यूरेनियम संवर्धन वित्तीय आइसोटोप की एकाग्रता को बढ़ाने की प्रक्रिया है यूरेनियम -235 अधिक प्रचुर मात्रा में ] यूरेनियम -238 ]]. यह कदम वाणिज्यिक परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के उत्पादन के लिए आवश्यक है और ऐतिहासिक रूप से परमाणु हथियारों के लिए। सबसे पहले औद्योगिक पैमाने पर संवर्धन प्रौद्योगिकियों में ] गैसीय प्रसार ]], एक ऐसी विधि है जिसने लगभग आधे सदी के लिए परमाणु युग को परिभाषित किया। हालांकि अब काफी हद तक अप्रचलित है, इसके विकास ने भौतिक विज्ञान और इसके मूल्यवान विकास के बारे में एक मोड़ बिंदु को चिह्नित किया।

The physical of the gaseous प्रसार

गैसीय प्रसार का उपयोग गतिशील गैस सिद्धांत के एक बुनियादी सिद्धांत का शोषण करता है जिसे ग्राहम का कानून : एक दिए गए तापमान पर, जिस दर पर गैस का प्रवाह (एक छिद्रपूर्ण बाधा के माध्यम से गुजरता है) इसके आणविक द्रव्यमान के वर्ग जड़ के विपरीत है। जब यूरेनियम पर लागू किया जाता है, तो तत्व को पहले गैसीय यौगिक में परिवर्तित किया जाता है - यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड (]UF]]6 ] ]]]]] [FLT [F] [Fol]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[Fol [[Fol [[Fol [[[[[Fol [[[Fol][[[[[Fol][[[[[[[[[[[[[[[[[[F]]]]]]]]]]]]]]]]]]][Fol][

एक एकल प्रसार चरण में, गैस को सूक्ष्म छिद्रों के साथ एक झिल्ली के माध्यम से दबाव में मजबूर किया जाता है। हल्के अणुओं को थोड़ा अधिक दर से गुजरते हैं, जो प्रति चरण लगभग 0.2% का एक माइनसकल संवर्धन पैदा करते हैं। 3-5 % ]]235 ]U सांद्रता को प्राप्त करने के लिए, अधिकांश हल्के पानी के बिजली रिएक्टरों के लिए आवश्यक है - या> हथियारों के ग्रेड सामग्री के लिए 80% की आवश्यकता - इस प्रक्रिया को एक cascade ] में हजारों बार दोहराया जाना चाहिए।

बाधाएं और झिल्ली

किसी भी गैसीय प्रसार संयंत्र का दिल इसकी छिद्रपूर्ण बाधा है। प्रारंभिक बाधाएं निकल या sintered सामग्री से बनाई गई थीं, बाद में निकल या एल्यूमीनियम ऑक्साइड के पतले दीवारों वाले ट्यूबों में सुधार हुआ। छिद्रों को असाधारण रूप से छोटा होना चाहिए - ]0.01 से 0.1 माइक्रोन - के आदेश पर दबाव के तहत संरचनात्मक अखंडता को बनाए रखने के दौरान आणविक प्रवाह की अनुमति देने के लिए। बैरियर प्रदर्शन सीधे संवर्धन कारक और ऊर्जा खपत दोनों को प्रभावित करता है। दशकों से, इंजीनियरों ने अधिक एकरूपता और जंग प्रतिरोध के साथ बाधाओं को विकसित किया, जिससे संयंत्र के माध्यम से बढ़ावा मिल गया।

संपीड़न और शीतलक

गैस को बाधा के माध्यम से इसे चलाने के लिए संकुचित किया जाना चाहिए, फिर संपीड़न की गर्मी को हटाने के लिए ठंडा हो गया। यह गैसीय प्रसार को चरम ऊर्जा-intensive] बनाता है। बड़े कम्प्रेसर, अक्सर समर्पित विद्युत सबस्टेशन द्वारा संचालित, बिजली की विशाल मात्रा का उपभोग करते थे। सबसे बड़ा प्रसार संयंत्रों को मध्यम आकार के शहर के रूप में अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, केंटकी में पदुका जीडीपी ने ]3,000 मेगावाट ]]] को चोटी ऑपरेशन पर वापस ले लिया।

