Tahap awal dari siklus bahan bakar nuklir (NFC) adalah ekstraksi bijih dan produksi konsentrat uranium, yang meliputi tahapan utama:
produksi aktual bijih yang mengandung uranium;
pengayaan mekanisnya dengan menghilangkan batuan sisa;
menggiling massa bijih yang diperoleh;
pencucian uranium darinya menggunakan asam sulfat atau natrium karbonat;
memperoleh konsentrat uranium dengan ekstraksi dari larutan uranium (ekstraksi, penyerapan atau pengendapan selektif);
pengeringan konsentrat uranium dan kemasannya yang disegel (112).
Bijih uranium ditambang di tambang dan lubang terbuka dengan metode konvensional dan dengan pelindian in-situ, di mana solusi khusus dimasukkan ke dalam deposit bawah tanah untuk melarutkan uranium.
Semua perusahaan pertambangan uranium memiliki dampak negatif terhadap lingkungan. Sumber utama kontaminasi radioaktif di lokasi penambangan adalah lubang terbuka, tambang, "tailing" (area yang dirancang khusus untuk menyimpan "tailing" - pembuangan batu setelah proses teknologi mengekstraksi komponen yang berguna dari bijih uranium), penyimpanan bijih terbuka, pembuangan . Pencemaran disebabkan oleh pelepasan gas radioaktif, debu dan aerosol ke atmosfer, pembuangan air tambang, kebocoran dan pembuangan yang tidak disengaja dari kolam tailing dan sistem hidrotransportasi, serta karena penggunaan batuan bijih sebagai bahan bangunan lokal (112 ). Di Amerika Serikat, total volume "tailing" menyumbang lebih dari 95% dari total volume semua limbah radioaktif di semua tahap produksi senjata nuklir dan listrik. Terlepas dari kenyataan bahwa bahaya dari satu gram "tailing" kecil dibandingkan dengan kebanyakan limbah radioaktif lainnya, volume besar limbah ini dan kurangnya langkah-langkah legislatif yang tepat sampai tahun 1980 menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam tingkat pencemaran lingkungan (146 ).
Gambar 26. Tambang uranium (145).
Uranium oksida (U 3 O 8) diekstraksi dari bijih dengan menghancurkan (pemurnian), dalam bentuk "kue kuning" - bubuk kuning atau coklat yang mengandung sekitar 90% uranium oksida.
Bahan baku untuk memperoleh bahan bakar nuklir berbeda tergantung pada jenis reaktor nuklir yang bahan bakarnya dimaksudkan. Kebanyakan reaktor menggunakan uranium yang diperkaya, dan senyawa awal untuk pengayaannya adalah uranium heksafluorida. Uranium alami mengandung 0,8% dari isotop 235U. Untuk memperkecil ukuran reaktor, kandungan 235U dalam bahan bakar awalnya dinaikkan menjadi 2,0 atau 2,4%.
Pembuatan konsentrat kimia uranium alam berupa uranium (III) oktoksida U 3 O 8 atau natrium diuranat Na 2 U 2 O 7 dilakukan dalam proses produksi hidrometalurgi. Pilihan teknologi disebabkan oleh komposisi kimia bijih dan spesifikasi perusahaan. Dalam pencucian karbonat, bijih uranium yang dihancurkan diproses dengan natrium karbonat Na 2 CO 3 untuk mendapatkan larutan uranium, dari mana, menggunakan reaksi kimia yang sesuai, pengendapan selektif uranium dalam bentuk natrium diuranat dilakukan. Setelah pemurnian tambahan produk, dikeringkan, dan bubuk kuning yang dihasilkan dikemas dalam wadah tertutup (112).
Jenis lain dari konsentrat uranium - uranium (III) oktoksida U 3 O 8, setelah dikeringkan, adalah bubuk hitam dan juga dikemas dalam wadah tertutup.
Konsentrat uranium yang diperoleh pada tahap pertama siklus bahan bakar nuklir digunakan untuk pemrosesan kimia, di mana kumpulan konsentrat dirata-ratakan dan dibersihkan dari kotoran. Sebelum penerapan proses pengayaan isotop, perlu dilakukan operasi pemurnian uranium tambahan untuk mengubahnya menjadi bahan tingkat nuklir (operasi semacam itu disebut pemurnian). Perhatian khusus diberikan pada pemurnian uranium dari boron, kadmium, hafnium, yang merupakan elemen penyerap neutron, serta dari elemen tanah jarang (gadolinium, europium, dan samarium). Secara teknologi, pemurnian terdiri dari pemurnian ekstraksi uranium dengan tributil fosfat setelah melarutkan konsentrat uranium dalam asam nitrat (143).
