Zenginleştirilmiş Uranyum Nedir ve Zenginleştirmenin Sebepleri

, -235 oranını artırmak için teknolojik bir süreçten geçen uranyumdur. Sonuç olarak, doğal uranyum zenginleştirilmiş uranyum ve tükenmiş uranyuma ayrılır.

Doğal uranyum üç uranyum izotopu içerir: uranyum-238 (%99.2745), uranyum-235 (%0.72) ve uranyum-234 (%0.0055). İzotop uranyum-238, nadir uranyum-235’in aksine, bağımsız bir nükleer zincir reaksiyonu yapamayan nispeten kararlı bir izotoptur. Şu anda, uranyum-235, nükleer reaktörlerin ve nükleer silah teknolojilerinin zincir reaksiyonlarındaki ana bölünebilir malzemedir. Bununla birlikte, birçok uygulama için, doğal uranyumda uranyum-235 izotopunun fraksiyonu küçüktür ve nükleer yakıt hazırlığı genellikle uranyum zenginleştirme aşamasını içerir.

Uranyum

Nükleer zincir reaksiyonu, ayrışmanın oluşturduğu uranyum atomunun en az bir nötronunun başka bir atom tarafından yakalanacağını ve dolayısıyla ayrışmasına neden olacağını ima eder. İlk yaklaşımda, bu, nötronun reaktörden ayrılmadan önce uranyum-235 atomuna çarpması gerektiği anlamına gelir. Bu, nükleer yakıtın uranyum ile bileşiminin yeterince kompakt olması gerektiği anlamına gelir, böylece bir nötron için bir sonraki uranyum atomunu bulma olasılığı yeterince yüksektir. Ancak reaktörün içinde reaksiyonlar meydana geldikçe, uranyum-235 yavaş yavaş yanar ve bir nötron ve bir uranyum-235 atomunun çarpışma olasılığını azaltır. Sonuç olarak, nükleer yakıtta uranyum-235’in düşük oranı şunları gerektirir:

Nötron yolculuğunun daha uzun olması için daha büyük bir reaktör hacmi;
Reaktör hacminin daha büyük bir kısmı, bir nötronun bir uranyum atomu ile çarpışması olasılığını artırmak için nükleer yakıt tarafından işgal edilmelidir;
Nükleer reaktörde belirli bir uranyum-235 kütle yoğunluğunu korumak için yakıtı yeniden şarj etmek genellikle gereklidir;
Harcanan yakıtta yüksek oranda uranyum-235 yüksek.
Nükleer teknolojiyi geliştirme sürecinde, yakıtta uranyum-235 içeriğinde, yani uranyumun zenginleştirilmesinde bir artış gerektiren optimal ekonomik ve teknolojik çözümler bulundu.

Nükleer silahlarda, zenginleştirme görevi hemen hemen aynıdır: bir nükleer patlamanın son derece kısa sürede, maksimum sayıda uranyum-235 atomunun nötron, ayrışma ve serbest bırakma enerjisini bulmasını gerektirir. Bunun için, sınırlı zenginleştirme ile elde edilebilen uranyum-235 atomlarının mümkün olan maksimum kütle yoğunluğuna ihtiyacımız var.

Uranyum doğal uranyumun uranyum içeriği ile zenginleştirme derecesi-235 %0.72, bazı güç reaktörlerinde (örneğin, Kanada CANDU’DA), plütonyum üreten reaktörlerde (örneğin, a-1) kullanılır .

Uranyum içeriği ile uranyum-235 %20’ye kadar düşük zenginleştirilmiş olarak adlandırılır. 2-5 oranında zenginleştirilen uranyum, dünya çapında güç reaktörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Araştırma ve deneysel reaktörlerde %20’ye kadar zenginleştirilmiş uranyum kullanılır.

Uranyum-235 %20’nin üzerinde bir içeriğe sahip uranyum, son derece zenginleştirilmiş veya silah olarak adlandırılır. Nükleer çağın şafağında, uranyum bazlı silahlara dayanan çeşitli nükleer silahlar yaklaşık %90 oranında zenginleştirildi. Termonükleer bir silahta yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum kullanılabilir. Buna ek olarak, nükleer güç reaktörlerinde uzun vadeli bir yakıt kampanyasıyla (yani nadir doldurulmuş veya hiç şarj edilmemiş), örneğin uzay aracı reaktörlerinde veya yerleşik reaktörlerde yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum kullanılır.

Uranyum içeriği ile tükenmiş uranyum-235 0.1-0.3 % zenginleştirme endüstrisinin depolama alanlarında kalır. Uranyum yoğunluğu ve tükenmiş uranyum maliyeti nedeniyle topçu kabukları için zırh delici mermi kabukları olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelecekte, zincir reaksiyonu ile uyumlu olmayan uranyum-238’in zincir reaksiyonu ile uyumlu olan plütonyum-239’a dönüştürülebileceği hızlı nötron reaktörlerinde tükenmiş uranyumun kullanılması önerilmektedir. Elde edilen MOX yakıtı geleneksel termal nötron güç reaktörlerinde kullanılabilir.

Zenginleştirilmiş Uranyum Elde Etmek İçin Teknoloji

Birçok izotop ayırma yöntemi bilinmektedir. Çoğu yöntem, farklı izotoplardan farklı atom kütlelerine dayanır: 235, çekirdekteki nötron sayısındaki fark nedeniyle 238’den biraz daha hafiftir. Bu, atomların farklı ataletlerinde kendini gösterir. Örneğin, atomları bir yay içinde hareket ettirirseniz, ağır olanlar hafif olanlardan daha büyük bir yarıçap boyunca hareket etme eğiliminde olacaktır.

Elektromanyetik ve bu prensibe dayanmaktadır. Elektromanyetik yöntemde, uranyum iyonları temel parçacıkların hızlandırıcısında hızlandırılır ve manyetik alanda bükülür. Aerodinamik yöntemde, gaz halindeki uranyum bileşiği özel bir nozul salyangozundan üflenir. Gaz santrifüjünde benzer bir ilke: atalet, ağır moleküllerin santrifüjün duvarına yakın konsantre olmasına neden olan bir santrifüj içine bir gaz halindeki uranyum bileşiği yerleştirilir. ve gaz difüzyonu yöntemleri, moleküllerin hareketliliğindeki farkı kullanır: hafif uranyum izotopuna sahip gaz molekülleri, ağır olanlardan daha hareketlidir. Bu nedenle, gaz difüzyon teknolojisi ile özel membranların küçük gözeneklerine daha kolay nüfuz ederler. yönteminde, daha az hareketli moleküller ayırma kolonunun daha soğuk alt kısmında yoğunlaşır ve daha hareketli olanları sıcak üst kısma doğru yer değiştirir. Çoğu ayırma yöntemi, çoğunlukla UF 6 ile uranyum gaz bileşikleri ile çalışır.

Birçok yöntem uranyumun endüstriyel zenginleştirilmesi için kullanılmaya çalışıldı, ancak şu anda hemen hemen tüm uranyum zenginleştirme tesisleri gaz santrifüjüne dayanıyor. Santrifüj ile birlikte, geçmişte gaz difüzyon yöntemi yaygın olarak kullanılmıştır.

Nükleer çağın şafağında elektromanyetik, termal difüzyon ve aerodinamik yöntemler kullanıldı. Bugün, santrifüj, uranyumu zenginleştirmek için en iyi ekonomik parametreleri göstermektedir. Bununla birlikte, umut verici ayırma yöntemleri, örneğin lazer izotop ayrımı üzerine araştırma yapılmaktadır.

Yorum Yap