ההעשרה של איאיזוטופ הייתה אבן הפינה של מדע גרעיני ותעשייה, המאפשרת יישומים מדור כוח גרעיני לאדיקטים רפואיים ומחקר מדעי.שיטות העשרה מסורתיות, כגון דיפוזיה גזית וגזיות גז, כבר מעודנים יותר מעשור, אך נותרו בעלי רגישות אנרגיה, הון כבד, ולעתים קרובות מוגבל בסלקטיביות.

ההרחבה המסורתית של איאיזוטופ: חיזוקים ומגבלות

כדי להעריך את הפוטנציאל של ההיתוך, חיוני להבין את השיטות שהיא שואפת להשלים או להחליף.התהליכים ההעשרה המסורתיים הנפוצים ביותר הם FLT:0;0) דיפוזיה גזית 1 ו-FLT:2gas CentrifigationFLT 3: שניהם מפותחים במהלך פרויקט מנהטן ומעודנים מאז.

דיפוזיה גזית מסתמכת על התעריפים השונים במקצת שבה מולקולות של ההמונים האוטופיים השונים עוברים דרך מנברון ⁇ .עבור אורניום, אורניום hexafluoride (UF6), מובלים באמצעות אלפי שלבים של מחסומים דיפוזיה.כל שלב מגביר את ריכוז של מתקני FLT:0235Fevolvetope על ידי רק שבריר קטנה, הדורשת כמות עצומה של חשמל עד כמה שעות).

נציין גז, שפותח מאוחר יותר, הוא יותר יעיל באנרגיה.הוא ספין גז UF6 במהירויות גבוהות ברוטטור, יצירת כוח צנטריפוגי המפריד כבד יותר FLT:0238FLT:1UF6 מאלמנטים קלים יותר של SWFLT: 2235FLT 3UF6.

שיטות מסורתיות אחרות קיימות, כגון הפרדה איזוטופ אלקטרומגנטית (Calutron), הפרדה של איזוטופ לייזר (למשל, AVLIS), וחילופי כימיקלים.אבל לכל אחד יש את הבורסות שלו בעלות, דרך חישוב, אוסלקטיביות. כמו הביקוש לאאיזוטופים מיוחדים גדל - עבור הדמיה רפואית, טיפול בסרטן, משככי גרעיני, ועיצובים מתקדמים - הצורך בטכניקות גמישות ויעילות יותר.

עקרונות של Fusion Enrichment

טכניקות העשרה של פיוז'ן מנצלות את הסביבה הפיזית הייחודית של תגובה של היתוך גרעיני כדי להפריד איזוטופים.הרעיון המרכזי הוא להשתמש בטמפרטורה גבוהה, צפיפות גבוהה, ושדות אלקטרומגנטיים אינטנסיביים של פלזמה היתוך כדי לתמרן איזוטופים המבוססים על המאפיינים הגרעיניים שלהם - כגון מסה, מטען או חצי-סעיף לתגובות של היתוך - ולא רק על הבדלים חד-אטומיים.

בפזזמה של היתוך, אטומים הם מסולקים מהאלקטרונים שלהם, יצירת מרק של ions ואלקטרונים בטמפרטורות מיליוני מעלות. בתנאים אלה, ההתנהגות של ions מושפעת מיחס המסה שלהם, בדיוק כמו בספקטרום המוני, אבל בקנה מידה גדול בהרבה.על ידי יישום שדות מגנטיים או שימוש בסיסמאות לייזר, ספציפי הוא יכול להיות מוגבל או מופרעת בזמן אמתי, המאפשר זמן אמיתי.

אחד מושג מפתח הוא (FLT:0) האצה של Cyotron האצה של ההרחבה: 1) בשדה מגנטי, בצלים של ההמונים שונים יש תדרי מחזור שונים.על ידי יישום שדות רדיו ⁇ (RF) בתדר חוזר של 3 של איזוטופ מסוים, כי איזוטופ יכול להיות מואץ לאנרגיות גבוהות יותר, בעוד אחרים נשארים ללא השפעה על זה שונה יכול לשמש כדי להפריד בין המינים של דלקת פרקים (Fotson) הוא הרבה יותר, כגון מחזורי דם) כדי למחזור אופניים, או מחזורית (HFotranbnbnbsponic) הוא הרבה יותר, או accotrad) הוא נוטה למחזורית (Ricial) כדי למחזורית (מחץ אופניים, הוא נוטה למחזורית (מחץ) כדי למחזורית (Ricial) כדי למחזור אופניים, הוא הרבה יותר, כמו מחזורי דם) כדי למחזורי תיבות של מחזורי תיבות של מחזורית (Ricial) כדי למחזורית (Ricial) כדי למנוע מחזורית (Ricial) כדי למחזורית (Ricial) כדי למנוע מחזורי, הוא נוטה למחזורי תיבות של מחזורי תיבות של מחזורי תיבות של מחזורית (Ricial נוזל חלופית