Produk akhir dari proses kimia adalah uranium tetrafluorida, yang dikirim untuk konversi. Saat ini, uranium heksafluorida, dalam hal kombinasi sifatnya, adalah senyawa kimia yang paling cocok untuk pengayaan isotop menggunakan teknologi yang dikembangkan. Ini termasuk produksi fluor murni, penggilingan tetrafluorida (UF4) atau uranium oksida menjadi bubuk, diikuti dengan pembakarannya dalam obor fluor. Kemudian, uranium heksafluorida (UF 6) disaring dan dikondensasikan dalam sistem perangkap dingin. Uranium heksafluorida diperkaya dengan isotop uranium-235.
Perusahaan pengayaan uranium adalah bagian dari Perusahaan Bahan Bakar TVEL, yang menyatukan semua perusahaan dan organisasi, dengan satu atau lain cara terkait dengan produksi bahan bakar nuklir (45).
Empat perusahaan yang terlibat langsung dalam pengayaan uranium:
Pabrik Kimia Elektrolisis Angarsk (Angarsk, Wilayah Irkutsk)
Asosiasi Produksi "Pabrik Elektrokimia"
(Zelenogorsk, Wilayah Krasnoyarsk)
Pabrik Elektrokimia Ural (Novouralsk, Wilayah Sverdlovsk)
Kombinasi Kimia Siberia (Seversk, Wilayah Tomsk).
Kapasitas produksi mereka memungkinkan Rusia, yang diwakili oleh Rosatom, untuk menempati 40% dari pasar dunia untuk layanan pengayaan uranium dan berencana untuk meningkatkan pangsa ini.
Rusia memiliki teknologi pengayaan uranium paling canggih - sentrifugal gas. Di dalam centrifuge yang berputar, molekul yang lebih berat yang mengandung atom U-238 cenderung bergerak ke arah luar silinder, sedangkan molekul yang lebih ringan yang mengandung U-235 tetap berada lebih dekat ke sumbu pusat. Gas dalam silinder ini kemudian mulai bersirkulasi dari bawah ke atas, mendorong depleted uranium, yang lebih dekat ke dinding luar, ke arah atas, dan gas yang diperkaya U-235 dari pusat ke bawah. Kemudian dua aliran, satu kaya dan lainnya ramping, dapat diperoleh kembali dari centrifuge dan dipisahkan menjadi "kaskade" difusi gas (144).
Bubuk uranium dioksida dihasilkan dari uranium heksafluorida yang diperkaya. U-235 UF 6 yang diperkaya tiba di pabrik dalam kontainer baja 2,5 ton. UO 2 F 2 diperoleh darinya dengan hidrolisis, yang kemudian diolah dengan amonium hidroksida. Amonium diuranat yang diendapkan disaring dan dibakar untuk mendapatkan uranium dioksida UO 2, yang ditekan dan disinter menjadi tablet keramik kecil. Kisaran tablet (tergantung pada ukuran dan pengayaan) lebih dari 40 varietas. Mereka diselesaikan dalam batch dan diperiksa untuk memenuhi persyaratan teknis.
Tablet ditempatkan dalam tabung yang terbuat dari paduan zirkonium (zircaloy) dan batang bahan bakar diperoleh - elemen bahan bakar (batang bahan bakar) (Gbr. 27), yang digabungkan menjadi sekitar 200 bagian menjadi rakitan bahan bakar lengkap yang siap digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir.
Gambar 27. Pandangan umum dari jenis TVEL tertentu (147).
Teknologi serupa digunakan untuk produksi pelet uranium-erbium untuk rakitan bahan bakar untuk reaktor RBMK, serta untuk pembuatan pelet uranium-gadolinium untuk rakitan bahan bakar dengan penyerap reaktor yang dapat dibakar. Bahan bakar uranium-gadolinium memungkinkan untuk meningkatkan keselamatan pengoperasian reaktor nuklir dan meningkatkan siklus bahan bakarnya (hingga 4 tahun untuk VVER-1000 dan hingga 5 tahun untuk VVER-440).
Gambar 28. Perakitan bahan bakar (148).
Bahan bakar untuk reaktor tipe VVER adalah kumpulan elemen bahan bakar dengan kelongsong yang terbuat dari paduan zirkonium dan terlampir di dalamnya pelet uranium dioksida. Rakitan bahan bakar (FA) untuk reaktor VVER memiliki bagian heksagonal (Gbr. 28). Selain batang bahan bakar, elemennya adalah kepala, betis, kisi-kisi pengatur jarak dan, dalam beberapa kasus, penutup.
