Isotope Ayrılma Girişi

Isotope ayrılık, modern çağın en teknik olarak talep edilen ve stratejik olarak önemli endüstriyel süreçleri olarak duruyor.Anasında, teknik, belirli bir elementin katotoplarını içeriyor - aynı sayıda protonu paylaşanatomlar ancak nötron sayıyor - istenen bir miktar ekinografi elde etmek için çeşitli elementler işliyor.

Bu nedenle, doğal olarak meydana gelen elementlerin neredeyse aynı kimyasal özellikleri ile izotopların karışımı olduğu gerçeğinden kaynaklanıyor.Onların temiz fiziksel farklılıkları – çoğu zaman kütle – hem enerji yoğun hem de teknolojik olarak karmaşık olan süreçlerden yoksun olması gerekir.Çünkü, başlangıç malzemesi doğal uranyum veya daha fazla kimyasal maddeye sahip, bu da genellikle% 99.274 U-238 ve 0.720% U-235 (en geri kalan ABD-234).

Uranium Isotopes

Zenginleştirmenin neden gerekli olduğunu anlamak için, bir tanesi öncelikle uranyumun iki anaotopes'ı anlamalı ve U-235'in her ikisi de radyoaktiftir, 4.5 milyar yıl (U-238) ve 704 milyon yıl (U-235) ile olan etkileşimleri, bazılarında radyoaktif ve uranyum veya U-235'in genel tehlikelerine katkıda bulunur.

U-235 Fissionability of U-235

U-235, enerji ve ek nötronlar salıvermek için doğal olarak meydana gelen tek şey, bir termal nötronun 580 barns (enerji ve ek nötronlar) üzerinde durabileceği olasılığın iki nükleer reaktör ve nükleer silahlar için etkili bir şekilde sıfır olduğunu gösteriyor.

Neutron U-238'de Apsiyon

U-238, fissile'den ziyade verimlidir. U-238 bir nötron yakalarsa, bu yüzden nükleer reaktörler plutonyumu ilk olarak üretip, plutonyum-239 (yaklaşık 2.4 gün ömrü) zenginleştirme sürecinden daha fazla enerjik bir şekilde kullanır.

Doğal Uranium Kompozisyon

Doğal uranyum, bu oranın zenginleştirilmesi için oldukça uygun olan bir karışımdır, bu da uranyumun çok uzun yarı hayattaki gazların (UF6) ile ilişkili tek kimyasal bileşiktir.

Neden En Zengin Uranyum?

Zenginleştirmenin amacı, İngiltere'deki Magnox reaktörleri ve Kanada'daki kriptozyumları gibi bir seviyeye yükseltmektir; Doğal uranyum birkaç reaktörde kullanılabilirken (özellikle de gaz soğutmalı, grafikli-ortalamalı tasarımları, İngiltere'de Magnox reaktörleri ve nötron reaktörleri gibi kullanmak zorunda kalır), dünyanın nükleer enerji santrallerinin büyük çoğunluğu - 400 birim – ışık su kaynaklarına sahip olan (LWR)

Low-Enriched Uranium (LEU)

Düşük zenginleştirilmiş uranyum genellikle 3-5% U-235 içerir. Bu, düşük bir konsantrasyonla (PWRs) standart yakıttır ve su reaktörlerini kaynatıp, LEU'yu uluslararası koruma altında üretim için doğrudan olarak kabul edilemez hale getirir.

Yüksek zengin Uranium (HEU)

Yüksek zenginleştirilmiş uranyum, kompakt güç yoğunluk gereksinimleri ile ilgili olarak tanımlanır, ancak silah sınıfı malzeme genellikle HEU ile ilişkili prodüktif riskin % 80'i aşıyor ve uluslararası çabaların neden sürekli olarak LEU yakıtlarına ve denizaltılara entegre etmesi gerekir.Tek bir nükleer silah, yaklaşık 15-25 kg'a bağlı olarak HEU'nun tasarımına bağlı olarak.

