Foydali maslahatlar

Uranni boyitish

Pin
Send
Share
Send
Send


Uranni boyitish yadro qurolini yaratishda muhim qadamlardan biridir. Faqat uranning ma'lum bir turi yadroviy reaktor va bombalarda ishlaydi.

Ushbu turdagi uranni yanada keng tarqalgan turidan ajratish katta muhandislik mahoratini talab qiladi, garchi buning uchun zarur bo'lgan texnologiya o'nlab yillar davomida ishlatilgan bo'lsa ham. Vazifa uranni qanday ajratish kerakligini aniqlash emas, balki ushbu vazifani bajarish uchun zarur bo'lgan uskunalarni qurish va ishlatishdir.

Tabiatda turli xil bo'lgan element atomlari kabi uran atomlariga izotoplar deyiladi. (Har bir izotop o'z yadrosida turli xil neytronlarga ega.) Uran-235, barcha tabiiy uranning 1 foizidan kamini tashkil etadigan izotop, yadro reaktorlari va yadroviy bombalarni yoqilg'i bilan ta'minlaydi, uran-238 esa 99 foizni tashkil qiladi. tabiiy uran, yadro ishlatilmaydi.

Uranni boyitish darajasi

Yadro zanjiri reaktsiyasi uran atomining parchalanishidan kamida bitta neytronni boshqa atom egallab oladi va shunga mos ravishda uning parchalanishiga olib keladi. Birinchi yaqinlashishda, neytron reaktordan chiqmasdan oldin 235 U atomiga "qoqilib" ketishi kerakligini anglatadi. Bu shuni anglatadiki, uran bilan dizayn etarlicha ixcham bo'lishi kerak, shunda neytron uchun keyingi uran atomini topish ehtimoli etarlicha yuqori. Ammo 235 U reaktori ishlayotganda, u asta-sekin yonib ketadi, bu 235 U atomining neytron bilan uchrashish ehtimolini kamaytiradi, bu ularni reaktorlarda ushbu ehtimollikning ma'lum bir chegarasini qo'yishga majbur qiladi. Shunga ko'ra, yadro yoqilg'isidagi 235 U ning past ulushi zarur:

  • kattaroq reaktor hajmi, shunda neytron uzoqroq bo'lishi kerak
  • neytron va uran atomining to'qnashuvi ehtimolini oshirish uchun reaktor hajmining katta qismini yoqilg'i sarf qilishi kerak,
  • tez-tez reaktorda berilgan 235 U zichligini saqlab qolish uchun yoqilg'ini yangisiga qayta yuklash talab etiladi,
  • sarflangan yoqilg'ida yuqori 235 U ga teng bo'lgan ulush.

Yadro texnologiyalarini takomillashtirish jarayonida iqtisodiy va texnologik jihatdan eng maqbul echimlar topildi, ular yonilg'idagi 235 U miqdorini, ya'ni uranni boyitishni talab qildi.

Yadro qurolida boyitish vazifasi deyarli bir xil: yadroviy portlash juda qisqa vaqt ichida maksimal 235 U atomining neytron, parchalanishi va energiyasini topishi talab qilinadi. Buning uchun 235 U atomining eng katta hajmli zichligi talab qilinadi, uni yakuniy boyitish bilan erishish mumkin.

Uranni boyitish darajasi [tahrir |

Ajratish kaliti

Ularni ajratishning kaliti shundaki, uran-235 atomlari uran-238 atomlaridan bir oz kamroq bo'ladi.

Har bir uran rudasining har bir tabiiy namunasida mavjud bo'lgan oz miqdordagi uran-235 ni ajratish uchun muhandislar avval kimyoviy reaktsiya yordamida uranni gazga aylantiradilar.

Keyin gaz santrifüj naychaga bir kishining yoki undan kattaroq hajmdagi silindrsimon shaklda kiritiladi. Har bir naycha o'z o'qi bo'yicha g'oyat katta tezlikda aylanadi, og'irroq uran-238 gaz molekulalarini naychaning o'rtasiga tortib, engil uran-235 gaz molekulalarini naychaning chetiga yaqinroq qoldiradi.