Kepala dirancang untuk adhesi selama bongkar muat, dan shank memastikan pemasangan rakitan bahan bakar di reaktor dan mengatur jalur untuk memasok pendingin yang mendinginkan elemen bahan bakar. Rakitan bahan bakar VVER-440 terdiri dari 126 batang bahan bakar. Rakitan bahan bakar untuk reaktor VVER-1000 mencakup elemen bahan bakar 311-312. Ada berbagai modifikasi bahan bakar untuk jenis reaktor ini, yang dirancang untuk siklus bahan bakar tiga, empat dan lima tahun.
Salah satu cara untuk meningkatkan karakteristik operasional reaktor VVER adalah dengan beralih ke bahan bakar cermet, yaitu. pembuatan elemen bahan bakar kelongsong berdasarkan bahan bakar cermet dengan struktur matriks.
Bahan bakar cermet adalah butiran uranium dioksida (fraksi volume UO2 hingga 70%), terletak di matriks logam, biasanya terbuat dari paduan berbasis zirkonium. Bahan bakar semacam itu dicirikan oleh tidak adanya kontak langsung antara partikel bahan bakar karena distribusinya yang seragam dalam matriks logam. Hal ini dicapai dengan menggunakan partikel bahan bakar bulat yang dilapisi sebelumnya dengan bahan matriks, yang ditekan ke dalam inti (143).
Selain skema di atas untuk produksi bahan bakar uranium - dari tambang melalui pengayaan elemen bahan bakar yang tidak signifikan - dalam dekade terakhir, bahan bakar reaktor telah dibuat dari plutonium tingkat senjata yang sangat diperkaya dengan mengencerkannya.
Rusia mewarisi 25-30 ribu hulu ledak nuklir taktis dan strategis dari Uni Soviet. Sesuai dengan perjanjian internasional tentang pengurangan senjata nuklir strategis dan taktis, negara harus membongkar 16-18 ribu hulu ledak nuklir. Setelah membongkar hulu ledak, ratusan ton uranium yang diperkaya tinggi (HEU) dan puluhan ton plutonium dilepaskan. Pada awal abad ke-21, cadangan HEU di Rusia diperkirakan mencapai 900 ton.
Pembongkaran senjata nuklir dilakukan di pabrik yang sama tempat mereka dibuat. Sebagai hasil dari pembongkaran, pelet bahan nuklir diekstraksi dari hulu ledak, yang disebut "lubang" (logam uranium dalam cangkang logam tahan api). Di Tomsk-7, logam uranium diubah menjadi serutan, yang dikirim ke Pabrik Elektrokimia Ural. Di sana, uranium logam yang sangat diperkaya diubah menjadi UF 6. Pada unit pencampuran, 235 UF 6 mengalir melalui pipa pertama. Pengenceran dilakukan bukan dengan uranium-238 alami, tetapi dengan uranium yang diperkaya dengan buruk (UF 6 dengan pengayaan uranium-235 1,5% melewati pipa kedua). Akibatnya, di saluran keluar pipa ketiga ada UF 6 yang diperkaya hingga 4 - 5% - pengayaan khas untuk bahan bakar reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir. Kemudian, menurut skema biasa, heksafluorida diubah menjadi uranium dioksida (144).
Untuk mengencerkan satu kilogram uranium yang sangat diperkaya, Anda membutuhkan sekitar 300 kg uranium alam. Dari satu kilogram uranium yang diperkaya tinggi, diperoleh sekitar 30 kg uranium yang diperkaya rendah. Selama 6 tahun, 125 ton uranium Rusia yang sangat diperkaya telah diencerkan, yang setara dengan sekitar 5.000 hulu ledak. Sejak 1999, mereka mulai mengolah 30 ton per tahun. Direncanakan untuk memproses 500 ton uranium yang diperoleh dari senjata Rusia dalam waktu 20 tahun.
Saat ini, karena menipisnya cadangan uranium-235 (baik bijih maupun penyimpanan), semakin banyak perhatian yang ditarik oleh plutonium-239, sebagai dasar untuk bahan bakar reaktor masa depan, karena satu gram plutonium setara dengan 100 gram uranium yang diekstraksi. dari bahan bakar nuklir bekas, 1500-3000 meter kubik gas alam, 2-4 ton batu bara atau satu ton minyak. Pada saat yang sama, plutonium adalah bahan radioaktif berbahaya yang dapat digunakan untuk membuat muatan nuklir. Karena itu, akumulasinya tidak hanya boros, tetapi juga berbahaya. Masalah pengelolaan plutonium adalah bagian dari keseluruhan proses perlucutan senjata nuklir, di mana sejumlah besar bahan fisil tingkat senjata - uranium dan plutonium yang sangat diperkaya - dilepaskan di Rusia dan Amerika Serikat.