Yakıt Döngüsü

Zenginleştirme, nükleer yakıt döngüsünde önemli bir aşamadır. Süreç, uranyum madenciliği, değirmen ve UF6'ya dönüşümden sonra, UF6'ya dönüştürülür ve uranyum dioksit (UO2) tozu, topaktlar haline getirilir ve yakıt çubukları ile üretilir.

Isotope Ayrılma Yöntemleri

Son sekiz yılda, bilim adamları ve mühendisler, zenginleştirme pazarına hükmedecek çeşitli fiziksel süreçler geliştirdiler, ancak alternatifler tarihsel evrim ve daha iyi yöntemler için geçerli aramayı sağlar.

Gazeous Diffüzyon

Gazeous diffüzyon, UF6 diferansiyelasyonun ilk büyük ölçekli uranyum zenginleştirme teknolojisiydi, Manhattan Projesi sırasında kullanılan ve ABD, Fransa, Sovyetler Birliği ve Birleşik Krallık tarafından 20. yüzyılın sonuna kadar korunmuştu. Bu, UF6 diferansiyel olmayan bir membranla daha yüksek derecede küçük bir miktara sahip olması gerektiği anlamına geliyor.

Diren membranlar kendilerini ABD'de (Paducah ve Piketon) son tesisten (Paducah) geçene kadar yapılan bir dizi kimyasal veya tıkanıklık, ticari olmayan bitkiler, operasyonda kalır.

Gaz Centrifuge

Gaz sentrifuge yöntemi, başlangıçta 1940'larda gelişmiştir, ancak 1960'larda mükemmelleşmiştir, çünkü sadece SWU'da 50 kWh'yi tüketmektedir - gelişmiş karbon fiber optik rotorlar için yaklaşık 50 kat daha fazla enerji tasarrufu sağlar.

Yüzyıllar binlerce makineden oluşan kattalar, uzun yıllar boyunca vibrasyon olmadan çalışmalı ve paralel olarak, birkaç SWU'nun uzun süre boyunca çeşitli yem puanları ve ürün geri çekilmesine izin veriyor.E-postada kullanılan G-6 gibi gelişmiş modern makineler için kritik olan büyük miktardaki yüksek çözünürlükte ve taşıyıcı sistemi, yüksek çözünürlükte bir gaz bileşenlerinin zenginleştirilmesi için de hassas pompalar için yüksek çözünürlükte kullanılabilir.

Lazer En Zenginleştirme

Lazerotope ayrılıkları (LIS) çok daha yüksek ayrılık faktörleri için potansiyel sunuyor çünkü doğrudan bir vakum odasında elektrik veya vibrasyonel enerji seviyelerini hedef alıyor ve U-235 atomları (bu, hiperfine nedeniyle biraz farklı bir absorpsiyonel ısınıyor (AVLIS) ve moleküler lazer iyon ayrımı (MLIS) ve daha sonra arsa metali bir vakum odasında buharlaşıyor ve tam olarak optimize edilmiş bir lazer ışınımı engelliyor.

MLIS, UF6 gazının argon veya hidrojen gibi bir taşıyıcı gazla birleştirilmesini kullanıyor.Bir tunable karbon dioksit veya ücretsiz selekron lazeri 235UF6'ya eşsiz bir titreşim moduyla ayarlanıyor. Ancak, Global Lazer Zenginleştirme (İkinci bir lazerle birlikte) ürün ayrı ayrı ayrı bir şekilde ayrıştırılıyor.

Diğer Yöntemler

Elektromanyetik, yüksek zenginleştirme elde etti, UF6 sıcaklık gradyanları sıvı veya gazda bükmek için büyük mıknatıslar kullanıyor, Calutronlar için kısmen zenginleştirilmiş bir yem üretmek için Manhattan Projesi'nde kullanılmıştır.

