Table of Contents

Kekayaan uranium adalah proses peningkatan konsentrasi isotop fissile uranium-235 relatif terhadap semakin berlimpah uranium-238. Langkah ini penting untuk menghasilkan bahan bakar untuk reaktor nuklir komersial dan, secara historis, untuk senjata nuklir. Di antara teknologi pengayaan skala industri yang paling awal adalah gaseous diffusion, metode yang mendefinisikan usia nuklir selama hampir setengah abad. Meskipun sekarang sebagian besar sudah usang, pengembangannya ditandai dengan perubahan di bidang fisika maupun teknik, dan menawarkan pelajaran teknologi yang berharga, dan teknologi yang berkaitan dengan evolusi, dan manajemen sumber daya.

Fisika di Balik Kesedihan yang Gairah

Disfusi gaseous memanfaatkan prinsip dasar teori gas kinetik yang dikenal sebagai Hukum graham[: pada suhu tertentu, laju di mana effuses gas (lewat melalui penghalang berpori) secara terbalik proporsional dengan akar kuadrat massa molekulnya. Ketika diterapkan pada uranium, unsur pertama kali diubah menjadi senyawa gasous ⁇ uranium heksafluorida (]] secara tidak terbalik proporsional dengan akar kuadrat dari massa molekulnya.[FLT3]][FL4:T4] Molecules yang mengandung [[FLFLFL:6]] (bahasa Arab:2]] (bahasa Arab) agak cepat dari:2]] (bahasa Arab)[FL]] (bahasa Arab]][FL]]]

Dalam tahap difusi tunggal, gas dipaksa di bawah tekanan melalui membran dengan pori- pori mikroskopik. Molekul yang lebih ringan melewati pada tingkat yang sedikit lebih tinggi, menghasilkan pengayaan minuscule sekitar 0.2%] per tahap. Untuk mencapai 3 ⁇ % 235U konsentrasi dibutuhkan untuk sebagian besar reaktor daya air ringan ⁇ atau >80% dibutuhkan untuk bahan kelas senjata ⁇ proses ini harus diulang ribuan kali dalam aFLT:4]]][TFL5] yang saling berhubungan]. Setiap tahap mengeluarkan output tahap berikutnya, sementara fraksi yang kurang dikurang (dikurang) atau tidak dapat didaur ulang.

Kebar dan Membran

Jantung dari setiap tanaman difusi gas adalah penghalang berporinya. Hambatan awal dibuat dari bahan nikel atau sintered, kemudian ditingkatkan menjadi tabung berdinding tipis nikel atau aluminium oksida. Pori-pori harus ekstra biasa kecil ⁇ atas urutan 0.01 hingga 0.1 mikron ⁇ untuk mengizinkan efusi molekuler saat mempertahankan integritas struktural di bawah tekanan. kinerja Barrier secara langsung mempengaruhi baik pengayaan faktor dan konsumsi energi. Selama beberapa dekade, insinyur mengembangkan hambatan dengan keseragaman dan ketahanan korosi yang lebih besar, meningkatkan tanaman melaluiput.

Mampatan dan Penyejukan Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil Hasil

Gas praja harus dikompresi untuk mendorongnya melalui penghalang, kemudian didinginkan untuk menghilangkan panas kompresi. Hal ini membuat difusi gas secara gaseous extremely energy-intensive[. Kompresor besar, sering kali ditenagai oleh gardu listrik yang berdedikasi, dikonsumsi sejumlah besar listrik. Tumbuhan diffusion terbesar yang dibutuhkan sebagai kekuatan banyak sebagai kota berukuran sedang. Sebagai contoh, GDP Paducah di Kentucky menarik sampai .000 megawats] pada puncak operasi.

Perkembangan Historis: Dari Laboratorium ke Skala Industri

Proyek Manhattan (1942 ⁇ 45)

Kebutuhan mendesak untuk uranium yang sangat diperkaya selama Perang Dunia II mendorong penskalaan cepat difusi gas. Di bawah Manhattan Project[, ilmuwan dan insinyur membangun K-25] Tumbuhan di Oak Ridge, Tennessee.Pada saat itu, bangunan ini merupakan bangunan terbesar di dunia oleh area lantai ⁇ lebih dari 4 juta meter persegi. Operasi tanaman mulai pada 1945, menghasilkan uranium diperkaya menjadi sekitar 80%FLT:4]]235] untuk bom pertama menggunakan kombinasi dari metode difusi dan diffusion termal.