Plutonium dioksida, campuran plutonium karbida dengan uranium karbida, dan paduan plutonium-logam biasanya digunakan untuk membuat bahan bakar nuklir. Namun, lebih sering digunakan dalam bentuk campuran dengan uranium alam atau dengan uranium yang sedikit diperkaya dalam 235U (yang disebut bahan bakar oksida campuran atau bahan bakar MOX).
Mixed oxides (MOX) adalah bahan bakar reaktor yang terdiri dari campuran uranium dan plutonium oksida. MOX digunakan untuk meregenerasi bahan bakar bekas yang diproses ulang (setelah pemisahan limbah) dalam reaktor nuklir lambat (regenerasi termal) dan sebagai bahan bakar untuk reaktor pemulia cepat (144).
Plutonium yang cocok untuk digunakan dalam reaktor daya dapat diperoleh dengan memproses ulang bahan bakar nuklir bekas atau dari senjata nuklir.
Jumlah total plutonium yang tersimpan di dunia pada awal abad ke-21 dalam semua bentuk yang mungkin diperkirakan mencapai 1239 ton, di mana dua pertiganya adalah bahan bakar nuklir bekas dari pembangkit listrik tenaga nuklir. Sudah, lebih dari 120 ribu ton bahan bakar nuklir bekas disimpan dalam penyimpanan, dan pada tahun 2020 akan menjadi 450 ribu ton.
Bentuk kimia plutonium yang paling dapat diterima bila digunakan sebagai bahan bakar untuk reaktor daya adalah plutonium dioksida PuO 2 yang dicampur dengan uranium dioksida alam UO 2.
Bahan bakar oksida campuran umumnya digunakan dalam dua jenis reaktor - reaktor pemulia cepat (BN) dan reaktor air ringan (LWR). Biasanya MOX yang mengandung 5 sampai 8% plutonium digunakan dalam reaktor air bertekanan dan reaktor air mendidih.
Tablet MOX dapat diproduksi dengan pencampuran mekanis dari bubuk awal uranium dan plutonium dioksida dengan pembentukan "campuran utama" UO 2 -PuO 2. Kandungan plutonium dari campuran kemudian diatur untuk digunakan dalam reaktor dengan penambahan UO 2. Teknologi ini memberikan struktur tablet yang homogen dengan kepadatan yang meningkat. Bubuk kemudian dikompresi dan disinter untuk membentuk butiran, yang ditekan menjadi batang bahan bakar (143, 144).
Dimungkinkan untuk memproses ulang plutonium tingkat senjata dengan metode kimia "air", yang dikembangkan dengan baik di pabrik yang memproduksi plutonium - melarutkan plutonium logam dalam asam (campuran HNO 3 + HF atau campuran HNO 3 + HCOOH atau HCl) , diikuti dengan pemurnian plutonium dalam bentuk larutan asam nitrat. Dari nitrat murni, PuO2 dapat diperoleh melalui pengendapan oksalat, atau campuran oksida (U, Pu) O2 dengan pengendapan bersama uranat dan amonium plutonat dengan adanya surfaktan, atau denitrasi plasma. Teknologi ini menghasilkan butiran debu rendah. Saat menekan tablet, pengikat kering digunakan - seng stearat, yang secara signifikan meningkatkan proses teknologi dan meningkatkan kualitas tablet. Metode air dibedakan oleh multitahap dan durasi siklus teknologi, serta besarnya peralatan. Agresivitas tinggi dari solusi memberlakukan pembatasan ketat pada bahan konstruksi. Masalah utama teknologi air adalah dan tetap terbentuk selama pemrosesan sejumlah besar limbah radioaktif berumur panjang yang sangat beracun.
Metode yang lebih maju untuk memproses ulang plutonium logam tingkat senjata menjadi senyawa yang cocok untuk pembuatan komponen bahan bakar untuk reaktor cepat adalah "tidak berair" - teknologi pirokimia dan piroelektrokimia.
Metode pirokimia - hidrogenasi plutonium logam diikuti dengan oksidasi menjadi PuO 2 dalam satu reaktor; piroelektrokimia - pelarutan plutonium logam dalam klorida cair (NaCl + KCl), diikuti dengan kristalisasi pengendapan PuO 2 dalam satu elektroliser.
Inti dari teknologi adalah untuk mengurangi jumlah operasi dan tingkat dampak lingkungan. Hal ini dicapai dengan memasukkan plutonium logam ke dalam media garam cair, di mana ia dilarutkan dan komposisi akhir untuk melengkapi elemen bahan bakar diperoleh. Minimalkan dampak terhadap lingkungan terjadi dalam dua arah: dalam garam cair, komponennya berinteraksi dengan pembentukan kompleks. Ini mengurangi tingkat pembentukan aerosol hingga 1000 kali; oksida kristal yang digunakan dalam produksi bahan bakar MOX meregenerasi aerosol 15.000 kali lebih sedikit daripada bubuk yang diperoleh dengan skema basah. Ini berarti bahwa penghalang perlindungan lebih murah dan lebih dapat diandalkan (156).