Har safar gaz santrifugada aylantirilganda aralashmadan ozgina miqdorda uran-238 gaz chiqariladi, shuning uchun quvurlar ketma-ket ishlatiladi. Har bir tsentrifuga ozgina uran-238 uranini chiqaradi va keyin ozgina tozalangan gaz aralashmasini keyingi trubkaga o'tkazadi va hokazo.

Uran gazini konversiyalash

Gazsimon uran-235 santrifugalarning ko'p bosqichlarida ajralib chiqqandan so'ng, muhandislar uran gazini qattiq metallga aylantirish uchun boshqa kimyoviy reaktsiyadan foydalanadilar. Keyinchalik bu metall reaktorlarda yoki bomba uchun foydalanish uchun hosil bo'lishi mumkin.

Har bir qadam uran gazining aralashmasini ozgina tozalagani uchun, mamlakatlar faqat yuqori darajadagi samaradorlikka mo'ljallangan santrifugalarni ishlatish imkoniyatiga ega. Aks holda, oz miqdordagi toza uran-235 ni ishlab chiqarish taqiqlanadigan darajada qimmatga tushadi.

Va ushbu santrifüj quvurlarni loyihalashtirish va ishlab chiqarish ko'pgina mamlakatlarning imkoniyatlaridan tashqarida ma'lum miqdordagi sarmoya va texnik nou-xaularni talab qiladi. Quvurlar maxsus po'lat yoki aralashmalarni talab qiladi, ular aylanish paytida sezilarli bosimga bardosh beradi, mutlaqo silindrsimon bo'lishi kerak va ularni qurish qiyin bo'lgan ixtisoslashgan mashinalar tomonidan amalga oshiriladi.

AQSh Xirosima shahriga tashlagan bomba namunasi. Bomba tayyorlash uchun 62 kg uran-235 kerak bo'ladi, "atom bombasini qurish" (Saymon va Shuster, 1995).

Ushbu 62 kg og'irlikdagi 4 tonna uran rudasidan ajratish dunyodagi eng katta qurilishda sodir bo'lgan va mamlakat elektr energiyasining 10 foizidan foydalangan. "Uskunani qurish uchun 20,000 kishi qatnashdi, 12000 kishi ob'ektni ishlatdi va 1944 yilda uni jihozlash 500 million dollardan ko'proq mablag 'sarfladi." Bu 2018 yilda 7,2 milliard dollarga yaqin.

Nega boyitilgan uran bu qadar dahshatli?

Uran yoki qurolga asoslangan plutoniy o'zining oddiy shaklida bitta oddiy sababga ko'ra xavflidir: ulardan ma'lum bir texnik bazaga ega bo'lgan holda portlovchi yadro qurilmasi yasalishi mumkin.

Rasmda oddiy yadro qurolining sxematik tasviri ko'rsatilgan. 1 va 2 yadro yoqilg'isining ignabargli qobiqlari ichida. Ularning har biri butun to'pning qismlaridan biridir va bomba ishlatishda ishlatiladigan qurol metallining tanqidiy massasidan bir oz kamroq.

TNTni portlatish zaryadi portlatilganda 1 va 2-uran inglizlari bittaga birlashadi, ularning umumiy massasi, shubhasiz, ushbu material uchun kritik massadan oshib ketadi, bu esa yadro zanjiri reaktsiyasiga va natijada atom portlashga olib keladi.

Bu hech qanday murakkab narsa emasdek tuyuladi, lekin aslida bu unday emas. Aks holda, sayyorada yadro quroliga ega bo'lgan mamlakatlar soni ko'proq bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, bunday xavfli texnologiyalarning etarlicha kuchli va rivojlangan terroristik guruhlar qo'liga tushib qolish xavfi sezilarli darajada oshadi.