(ב) גישה אחרת מסתמכת על תגובות היתוך:0 גרעין תגובות פיזור:1 (בכור היתוך, איזוטופים מסוימים עשויים לעבור תגובות היתוך עם תות דלק (למשל, ניוון או טריטיום) יותר בקלות מאשר אחרים. על ידי תכנון הרכב פלזמה כזה כי האיזוטופ הרצוי מגיב ומייצר מוצר מזוהה, ניתן לקצור או להסיר את התגובה של 3DFotua הוא רלוונטי במיוחד עבור 3:4.

העשרת הפיוז'ן כוללת גם את המושגים של ICFLT:0.0.(ICF) היתוך מוגבל (ICF) פיזור:1LT:1; ב- ICF, לייזר אינטנסיבי או ion beams דחוסים זעיר של דלק היתוך לתנודות קיצונית וטמפרטורות, תוך פיזור מהיר יותר של חלקיקים לא רצויים, הוא גם סגסוגת גרעינית, לאחר אפילפטית, או ירידה מהירה יותר, לאחר אפילפטיעתית, היא עלולה לשמש אטמוספירה מהירה יותר, לאחר אטמוספירה טבעית של זיהומים מהירים יותר, או ירידה מהירה יותר, לאחר אטמוספירה של אטומית, לאחר אפילפטיים, היא עלולה להיות מזהמים, לאחר מזהמים, לאחר מזהמים, היא יעילה יותר, לאחר מזהמים, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, או ירידה מהירה יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, או ירידה מהירה יותר, הוא יכול לשמש מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים יותר, לאחר מזהמים מהירים

סוגי גישות של Fusion Enrichment

תצורת קוסמטיקה פיוז'ן (MCF) מבוססת שיטות

מכשירים מגנטיים כגון tokamaks ו stellarators לשמור על פלזמה חמה לתקופות מורחבות (שניות עד דקות) מכונות אלה כבר מפותחות לייצור אנרגיה, אבל הפוטנציאל שלהם להעשרת איזוטופים מוכר יותר ויותר. על ידי יישום ICRH או טכניקות חימום RF אחרות מכוון למסה מסוימת של אלומיניום, אחד יכול באופן סלקטיבי כי הוא איזוטופים אנרגטיים לאחר מכן הוכחו על ידי חלקיקים מהירים יותר מאשר פלזמה או פלזמה, ניתן להפריד בין אזורי פלסמה, 000 איטי יותר מאשר פלסמה, 000.

שיטות מבוססות אינפורמטיביות (ICF)

(האירועים ICF יוצרים תנאים קיצוניים שניתן לנצלם להעשרה.בגרסה "אסלר הפרדה איזוטופית", לייזר מכוונן בדיוק יכול לשמש כדי להונות באופן סלקטיבי איזוטופ יחיד מ-Vapor אטומי מעורב.המושגים מואצים ונאספים על לוחיות מואשמים.

לייזר-Driven Fusion Enrichment

גישה היברידית מבטיחה אחרת משתמשת דופקי לייזר אינטנסיביים כדי ליצור פלזמה קטנה של היתוך (לעתים נקרא "היתוך מונע על ידיlaser" או "זרימה מהירה") לייזר יכול לשמש גם בו זמנית ככלי ioning סלקטיבית. על ידי שילוב צפיפות האנרגיה הגבוהה של פלזמה לייזר עם הבחירה ההמונית של ion לייזר, אחד יכול להשיג גורמי העשרה גבוהים מאוד בנורה אחת.

יתרונות על שיטות מסורתיות

טכניקות להעשרת פיוז'ן מציעות מספר יתרונות פוטנציאליים שיכולים לטפל במגבלות של הפרדה קונבנציונלית.

