Корисни совети

Збогатување на ураниум

Pin
Send
Share
Send
Send


Збогатување на ураниум е еден од клучните чекори за создавање нуклеарно оружје. Само одреден вид ураниум работи во нуклеарни реактори и бомби.

Одвојувањето на овој вид ураниум од пораспространетата сорта бара голема инженерска вештина, и покрај фактот дека технологијата неопходна за ова е околу со децении. Задачата не е да сфатиме како да се оддели ураниум, туку да се изгради и управува опремата неопходна за да се заврши оваа задача.

Атомите на ураниумот, како атомите на елементите што се наоѓаат во природата во разновидност, се нарекуваат изотопи. (Секој изотоп има свое различно количество неутрони во неговото јадро.) Ураниум-235, изотоп кој сочинува помалку од 1 процент од целиот природен ураниум, обезбедува гориво за нуклеарни реактори и нуклеарни бомби, додека ураниум-238, изотоп кој сочинува 99 проценти природен ураниум, нема нуклеарна употреба.

Степени за збогатување на ураниум

Реакцијата на нуклеарниот ланец подразбира дека барем еден неутрон од распаѓање на атом на ураниум ќе биде заробен од друг атом и, соодветно на тоа, ќе предизвика негово пропаѓање. Во прво приближување, тоа значи дека неутронот мора да „заглави“ на атомот 235 У пред да го напушти реакторот. Ова значи дека дизајнот со ураниум треба да биде доволно компактен, така што веројатноста за наоѓање на следниот атом на ураниум за неутронот е доволно висока. Но, како што работи реакторот 235 U, тој постепено гори, што ја намалува веројатноста за неутрон да се сретне со атомот 235 U, што ги принудува да постават одредена маргина на оваа веројатност во реакторите. Според тоа, нискиот дел од 235 U во нуклеарно гориво бара:

  • поголем волумен на реакторот така што неутронот е во него подолго
  • поголем дел од волуменот на реакторот треба да биде зафатен од гориво, со цел да се зголеми веројатноста за судир на неутрон и атом на ураниум,
  • почесто се бара повторно да се вчита горивото на свежо, со цел да се одржи дадена густина на најголемиот дел од 235 U во реакторот,
  • голем процент на вредно 235 U во потрошено гориво.

Во процесот на подобрување на нуклеарната технологија, беа пронајдени економски и технолошки оптимални решенија кои бараат зголемување на содржината на 235 U во горивото, односно збогатување на ураниум.

Во нуклеарно оружје, задачата за збогатување е скоро иста: се бара во исклучително кратко време на нуклеарна експлозија, максималниот број од 235 U атоми да го пронајдат својот неутрон, да се распаѓа и да испушти енергија. За ова, потребна е максимална можна густина на најголемиот дел од атомите 235 U, што може да се постигне со крајно збогатување.

Степени за збогатување на ураниум [уреди |

Клучот за раздвојување

Клучот за нивно раздвојување е дека атомите на ураниум-235 тежат малку помалку од атомите на ураниум-238.

Со цел да се раздели малата количина ураниум-235 што е присутна во секој природен примерок ураниум руда, инженерите прво го претвораат ураниумот во гас со помош на хемиска реакција.

Потоа, гасот се внесува во цевка за центрифуга во цилиндрична форма со големина на личност или повеќе. Секоја цевка ротира на својата оска со неверојатно големи брзини, привлекувајќи потешки молекули на ураниум-238 до центарот на цевката, оставајќи полесни гасови молекули на ураниум-235 поблиску до рабовите на цевката, каде што можат да бидат исушени.

Секој пат кога гасот се ротира во центрифуга, од смесата се отстранува само мала количина на ураниум-238, така што цевките се користат во серија. Секоја центрифуга извлекува малку ураниум-238, а потоа ја префрла малку прочистената мешавина на гас на следната цевка, итн.

Конверзија на ураниум гас

По раздвојувањето на гасовитиот ураниум-235 во многу фази на центрифуги, инженерите користат различна хемиска реакција за да го претворат гасот на ураниум назад во цврст метал. Овој метал подоцна може да се формира за употреба или во реактори или во бомби.