Dengan efisiensi produksi yang tinggi, mereka memiliki efek merugikan yang minimal terhadap lingkungan. Dalam proses pengolahan pirokimia plutonium, ribuan kali lebih sedikit limbah radioaktif yang dihasilkan dibandingkan dengan teknologi air. Selain itu, teknologi pirokimia lebih transparan dari sudut pandang kontrol atas ireversibilitas pembongkaran muatan nuklir berlebih dan kontrol atas non-proliferasi senjata nuklir.
Masalah keselamatan dan kesehatan kerja saat bekerja dengan MOX lebih signifikan daripada dalam kasus bahan bakar uranium. Isotop plutonium berbeda secara signifikan dalam sifat nuklirnya dari isotop uranium. Perbedaan ini menyebabkan implikasi keamanan berikut untuk reaktor MOX (156):
Peningkatan kekritisan - Risiko kekritisan dalam penanganan dan produksi plutonium jauh lebih tinggi daripada dalam kasus uranium.
Mengurangi kapasitas penyerapan batang kendali (batang ini menyerap kelebihan neutron, mencegah transisi ke reaksi berantai yang tidak terkendali) dari reaktor air ringan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa MOX menyerap neutron berenergi rendah (neutron lambat) relatif baik, sehingga energi neutron rata-rata lebih tinggi, dan batang kendali menyerap neutron cepat lebih buruk daripada neutron lambat. Untuk alasan yang sama, kapasitas penyerapan boron yang ditambahkan ke pendingin reaktor air bertekanan (juga, dalam situasi darurat, reaktor air mendidih berkurang. Pada dasarnya, karena inilah lebih dari sepertiga bahan bakar uranium dimuat ke dalam reaktor tidak dapat diganti dengan MOX.) Saat menggunakan MOX, reaktor termal kurang stabil, lebih sulit untuk menghentikannya.jenis VVER.
Memperkuat negativitas beberapa koefisien reaktivitas pada pengayaan plutonium tingkat rendah: koefisien reaktivitas menggambarkan perubahan laju reaksi fisi (dan, oleh karena itu, daya) sebagai akibat dari berbagai perubahan situasi di inti, seperti penampilan kekosongan di pendingin, perubahan suhu moderator (air), suhu bahan bakar, dll.
Memperkuat kekuatan puncak. Karena penyerapan intens neutron lambat oleh plutonium, ada kecenderungan untuk distribusi daya yang tidak merata di inti, dengan maksimum pada antarmuka antara UO 2 dan MOX, dan terutama pada antarmuka antara air dan bahan bakar MOX. Untuk mengurangi efek ini, konfigurasi teras khusus digunakan dengan tingkat pengayaan yang bervariasi secara bertahap yang dipilih secara khusus dalam rakitan bahan bakar. Ini sangat memperumit pembuatan batang bahan bakar dan integrasinya ke dalam rakitan; jika kesalahan dibuat, ada bahaya kecelakaan.
Mengurangi fraksi neutron tertunda. Beberapa neutron dipancarkan segera selama peluruhan inti (mereka kemudian ada rata-rata selama satu mikrodetik lagi), dan beberapa dipancarkan dari inti yang dihasilkan dari fisi nuklir, dengan penundaan dari sepersepuluh detik hingga puluhan detik. Meskipun fraksi neutron tertunda kecil (0,7% atau kurang), kontrol selama reaksi berantai dengan menggerakkan batang kendali, yang tidak dapat bergerak sangat cepat, hanya dimungkinkan karena neutron tertunda ini. Untuk 239Pu, fraksi neutron tertunda kira-kira tiga kali lebih kecil daripada 235U, yang memperumit tugas kontrol (terutama pada konsentrasi tinggi 239Pu).
Percepatan keausan bahan reaktor. Karena, seperti yang ditunjukkan di atas, penggunaan MOX mengarah pada peningkatan energi neutron rata-rata, yang pada gilirannya “mempercepat proses penghancuran radiasi bahan reaktor oleh neutron. Akibatnya, masa pakai bagian-bagian reaktor berkurang, yang dalam kondisi tertentu dapat menimbulkan bahaya kecelakaan."
