เนื้อหา

• ขั้นตอน
• วิธีที่ 1 จาก 7: กระบวนการสร้างผลประโยชน์ขั้นพื้นฐาน
• วิธีที่ 2 จาก 7: กระบวนการแพร่ก๊าซ
• วิธีที่ 3 จาก 7: กระบวนการเชื่อมแก๊ส
• วิธีที่ 4 จาก 7: กระบวนการแยกตามหลักอากาศพลศาสตร์
• วิธีที่ 5 จาก 7: กระบวนการกระจายความร้อนด้วยของเหลว
• วิธีที่ 6 จาก 7: กระบวนการแยกไอโซโทปแม่เหล็กไฟฟ้า
• วิธีที่ 7 จาก 7: กระบวนการแยกเลเซอร์ไอโซโทป
• เคล็ดลับ
• คำเตือน

ยูเรเนียมถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และยังใช้เพื่อสร้างระเบิดปรมาณูลูกแรกที่ทิ้งลงบนฮิโรชิมาในปี 1945 ยูเรเนียมถูกขุดจากแร่เรซินยูเรเนียมที่มีไอโซโทปหลายชนิดที่มีมวลอะตอมต่างกันและมีกัมมันตภาพรังสีในระดับต่างๆ สำหรับใช้ในปฏิกิริยาสลายตัว ปริมาณของไอโซโทป U จะต้องเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง กระบวนการนี้เรียกว่าการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม มีหลายวิธีในการทำเช่นนี้

ขั้นตอน

วิธีที่ 1 จาก 7: กระบวนการสร้างผลประโยชน์ขั้นพื้นฐาน

1. 1 ตัดสินใจว่าคุณจะใช้ยูเรเนียมเพื่อทำอะไร โดยทั่วไปแล้ว แร่ยูเรเนียมจะมียูเรเนียมเพียง 0.7% และส่วนที่เหลือประกอบด้วยไอโซโทปยูที่ค่อนข้างเสถียร ประเภทของปฏิกิริยาที่คุณตั้งใจจะใช้ยูเรเนียมจะเป็นตัวกำหนดระดับของ U ที่คุณต้องการเพิ่มคุณค่าให้กับแร่เพื่อใช้ ยูเรเนียมที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ...
   • ยูเรเนียมที่ใช้ในพลังงานนิวเคลียร์ต้องได้รับการเสริมสมรรถนะให้อยู่ในระดับ 3-5% U. (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บางเครื่องต้องการการใช้ยูเรเนียมที่ไม่ผ่านการเสริมสมรรถนะ)
   • ยูเรเนียมที่ใช้สร้างอาวุธนิวเคลียร์ต้องเสริมสมรรถนะถึง 90% U.
2. 2 เปลี่ยนแร่ยูเรเนียมเป็นก๊าซ วิธีการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมส่วนใหญ่ต้องการการแปลงแร่ให้เป็นก๊าซอุณหภูมิต่ำ ก๊าซฟลูออรีนถูกสูบเข้าไปในหน่วยแปลงแร่ ยูเรเนียมออกไซด์ทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนเพื่อผลิตยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ (UF₆). หลังจากนั้นไอโซโทป U จะถูกแยกออกจากแก๊ส
3. 3 การเสริมสมรรถนะของยูเรเนียม ส่วนที่เหลือของข้อความนี้อธิบายวิธีต่างๆ ในการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม โดยทั่วไปคือการแพร่กระจายของก๊าซและการหมุนเหวี่ยงของแก๊ส แต่ในไม่ช้าการแยกด้วยเลเซอร์ไอโซโทปควรแทนที่พวกเขา
4. 4 แปลง ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ เป็น ยูเรเนียมไดออกไซด์ (UO₂). หลังจากเสริมสมรรถนะแล้ว ยูเรเนียมจะต้องถูกแปลงให้อยู่ในรูปที่แข็งแรงและเสถียรเพื่อการใช้งานต่อไป
   • ยูเรเนียมไดออกไซด์ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในรูปแบบของเม็ดเล็กที่วางอยู่ในท่อโลหะที่เป็นแท่งยาว 4 เมตร

