק כור ימי (סובמורים, נושאת מטוסים) ולעבור כורים מחקר מסוימים ייצור של איזוטופים רפואיים.

סיכונים ואבטחתם הבינלאומית

אותה טכנולוגיה שמאפשרת לאנרגיה גרעינית שלווה מספקת גם את היכולת לייצר חומר ברמה נשק.דילמה דו-מנועית זו בלב של מתקני אי-הפצת גרעין.גז צנטריפוגה, במיוחד, מהווה אתגר מיוחד משום שהם קומפקטיים, קומפקטיים יחסית יעילים באנרגיה, וניתן להגדירם ב-Creximentsliment-Climates (מפרקים) אשר מועשרים מאנרגיה טבעית לדרגה נוספת בשבועות או חודשים.

למרות אמצעים אלה, כמה מדינות רדפו אחר תוכניות להעשרת חשאיות.רשת A.Q. Khan סיפקה באופן בלתי חוקי עיצובים ורכיבים לאיראן, לוב וצפון קוריאה.תוכנית ההעשרה של איראן, אם כי תחת אימות IEA, הייתה מקור לעימות דיפלומטי אינטנסיבי כי העשרה לדרגות של רמה קרובה של רשתות פורדויון תועדה בתחילת 2010, אך היא מגבילה לחלוטין את הספקים של המערכת הגרעינית, אך היא מוגבלת לחלוטין, אך היא מוגבלת לשיטות הנית של קבוצות של מערכות בקרה גרעיניות (NS), אך הן יכולות להעשרת מטוסים, אך הן יכולות אלה, אך הן בלתי מוגבלות, אך הן בלתי מוגבלות, אך הן מתחום ה-ה של קבוצות של קבוצות הגורמות להעשרת מטוסים, אך הן מתחום הגורמות להעשרת חומרים אלה, אך הן בלתי-אימפריאליסטיות, אך הן בלתי-אימפריאליסטיות, אך הן מתחום ה-אימפריאליסטיות, אך הן מתחום הגורמות להעשרת מטוסים, אך הן בלתי-ה, אך הן בלתי-ה, אך הן בלתי-אימפריאליסטיות, אך הן מתחום המגבלות של טכנולוגיות קשות, אך הן בלתי-ה, אך הן בלתי-ה, אך הן, אך הן בלתי-אימפריאליסטיות, אך הן בלתי-

חששות התפוצה העתידית כוללים את הפוטנציאל להעשרת לייזר, אשר יכול להיות אפילו קל יותר להסתיר מאשר צנטריפוגות. תהליך להעשרת לייזר יכול להיות לרוץ במתקן קטן בגודל של מחסן, צריכת חשמל קטן יחסית.זה הביא שיחות לחזק את הפיקוח הבינלאומי של תהליכי לייזר אטומיים מולקולריים, למרות שאף אחד עדיין לא מסחרי.

שיקולים סביבתיים ואנרגיה

ההעשרה אורניום היא תעשייה בעלת אנרגיה.צמחים דיפוזיה גזיים לצרוך כמויות עצומות של חשמל - מספיק כי העלות של העשרה נשלטת על ידי עלות כוח. Centrifuge צמחים, לעומת זאת, לצרוך בערך 1/20 של האנרגיה ל SWU, מה שהופך אותם ידידותיים לסביבה הרבה יותר.עם זאת, העשרה עדיין דורשת אנרגיה משמעותית, ואת טביעת הרגל פחמן קשורה תלוי במקור של תחנות חשמל רבות ממוקמים.

המורשת הסביבתית כוללת כמויות גדולות של אורניום מפוספס (DUF6)FLT:1 מאוחסנים בגלי מתכת מחכים להמרה תחמוצת אור או סילוק יציבה.הארה"ב מחזיקה מעל 700,000 טון מטרי של DUF6 ב Paducah ופורטסמות', בעוד שדומה אורניום טבעי, DUF6 הוא מאוד פעיל עם מים reactive וחייב להיות מאוחסן היטב, אם כי הם לא יכולים להיות מעורבים יותר כמו דלקים יעילים יותר (לא ניתן למזגומים) או למזגומים אלה).

השימוש במים ל קירור בכמה צמחי העשרה יכול גם להיות משמעותי, אם כי פחות מאשר עבור תחנות כוח מאובנים.עיצובים מודרניים נועדו עם קירור סגור-פרלופ כדי להפחית את משיכת המים. בעוד תעשיית הגרעין נעה לעבר מחזורי דלק יעילים יותר ובר קיימא, טביעת הרגל הסביבתית של העשרה מופחתת, אבל זה עדיין גורם בניתוחי מחזור חיים של כוח גרעיני.

עתידה של ההשכלה

במבט קדימה, כמה מגמות יעצבו את ההעשרה אורניום קודם, הנוף האספקה משתנה: רוסיה מספקת כיום כ-35–40% משירותי ההעשרה העולמית, אך המלחמה באוקראינה הביאה את השימושים המערביים לחפש רשתות אספקה לא-רוסיות.Urenco ו-Orano (צרפת) זקוקים סוף סוף סוף לקיבולת ניטור מתקדמת, ותחנות נוספות של U.S.S.Crefuge מפותחות על ידי אנרגיה Centrus (באמצעות שינוי אמריקאי טוב יותר) ו-41, אם כי הם זקוקים לצריכת דלק חדשה, אם כי אם כי אם כי הם זקוקים לצריכת דלקים חדשים, לעומת זאת, כלומר, כלומר, לפחות, אם כי הם יצטרכו להגדיל את יכולת הפעלה נמוכה יותר, אם כי הם ייצוא גבוהה יותר, כלומר, כלומר, אם כי הם עלולים, עלייה של 16%, לעומת זאת, אם כי הם זקוקים לקיבולת גבוהה יותר, אם כי אם כי אם כי אם כי הם יצטרכו יותר, צריכת דלק גבוה יותר, על ידי תחנות כוח מסחרית של 16%, צריכת דלק, אם כי הם יצטרכו, לעומת זאת, על ידי תחנות כוח מסחר אלקטרונים, לעומת זאת, אם כי הם עלולים, אם כי הם, אם כי הם יכולים להגדיל את יכולת הפעלה נמוכה יותר, אם כי הם עלולים, אם כי הם

המדע היסודי של הפרדה איזוטופית נשאר זהה לזה שהיה בשנות ה-40, אבל ההנדסה התקדמה עד לנקודה שבה העשרה היא תעשייה בוגרת ואמינה.העשור הבא יבדוק אם הקהילה הבינלאומית יכולה לנהל את הטבע הכפול של הטכנולוגיה הזו תוך עמידה בביקוש הגובר לאנרגיה גרעינית פחמן נמוכה.המדע שמאחורי ההעשרה – נישואים של מכניקה קוונטית, דינמיקות, חומרים וטכנולוגיית – ימשיכו להיות הבסיס הגרעיני של העידן הגרעיני.