Zakaj obogatiti uran - značilnosti, opis tehnologije in preglede

Jedrsko orožje, ali nam je to všeč ali ne, je resničnost, s katero je človeštvo živelo od sredine prejšnjega stoletja. Jedrski reaktorji, ne glede na to, kako govorijo kritiki jedrske industrije, pomembno prispevajo k energetskim sistemom različnih držav. In tam se uporablja radioaktivni material. To je predvsem uran, 92. element periodnega sistema.

Različni viri novic redno s svojih strani objavljajo, da je država začela obogatiti uran. Zakaj je tako zaskrbljen zaradi svetovne skupnosti, kaj je tako grozno in kako se ta obogatitev dogaja?

Kaj je tako grozno obogaten uran

Uran ali plutonij orožnega razreda je v čisti obliki nevaren iz enega preprostega razloga: od njih, če obstaja določena tehnična podlaga, je mogoče izdelati eksplozivno jedrsko napravo.

Slika prikazuje shemo najenostavnejše jedrske bojne glave. Praznine 1 in 2 od jedrskega goriva so znotraj lupine. Vsak od njih predstavlja enega od delov celotne krogle in tehta nekoliko manj od kritične mase kovine, uporabljene v bombi.

Ko se detonirajoči naboj TNT raznese, se uranovi ingoti 1 in 2 združita skupaj, njihova skupna masa zagotovo presega kritično maso za ta material, kar vodi do jedrske verižne reakcije in, posledično, atomska eksplozija.

Zdi se, da ni nič zapletenega, vendar v resnici ni tako. V nasprotnem primeru bi bilo na planetu več držav na svetu. Poleg tega bi se tveganje, da bi takšne nevarne tehnologije padle v roke dovolj močnih in razvitih terorističnih skupin, močno povečale.

Trik je, da lahko samo zelo bogate sile z razvito znanstveno infrastrukturo obogatijo uran, tudi s trenutnim razvojem tehnologije. Še težje, brez katerega atomska naprava ne bo delovala, je ločiti 235 in 238 izotopov urana.

Rudniki urana: resnica in fikcija

V ZSSR je bilo na filozofski ravni domneva, da so storilci kaznivih dejanj obsojeni na smrt zaradi dela na uranovih rudnikih, s čimer so odkupili svojo krivdo pred stranko in sovjetskimi ljudmi. To seveda ni res.

Rudarstvo urana je visokotehnološka industrija v rudarski industriji in za nekoga, ki bi ustrahoval morilce z razbojniki, je malo verjetno, da bi delali s kompleksno in zelo drago opremo. Poleg tega so govorice, da so rudarji rudarjev urana dolžni nositi plinsko masko in svinčevo perilo, prav tako nič več kot mit.

Uran se koplje v rudnikih, včasih do enega kilometra globoko. Največje zaloge tega elementa so v Kanadi, Rusiji, Kazahstanu in Avstraliji. V Rusiji se povprečno približno en kilogram urana proizvede iz ene tone rude. To ni največji kazalnik. V nekaterih evropskih rudnikih ta številka dosega 22 kg na tono.

Radiacijsko ozadje v rudniku je približno enako kot na meji stratosfere, kjer se zakrpajo civilna potniška letala.

Uranova ruda

Obogatite uran začne takoj po ekstrakciji, neposredno v bližini rudnika. Poleg kovine, kot tudi vse druge rude, uran vsebuje odpadne kamnine. Začetna stopnja obogatitve se zmanjša na razvrščanje tlakovcev, ki so vzeti iz rudnika: v uran, bogat in reven. Dobesedno se vsak del stehta, izmeri z avtomati in se glede na lastnosti pošlje določenemu toku.

Nato pride v poštev mlin, ki melje rudo, bogato z uranom, v fin prah. Vendar to ni uran, temveč le njegov oksid. Pridobivanje čiste kovine je najbolj zapletena veriga kemijskih reakcij in transformacij.

Vendar pa ni dovolj izbrati čisto kovino iz prvotnih kemičnih spojin. Od vsega urana, ki ga vsebuje narava, je 99% zaseden z izotopom 238, manj kot en odstotek pa ostaja njegov 235. brat. Njihova ločitev je najtežja naloga, ki je ne more rešiti nobena država.