Yolg'on shundan iboratki, rivojlangan ilmiy infratuzilmaga ega bo'lgan juda boy davlatlargina, hatto texnologiyaning hozirgi rivojlanishi bilan ham, uranni boyitishga qodir. Bundan ham qiyinroq, bunda atom qurilmasi ishlamaydi, 235 va 238 uran izotoplarini ajratib oling.

Uran konlari: haqiqat va fantastika

SSSRda, filistlar darajasida, jinoyatchilar uran shaxtalarida ishlashadi va shu bilan partiya va sovet xalqi oldida o'z ayblarini to'laydilar degan faraz paydo bo'ldi. Bu, albatta, to'g'ri emas.

Uran qazib olish - bu yuqori texnologiyali tog'-kon sanoati bo'lib, murakkab va juda qimmat uskunalar va qaroqchilar bilan qashshoq qotillar bilan ishlashga hech kimning rozi bo'lishi dargumon. Bundan tashqari, uran qazib oluvchilar majburiy ravishda gaz niqobini va qo'rg'oshin ichki kiyimlarini kiyishlari kerakligi haqidagi mish-mishlar ham afsona emas.

Uran ba'zan bir kilometr chuqurlikka qadar shaxtalarda qazib olinadi. Ushbu elementning eng katta zaxiralari Kanada, Rossiya, Qozog'iston va Avstraliyada joylashgan. Rossiyada bir tonna ruda o'rtacha bir yarim kilogramm uran ishlab chiqaradi. Bu hech qachon eng katta ko'rsatkich emas. Evropaning ba'zi shaxtalarida bu ko'rsatkich tonnasiga 22 kg ga etadi.

Konda radiatsion fon stratosfera chegarasida, fuqaro yo'lovchi samolyotlari yamalgan joyda joylashgan.

Uran rudasi

Uranni boyitish qazib olingandan so'ng darhol konga yaqin joyda boshlanadi. Metallga qo'shimcha ravishda, uran, boshqa ma'danlarga o'xshab, chiqindi jinslarni ham o'z ichiga oladi. Boyitishning dastlabki bosqichi kondan qazib olingan toshbo'ron toshlarini saralashdan boshlanadi: uranga boy va kambag'allar. Amaliy ravishda har bir qism tarozida tortiladi, dastgohlar bilan o'lchanadi va xususiyatlariga qarab ma'lum bir oqimga yuboriladi.

Keyin tegirmon uranga boy rudani mayda kukunga aylantirib o'ynaydi. Biroq, bu uran emas, faqat uning oksidi. Sof metalni olish kimyoviy reaktsiyalar va o'zgarishlarning eng murakkab zanjiri hisoblanadi.

Biroq, boshlang'ich kimyoviy birikmalardan toza metalni ajratish etarli emas. Tabiatdagi umumiy uranning 99 foizini 238 izotop egallaydi va uning 235-chi hamkori bir foizdan kam. Ularni ajratish har bir mamlakat hal qila olmaydigan juda qiyin vazifa.

Gazni diffuziya bilan boyitish usuli

Bu uranni boyitishning birinchi usuli. U hali ham AQSh va Frantsiyada qo'llaniladi. 235 va 238 izotoplarning zichlikdagi farqiga asoslanadi. Oksiddan chiqarilgan uran gazi yuqori bosim ostida membrana bilan ajratilgan xonaga yuboriladi. 235 izotopining atomlari engilroq, shuning uchun ular olingan issiqlik qismidan "sekin" uran 238 atomlariga nisbatan tezroq harakat qilishadi, mos ravishda membranaga nisbatan tez-tez va kuchliroq urishadi. Ehtimollar nazariyasi qonunlariga ko'ra, ular mikroorektorlardan biriga tushib, ushbu membrananing boshqa tomonida bo'lish ehtimoli ko'proq.

Ushbu usulning samaradorligi juda kichik, chunki izotoplar orasidagi farq juda kichik. Qanday qilib boyitilgan uranni ishlatishga yaroqli qilish kerak? Javob bu usulni ko'p marotaba qo'llaydi. Elektr stantsiyasida reaktordan yoqilg'i ishlab chiqarish uchun yaroqli uranni olish uchun gazni tarqatish tizimi bir necha yuz marta takrorlanadi.