ऐतिहासिक विकास: प्रयोगशाला से औद्योगिक स्केल तक

मैनहट्टन परियोजना (1942-1945)

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम की तत्काल आवश्यकता गैसीय प्रसार की तेजी से स्केलिंग को हटा देती है। मैनहट्टन प्रोजेक्ट के तहत, वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने K-25 संयंत्र को ओक रिज, टेनेसी में बनाया। उस समय, यह दुनिया में 4 मिलियन वर्ग मीटर से अधिक का सबसे बड़ा इमारत थी। संयंत्र ने 1945 में ऑपरेशन शुरू किया, यूरेनियम को लगभग 80% 235U के लिए मिश्रित संयोजन के तरीकों का उपयोग करके पहले परमाणु बम के लिए बनाया गया।

इसके साथ ही, S-50 तरल थर्मल प्रसार ने आंशिक संवर्धन फ़ीड प्रदान की, लेकिन अक्षम साबित हुई। 1946 तक, K-25 ने विश्व के समृद्ध यूरेनियम का प्राथमिक स्रोत बन गया था, जो शीत युद्ध परमाणु शस्त्रागार के लिए मार्ग प्रशस्त किया।

पोस्ट वार विस्तार

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, संयुक्त राज्य अमेरिका ने दो अतिरिक्त बड़े पैमाने पर गैसीय प्रसार संयंत्रों का निर्माण किया: पाडुका, Kentucky] (1952) शुरू किया और पोर्ट्समाउथ, ओहियो (1954) को कमीशन किया गया। ओक रिज के K-25 के साथ, इन तीन सुविधाओं ने दशकों तक अमेरिका के संवर्धन उद्यम की रीढ़ बनाई। इसी तरह के पौधों का निर्माण सोवियत संघ, यूनाइटेड किंगडम, फ्रांस और चीन में किया गया था। 1960 के दशक तक, गैसीय प्रसार ने दुनिया के परमाणु कार्यक्रमों के लिए अनिवार्य रूप से सभी समृद्ध यूरेनियमों की आपूर्ति की।

प्रौद्योगिकी

सतत सुधार ने प्रसार संयंत्रों के जीवन को बढ़ाया।

  • ]Nickel आधारित बाधा मिश्र लंबे समय तक सेवा जीवन और कम जंग दरों के साथ।
  • ]उच्च दक्षता अक्षीय प्रवाह कम्प्रेसर जो प्रति चरण ऊर्जा खपत को कम करता है।
  • Computer-optimized cascades that lowerd recycle streams and better समग्र अलगाव दक्षता.
  • ]]Improved UF6] हैंडलिंग तकनीक] that has been lower the leak and safety जोखिम.

इन उन्नयनों ने पौधों को उच्च उपलब्धता और कम परिचालन लागत के साथ काम करने की अनुमति दी, लेकिन बुनियादी भौतिकी आगे दक्षता लाभ सीमित कर दी। 1980 के दशक तक, प्रसार की ऊर्जा लागत मोटे तौर पर ]8-10 बार प्रति अलगाववादी कार्य इकाई (SWU) उभरते गैस अपकेंद्रित्र प्रौद्योगिकी की तुलना में अधिक।