วิธีที่ 2 จาก 7: กระบวนการแพร่ก๊าซ

1. 1 ปั๊ม UF₆ ผ่านท่อ
2. 2 ส่งก๊าซผ่านตัวกรองหรือเมมเบรนที่มีรูพรุน เนื่องจากไอโซโทป U นั้นเบากว่า U ดังนั้น UF₆ที่มีไอโซโทปที่เบากว่าจะผ่านเมมเบรนได้เร็วกว่าไอโซโทปที่หนักกว่า
3. 3 ทำซ้ำขั้นตอนการแพร่กระจายจนกว่าคุณจะรวบรวม U เพียงพอ การแพร่กระจายซ้ำ ๆ เรียกว่าน้ำตก อาจต้องใช้เวลาถึง 1,400 ผ่านเมมเบรนก่อนที่จะรวบรวม U ที่เพียงพอ
4. 4 คอนเดนเสท UF₆ เป็นของเหลว หลังจากที่ก๊าซได้รับการปรับปรุงคุณภาพแล้ว ก๊าซจะถูกควบแน่นเป็นของเหลวและใส่ในภาชนะ ซึ่งจะถูกทำให้เย็นและแข็งตัวเพื่อการขนส่งและการแปรรูปเป็นแกรนูล
   • เนื่องจากก๊าซจำนวนมากไหลผ่านตัวกรอง กระบวนการนี้จึงสิ้นเปลืองพลังงานและไม่ได้ใช้งาน

วิธีที่ 3 จาก 7: กระบวนการเชื่อมแก๊ส

1. 1 รวบรวมกระบอกสูบหลายอันที่หมุนด้วยความเร็วสูง กระบอกสูบเหล่านี้เป็นเครื่องหมุนเหวี่ยง เครื่องหมุนเหวี่ยงประกอบทั้งแบบขนานและแบบอนุกรม
2. 2 อัพโหลด UF₆ ในเครื่องหมุนเหวี่ยง เครื่องหมุนเหวี่ยงใช้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเพื่อบังคับให้ก๊าซที่หนักกว่าซึ่งบรรจุอยู่นั้นอยู่ที่ผนังกระบอกสูบ และตัวที่เบากว่าโดยมีตัว U อยู่ตรงกลาง
3. 3 แยกก๊าซที่แยกจากกัน
4. 4 ทำซ้ำขั้นตอนกับก๊าซเหล่านี้ในเครื่องหมุนเหวี่ยงที่แตกต่างกัน ก๊าซที่มีปริมาณ U สูงจะถูกส่งผ่านเครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อให้ดึง U กลับมามากขึ้น และก๊าซที่มีปริมาณ U ต่ำจะถูกบีบออกเพื่อนำ U ที่เหลือกลับคืนมาดังนั้นจึงได้ U มากกว่าการแพร่ของแก๊ส
   • กระบวนการของการใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงด้วยแก๊สถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1940 แต่ยังไม่มีการใช้งานมากนักจนถึงปี 1960 เมื่อการใช้พลังงานที่ลดลงเริ่มมีความสำคัญ ปัจจุบัน โรงงานที่ใช้กระบวนการนี้ตั้งอยู่ในเมืองยูนิซ สหรัฐอเมริกา มีบริษัทดังกล่าวอยู่ 4 แห่งในรัสเซีย ญี่ปุ่น และจีน โดยบริษัทละ 2 แห่ง ในบริเตนใหญ่ เนเธอร์แลนด์ และเยอรมนี แต่ละแห่ง

วิธีที่ 4 จาก 7: กระบวนการแยกตามหลักอากาศพลศาสตร์

1. 1 สร้างกระบอกสูบแคบ ๆ นิ่ง ๆ หลายอัน
2. 2 ใส่UF₆ เข้าไปในกระบอกสูบด้วยความเร็วสูง ก๊าซที่นำมาใช้ในลักษณะนี้จะหมุนในกระบอกสูบเหมือนพายุหมุน ซึ่งส่งผลให้แบ่งออกเป็น U และ U เช่นเดียวกับในเครื่องหมุนเหวี่ยงแบบหมุน
   • ในแอฟริกาใต้ พวกเขาฉีดแก๊สเข้าไปในกระบอกสูบแบบสัมผัส ขณะนี้กำลังทดสอบกับไอโซโทปแสง เช่น ในซิลิคอน

วิธีที่ 5 จาก 7: กระบวนการกระจายความร้อนด้วยของเหลว

1. 1 ภายใต้ความดันเปิด UF แก๊ส₆ เป็นของเหลว
2. 2 สร้างสองท่อศูนย์กลาง ท่อควรจะค่อนข้างสูง ยิ่งท่อยาวเท่าไหร่ก็ยิ่งแยกก๊าซได้มากเท่านั้น
3. 3 ล้อมรอบท่อด้วยฝักน้ำของเหลว สิ่งนี้จะทำให้ท่อด้านนอกเย็นลง
4. 4 ฉีดยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์เหลวระหว่างท่อ
5. 5 อุ่นยางในด้วยไอน้ำ ความร้อนจะสร้างกระแสหมุนเวียนในUF₆ซึ่งจะทำให้ไอโซโทป U ของแสงเคลื่อนที่ไปยังท่อภายในที่อบอุ่น และ U ที่หนักหน่วงไปยังท่อด้านนอกที่เย็น
   • กระบวนการนี้ถูกคิดค้นขึ้นในปี 1940 โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการแมนฮัตตัน แต่ถูกละทิ้งตั้งแต่เนิ่นๆ หลังจากการพัฒนากระบวนการแพร่ก๊าซที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