Бидејќи секој чекор само ја чисти мешавината на ураниум гас со мала количина, земјите можат да си дозволат да извршат центрифуги што се дизајнирани до највисоко ниво на ефикасност. Инаку, производството на дури и мала количина чист ураниум-235 станува забрането скапо.

И дизајнирањето и производството на овие центрифугални цевки бара одредено ниво на инвестиции и техничко знаење надвор од дофатот на многу земји. Цевките бараат посебни видови челик или мешавини кои издржуваат значителен притисок за време на ротирањето, мора да бидат целосно цилиндрични и изработени од специјализирани машини што се тешко за градење.

Еве пример за бомба што САД ја фрлија на Хирошима. Потребни се 62 кг ураниум-235 за да се направи бомба, според „изградба на атомска бомба“ (Симон и Шустер, 1995).

Одвојувањето на овие 62 кг од скоро 4 тони ураниум руда се случи во најголемата зграда во светот и се користеше 10 проценти од електричната енергија во земјата. „Потребни беа 20.000 луѓе за изградба на објектот, 12,000 луѓе управуваа со објектот, а во 1944 година опремувањето чинеше повеќе од 500 милиони американски долари.“ Тоа е околу 7,2 милијарди американски долари во 2018 година.

Зошто збогатен ураниум е толку страшно?

Плутониум од ураниум или оружје е опасен во чиста форма од една едноставна причина: од нив, со одредена техничка основа, може да се направи експлозивна нуклеарна направа.

На сликата е прикажано шематско претставување на едноставна нуклеарна боева глава. Билетите 1 и 2 нуклеарно гориво се наоѓаат во обвивката. Секој од нив е еден од деловите на целата топка и тежи малку помалку од критичната маса на оружјето метал што се користи во бомбата.

Кога товарот за детонирање на ТНТ е детониран, уровите од ураниум 1 и 2 се комбинираат во едно, нивната вкупна маса сигурно ја надминува критичната маса за овој материјал, што доведува до реакција на нуклеарно синџир и, следствено, на атомска експлозија.

Се чини дека не е ништо комплицирано, но во реалноста ова, се разбира, не е така. Инаку, би имало цел на големина повеќе земји со нуклеарно оружје на планетата. Покрај тоа, ризикот од вакви опасни технологии да падне во рацете на доволно моќни и развиени терористички групи, значително ќе се зголеми.

Трик е дека само многу богати сили со развиена научна инфраструктура се во можност да го збогатат ураниум, дури и со сегашниот развој на технологијата. Уште потешко, без кое атомскиот уред не би работел, раздвојте ги изотопите 235 и 238 ураниум.

Рудници за ураниум: вистината и фикцијата

Во СССР, на филистејско ниво, постоеше хипотеза дека осудени на криминалци работат во рудници за ураниум, со што ја исфрлаат својата вина пред партијата и советскиот народ. Ова, се разбира, не е точно.

Рударството со ураниум е високо-технолошка рударска индустрија и тешко дека некој би прифатил да работи со софистицирана и многу скапа опрема и да внесува убијци со разбојници. Покрај тоа, гласините дека рударите за ураниум нужно носат маска за гас и олово долна облека, исто така, не се ништо повеќе од мит.

Ураниум се минира во рудници понекогаш до длабочина од еден километар. Најголемите резерви на овој елемент се наоѓаат во Канада, Русија, Казахстан и Австралија. Во Русија, еден тон руда произведува во просек околу еден и пол килограм ураниум. Ова во никој случај не е најголем показател. Во некои европски рудници, оваа бројка достигнува 22 кг на тон.

Подрачјето на зрачење во рудникот е скоро исто како и на границата на стратосферата, каде што се крпат цивилни патнички авиони.

Руда од ураниум

Збогатениот ураниум започнува веднаш по рударството, директно во близина на рудникот. Покрај металот, како и секоја друга руда, ураниумот содржи и карпа за отпадоци. Првичната фаза на збогатување се сведува на сортирање на калдрмата, подигната од рудникот: оние богати со ураниум и сиромашни. Буквално секое парче се мери, се мери со машини и, во зависност од својствата, се испраќа до одреден поток.

Потоа стапува мелница, мелејќи ја рудата богата со ураниум во ситна пудра. Сепак, ова не е ураниум, туку само негов оксид. Добивањето чист метал е најкомплициран ланец на хемиски реакции и трансформации.