Gas Centrifuge'in Arkasındaki Bilim En Zenginleştirme

Gaz sentrifuge bugün zenginleştirme endüstrisine hükmeddiğini göz önüne alındığında, daha derin bir inceleme hak ediyor.Yüzeysel ayrılık fiziği, aşırı dönen koşullar altında akışkan dinamikler ve termodinamiğin temeline dayanıyor.

Temel Adları

Bir silindirik rotor dönüştüğü zaman, gazın içindeki bir radyal sentrifugal ivmeye tabidir, P0'ın lineer bir basınç dağılımı, ⁇ 'nin αS hızları ile elde edilen barometrik denklem tarafından verilir.(r) = P0 exp( m ⁇ 2 r2 / (2kT) ve T, M6'nın sabiti ile karşılaştırıldığında, nükreasyonal hıza göre daha hafiftir.

Cascade Design ve SWU

Tek bir centrifuge aşaması genellikle ideal bir karşıt düzenleme faktörü (per stage) uranyum için 1.05 ila 1.20 arasında bir zenginleştirme faktörü elde edebilir.% 3-5% doğal beslenme, cascade ideal bir karşıt düzenlemede 10-20 aşamaya kadar olabilir, ancak uygulamada asimetrik ve karıştırma kayıpların büyüklüğü daha fazla gerektirir.

Key Centrifuge Bileşenler

Modern sentrifuges ince duvarlı rotor tüpünden (toplamda 0,5 metreye kadar) yüksek güçlü alüminyum alaşım veya karbon fiber kompozitlerden oluşan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte alüminyum bir vakum pompasına (over 400 MPa atfedilen kuyruklar) Tüm montaj, üst veya altta bir elektrikli motor tarafından yönlendirilir ve düşük vakumlu bir vakumlu geçişin önlenmesine izin verir.In the minimum viop stres altında, sabit bir merkezde küçük bir pompayı çalıştırılır.

Termal ve Akışı Tahminler

Gaz akıtın içindeki akrep aşırı bir rejimdedir: Reynolds sayısı yüksek rotasyon nedeniyle çok yüksek olabilir, ancak akış genellikle küçük radyal boşluk nedeniyle ürün olarak gerçekleştirilir. Axial karşı akım akışı, bir sıcaklık gradient veya bir scoop tarafından ayrımı artırmak için yapılır. Gaz merkezine girer ve küçük bir kesir (tipik olarak yüzde birkaç) seriye ve hangileri paralel olarak elde edilir.

Meydanlar ve düşünceler

Uranium zenginleştirme sadece fizik ve mühendislik bir zafer değildir; aynı zamanda küresel politikayı şekillendiren ekonomik, çevresel ve güvenlik sorunları da sunar.

Enerji Tüketimi ve Ekonomi

Gaz sentrifuges, diffüzyondan çok daha verimliyken, zenginleştirme önemli bir elektrik tüketicisi olmaya devam ediyor. 10 milyon SWU / yıllık kapasiteye sahip tipik bir zenginleştirme tesisi 500-700 megawatt'ı gerektirir ve zenginleştirme maliyeti, kısmen sıkı kontrol ve yüksek olmayan gereksinimler nedeniyle - bu sadece birkaç ila 70 $ değerinde bir maliyetle yüksek bir teknoloji tesisinin maliyetinin yüksek olması için çok pahalıya mal olabilir.

Proliferasyon Riskleri

Belki de en ciddi meydan okuma, nükleer enerji Ajansı (IAEA) tarafından kontrol edilen ve Pakistan'ın tüm şeffaflık olmadan yerli zenginleştirme programları için uluslararası yaptırımlar veya izolasyonu sağlayan aynı sental mültecilerdir.

Atık ve Çevre Etkisi

Zenginleştirme, uzun vadeli depolama ve tasarruf sorunları ile ilgili olarak, ABD'de çelik silindirlerde sık sık depolanır ve bu da büyük DUH'ye gaz salındırabilir. Alternatifler DU'yı daha stabil bir oksite dönüştürmektir (U3O8) ve onu radyasyon kalkan veya karşıtlık gibi uygulamalarla kullanmak. Ancak, büyük DU stoklar için evrensel olarak kabul edilemez bir çözüm yoktur.