  • (הדגשה:0) אנרגיה גבוהה יותר: ⁇ 1 (Falveal) פיזור גזי מסורתי צור כמויות עצומות של אנרגיה - עד 2,500-3,000 קילוואטה ל SWU עבור צמחים מבוגרים יותר.גז ציטטור דורש כ 50 קילוואט ל SWU. בניגוד, ההיתוך יכול להשיג עבודה דומה או טובה יותר עם רק חלק של אנרגיה, כי ניתן להשוות בין אם כי התקני פלסמה מסוימים הוא רק על ידי קיבולת גבוהה על ידי פיזור אנרגיה הוא יכול להיות פיזור על ידי כמה פלסמה או יותר מאשר פלסמה הוא מסוגל להיות פיזור היא רק על ידי כמה שיטות טיפול יעיל על ידי כמה פיזור היא רק על ידי כמה פיזור היא רק על ידי כמה פלסמה הוא מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות פיזור של צריכת על ידי כמה פיזור של צריכת פיזור של צריכת פלסמה או פלסמה הוא רק על ידי כמה פלסמה היא רק על ידי כמה פיזור של צריכת פיזור היא רק על ידי כמה פיזור יעיל על ידי כמה פלסמה הוא רק על ידי כמה שיטות טיפול יעיל על ידי כמה פיזור של אנרגיה יכול להיות פיזור של אנרגיה יכול להיות פיזור היא רק על ידי כמה פיזור של אנרגיה יכול להיות פלסמה הוא רק על ידי כמה
  • (הפסקה:0) גדול יותר של בחירה: ⁇ ⁇ 1 ; כי העשרה מוסמך על תופעות של התחדשות גרעינית או אטומית, זה יכול להשיג בחירה גבוהה מאוד בין איזוטופים של אותו אלמנט.לדוגמה, הפרדה בין השלבים FLT:2235FLT 3U מ FLT:4238FLT:5U הוא מאתגר עבור פיזור מספר זה רק 10 אחוזים של תכונות של פיזור דרמטי של פיזור גרעיני או פיזור (אך ניתן להפחית את זה רק 10)
  • (FLT:0) הדפסה פיזית: FLT:1 מכשיר ההיתוך עשוי להיות הרבה יותר קומפקטי מאשר קדמיון של אלפי צנטריפוגות או מיליוני מחסומים דיפוזיה. A יחיד tokamak או לייזר תאי יעד יכול לבצע את העבודה של צמח העשרה שלם.זה אטרקטיבי במיוחד עבור יישומים בקנה מידה קטן יותר, כגון ייצור isotopes in מתקנים המבוססים על בית חולים.
  • (FLT:0)Lower Waste and Environmental Impact:FLT:1 ההעשרה המסורתית מייצרת זנבות (אורניום מדולדל) אשר ישמרו כמה רדיואקטיביות ודורשים אחסון לטווח ארוך.פיוז'ן יכול למזער פסולת על ידי הסרת סלקטיבית רק את איזוטופ הרצוי בעת עזיבת הנותרים כמעט טהור.
  • (ב) חלק מהאלמנטים לא ניתן להפריד בקלות על ידי צנטריפוגה, כי הם אינם מהווים תרכובות תנודתיות יציבות.לדוגמה, הפרדה של FLT:29903FLT 3 (שימוש בדמיית) ממוצרים של שיתוק רפואי או ממולידוני טבעי נעשה כיום באמצעות תהליכים מורכבים של רדיו-כימיקלים, אשר ניתן למצוא דרך היתוך באופן ישיר, באופן ישיר, באמצעות רצף לייזר או באמצעות רטיקולנוע, או מפלט בלתי-מחדש, באופן ישיר, באמצעות אטומי, או מפלט טבעי, או מפלט, הוא יכול להיות מפלט, באופן ישיר, באמצעות שימוש בתכליתי, באמצעות שימוש ברזולוציה לייזר, או מפלט בלתי-מחדש, הוא עשוי, או מפלט.
  • (FLT:0)פונטני עבור Breeding ו Transmutation: FLT:1 מכשיר העשרה של היתוך יכול לשרת מטרות כפולות: העשרה של איזוטופים תוך יצירת נויטרונים עבור חומר רבייה או Transmuting פסולת גרעינית ארוכת ימים.סינרגיה זו יכולה להפוך את ההעשרה כלכלית אטרקטיבית, במיוחד אם מכשיר ההיתוך משמש גם לייצור אנרגיה.

אתגרים ומכשולים טכניים

למרות היתרונות המבטיחים הללו, העשרה של ההיתוך מתמודדת עם אתגרים אדירים שיש להתגבר עליהם לפני שהיא יכולה להפוך לטכנולוגיה מעשית.

פלזמה יציבות ושליטה

שמירה על פלזמה יציבה די זמן כדי לבצע העשרה קשה.במכשירים מגבילים מגנטיים, חוסר יכולת כגון ראותותת, צורות קצה-הקליזציה (ELMs), או הפרעות עלולות לגרום לאובדן מהיר של מגבלות, הזרקת כל האיזוטופים ללא הבחנה. Achieving את המצב הגורטי המדויק של חימום סלקטיבי תוך הימנעות מערת פלזמה היא גורם טכני גדול אפילו בלתי-סימטרי.