Saat menggunakan MOX, jumlah plutonium dalam inti meningkat, dan konsekuensi radiologis lebih berbahaya. Cukuplah disebutkan bahwa bahaya radiasi dari bahan bakar MOX segar jauh lebih tinggi daripada dari bahan bakar uranium segar. Demikian juga, bahan bakar MOX bekas jauh lebih berbahaya daripada bahan bakar uranium bekas (karena peningkatan kandungan plutonium dan elemen transuranium lainnya)
Tingkat pelepasan panas dan radiasi neutron yang lebih tinggi meningkatkan kompleksitas transportasi, penyimpanan, dan penggunaan bahan bakar MOX.
Teknologi yang terkait dengan pembuangan akhir bahan ini belum dikembangkan, hanya ada opsi untuk melumpuhkan plutonium (pencampuran dengan limbah tingkat tinggi dan gelas cair / keramik). Pembuangan akhir plutonium merupakan tantangan karena pelepasan panas yang lebih tinggi, radiasi neutron, dan kekritisan. Karena kandungan plutonium dan elemen transuranik lainnya yang tinggi, pembuangan MOX jauh lebih sulit, lebih berbahaya, dan lebih mahal daripada pembuangan bahan bakar nuklir bekas tradisional (156).
Benarkah, kata Anda, tidak ada orang yang membutuhkan uranium alam? Mari kita lihat konsumsinya.
Saat ini, jenis uranium yang diperkaya berikut ini diminati di dunia:
- 1. Uranium alam (0,712%). Reaktor air berat (PHWR) seperti CANDU
- 2. Uranium yang diperkaya dengan lemah (2-3%, 4-5%). Reaktor tipe water-graphite-zirconium, water-water-zirconium, VVER, PWR, RBMK
- 3. Uranium yang diperkaya sedang (15-25%), reaktor cepat, reaktor transportasi (pemecah es, pembangkit listrik tenaga nuklir terapung)
- 4. Uranium yang sangat diperkaya (> 50%), tiga pembangkit listrik tenaga nuklir (kapal selam), reaktor riset.
Uranium alami hanya melewati titik pertama. Jika kita berasumsi bahwa di dunia kita, konsumen uranium hanyalah reaktor komersial, maka PHWR-nya kurang dari 10%. Dan jika Anda menghitung yang lainnya (transportasi, penelitian), maka ... singkatnya, uranium alam bukan ke desa atau ke kota. Ini berarti bahwa hampir semua konsumen membutuhkan peningkatan persentase isotop cahaya dalam campuran 235-238. Selain itu, uranium digunakan tidak hanya dalam tenaga nuklir, tetapi juga dalam produksi baju besi, amunisi, dan lainnya. Dan di sana lebih baik memiliki uranium yang habis, yang pada prinsipnya membutuhkan proses yang sama, justru sebaliknya.
Akan ada artikel tentang metode pengayaan.
Sebagai bahan baku pengayaan, tidak digunakan logam uranium murni, tetapi uranium heksafluorida UF 6, yang dengan kombinasi sifat-sifatnya, merupakan senyawa kimia yang paling cocok untuk pengayaan isotop. Untuk ahli kimia, kami mencatat bahwa fluorinasi uranium terjadi dalam reaktor plasma vertikal.
Terlepas dari banyaknya metode pengayaan, saat ini hanya dua di antaranya yang digunakan dalam skala industri - difusi gas dan sentrifugal. Dalam kedua kasus, gas digunakan - UF 6.
Lebih dekat dengan kasus pemisahan isotop. Untuk metode apa pun, efisiensi pemisahan isotop dicirikan oleh koefisien pemisahan - rasio fraksi isotop "ringan" dalam "produk" dengan fraksinya dalam campuran primer.
Untuk sebagian besar metode, hanya sedikit lebih besar dari satu; oleh karena itu, untuk mendapatkan konsentrasi isotop tinggi, operasi pemisahan isotop tunggal harus diulang berkali-kali (kaskade). Misalnya, untuk metode difusi gas = 1,00429, untuk sentrifugal nilainya sangat bergantung pada kecepatan periferal - pada 250m / s = 1,026, pada 600m / s = 1,233. Hanya dengan pemisahan elektromagnetik adalah 10-1000 per 1 siklus pemisahan. Tabel perbandingan untuk beberapa parameter akan ada di akhir.
Seluruh kaskade mesin pengayaan selalu dibagi menjadi beberapa tahap. Pada tahap pertama dari kaskade pemisahan, aliran umpan dibagi menjadi dua aliran: ramping (dihapus dari kaskade) dan diperkaya. Diperkaya diumpankan ke tahap ke-2. Pada tahap ke-2, aliran yang pernah diperkaya mengalami pemisahan untuk kedua kalinya:
aliran yang diperkaya dari tahap ke-2 memasuki tahap ke-3, dan alirannya yang habis kembali ke tahap sebelumnya (ke-1), dst. Dari tahap terakhir kaskade, produk jadi dengan konsentrasi yang diperlukan dari isotop tertentu diambil.
