Inhoud

• Stappen
• Methode 1 van 7: Basisvergoedingsproces
• Methode 2 van 7: Gasdiffusieproces
• Methode 3 van 7: Gasverbindingsproces
• Methode 4 van 7: Aerodynamisch scheidingsproces
• Methode 5 van 7: Vloeibaar thermisch diffusieproces
• Methode 6 van 7: Elektromagnetisch isotopenscheidingsproces
• Methode 7 van 7: Laserisotoopscheidingsproces
• Tips
• Waarschuwingen

Uranium wordt gebruikt als brandstof voor kernreactoren en werd ook gebruikt om de eerste atoombom te maken die in 1945 op Hiroshima werd gedropt. Uranium wordt gewonnen uit uraniumhars dat verschillende isotopen met verschillende atoommassa's en verschillende niveaus van radioactiviteit bevat. Voor gebruik in een vervalreactie moet de hoeveelheid van de U-isotoop tot een bepaald niveau worden verhoogd. Dit proces wordt uraniumverrijking genoemd. Er zijn verschillende manieren om dit te doen.

Stappen

Methode 1 van 7: Basisvergoedingsproces

1. 1 Bepaal waarvoor u het uranium gaat gebruiken. Doorgaans bevat uraniumerts slechts 0,7% U en de rest bestaat uit een relatief stabiele isotoop U. Het type reactie waarin u uranium wilt gebruiken, bepaalt tot welk gehalte u het erts moet verrijken om de uranium zo efficiënt mogelijk beschikbaar te maken. ...
   • Uranium dat in kernenergie wordt gebruikt, moet worden verrijkt tot een niveau van 3-5% U. (sommige kernreactoren vereisen het gebruik van niet-verrijkt uranium).
   • Uranium dat wordt gebruikt om kernwapens te maken, moet worden verrijkt tot 90% U.
2. 2 Uraniumerts omzetten in gas. Bij de meeste uraniumverrijkingsmethoden moet het erts worden omgezet in gas op lage temperatuur. Fluorgas wordt in de ertsconversie-eenheid gepompt. Uraniumoxide interageert met fluor om uraniumhexafluoride (UF₆). Daarna wordt de isotoop U geïsoleerd van het gas.
3. 3 Uraniumverrijking. De rest van deze tekst beschrijft de verschillende manieren om uranium te verrijken. De meest voorkomende zijn gasdiffusie en gascentrifuge, maar laserisotoopscheiding zou ze binnenkort moeten vervangen.
4. 4 Uraniumhexafluoride omrekenen naar uraniumdioxide (UO₂). Na verrijking moet uranium worden omgezet in een stabiele, sterke vorm voor verder gebruik.
   • Uraniumdioxide wordt gebruikt als brandstof voor kernreactoren in de vorm van korrels die in metalen buizen worden geplaatst die staven van 4 meter vormen.

Methode 2 van 7: Gasdiffusieproces

1. 1 UF pompen₆ door de leidingen.
2. 2 Leid het gas door een poreus filter of membraan. Omdat de isotoop U lichter is dan U, is UF₆die een lichtere isotoop bevat, zal sneller door het membraan gaan dan een zwaardere isotoop.
3. 3 Herhaal het diffusieproces totdat je genoeg U hebt verzameld. Herhaalde diffusie wordt een cascade genoemd. Het kan tot 1400 passages door het membraan duren voordat voldoende U is verzameld.
4. 4 condens UF₆ in vloeistof. Nadat het gas is verrijkt, wordt het gecondenseerd tot een vloeistof en in containers geplaatst, waar het wordt gekoeld en gestold voor transport en transformatie in korrels.
   • Door het grote aantal gas dat door de filters gaat, is dit proces energieverslindend en daardoor buiten gebruik.

Methode 3 van 7: Gasverbindingsproces

1. 1 Verzamel verschillende cilinders die op hoge snelheid ronddraaien. Deze cilinders zijn centrifuges. Centrifuges worden zowel parallel als in serie geassembleerd.
2. 2 Upload UF₆ in centrifuges. Centrifuges gebruiken middelpuntvliedende kracht om het zwaardere gas dat het bevat, bij de cilinderwanden te dwingen, en het lichtere, met de U, in het midden te blijven.
3. 3 Aparte gescheiden gassen.
4. 4 Herhaal het proces met deze gassen in verschillende centrifuges. Het gas met een hoog U-gehalte wordt door een centrifuge geleid om nog meer U terug te winnen, en het gas met een laag U-gehalte wordt eruit geperst om het resterende U terug te winnen.Er wordt dus meer U verkregen dan bij gasdiffusie.
   • Het proces van het gebruik van gascentrifuges werd uitgevonden in de jaren '40, maar werd niet veel gebruikt tot de jaren '60, toen een lager energieverbruik belangrijk begon te worden. Momenteel bevindt de faciliteit die dit proces gebruikt, zich in Eunice, VS. Er zijn vier van dergelijke ondernemingen in Rusland, Japan en China - elk twee, in Groot-Brittannië, Nederland en Duitsland - elk één.