Ushbu usul bo'yicha ekspert baholari aralash. Bir tomondan, gazni tarqalish usuli birinchi bo'lib AQShga yuqori sifatli uran etkazib beradi va bu ularni vaqtincha harbiy sohada etakchiga aylantiradi. Boshqa tomondan, gaz tarqalishi kamroq chiqindilarni keltirib chiqaradi deb taxmin qilinadi. Bunday holatda muvaffaqiyatsiz bo'lgan yagona narsa - bu yakuniy mahsulotning yuqori narxi.

Santrifüj usuli

Bu sovet muhandislarining rivojlanishi. Hozirgi vaqtda Rossiyadan tashqari, SSSRda kashf etilgan usul bilan uran boyitilgan bir qator davlatlar mavjud. Bular Braziliya, Buyuk Britaniya, Germaniya, Yaponiya va boshqa davlatlar. Usul gaz tarqalish texnologiyasiga o'xshaydi, chunki u 235 va 238 izotoplarining massa farqidan foydalanadi.

Uran gazi santrifugada 1500 aylanaga qadar aylanadi. Turli xil zichliklar tufayli izotoplarga turli o'lchamdagi markazdan qochma kuchlar ta'sir qiladi. Uran 238 og'irroq bo'lsa, tsentrifuga devorlari yaqinida to'planadi, 235-chi izotop esa markazga yaqinlashadi. Gaz aralashmasi silindrning yuqori qismiga pompalanadi. Santrifüjning pastki qismiga o'tgandan so'ng, izotoplar qisman ajralib chiqish uchun vaqt topdilar va alohida tanlandi.

Ushbu usul ham izotoplarni 100% ajratishni ta'minlamasligiga va kerakli boyitishga erishish uchun uni qayta-qayta ishlatish kerak, ammo bu gazni tarqalishiga qaraganda ancha tejamkor. Shunday qilib, tsentrifuga texnologiyasidan foydalangan holda Rossiyada boyitilgan uran Amerika membranalarida olinganidan 3 baravar arzon.

Boyitilgan uranni qo'llash

Nima uchun bularning barchasi tozalash va metalni oksidlardan ajratish, izotoplarni ajratish bilan qizil va qizil rangli lenta? Yadro energiyasida ishlatiladigan 235 ta boyitilgan uranning bitta yuvuvchisi (bunday "tabletkalar" dan yig'ilgan tayoqlar - yonilg'i quyish shoxlari), og'irligi 7 gramm, taxminan 200 litrli benzin yoki bir tonna ko'mirni almashtiradi.

Boyitilgan va qurigan uran 235 va 238 izotoplarining tozaligi va nisbatiga qarab har xil ishlatiladi.

235 izotopi - bu ko'proq energiya sarflaydigan yoqilg'i. Boyitilgan uran miqdori 235 izotopi 20% dan ortiq bo'lganda hisobga olinadi. Bu yadro qurolining asosi.

Boyitilgan energiya bilan to'yingan xom ashyolar, shuningdek, massasi va o'lchamlari cheklanganligi sababli suv osti kemalari va kosmik kemalarida yadroviy reaktorlar uchun yoqilg'i sifatida ishlatiladi.

Tarkibida 238 izotop mavjud bo'lgan uran fuqaro statsionar yadro reaktorlari uchun yoqilg'i hisoblanadi. Tabiiy uran reaktorlari kamroq portlovchi hisoblanadi.

Aytgancha, rossiyalik iqtisodchilarning hisob-kitoblariga ko'ra, davriy jadvalning 92 elementini ishlab chiqarish sur'ati saqlanib qolganda, uning dunyodagi kashf etilgan shaxtalardagi zaxiralari 2030 yilga borib tugaydi. Shu sababli olimlar kelajakda arzon va arzon energiya manbai sifatida termoyadroviylikni kutmoqdalar.

Pin
Send
Share
Send
Send