Secara bersamaan, S-50 difusi termal cair menyediakan pakan pengayaan parsial, tetapi terbukti tidak efisien.Pada tahun 1946, K-25 telah menjadi sumber primer uranium diperkaya di dunia, mengobarkan jalan untuk persenjataan nuklir Perang Dingin.

Ekspansi Pasca-Perang Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Ekspansi Pasca-Perang

Setelah Perang Dunia II, Amerika Serikat membangun dua pabrik tambahan penyebar gas skala besar: Paducah, Kentucky[] (dimulai 1952) dan Portsmouth, Ohio[ (diresmikan 1954)] Bersama K-25 Oak Ridge, ketiga fasilitas ini membentuk tulang punggung perusahaan pengayaan AS selama beberapa dekade. Tanaman serupa dibangun di Uni Soviet, Britania Raya, Prancis, dan Tiongkok. Menjelang tahun 1960, diffus gaseous pada dasarnya menyediakan semua fasilitas untuk nuklir dunia.

Teknologi Teknologi Teknologi Teknologi

Perbaikan berkelanjutan memperpanjang kehidupan tanaman difusi. Inovasi kunci termasuk:

  • [[ZANFAILT:0]]Nickel ⁇ based barrier aloys dengan umur layanan yang lebih panjang dan tingkat korosi yang lebih rendah.
  • [[EFAILT:0]]High ⁇ eficiency axial ⁇ flow compressors[ yang mengurangi konsumsi energi per tahap.
  • [[Cascades teroptimasi yang meminimalkan aliran daur ulang dan meningkatkan efisiensi pemisahan secara keseluruhan.
  • [[EfronthFLT:0]]Diimpor UF6 Teknik penanganan yang mengurangi kebocoran dan risiko keselamatan.

Penataran upgrade ini memungkinkan tanaman untuk beroperasi dengan ketersediaan yang lebih tinggi dan biaya operasi yang lebih rendah, tetapi fisika fundamental membatasi keuntungan efisiensi lebih lanjut. Pada tahun 1980-an, biaya energi difusi kira-kira 8 ⁇ 10 kali lebih besar per satuan kerja separatif (SWU) daripada teknologi sentrifugasi gas yang muncul.

Kesedihan yang Tidak Berbahaya

Tekanan Ekonomi

Pengemudi primer dari penurunan difusi gas adalah ekonomi[]. Tanaman penghematan hanya mengkonsumsi sekitar 2 ⁇ % dari listrik yang diperlukan oleh difusi untuk keluaran pengayaan yang sama. Seiring dengan naiknya harga minyak dan listrik pada tahun 1970-an ⁇ 1990-an, difusi menjadi semakin tidak kompetitif. Biaya pembangunan kasade sentrifugal baru juga jatuh, sementara perluasan pembangkit difusi yang ada membutuhkan outlay modal yang sangat besar untuk bangunan besar, hambatan, dan kompresor.

Pertimbangan Lingkungan dan Keselamatan yang Bermanfaat

Tanaman difusi besar meninggalkan jejak lingkungan yang signifikan. Jumlah besar UF6] gas, jika dilepaskan, dapat membentuk hidrogen korosif fluorida dan uranyl fluorida. Menguraikan tanaman tua melibatkan berurusan dengan penghalang yang tercemar, piping, dan bahan bangunan. Tanaman K-25 saja membutuhkan puluhan remediasi dan biaya miliaran. Sebaliknya, sentrifugal menggunakan lebih sedikit UF]6] inventarisasi dan menghasilkan lebih sedikit limbah per SWU.

Penutupan Tanaman

Akhir Perang Dingin dan konsolidasi industri nuklir mempercepat penutupan. Pabrik K-25 ditutup pada tahun 1985. GDP Portsmouth ditutup pada tahun 2001. Paducah tetap menjadi pabrik difusi terakhir yang beroperasi AS, menghasilkan uranium yang diperkaya untuk angkatan laut nuklir dan beberapa reaktor sipil, sampai penutupan permanennya dalam 2013. Tumbuhan difusi Rusia dan Prancis juga menghentikan operasi pada awal 2010-an.Hari ini, tidak ada pembangkit diffusion gase yang tetap dalam pelayanan di mana saja di dunia.