Сепак, не е доволно само да се изолира чистиот метал од почетните хемиски соединенија. Од вкупниот ураниум содржан во природата, 99% е окупиран од изотопот 238, а неговиот 235. колега е помалку од еден процент. Раздвојувањето на нив е многу тешка задача, што не може да ја реши секоја земја.

Метод на збогатување на дифузија на гас

Ова е првиот метод со кој беше збогатен ураниум. Сè уште се користи во САД и Франција. Врз основа на разликата во густината од 235 и 238 изотопи. Гасот на ураниум ослободен од оксидот се пумпа под голем притисок во комора одделена со мембрана. Атомите 235 од изотопот се полесни, затоа, од примениот дел од топлината тие се движат побрзо од „бавниот“ атом на ураниум 238, соодветно, почесто и поинтензивно се тепаат против мембраната. Според теоријата на законите за веројатност, тие веројатно ќе влезат во една од микропорите и ќе бидат на другата страна на оваа мембрана.

Ефективноста на овој метод е мала, бидејќи разликата помеѓу изотопите е многу, многу мала. Но, како да се направи збогатен ураниум погоден за употреба? Одговорот се применува овој метод многу, многу пати. За да се добие ураниум погоден за производство на гориво од реактор во електраната, системот за третман на дифузија на гас се повторува неколку стотици пати.

Експертските прегледи за овој метод се мешани. Од една страна, методот за раздвојување дистрибуција на гас е првиот што на САД им обезбеди висококвалитетен ураниум, што ги прави привремено лидер во воената сфера. Од друга страна, се смета дека дифузијата на гас создава помалку отпад. Единствено што не успева во овој случај е високата цена на финалниот производ.

Метод на центрифуга

Ова е развој на советските инженери. Во моментов, покрај Русија, има голем број на земји каде ураниумот се збогатува со методот откриен во СССР. Овие се Бразил, Велика Британија, Германија, Јапонија и некои други држави. Методот е сличен на технологијата за дифузија на гас по тоа што користи масовна разлика од 235 и 238 изотопи.

Гасот на ураниум се врти во центрифуга до 1.500 врт / мин. Поради различна густина, изотопите се погодени од центрифугални сили со различна големина. Ураниум 238, како потежок, се акумулира во близина на wallsидовите на центрифугата, додека 235-от изотоп се собира поблиску до центарот. Смесата за гас се пумпа до врвот на цилиндерот. Откако го минале патот до дното на центрифугата, изотопите имаат време делумно да се одвојат и се избираат одделно.

И покрај фактот дека методот исто така не предвидува 100% одвојување на изотопите и за да се постигне потребниот степен на збогатување мора да се користи постојано, тој е многу поекономичен од дифузијата на гас. Така, збогатениот ураниум во Русија со користење на технологија за центрифугирање е околу 3 пати поевтина од онаа добиена на американските мембрани.

Збогатена апликација за ураниум

Зошто е целата оваа комплицирана и скапа црвена лента со прочистување, метално раздвојување од оксиди, одвојување на изотопи? Една мијалник со збогатен ураниум 235, од оние што се користат во нуклеарна енергија (од такви „апчиња“ се собрани прачки - прачки за гориво), со тежина од 7 грама заменува околу три 200-литарски барели бензин или околу еден тон јаглен.

Збогатениот и осиромашен ураниум се користи различно во зависност од чистотата и односот на 235 и 238 изотопи.

Изотопот 235 е енергетски интензивно гориво. Збогатениот ураниум се смета кога содржината на 235 изотопи е повеќе од 20%. Ова е основа на нуклеарно оружје.

Збогатените енергетски заситени суровини се користат и како гориво за нуклеарни реактори во подморниците и вселенското летало заради ограничената маса и големина.

Осиромашен ураниум, кој содржи главно 238 изотопи, е гориво за цивилни стационарни нуклеарни реактори. Природните реактори на ураниум се сметаат за помалку експлозивни.

Патем, според пресметките на руските економисти, додека се одржува сегашната стапка на производство од 92 елементи на периодичната табела, нејзините резерви во истражените рудници низ целиот свет веќе ќе бидат потрошени до 2030 година. Затоа научниците со нетрпение очекуваат фузија како извор на ефтина и прифатлива енергија во иднина.

Pin
Send
Share
Send
Send