Avanzamenti in Tecnologia di Diffusione Gasosa e la sua declineazione in Arricchimento moderno

In una sola fase di diffusione, il gas è costretto sotto pressione attraverso una membrana con pori microscopici. Le molecole più leggere passano attraverso ad un tasso leggermente più alto, producendo un arricchimento minuscolo di circa 0.2%] per fase. Per raggiungere il 3–5% ^]235]]U materiale di concentrazione richiesto per la maggior parte dei reattori di potenza leggera-acqua

Barriera e Membranes

Il cuore di qualsiasi impianto di diffusione gassosa è la sua barriera porosa. Le barriere iniziali sono state fatte da materiali nichelati o sinterizzati, successivamente migliorate a tubi sottili di ossido di nichel o alluminio. I pori devono essere straordinariamente piccoli—sull'ordine di 0]0.01 a 0,1 micron]]]])—per consentire l'effusione molecolare, mantenendo l'integrità strutturale dei fattori di arricchimento dei decenni di rendimento.

Compressione e raffreddamento

Il gas deve essere compresso per guidarlo attraverso la barriera, poi raffreddato per rimuovere il calore della compressione. Ciò rende la diffusione gassosa estremamente resistente all'energia[]. Grandi compressori, spesso alimentati da sottostazioni elettriche dedicate, hanno consumato grandi quantità di energia elettrica.[FLT1]

Sviluppo storico: dal laboratorio alla scala industriale

Il progetto Manhattan (1942-1945)

La necessità urgente di un uranio altamente arricchito durante la seconda guerra mondiale ha guidato il rapido scaling della diffusione gassosa.

Contemporaneamente La diffusione termica liquida S-50 forniva un mangime di arricchimento parziale, ma si dimostrò inefficiente. Dal 1946, K-25 era diventata la fonte primaria del mondo di uranio arricchito, aprendo la strada agli arsenali nucleari della guerra fredda.

Espansione post-terra

Dopo la seconda guerra mondiale, gli Stati Uniti costruirono due ulteriori grandi impianti di diffusione gassosa: Paducah, Kentucky (a partire dal 1952) e Portsmouth, Ohio [commissionato 1954]]].

Avanzamenti tecnologici

I miglioramenti continui hanno prolungato la vita degli impianti di diffusione.

• Leghe di barriera a base di Nickel[] con una maggiore durata e tassi di corrosione inferiori.
• Compressori ad flusso assiale ad alta efficienza[] che hanno ridotto il consumo energetico per fase.
• Casciche ottimizzate per computer[]] che minimizzava i flussi di riciclo e migliorava l'efficienza complessiva della separazione.
• Miglior UF[[_]6] tecniche di gestione[[]] che ridotto i rischi di perdita e sicurezza.

Questi aggiornamenti hanno permesso alle piante di operare con maggiore disponibilità e minori costi operativi, ma la fisica fondamentale ha limitato ulteriori guadagni di efficienza. Negli anni '80, il costo energetico della diffusione è stato approssimativamente [8-10 volte maggiore per unità di lavoro separativa (SWU)[] rispetto alla tecnologia emergente di centrifuga a gas.

La Diffusione Gasosa

Pressione economica

Il principale motore del declino della diffusione gassosa è stato economia[]. Gli impianti centrifughi consumano solo circa il 2–5% dell’elettricità richiesta dalla diffusione per la stessa produzione di arricchimento.

Considerazioni ambientali e di sicurezza

Le grandi centrali di diffusione hanno lasciato significative impronte ambientali. Le enormi quantità di UF[[₆] gas, se rilasciato, potrebbe formare fluoruro di idrogeno corrosivo e fluoruro di urani. La decomissione di vecchi impianti comporta trattare con barriere contaminate, tubazioni e materiali da costruzione. L'impianto K-25 solo ha richiesto decenni di riparazione e miliardi di costi.

Chiusura delle piante

La fine della guerra fredda e il consolidamento dell'industria nucleare hanno accelerato le chiusure. L'impianto K-25 si è spento nel 1985. Il PIL Portsmouth è chiuso nel 2001. Paducah è rimasto l'ultimo impianto di diffusione degli Stati Uniti operativo, producendo l'uranio arricchito per la marina nucleare e alcuni reattori civili, fino alla sua chiusura permanente nel 2013].

Metodi di arricchimento moderni

Tecnologia dei centrifughi a gas

La tecnologia dominante oggi è il gas centrifugo]. In una centrifuga, UF₆ il gas è germogliato ad alta velocità (tenute di migliaia di giri) in un rotore. La forza centrifuga provoca il più pesante ^{238 volte}

Le centrali centrifughe moderne, come le strutture URENCO nel Regno Unito, nei Paesi Bassi, in Germania e negli Stati Uniti (Eagle Rock Enrichment Facility), così come la Russia Rosatom[]]]] impianti, producono centinaia di tonnellate di tonnellate di arricchito di uranio a basso-anno.

Arricchimento laser

Una tecnologia più recente ma commercialmente immatura è laser isotope separazione. Il processo SILEX (Separazione di Isotopes da Laser Excitation) utilizza la luce laser sintonizzata per eccitare selettivamente ²³⁵]]L'atomo di sviluppo in scala atomica o molecolare è più basso, quindi raccoglie le specie emozionate.

Tabella di confronto

Nota: Un semplice confronto non può essere reso in HTML senza un elemento da tavolo; invece elenchiamo le metriche chiave in un elenco di paragrafi strutturato.

• Consumo energetico: Diffusione ~2500 kWh/SWU; Centrifuga ~50 kWh/SWU; Laser <50 kWh/SWU (progettata).
• Diffusione richiede 1000–2000 stadi; Centrifuga 10–20 stadi; Laser potenzialmente meno.
• Costo del ospedale:[[] Le piante diffusione costano miliardi per una grande struttura; Le piante centrifughe sono modulari e più economiche per SWU.
• Flessibilità operativa:[] I centrifughi possono essere avviati/sbattuti rapidamente; gli impianti di diffusione hanno richiesto una costante piena potenza.