Saya akan memberi tahu Anda secara singkat tentang metode pemisahan utama yang pernah digunakan di dunia.
Pemisahan elektromagnetik
Dengan menggunakan metode ini, dimungkinkan untuk memisahkan komponen campuran dalam medan magnet, dan dengan kemurnian tinggi. Pemisahan elektromagnetik secara historis merupakan metode pertama yang dikuasai untuk pemisahan isotop uranium.
Karena pemisahan dapat dilakukan dengan ion uranium, konversi uranium ke UF 6, pada prinsipnya, tidak diperlukan. Metode ini memberikan kemurnian tinggi tetapi hasil rendah dengan biaya energi tinggi. Substansi, isotop yang ingin Anda pisahkan, ditempatkan di wadah sumber ion, diuapkan dan diionisasi. Ion ditarik keluar dari ruang ionisasi oleh medan listrik yang kuat. Berkas ion memasuki ruang pemisah vakum dalam medan magnet H yang diarahkan tegak lurus terhadap pergerakan ion. Akibatnya, ion-ion bergerak dalam lingkarannya dengan jari-jari kelengkungan yang berbeda (tergantung massa). Cukup dengan melihat gambar dan mengingat pelajaran sekolah, di mana kita semua menghitung sepanjang radius berapa elektron atau proton akan terbang dalam medan magnet.
Diagram yang menunjukkan prinsip pemisahan elektromagnetik.
Keuntungan dari metode ini adalah penggunaan teknologi yang relatif sederhana (calutron: CAL ifornia kamu universitas).
Itu digunakan untuk pengayaan uranium di pabrik Y-12 (AS), memiliki 5184 ruang pemisahan - "kalutron", dan untuk pertama kalinya memungkinkan untuk memperoleh jumlah kilogram 235U pengayaan tinggi - 80% atau lebih tinggi.
Di Proyek Manhattan, calutons digunakan setelah difusi termal - calutron alfa menerima 7% bahan mentah (pabrik Y-12) dan diperkaya hingga 15%. Uranium tingkat senjata (hingga 90%) diperoleh dari calutron beta di pabrik Y-12. Calutron alfa dan beta tidak ada hubungannya dengan partikel alfa dan beta, mereka hanyalah dua "garis" calutron, satu untuk pendahuluan, yang kedua untuk pengayaan akhir.
Metode ini memungkinkan Anda untuk memisahkan kombinasi isotop apa pun, memiliki tingkat pemisahan yang sangat tinggi. Dua lintasan cukup untuk pengayaan di atas 80% dari materi tanpa lemak dengan kandungan awal kurang dari 1%. Produktivitas ditentukan oleh nilai arus ion dan efisiensi menjebak ion - hingga beberapa gram isotop per hari (total untuk semua isotop).
Salah satu bengkel pemisahan elektromagnetik di Oak Ridge (AS)
Alpha calutron raksasa dari tanaman yang sama
Metode difusi
Metode difusi digunakan untuk pengayaan awal. Seiring dengan metode elektromagnetik, secara historis merupakan salah satu yang pertama. Metode difusi biasanya dipahami sebagai difusi gas - ketika uranium heksafluorida dipanaskan hingga suhu tertentu dan melewati "saringan" - filter khusus dengan lubang dengan ukuran tertentu.
Jika gas yang terdiri dari dua jenis molekul (dalam kasus kami, dua isotop) dilewatkan melalui lubang kecil atau melalui kisi-kisi yang terdiri dari sejumlah besar lubang kecil, ternyata molekul gas yang lebih ringan melewati dalam jumlah yang lebih besar daripada yang berat. Penting untuk dicatat bahwa fenomena ini hanya terjadi ketika molekul melewati lubang tanpa bertabrakan di dalamnya, ... yaitu, ketika jalur bebas molekul lebih besar dari diameter lubang. Dengan demikian, gas yang melewati kisi-kisi itu ternyata terkuras dalam molekul-molekul ringan. Dalam praktiknya, perkolasi terbalik gas melalui grid selalu terjadi, sebagai akibatnya, pada kenyataannya, peningkatan konsentrasi isotop ringan (pengayaan) ternyata agak lebih kecil.
Poin kuncinya di sini adalah ungkapan tentang ukuran lubang. Awalnya, jerat dibuat secara mekanis, seperti sekarang - tidak ada yang tahu. Selain itu, bahan harus bekerja pada suhu tinggi, dan lubang itu sendiri tidak boleh tersumbat, ukurannya tidak boleh berubah di bawah pengaruh korosi, dll. Teknologi untuk membuat penghalang difusi masih diklasifikasikan - pengetahuan yang sama seperti sentrifugal .
