Contenuto

• Passi
• Metodo 1 di 7: Processo di fruizione di base
• Metodo 2 di 7: Processo di diffusione del gas
• Metodo 3 di 7: Processo di giunzione del gas
• Metodo 4 di 7: Processo di separazione aerodinamica
• Metodo 5 di 7: processo di diffusione termica liquida
• Metodo 6 di 7: processo di separazione degli isotopi elettromagnetici
• Metodo 7 di 7: processo di separazione degli isotopi laser
• Consigli
• Avvertenze

L'uranio è utilizzato come combustibile per i reattori nucleari ed è stato utilizzato anche per creare la prima bomba atomica sganciata su Hiroshima nel 1945. L'uranio viene estratto dal minerale di resina di uranio contenente diversi isotopi di diverse masse atomiche e diversi livelli di radioattività. Per l'uso in una reazione di decadimento, la quantità dell'isotopo U deve essere aumentata a un certo livello. Questo processo è chiamato arricchimento dell'uranio. Ci sono diversi modi per farlo.

Passi

Metodo 1 di 7: Processo di fruizione di base

1. 1 Decidi per cosa utilizzerai l'uranio. Tipicamente, il minerale di uranio contiene solo lo 0,7% di U, e il resto è costituito da un isotopo U relativamente stabile. Il tipo di reazione in cui si intende utilizzare l'uranio determina il livello di U a cui occorre arricchire il minerale per poter utilizzare l'uranio uranio disponibile nel modo più efficiente possibile. ...
   • L'uranio utilizzato nell'energia nucleare deve essere arricchito a un livello del 3-5% U. (alcuni reattori nucleari richiedono l'uso di uranio non arricchito).
   • L'uranio utilizzato per creare armi nucleari deve essere arricchito al 90% di U.
2. 2 Trasforma il minerale di uranio in gas. La maggior parte dei metodi di arricchimento dell'uranio richiede la conversione del minerale in gas a bassa temperatura. Il gas fluoro viene pompato nell'unità di conversione del minerale. L'ossido di uranio interagisce con il fluoro per produrre esafluoruro di uranio (UF₆). Successivamente, l'isotopo U viene isolato dal gas.
3. 3 Arricchimento di uranio. Il resto di questo testo descrive i diversi modi per arricchire l'uranio. I più comuni sono la diffusione del gas e la centrifuga a gas, ma la separazione degli isotopi laser dovrebbe presto sostituirli.
4. 4 Convertire esafluoruro di uranio in biossido di uranio (UO₂). Dopo l'arricchimento, l'uranio deve essere convertito in una forma stabile e forte per un ulteriore utilizzo.
   • Il biossido di uranio viene utilizzato come combustibile per i reattori nucleari sotto forma di granuli posti in tubi metallici che formano barre di 4 metri.

Metodo 2 di 7: Processo di diffusione del gas

1. 1 Pompaggio UF₆ attraverso i tubi.
2. 2 Passare il gas attraverso un filtro poroso o una membrana. Poiché l'isotopo U è più leggero di U, UF₆contenente un isotopo più leggero attraverserà la membrana più velocemente di un isotopo più pesante.
3. 3 Ripeti il ​​processo di diffusione finché non hai raccolto abbastanza U. La diffusione ripetitiva è chiamata cascata. Potrebbero essere necessari fino a 1400 passaggi attraverso la membrana prima che venga raccolta una quantità sufficiente di U.
4. 4 condensa UF₆ in liquido. Dopo che il gas si è arricchito, viene condensato in un liquido e posto in contenitori, dove viene raffreddato e solidificato per il trasporto e la trasformazione in granuli.
   • A causa dell'elevato numero di gas che passa attraverso i filtri, questo processo consuma energia e quindi non viene utilizzato.

Metodo 3 di 7: Processo di giunzione del gas

1. 1 Raccogli diversi cilindri che girano ad alta velocità. Questi cilindri sono centrifughe. Le centrifughe sono montate sia in parallelo che in serie.
2. 2 Carica UF₆ nelle centrifughe. Le centrifughe usano la forza centrifuga per forzare il gas più pesante, che lo contiene, ad essere alle pareti del cilindro, e quello più leggero, con la U, a rimanere al centro.
3. 3 Gas separati separati.
4. 4 Ripetere il processo con questi gas in diverse centrifughe. Il gas con un alto contenuto di U viene fatto passare attraverso una centrifuga per recuperare ancora più U, e il gas con un basso contenuto di U viene spremuto per recuperare l'U rimanente.Pertanto, si ottiene più U che con la diffusione del gas.
   • Il processo di utilizzo delle centrifughe a gas è stato inventato negli anni '40, ma non è stato utilizzato molto fino agli anni '60, quando il minor consumo di energia ha iniziato a essere importante. Attualmente, la struttura che utilizza questo processo si trova a Eunice, negli Stati Uniti. Esistono 4 imprese di questo tipo in Russia, Giappone e Cina - 2 ciascuna, in Gran Bretagna, Paesi Bassi e Germania - una ciascuna.