Methode 4 van 7: Aerodynamisch scheidingsproces

1. 1 Construeer verschillende stationaire smalle cilinders.
2. 2 Voer UF . in₆ met hoge snelheid in de cilinders. Het op deze manier ingebrachte gas zal als een cycloon in de cilinder ronddraaien, waardoor het als in een roterende centrifuge in U en U wordt verdeeld.
   • In Zuid-Afrika bedachten ze het tangentieel injecteren van gas in een cilinder. Op dit moment wordt het getest op lichte isotopen, zoals in silicium.

Methode 5 van 7: Vloeibaar thermisch diffusieproces

1. 1 Draai onder druk UF gas₆ in vloeistof.
2. 2 Concentreer twee concentrische buizen. De leidingen moeten vrij hoog zijn. Hoe langer de leidingen, hoe meer gas er kan worden afgescheiden.
3. 3 Omring de leidingen met een omhulsel van vloeibaar water. Dit zal de buitenste buis afkoelen.
4. 4 Injecteer vloeibaar uraniumhexafluoride tussen de leidingen.
5. 5 Verwarm de binnenband met stoom. Door de warmte ontstaat er een convectiestroom in de UF₆, waardoor de lichte U-isotopen naar de warme binnenband gaan en de zware U naar de koude buitenste.
   • Dit proces werd in 1940 uitgevonden als onderdeel van het Manhattan Project, maar werd al snel verlaten na de ontwikkeling van een efficiënter gasdiffusieproces.

Methode 6 van 7: Elektromagnetisch isotopenscheidingsproces

1. 1 Ioniseren gas UF₆.
2. 2 Leid het gas door een sterk magnetisch veld.
3. 3 Scheid geïoniseerde uraniumisotopen van de sporen die ze achterlaten wanneer ze door het magnetische veld gaan. U-ionen laten sporen achter die anders buigen dan U. Deze ionen kunnen worden gescheiden om verrijkt uranium te produceren.
   • Deze methode werd gebruikt om uranium te produceren voor de atoombom die in 1945 op Hiroshima was gevallen en werd in 1992 door Irak gebruikt voor zijn kernwapenprogramma. Deze methode vereist 10 keer meer energie dan de gasdiffusiemethode, wat het onpraktisch maakt voor grootschalige programma's.

Methode 7 van 7: Laserisotoopscheidingsproces

1. 1 Stem de laser af op een specifieke frequentie. Het laserlicht moet een bepaalde golflengte hebben (één kleur). Bij een bepaalde golflengte richt de laser zich alleen op de U-atomen, waardoor de U-atomen intact blijven.
2. 2 Richt laser op uranium. In tegenstelling tot andere uraniumverrijkingsmethoden, is bij dit proces geen uraniumhexafluoridegas nodig. U kunt een legering van uranium en ijzer gebruiken, wat meestal in de industrie wordt gedaan.
3. 3 Zal uraniumatomen vrijgeven met aangeslagen elektronen. Dit zullen de U-atomen zijn.

Tips

• In sommige landen wordt kernafval hergebruikt om uranium en plutonium te scheiden van het vervalproces. Het herbruikbare uranium zal moeten worden gewonnen uit de U en U die bij het vervalproces zijn verkregen, en nu moet het uranium worden verrijkt tot een hoger niveau dan aanvankelijk, omdat U neutronen absorbeert en zo het vervalproces vertraagt. Daarom moet uranium dat voor het eerst wordt gebruikt, gescheiden worden gehouden van gerecycled uranium.

Waarschuwingen

• In feite is uranium zwak radioactief. Wanneer u er echter UF . van maakt₆ , verandert het in een giftige chemische stof die bij contact met water fluorwaterstofzuur vormt. Daarom hebben uraniumverrijkingsinstallaties hetzelfde niveau van veiligheid en bescherming nodig als chemische installaties die met fluor werken, inclusief de opslag van UF-gas₆ onder lage druk en het gebruik van extra afdichting bij het werken onder hoge druk.
• Recyclebaar uranium moet serieus worden beschermd, aangezien de U-isotopen die het bevat, vervallen tot elementen die sterke gammastraling uitzenden.
• Verrijkt uranium kan over het algemeen maar één keer worden hergebruikt.