गैसीय प्रसार की गिरावट

आर्थिक दबाव

गैसीय प्रसार के मुख्य चालक गिरावट ] है। अपकेंद्रित्र संयंत्र केवल उसी संवर्धन उत्पादन के लिए प्रसार द्वारा आवश्यक बिजली का 2–5% उपभोग करते हैं। चूंकि 1970s-1990s में तेल और बिजली की कीमतें बढ़ गईं, प्रसार तेजी से अप्रतिभूत हो गया। नए अपकेंद्रित्र कैस्केड के निर्माण की लागत भी गिर गई, जबकि मौजूदा प्रसार संयंत्र का विस्तार करने के लिए विशाल इमारतों, बाधाओं और कंप्रेसरों के लिए भारी पूंजी की बचत की आवश्यकता थी।

पर्यावरण और सुरक्षा विचार

बड़े प्रसार संयंत्रों ने महत्वपूर्ण पर्यावरणीय पदचिह्न छोड़ दिए। UF की विशाल मात्रा 6 गैस, यदि जारी किया गया है, तो संक्षारक हाइड्रोजन फ्लोराइड और यूरेनिल फ्लोराइड बना सकते हैं। पुराने पौधों को हटाने में दूषित बाधाओं, पाइपिंग और निर्माण सामग्री से निपटने शामिल है। K-25 संयंत्र को अकेले दशकों की उपचार और लागत अरबों की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, अपकेंद्रित्र कम UF ]]6 ]] का उपयोग करते हैं और SWU प्रति कम अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं।

संयंत्र बंद

शीत युद्ध का अंत और परमाणु उद्योग के समेकन ने बंद होने में तेजी ला दी। K-25 संयंत्र 1985 में बंद हो गया। पोर्ट्समाउथ GDP 2001 में बंद हो गया। पदुका पिछले ऑपरेटिंग अमेरिकी प्रसार संयंत्र बने रहे, जो परमाणु नौसेना और कुछ नागरिक रिएक्टरों के लिए समृद्ध यूरेनियम का उत्पादन करते थे, जब तक कि इसके स्थायी बंद होने तक 2013]. रूसी और फ्रेंच प्रसार संयंत्रों ने 2010 के दशक के आरंभ में भी संचालन बंद कर दिया। आज, कोई वाणिज्यिक गैसीय प्रसार संयंत्र दुनिया में कहीं भी सेवा में रहता है।

आधुनिक संवर्धन विधि

गैस अपकेंद्रित्र प्रौद्योगिकी

आज प्रमुख प्रौद्योगिकी गैस सेंट्रीफ्यूज है। एक अपकेंद्रित्र में, UF]6] गैस को एक रोटर में उच्च गति (Rp के हजारों) में स्पून किया जाता है। केन्द्रापसारक बल भारी 238 U को दीवार के पास केंद्रित करने के लिए, जबकि लाइटर ]]]235]U केंद्र की ओर प्रवासी करता है। एक एकल अपकेंद्रित्र एक अलग-अलग ऊर्जा के साथ कम ऊर्जा का उपयोग करने की अनुमति देता है।

आधुनिक अपकेंद्रित्र संयंत्र, जैसे कि URNCO ब्रिटेन, नीदरलैंड, जर्मनी और अमेरिका में सुविधाओं (Eagle Rock Enrichment सुविधा), साथ ही रूस की ]Rosatom]] संयंत्रों, कम समृद्ध यूरेनियम प्रति वर्ष के टन के सैकड़ों उत्पादन। नवीनतम अपकेंद्रित्र डिजाइन उन्नत रिएक्टरों के लिए 20% (उच्च-गधा LEU) तक संवर्धन स्तर प्राप्त कर सकते हैं।

लेजर संवर्धन

हाल ही में लेकिन व्यावसायिक रूप से अपरिपक्व प्रौद्योगिकी है laser isotope अलगाव . SILEX (Separation of Isotopes by Laser Exciting) प्रक्रिया का उपयोग करता है धुन लेजर प्रकाश चुनिंदा रूप से उत्तेजित करने के लिए 235]U परमाणुओं या आणविक रूप में परमाणुओं, तो उत्तेजित प्रजातियों को इकट्ठा. यह भी कम ऊर्जा उपयोग और छोटे संयंत्र पदचिह्नों का वादा करता है, लेकिन तकनीकी और आर्थिक बाधाओं का सामना करना पड़ा है. वैश्विक लेजर संवर्धन (GLE) ने अमेरिकी में लाइसेंसिंग का पीछा किया है, लेकिन पूर्ण पैमाने पर तैनाती बनी हुई है।