Metoda obogatitve z difuzijo plina

To je prva metoda, s katero so začeli obogatiti uran. Še vedno se uporablja v ZDA in Franciji. Na podlagi razlike v gostoti 235 in 238 izotopov. Uranov plin, pridobljen iz oksida, se črpa v komoro, ločeno z membrano pod visokim tlakom. Atomi izotopa 235 so lažji, zato se od prejetega dela toplote gibljejo hitreje kot "počasni" atomi 238 urana, bolj in bolj intenzivno se premikajo okoli membrane. V skladu z zakoni teorije verjetnosti je bolj verjetno, da bodo zadovoljile eno od mikropor in da bodo na drugi strani same membrane.

Učinkovitost te metode je majhna, ker je razlika med izotopi zelo, zelo majhna. Toda kako narediti obogateni uran primeren za uporabo? Odgovor na to metodo je veliko in večkrat. Za pridobitev urana, ki je primeren za proizvodnjo goriva iz reaktorja elektrarne, se plinski difuzijski čistilni sistem ponovi več stokrat.

Mnenja strokovnjakov o tej metodi so dvoumna. Po eni strani je plinska difuzijska metoda ločevanja prva, ki Združenim državam zagotavlja visoko kakovosten uran, zaradi česar so začasno vodilni na vojaškem področju. Po drugi strani pa naj bi difuzija plina povzročila manj odpadkov. Edina stvar, ki v tem primeru prinaša, je visoka cena končnega izdelka.

Centrifugalna metoda

To je razvoj sovjetskih inženirjev. Danes, razen Rusije, obstaja več držav, ki obogatijo uran po metodi, ki je bila odkrita v ZSSR. To so Brazilija, Velika Britanija, Nemčija, Japonska in nekatere druge države. Metoda je podobna tehnologiji plinske difuzije, saj uporablja razliko mase 235 in 238 izotopov.

Plin urana se v centrifugi zvija do 1500 vrtljajev na sekundo. Zaradi različne gostote na izotope delujejo centrifugalne sile različnih velikosti. Uran 238 se kot težji nabira na stenah centrifuge, 235 izotop pa se zbira bližje centru. V zgornji del jeklenke se črpa mešanica plinov. Po potovanju do dna centrifuge imajo izotopi čas, da se delno ločijo in se izberejo ločeno.

Kljub temu, da metoda tudi ne daje 100% ločitve izotopov, in da bi dosegli zahtevano stopnjo obogatitve, jo je treba uporabiti večkrat, ekonomsko pa je veliko učinkovitejša od difuzije plina. Tako je obogateni uran v Rusiji po tehnologiji uporabe centrifug približno 3-krat cenejši od tistega, pridobljenega na ameriških membranah.

Uporaba obogatenega urana

Zakaj vse to zapleteno in drago birokracijo s čiščenjem, sproščanje kovin iz oksidov, ločitev izotopov? Ena pranje obogatenega urana 235, od tistih, ki se uporabljajo v atomski energiji (iz takih "palic" se uporabljajo palice - gorivne palice), tehta približno 7 gramov, nadomesti približno tri 200-litrske sodčke bencina ali približno tono premoga.

Glede na čistost in razmerje izotopov 235 in 238 se obogateni in osiromašeni uran uporablja na različne načine.

Izotop 235 je gorivo, ki porabi več energije. Obogateni uran se upošteva, če je vsebnost izotopa 235 večja od 20%. To je osnova jedrskega orožja.

Tudi obogatena energijsko bogata surovina se uporablja kot gorivo za jedrske reaktorje v podmornicah in na vesoljskih plovilih zaradi omejene mase in velikosti.

Osiromašeni uran, ki vsebuje predvsem 238 izotopov, je gorivo za civilne stacionarne jedrske reaktorje. Reaktorji na osnovi naravnega urana veljajo za manj eksplozivne.

Mimogrede, po izračunih ruskih ekonomistov, ob ohranjanju sedanje stopnje proizvodnje 92 elementov periodnega sistema, se bodo do leta 2030 njene rezerve v raziskanih rudnikih po svetu začele zmanjševati. To je razlog, zakaj znanstveniki izgledajo upati termonuklearna fuzija kot vir poceni in cenovno dostopne energije v prihodnosti.