วิธีที่ 6 จาก 7: กระบวนการแยกไอโซโทปแม่เหล็กไฟฟ้า

1. 1 ก๊าซไอออไนซ์UF₆.
2. 2 ส่งก๊าซผ่านสนามแม่เหล็กแรงสูง
3. 3 แยกไอโซโทปยูเรเนียมที่แตกตัวเป็นไอออนออกจากร่องรอยที่ปล่อยออกมาเมื่อผ่านสนามแม่เหล็ก ไอออน U ทิ้งร่องรอยที่โค้งงอแตกต่างจาก U ไอออนเหล่านี้สามารถแยกออกเพื่อผลิตยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ
   • วิธีนี้ใช้ในการผลิตยูเรเนียมสำหรับระเบิดปรมาณูที่ทิ้งบนฮิโรชิมาในปี 2488 และอิรักใช้สำหรับโครงการอาวุธนิวเคลียร์ในปี 2535 วิธีนี้ต้องใช้พลังงานมากกว่าวิธีการแพร่ก๊าซถึง 10 เท่า ซึ่งทำให้ไม่สามารถทำได้สำหรับโปรแกรมขนาดใหญ่

วิธีที่ 7 จาก 7: กระบวนการแยกเลเซอร์ไอโซโทป

1. 1 ปรับเลเซอร์ให้เป็นความถี่เฉพาะ แสงเลเซอร์จะต้องมีความยาวคลื่นเฉพาะ (สีเดียว) ที่ความยาวคลื่นที่กำหนด เลเซอร์จะกำหนดเป้าหมายไปที่อะตอม U เท่านั้น โดยปล่อยให้อะตอมของ U ไม่เสียหาย
2. 2 เล็งเลเซอร์ไปที่ยูเรเนียม ไม่เหมือนกับวิธีการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมอื่นๆ กระบวนการนี้ไม่ต้องใช้ก๊าซยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ คุณสามารถใช้โลหะผสมของยูเรเนียมและเหล็กซึ่งมักทำกันในอุตสาหกรรม
3. 3 จะปล่อยอะตอมของยูเรเนียมด้วยอิเล็กตรอนที่ตื่นเต้น พวกนี้จะเป็นอะตอมของยู

เคล็ดลับ

• ในบางประเทศ กากนิวเคลียร์ถูกนำมาใช้ซ้ำเพื่อแยกยูเรเนียมและพลูโทเนียมออกจากกระบวนการสลายตัว ยูเรเนียมที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้จะต้องถูกสกัดจาก U และ U ที่ได้จากกระบวนการสลายตัว และตอนนี้ต้องเสริมสมรรถนะให้สูงขึ้นกว่าเดิม เนื่องจาก U ดูดซับนิวตรอนและทำให้กระบวนการสลายตัวช้าลง ด้วยเหตุนี้ ยูเรเนียมที่ใช้เป็นครั้งแรกจึงควรแยกออกจากยูเรเนียมรีไซเคิล

คำเตือน

• อันที่จริง ยูเรเนียมมีกัมมันตภาพรังสีต่ำ แต่เมื่อเปลี่ยนเป็น UF₆ จะกลายเป็นสารเคมีที่เป็นพิษเมื่อสัมผัสกับน้ำจะเกิดกรดไฮโดรฟลูออริก ดังนั้น โรงงานเสริมสมรรถนะยูเรเนียมจึงต้องการความปลอดภัยและการป้องกันในระดับเดียวกับโรงงานเคมีที่ทำงานด้วยฟลูออรีน ซึ่งรวมถึงการจัดเก็บก๊าซ UF₆ ภายใต้แรงดันต่ำและการใช้การปิดผนึกเพิ่มเติมเมื่อทำงานภายใต้แรงดันสูง
• ยูเรเนียมที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้จะต้องได้รับการปกป้องอย่างจริงจังเนื่องจากไอโซโทป U ซึ่งมีการสลายตัวเป็นองค์ประกอบที่ปล่อยรังสีแกมมาอย่างแรง
• ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะโดยทั่วไปสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เพียงครั้งเดียวเท่านั้น