तुलना तालिका

नोट: एक सरल तुलना बिना किसी टेबल तत्व के एचटीएमएल में प्रस्तुत नहीं की जा सकती है; इसके बजाय हम एक संरचित पैराग्राफ सूची में प्रमुख मीट्रिक सूचीबद्ध करते हैं।

  • ऊर्जा खपत: प्रसार ~ 2500 किलोवाट / एसडब्ल्यूयू; अपकेंद्रित्र ~ 50 किलोवाट / एसडब्ल्यूयू; लेजर <50 किलोवाट / एसडब्ल्यूयू (प्रक्षेपित)।
  • कास्केड आकार: प्रसार के लिए 1000-2000 चरणों की आवश्यकता होती है; अपकेंद्रित्र 10-20 चरणों; लेजर संभावित रूप से कम।
  • Capital लागत: प्रसार संयंत्रों की लागत अरबों की एक बड़ी सुविधा के लिए; अपकेंद्रित्र संयंत्र प्रति SWU मॉड्यूलर और सस्ता हैं।
  • ]Operational लचीलापन: Centrifuges शुरू किया जा सकता है / जल्दी बंद हो गया; प्रसार संयंत्रों निरंतर पूर्ण शक्ति की आवश्यकता है।

उदय और गैसीय प्रसार के पतन से सबक

गैसीय प्रसार का इतिहास एक पाठ्यपुस्तक उदाहरण है कि प्रारंभिक तकनीकी प्रभुत्व अधिक कुशल प्रतिस्थापनों को कैसे पैदा कर सकता है। बाधाओं, कम्प्रेसर और बुनियादी ढांचे में भारी निवेश ने दशकों तक प्रसार संयंत्रों को "बहुत बड़ा असफल" बनाया, लेकिन अंततः ब्रूट-बल ऊर्जा दृष्टिकोण ने उच्च दक्षता यांत्रिक अलगाव का रास्ता दिया।

एक महत्वपूर्ण सबक ऊर्जा दक्षता का महत्व है तकनीकी व्यवधान के ड्राइवर के रूप में। एक अन्य है ]] लॉक-इन इफेक्ट ] बड़े पूंजी-गहन सुविधाओं के ]: बहुत पैमाने पर जो शीत युद्ध में प्रसार इतना शक्तिशाली बना दिया, ने इसे अनुकूलित करने में भी धीमा कर दिया। अंत में, पुरानी तकनीकों की पर्यावरणीय लागत को प्रमुख औद्योगिक प्रक्रियाओं के जीवन चक्र विश्लेषण में कारक होना चाहिए।

अब नए संवर्धन क्षमता पर विचार करने वाले देशों के लिए पथ स्पष्ट है। आज कोई भी एक नया गैसीय प्रसार संयंत्र नहीं बना सकता। इसके बजाय, अपकेंद्रित्र प्रौद्योगिकी-और संभावित रूप से लेजर विधि-यूरेनियम संवर्धन के भविष्य को परिभाषित करेगी। फिर भी गैसीय प्रसार की विरासत बनी हुई है: इसने समृद्ध ईंधन प्रदान किया जो परमाणु युग और हथियारों को लॉन्च किया जो शीत युद्ध भू-राजनीतिक के आकार का था। इसके उदय और गिरावट को समझना हमें किसी भी बड़े पैमाने पर ऊर्जा प्रौद्योगिकी में निहित व्यापार-बंद का मूल्यांकन करने में मदद करता है।

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