المحتوى

• خطوات
• طريقة 1 من 7: عملية التعزيز الأساسية
• الطريقة 2 من 7: عملية نشر الغاز
• طريقة 3 من 7: عملية توصيل الغاز
• طريقة 4 من 7: عملية الفصل الديناميكي الهوائي
• طريقة 5 من 7: عملية الانتشار الحراري السائل
• طريقة 6 من 7: عملية فصل النظائر الكهرومغناطيسية
• الطريقة 7 من 7: عملية فصل النظائر بالليزر
• نصائح
• تحذيرات

يُستخدم اليورانيوم كوقود للمفاعلات النووية ، كما استخدم في صنع أول قنبلة ذرية أُسقطت على هيروشيما في عام 1945. يُستخرج اليورانيوم من خام راتنج اليورانيوم الذي يحتوي على عدة نظائر ذات كتل ذرية مختلفة ومستويات مختلفة من النشاط الإشعاعي. للاستخدام في تفاعل الاضمحلال ، يجب زيادة كمية نظير U إلى مستوى معين. هذه العملية تسمى تخصيب اليورانيوم. هناك عدة طرق للقيام بذلك.

خطوات

طريقة 1 من 7: عملية التعزيز الأساسية

1. 1 قرر ما الذي ستستخدم اليورانيوم من أجله. عادة ، يحتوي خام اليورانيوم على 0.7٪ فقط من اليورانيوم ، والباقي يتكون من نظير مستقر نسبيًا U. يحدد نوع التفاعل الذي تنوي فيه استخدام اليورانيوم مستوى U الذي تحتاج إليه لتخصيب الخام من أجل استخدام اليورانيوم المتاح بأكبر قدر ممكن من الكفاءة ...
   • يجب تخصيب اليورانيوم المستخدم في الطاقة النووية إلى مستوى 3-5٪ أمريكي (تتطلب بعض المفاعلات النووية استخدام يورانيوم غير مخصب).
   • يجب تخصيب اليورانيوم المستخدم في صنع أسلحة نووية حتى 90٪ من الولايات المتحدة.
2. 2 تحويل خام اليورانيوم إلى غاز. تتطلب معظم طرق تخصيب اليورانيوم تحويل الخام إلى غاز منخفض الحرارة. يتم ضخ غاز الفلورين في وحدة تحويل الخام. يتفاعل أكسيد اليورانيوم مع الفلور لإنتاج سادس فلوريد اليورانيوم (UF₆). بعد ذلك ، يتم عزل النظير U من الغاز.
3. 3 تخصيب اليورانيوم. يصف الجزء المتبقي من هذا النص الطرق المختلفة لتخصيب اليورانيوم. الأكثر شيوعًا هي انتشار الغاز وأجهزة الطرد المركزي ، ولكن فصل نظائر الليزر يجب أن يحل محلهما قريبًا.
4. 4 تحويل سداسي فلوريد اليورانيوم إلى ثاني أكسيد اليورانيوم (UO₂). بعد التخصيب ، يجب تحويل اليورانيوم إلى شكل ثابت وقوي لمزيد من الاستخدام.
   • يستخدم ثاني أكسيد اليورانيوم كوقود للمفاعلات النووية على شكل حبيبات موضوعة في أنابيب معدنية مكونة من قضبان طولها 4 أمتار.

الطريقة 2 من 7: عملية نشر الغاز

1. 1 ضخ UF₆ عبر الأنابيب.
2. 2 قم بتمرير الغاز من خلال مرشح مسامي أو غشاء. نظرًا لأن النظير U أخف من U ، UF₆المحتوي على نظير أخف يمر عبر الغشاء أسرع من نظير أثقل.
3. 3 كرر عملية الانتشار حتى تجمع ما يكفي من يو. الانتشار المتكرر يسمى الشلال. قد يستغرق الأمر ما يصل إلى 1400 تمريرة عبر الغشاء قبل جمع كمية كافية من U.
4. 4 تكثيف UF₆ في السائل. بعد تخصيب الغاز ، يتم تكثيفه في سائل ووضعه في حاويات ، حيث يتم تبريده وتجميده للنقل وتحويله إلى حبيبات.
   • نظرًا للعدد الكبير من الغازات التي تمر عبر الفلاتر ، فإن هذه العملية تستهلك طاقة وبالتالي تصبح غير صالحة للاستخدام.

طريقة 3 من 7: عملية توصيل الغاز

1. 1 اجمع عدة اسطوانات تدور بسرعة عالية. هذه الاسطوانات هي أجهزة طرد مركزي. يتم تجميع أجهزة الطرد المركزي بالتوازي والتسلسل.
2. 2 تحميل UF₆ في أجهزة الطرد المركزي. تستخدم أجهزة الطرد المركزي قوة الطرد المركزي لإجبار الغاز الأثقل ، الذي يحتويه ، على أن يكون على جدران الأسطوانة ، والأخف وزنا ، مع U ، للبقاء في المركز.
3. 3 غازات منفصلة منفصلة.
4. 4 كرر العملية باستخدام هذه الغازات في أجهزة طرد مركزي مختلفة. يتم تمرير الغاز الذي يحتوي على نسبة عالية من U عبر جهاز طرد مركزي لاستعادة المزيد من U ، ويتم ضغط الغاز الذي يحتوي على محتوى منخفض من U لاستعادة ما تبقى من U.وبالتالي ، يتم الحصول على المزيد من U أكثر من انتشار الغاز.
   • تم اختراع عملية استخدام أجهزة الطرد المركزي الغازية في الأربعينيات من القرن الماضي ، ولكنها لم تُستخدم كثيرًا حتى الستينيات ، عندما بدأ انخفاض استهلاك الطاقة مهمًا. حاليًا ، يقع المرفق الذي يستخدم هذه العملية في يونيس ، الولايات المتحدة الأمريكية. هناك 4 شركات من هذا القبيل في روسيا واليابان والصين - 2 لكل منهما ، في بريطانيا العظمى وهولندا وألمانيا - واحدة لكل منهما.