Metodo 4 di 7: Processo di separazione aerodinamica

1. 1 Costruisci diversi cilindri stretti stazionari.
2. 2 Entra UF₆ nei cilindri ad alta velocità. Il gas così introdotto ruoterà nel cilindro come un ciclone, per cui si dividerà in U e U, come in una centrifuga rotante.
   • In Sud Africa, hanno inventato l'iniezione di gas in una bombola tangenzialmente. Al momento è in fase di sperimentazione su isotopi leggeri, come il silicio.

Metodo 5 di 7: processo di diffusione termica liquida

1. 1 Sotto pressione girare gas UF₆ in liquido.
2. 2 Costruisci due tubi concentrici. I tubi dovrebbero essere abbastanza alti. Più lunghi sono i tubi, più gas può essere separato.
3. 3 Circondare i tubi con una guaina di acqua liquida. Questo raffredderà il tubo esterno.
4. 4 Iniettare esafluoruro di uranio liquido tra i tubi.
5. 5 Riscaldare la camera d'aria con il vapore. Il calore creerà un flusso di convezione nell'UF₆, che farà sì che gli isotopi U leggeri si spostino nel tubo interno caldo e l'U pesante in quello esterno freddo.
   • Questo processo è stato inventato nel 1940 come parte del Progetto Manhattan, ma è stato abbandonato presto dopo lo sviluppo di un processo di diffusione del gas più efficiente.

Metodo 6 di 7: processo di separazione degli isotopi elettromagnetici

1. 1 Ionizzare il gas UF₆.
2. 2 Fai passare il gas attraverso un forte campo magnetico.
3. 3 Separare gli isotopi di uranio ionizzato dalle tracce che lasciano quando attraversano il campo magnetico. Gli ioni U lasciano tracce che si piegano in modo diverso da U. Questi ioni possono essere separati per produrre uranio arricchito.
   • Questo metodo è stato utilizzato per produrre uranio per la bomba atomica sganciata su Hiroshima nel 1945 ed è stato utilizzato dall'Iraq per il suo programma di armi nucleari nel 1992. Questo metodo richiede 10 volte più energia rispetto al metodo di diffusione del gas, il che lo rende poco pratico per programmi su larga scala.

Metodo 7 di 7: processo di separazione degli isotopi laser

1. 1 Sintonizzare il laser su una frequenza specifica. La luce laser deve avere una lunghezza d'onda specifica (colore singolo). A una data lunghezza d'onda, il laser indirizzerà solo gli atomi di U, lasciando intatti gli atomi di U.
2. 2 Punta il laser sull'uranio. A differenza di altri metodi di arricchimento dell'uranio, questo processo non richiede l'uso di gas esafluoruro di uranio. Puoi usare una lega di uranio e ferro, che è più comunemente fatta nell'industria.
3. 3 Rilascerà atomi di uranio con elettroni eccitati. Questi saranno gli atomi di U.

Consigli

• In alcuni paesi, le scorie nucleari vengono riutilizzate per separare l'uranio e il plutonio dal processo di decadimento. L'uranio riutilizzabile dovrà essere estratto dall'U e dall'U ottenuti nel processo di decadimento, e ora l'uranio deve essere arricchito a un livello superiore a quello iniziale, poiché l'U assorbe i neutroni e quindi rallenta il processo di decadimento. Per questo motivo, l'uranio utilizzato per la prima volta dovrebbe essere tenuto separato dall'uranio riciclato.

Avvertenze

• In effetti, l'uranio è debolmente radioattivo. Tuttavia, quando lo si trasforma in UF₆ , si trasforma in una sostanza chimica tossica che a contatto con l'acqua forma acido fluoridrico. Pertanto, gli impianti di arricchimento dell'uranio richiedono lo stesso livello di sicurezza e protezione degli impianti chimici che funzionano con fluoro, che include lo stoccaggio di gas UF₆ a bassa pressione e l'uso di guarnizioni aggiuntive quando si lavora ad alta pressione.
• L'uranio riciclabile deve essere seriamente protetto poiché gli isotopi U che contiene decadono in elementi che emettono forti radiazioni gamma.
• L'uranio arricchito può essere generalmente riutilizzato solo una volta.