עלויות הון ומורכבות הנדסה

מכשירי פיוז'ן הם בין המכונות המורכבות ביותר שנבנו אי פעם.ק.ק.ק. (כמו ITER) עולה כמה מיליארד דולר ודורשים מגנטים מתקדמים, מערכות ריק וטיפול בטריטוניום.הפחתת מכשירים כאלה למטרות העשרה עדיין עשוי להיות יקר ללא הגבלה עבור כל אך מערכות המוטעיות היקרות ביותר.

בעיות חומר וטריטיום

פלזמות פיוז'ן הן מאוד חמות וקורוזיות.Erosion of פלזמה-הבסיסה יכול לסווג את פלזמה, בין היתר חימום סלקטיבית ולגרום לאובדן של טוהר איזוטופ.בנוסף, אם התגובה ההיתוך עצמו הוא חלק מתהליך העשרה (למשל, D-T היתוך), טיפול טריטיום הופך הכרחי, הוספת דרישות בטיחות קורנולוגיות.

נמוך באמצעותput

ניסויים היתוך נוכחי מייצרים כמויות קטנות יחסית של חומר מועשר.לדוגמה, a tokamak עשוי לעבד כמה גרם של דלק לכל זריקה, בעוד מתקן העשרה צריך לעבד קילוגרמים ליום. Scaling up דרךput על ידי פקודות של גודל ללא אופטימיזציה של סלקטיבית היא אתגר הנדסי גדול. - שיטות מונע לייזר יכול להשיג העשרה גבוהה עבור ירי אבל הם מוגבלים על ידי שיעורי לייזר (בדרך כלל 1-10 עבור לייזר 1- 10 מהיר).

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

כל טכניקה שיכולה להעשיר אורניום או לייצר חומר ברמה נשק מעלה סיכונים רבת-העשרה.שיטות ההעשרה של פיוז'ן עלולות להיות קשות יותר לפקח על צנטריפוגות כי הם עשויים לפעול במצב מואץ, להשתמש בחומרי מזון שונים, או להיות קשה יותר לזהות מרחוק. אמצעי הגנה בינלאומיים יצטרכו להתאים.עם זאת, כמה שיטות העשרה של ההיתוך עשוי להיות מתאים יותר להעשרת תרופות רפואיות מאשר אורניום, צמצום סיכונים התפוצה.

מחקר ופיתוח נוכחי

מחקר להעשרת ההיתוך הוא נרדף במספר מעבדות ואוניברסיטאות ברחבי העולם, בעוד שאין מפעל להעשרת ההיתוך המסחרי עדיין קיים, נעשו ניסויים משמעותיים בהוכחה לתפיסתם.

דוגמה בולטת אחת היא העבודה ב-FLT:0 (ג'וינט האירופי טורוס (JET) 1FuaLT:1 ו-FLT:2DIII-DigFLT 3 tokamaks, שבו ICRH שימש להסיט חום סלקטיבית ולהסיר את האיזוטופים המימן מניסויי פלזמה.

ב-[[1924]], החוקרים חקרו את השימוש ב-ICF כדי להפריד בין איזוטופים של גזים אציליים (NIF) כולל כמות של xenon או krypton ב- היתוך יעד, החסימה מחסמצמצמצמצמת את הגז יחד עם דלק.

שיטות מבוססות לייזר מתקדמות יותר, והם כבר מצאו יישום מסחרי לייצור איזוטופ רפואי.ה-FLT:0.01UMPF לייזר InstituteveFLT:1 בגרמניה, למשל, משתמש בלייזרים מופולים כדי לבטל יעד molybdenum, ולאחר מכן resonantionizing את ה- vapor עם לייזר שני לאסוף FLT:299FLT 3, אך אינו יכול להדגים את תהליך ההיתוך (אך אינו יכול להיות מדגימה).

(בצד התיאורטי, חוקרים ב-FLT:0)MITFigalLT:1 ו- (FLT:2) אוניברסיטת קליפורניה, ברקלייראופל 3 מפתחים מודלים כדי לחזות את הפרמטרים פלזמה אופטימלית עבור הפרדה איזוטופית ב tokamaks.הם חוקרים את השימוש של חישובים קלים (FLT:4ionotron) של תדרים (ICRF) LT5 עבור רכיבים כבדים יותר כמו zacium / ק"מ) יכול להיות מועשר עד כמה ק"מ"מ"מ"מ"מ"ל) עד כמה ק"מ יכול להיות מועשר עד 10 ימים עד 10)

אפשרויות עתידיות ואפקטים פוטנציאליים

אם ניתן לעשות מעשי העשרה של היתוך, ההשפעה שלה על טכנולוגיה גרעינית יכולה להיות משתנה.כאן כמה תרחישים אפשריים.