طريقة 4 من 7: عملية الفصل الديناميكي الهوائي

1. 1 بناء عدة اسطوانات ضيقة ثابتة.
2. 2 أدخل UF₆ في الاسطوانات بسرعة عالية. سوف يدور الغاز الذي يتم إدخاله بهذه الطريقة في الأسطوانة مثل الإعصار ، ونتيجة لذلك ينقسم إلى U و U ، كما هو الحال في جهاز طرد مركزي دوار.
   • في جنوب إفريقيا ، توصلوا إلى حقن الغاز في أسطوانة بشكل عرضي. في الوقت الحالي يتم اختباره على نظائر ضوئية ، كما هو الحال في السيليكون.

طريقة 5 من 7: عملية الانتشار الحراري السائل

1. 1 تحت ضغط تحويل غاز UF₆ في السائل.
2. 2 قم ببناء أنبوبين متحدة المركز. يجب أن تكون الأنابيب عالية جدًا. كلما طالت الأنابيب ، زاد عدد الغازات التي يمكن فصلها.
3. 3 أحط الأنابيب بغمد من الماء السائل. هذا سوف يبرد الأنبوب الخارجي.
4. 4 ضخ سادس فلوريد اليورانيوم السائل بين الأنابيب.
5. 5 تسخين الأنبوب الداخلي بالبخار. ستخلق الحرارة تيارًا حراريًا في UF₆، مما يؤدي إلى انتقال نظائر U الخفيفة إلى الأنبوب الداخلي الدافئ ، والنظير U الثقيل إلى الأنبوب الخارجي البارد.
   • تم اختراع هذه العملية في عام 1940 كجزء من مشروع مانهاتن ، ولكن تم التخلي عنها في وقت مبكر بعد تطوير عملية أكثر كفاءة لنشر الغاز.

طريقة 6 من 7: عملية فصل النظائر الكهرومغناطيسية

1. 1 غاز مؤين UF₆.
2. 2 مرر الغاز من خلال مجال مغناطيسي قوي.
3. 3 افصل نظائر اليورانيوم المتأين عن الآثار التي تتركها عند مرورها عبر المجال المغناطيسي. تترك أيونات U آثارًا تنحني بشكل مختلف عن U. يمكن فصل هذه الأيونات لإنتاج اليورانيوم المخصب.
   • استخدمت هذه الطريقة لإنتاج اليورانيوم للقنبلة الذرية التي ألقيت على هيروشيما عام 1945 واستخدمها العراق في برنامج أسلحته النووية عام 1992. تتطلب هذه الطريقة طاقة أكثر بعشر مرات من طريقة نشر الغاز ، مما يجعلها غير عملية للبرامج واسعة النطاق.

الطريقة 7 من 7: عملية فصل النظائر بالليزر

1. 1 قم بضبط الليزر على تردد معين. يجب أن يكون لضوء الليزر طول موجي محدد (لون واحد). عند طول موجي معين ، سيستهدف الليزر ذرات U فقط ، تاركًا ذرات U سليمة.
2. 2 تهدف الليزر إلى اليورانيوم. على عكس طرق تخصيب اليورانيوم الأخرى ، لا تتطلب هذه العملية استخدام غاز سادس فلوريد اليورانيوم. يمكنك استخدام سبيكة من اليورانيوم والحديد ، وهي أكثر شيوعًا في الصناعة.
3. 3 ستطلق ذرات اليورانيوم مع الإلكترونات المثارة. ستكون هذه ذرات يو.

نصائح

• في بعض البلدان ، يُعاد استخدام النفايات النووية لفصل اليورانيوم والبلوتونيوم عن عملية الاضمحلال. يجب استخلاص اليورانيوم القابل لإعادة الاستخدام من U و U الذي تم الحصول عليه في عملية الاضمحلال ، والآن يجب تخصيب اليورانيوم إلى مستوى أعلى مما كان عليه في البداية ، نظرًا لأن U تمتص النيوترونات وبالتالي تبطئ عملية التحلل. ولهذا السبب ، يجب فصل اليورانيوم المستخدم لأول مرة عن اليورانيوم المعاد تدويره.

تحذيرات

• في الواقع ، يعتبر اليورانيوم ضعيف النشاط الإشعاعي. ومع ذلك ، عند تحويله إلى UF₆ ، فإنه يتحول إلى مادة كيميائية سامة تشكل حمض الهيدروفلوريك عند ملامستها للماء. لذلك ، تتطلب مصانع تخصيب اليورانيوم نفس مستوى الأمان والحماية مثل المصانع الكيماوية العاملة بالفلور ، والتي تشمل تخزين غاز UF.₆ تحت ضغط منخفض واستخدام مانع تسرب إضافي عند العمل تحت ضغط عالٍ.
• يجب حماية اليورانيوم القابل لإعادة التدوير بشكل خطير لأن نظائر U التي تحتوي على الاضمحلال إلى عناصر تنبعث منها أشعة جاما القوية.
• لا يمكن إعادة استخدام اليورانيوم المخصب بشكل عام إلا مرة واحدة.