Teknolojik Evrim ve Gelecek

Araştırma gelecek nesil zenginleştirme teknolojilerine devam ediyor. Lazer zenginleştirme, yıllar boyunca güvenilir bir şekilde enerji tüketimini ve aşamaların sayısını, potansiyel olarak yüksek karbon koruyucuları gibi gelişmiş malzemeler kullanmaya devam ediyor.En yakın vadede, endüstrideki yüksek enerjili lazerlerin çalışma zorluğu nedeniyle endüstri ölçeğini artırmak için endüstri ölçeğini geliştirmeye odaklandı.

Global Etkisi ve Yönetmelik

Zenginleştirmenin stratejik önemi, onu yöneten uluslararası anlaşmalar, kurumlar ve ticari anlaşmalar kompleksine yansıtılmaktadır.

Proliferation Antlaşması (NPT) ve IAEA

NPT, ülkeleri nükleer silahlara ayırıyor ve tüm nükleer materyaller ve tesisleri kabul ediyor. Geri dönüşte zenginleşme de dahil olmak üzere barışçıl nükleer teknolojiye erişim sağlıyorlar.

Büyük Zenginleştirme Olanakları ve Tedarikçiler

Bugün, en zengin olan Hitachi kapasitesi bir avuç ülkede yoğunlaşmıştır. Urenco, Fransa'daki Georges Besse II bitkisini işletmektedir, aynı zamanda yaklaşık 7.5 milyon SWU / yıl boyunca Rusya'nın ROSATOM'su büyük bir miktar karmaşıktır.

Uluslararası Efforts Proliferasyon Risklerini Azaltmak

Çeşitli öneriler zenginleştirmenin çoğalma tehlikelerini azaltmak için gelişmiştir: Multilateral yakıt bankaları, hangi ülkeler kendi zenginleştirme tesislerini inşa etmeden LEU'ya erişimi garanti altına alacaklar; HEU-yaratıcı araştırma reaktörlerinin LEU'ya dönüştürülmesi; ve Rusya'nın IAEA LEU'ya yönelik uluslararası zenginleştirme anlaşmasını takip etti.

Değişen Enerji Peyzajında Zenginliğin Geleceği

Dünya düşük karbonlu enerjiye geçiş yaptığı gibi, nükleer enerji, yakın hava kirliliği ile güvenilir bir kaynak olarak kabul edilir. Zenginleştirme hizmetleri talep, özellikle de Nesil IV reaktörleri (örneğin hızlı reaktörler, yüksek sıcaklık gaz soğutmalı reaktörler ve ten-salt reaktörler) ticari olarak kabul edilir. Bu bazı tasarımları daha zenginleştirme seviyelerini gerektirir (daha yüksek taşıma ve yüksek enerji limitleri için bilinen %20 U-235), yüksek zenginleştirilmiş uranyum (HALEU).

Uranium zenginleştirme, nükleer enerjinin kalbinde ve öngörülebilir olmayan gelecek için nükleer olmayan bir gelecek için kalacaktır. Bilim, II. Dünya Savaşı'nın ham Calutronslarından günümüze kadar gelişmiş yüzde 10 oranında daha büyük bir fark yaratacaktır - onları herhangi bir güç şehri yaratabilecek veya yok edebilecek bir malzeme oluşturmak için 0.86% kütle farkı icat eder - derin etik ve politik boyutlardaki teknolojik bir başarı ile gelişti.

Daha fazla okuma için, Uranium zenginleştirmeye (Dönetici) ayrıntılı kılavuzluk (Dönetici)[Döneticileri için)[Döneticileri için) ek bir perspektifi, proliferasyon risklerine ilişkin raporlarda bulunabilir.[Düzücük Girişimi).