המונחים:מסורת מסורתית

בטווח הקרוב (10–20 שנים), העשרה של היתוך היא כנראה להשלים שיטות מסורתיות ולא להחליף אותם.לדוגמה, מכשיר העשרה של היתוך יכול לשמש "פוליטי" את התפוקה של קערת צנטריפוגג', השגת רמת העשרה גבוהה יותר מאשר אפשרי עם צנטריפוגות בלבד.זה יכול להפחית את מספר הצנטריפוגות הדרושות לייצור גבוה של אורניום עשירות גבוהה יותר (UCE) אשר דורש כיום עלייה של 20% מהרמה של HUCEUCEUCEUCE.

אספקת Isotopes רפואיים ותעשייתיים

(ה) יישום מוקדם ככל הנראה בייצור איזוטופים לרפואה ולתעשייה.רבות מהאיזוטופים הרפואיים (למשל, FLT:09903FLT:1Mo,FLT:264FLT 3:CuLT 3:Cu,FLT:48989FLT:5Sr,FLT 1:225FLT 7Ac) ניתן כיום להעשיר כורים גרעיניים או לאספקת לייזרים אלה, אך הם עלולים באופן דרמטי, אך ורק על ידי אספקת לייזרים.

צמצום פסולת גרעינית

ההיתוך בשילוב עם טרנסמוטציה יכול להפחית את נפח ורדיוקסיות של דלק גרעיני בילו (למשל, מכשיר היתוך יכול להסיר באופן סלקטיבי איזוטופים ארוכים (כמו FLT:099FLT:1Tc או FLT:2129FLT 3: 3I) מפסולת מעובדת, ולאחר מכן לעבור אותם לתוך יציב או קצר-חיים הוא באמצעות היתוך ארוך זה.

ייצור אנרגיה ושגשוג היברידי

מערכת של היתוך היברידית יכולה לייצר אנרגיה תוך כדי העשרה אורניום או גידול פלוטוניום.שמיכה היתוך היה מכיל אורניום טבעי או thorium; היתוך נויטרונים יפחיתו חלק מהאיזוטופים הכבדים וטרנסט אחרים לתוך חומר פיזיול.הדלק המועשר יכול להיות מופק ומשמש בכורות סדקים קונבנציונליים כאלה יכול להפחית את הצורך באופן דרסטי לייצור חשמל אטרקטיבי יותר.

אתגרים מתפשטים

אימוץ נרחב של ההיתוך ידרוש אמצעי הגנה בינלאומיים חזקים.הפוטנציאל של מכשירים להעשרת המונים קטנים, קשים לדיסק מעלה חששות לא הפצתיים.עם זאת, מכשירי ההיתוך עשויים להיות מורכבים ודורשים טכנולוגיה מתקדמת שאינה מוסתרת בקלות.

מסקנה

טכניקות העשרה של פיוז'ן מייצגות עזיבה נועזת מן השיטות הישנות של הפרדה איזוטופית במאה השנים.על ידי ניצול הפיזיקה הייחודית של פלזמות היתוך, הן מציעות את האפשרות של יעילות גבוהה יותר, סלקטיבית גדולה יותר, והשפעה סביבתית נמוכה יותר.האתגרים הטכניים נשארים ניתנים לכדי midable - החל מיציבות פלזמה ועד לשקעים - אך מחקר מתמשך במעבדות של היתוך ומתקנים של השקעות ברחבי העולם מתקדם יותר, בעוד שסביר להניח כי הוא עשוי להעשירייה מלאה של זמן רב יותר של זמן רב יותר, או אוויריות, עם היתוך רפואי, מוקדם יותר, אולי יותר, סביר יותר, כמו גם כן, כמו גם עבור שיטות ארוכות יותר, או היתוך, עלולות גבוהה יותר, אך הוא עשוי להיות ארוך יותר, עם היתוך גבוה יותר, מוקדם יותר, מוקדם יותר, מוקדם יותר, אך מחקר מתמשך, עם שיטות אוויריות גבוהה יותר, מוקדם יותר, מוקדם יותר, מוקדם יותר, עם היתוך אוויריות גבוהה יותר, עם היתוך, מוקדם יותר, מוקדם יותר, מוקדם יותר, מוקדם יותר, עם היתוך, מוקדם יותר, עם היתוך אוויריות גבוהה יותר, מוקדם יותר, סביר יותר, סביר יותר, אך מחקר מתמשך, עם היתוך