Metode - Metode Perkayaan Modern

Teknologi Pengiriman Gas Gas Tak Berguna

Teknologi dominan yang sekarang ini adalah centrifuge gas. Dalam sebuah sentrifugal, uf[6] Gas dispulkan pada kecepatan tinggi (sepuluh ribu rpm) dalam sebuah rotor. Gaya Centrifugal menyebabkan ]238U untuk berkonsentrasi di dekat dinding, sementara lebih ringan 235]U bermigrasi ke pusat. Sebuah centrifumen memberikan pemisahan banyak kali lebih besar dari tahap diffus, memungkinkan cascacion dengan tahap yang jauh dan lebih rendah menggunakan energi yang lebih rendah.

Tanaman santri modern, seperti URENCO fasilitas di UK, Belanda, Jerman, dan AS (Eagle Rock Enrichment Facility), serta fasilitas Rosatom tanaman, menghasilkan ratusan ton uranium rendah ⁇ dikayat per tahun. Desain-desain sentrifugal terbaru dapat mencapai tingkat pengayaan hingga 20% (tinggi ⁇ assay LEU) untuk reaktor maju.

Penkayaan Laser Laser Laser

Teknologi yang lebih terkini namun belum dewasa secara komersial adalah laser isotop pemisahan. SILEX (Separasi Isotop oleh Laser Exction) proses menggunakan lampu laser tuned untuk secara selektif mengisensi 235U atom dalam bentuk atom atau molekuler, kemudian mengumpulkan spesies yang bersemangat. Ia menjanjikan penggunaan energi yang lebih rendah dan tanaman jejak kaki yang lebih kecil, tetapi telah menghadapi rintangan teknis dan ekonomis. Global Laser Enrichment (GLE) telah mengejar kutu di AS, tetapi penyebaran penuh tidak pasti.

Tabel Perbandingan

[[CALAL:0]]Catatan: Perbandingan sederhana tidak dapat dirender dalam HTML tanpa elemen tabel; sebaliknya kita mencantumkan metrik kunci dalam daftar paragraf terstruktur.

  • Konsumsi energi: Difusi ~2500 kWh/SWU; Centrifuge ~50 kWh/SWU; Laser <50 kWh/SWU (diproyeksikan).
  • Cascade size: Diffusion membutuhkan 1000 ⁇ 2000 tahap; Centrifuge 10 ⁇ tahap; Laser berpotensi lebih sedikit.
  • [[GANDAFLT:0]]Capital biaya: Diffusion tanaman biaya miliaran untuk fasilitas besar; Tanaman Centrifuge adalah modular dan lebih murah per SWU.
  • Fleksibilitas operasi: Centrifuges dapat dimulai/dihentikan dengan cepat; pembangkit difusi membutuhkan tenaga penuh konstan.

Pelajaran dari Bangkit dan Jatuhnya Kesembuhan yang Mengasyikkan

Sejarah penyebaran gas adalah contoh buku teks bagaimana dominasi teknologi awal dapat menghasilkan penggantian yang lebih efisien. investasi yang sangat besar dalam hambatan, kompresor, dan infrastruktur membuat tanaman difusi \"terlalu besar gagal\" selama puluhan tahun, tetapi akhirnya pendekatan energi kasar ⁇ kekuatan memberikan jalan ke pemisahan mekanis yang lebih tinggi ⁇ efisiensi.

Satu pelajaran kritis yang menjadi pentingnya efisiensi energi sebagai penggerak gangguan teknologi. Lainnya adalah lock ⁇ in effect dari modal besar ⁇ intensive fasilitas: skala yang sangat membuat difusi yang begitu kuat dalam Perang Dingin juga membuatnya lambat beradaptasi.Akhirnya, biaya lingkungan teknologi ketinggalan zaman harus difaktorkan menjadi lifecycle analisis proses industri besar.

Untuk negara-negara yang sekarang mempertimbangkan kapasitas pengayaan baru, jalurnya jelas. namun warisan dari difusi gas tetap ada: itu menyediakan bahan bakar yang diperkaya yang meluncurkan era nuklir dan senjata yang membentuk geopolitik Perang Dingin. memahami kenaikan dan penurunan membantu kita mengevaluasi perdagangan ⁇ off inheren dalam teknologi energi skala besar ⁇ besar.

Bacaan dan Referensi Kelanjutan

  • [[CALT:0]]Wikipedia: Penyebaran gas[ ⁇ Overview teknis komprehensif.
  • [[ZOLT:0]]U.S. Department of Energy: K-25 and Manhattan Project history
  • [[CALAL:0]]IAEA: Siklus Bahan Bakar Nuklir ⁇ Seksi Enrichment
  • [[NOLT:0]]European Nuclear Society: Uranium Enrichment techniques