Lebih detail di bawah spoiler, dari laporan yang sama.
"Tentang keadaan penelitian dan kerja praktek Laboratorium No. 2 untuk Produksi Uranium-235 dengan Metode Difusi"
Pengayaan semakin besar, semakin besar penurunan tekanan melintasi mesh. Penurunan tekanan biasanya dibuat oleh kompresor (pompa) yang menggerakkan gas di antara kisi-kisi. Sistem seperti itu, yang terdiri dari kisi-kisi dan kompresor yang menggerakkan gas, adalah tahap pemisahan.
Kami menggunakan uranium heksafluorida sebagai gas. Ini adalah garam dengan tekanan uap yang cukup tinggi pada suhu kamar. Adapun jaring, persyaratan dikenakan pada mereka bahwa diameter lubang mereka kurang dari jalur bebas rata-rata molekul uranium heksafluorida. Yang terakhir, seperti diketahui, berbanding terbalik dengan tekanan gas. Pada tekanan atmosfer, jalur bebas molekul kira-kira 1/10000 mm. Oleh karena itu, jika kita dapat membuat jaring halus dengan lubang kurang dari 1 / 10.000 mm, kita dapat bekerja dengan gas pada tekanan atmosfer.
Saat ini kita telah mempelajari cara membuat jerat dengan bukaan sekitar 5/1000 mm, yaitu. 50 kali jalan bebas rata-rata molekul pada tekanan atmosfer. Akibatnya, tekanan gas di mana pemisahan isotop pada kisi-kisi tersebut akan terjadi harus kurang dari 1/50 tekanan atmosfer. Dalam praktiknya, kami mengusulkan untuk bekerja pada tekanan sekitar 0,01 atmosfer, mis. dalam vakum yang baik. Pengayaan gas ganda selama operasi berkelanjutan dapat dilakukan dengan menggunakan instalasi kaskade yang terdiri dari sejumlah besar tahapan yang dihubungkan secara seri. Perhitungan menunjukkan bahwa untuk mendapatkan produk yang diperkaya hingga konsentrasi 90% dengan isotop ringan (konsentrasi ini cukup untuk mendapatkan bahan peledak), perlu untuk menggabungkan sekitar 2000 tahap seperti itu dalam kaskade. Dalam mesin yang dirancang dan diproduksi sebagian oleh kami, diharapkan menerima 75-100 g uranium-235 per hari. Instalasi akan terdiri dari sekitar 80-100 "kolom", yang masing-masing akan berisi 20-25 langkah. Luas total grid (luas grid ditentukan oleh kinerja seluruh instalasi) akan menjadi sekitar 8000 m 2. Total daya yang dikonsumsi oleh kompresor akan menjadi 20.000 kW.
Selain itu, vakum yang baik, yang membutuhkan kapasitas peralatan kompresor yang cukup besar, dan keberadaan sejumlah besar peralatan untuk memantau kekencangan (yang, pada prinsipnya, tidak menjadi masalah di dunia modern, tetapi pasalnya tentang waktu pasca perang di mana segala sesuatu dibutuhkan, segera dan cepat).
Itu digunakan sebagai salah satu tahap pertama pengayaan. Di proyek Manhattan, pabrik K-25 memperkaya uranium dari 0,86% menjadi 7%, kemudian bahan bakunya masuk ke calutron. Di Uni Soviet - pabrik D-1 yang sudah lama menderita, serta pabrik D-2 dan D-3 yang mengikutinya, dan seterusnya.
Juga, di bawah metode pemisahan "difusi" kadang-kadang dipahami difusi cair - juga, hanya dalam fase cair. Prinsip fisikanya adalah molekul yang lebih ringan berkumpul di daerah yang lebih hangat. Biasanya, kolom pemisah terdiri dari dua tabung koaksial yang dipertahankan pada suhu yang berbeda. Campuran yang akan dipisahkan diperkenalkan di antara mereka. Perbedaan suhu menyebabkan munculnya aliran vertikal konvektif, dan fluks difusi isotop dibuat antara permukaan pipa, yang mengarah pada munculnya perbedaan konsentrasi isotop di penampang kolom. Akibatnya, isotop yang lebih ringan terakumulasi di permukaan panas tabung bagian dalam dan bergerak ke atas. Metode difusi termal memungkinkan untuk memisahkan isotop dalam fase gas dan cair.
Dalam proyek Manhattan, ini adalah pabrik S-50 - itu memperkaya uranium alami hingga 0,86%, mis. hanya 1,2 kali meningkatkan pengayaan uranium kelima. Di Uni Soviet, pekerjaan difusi cair dilakukan oleh Institut Radium pada periode pasca-perang, tetapi arah ini tidak menerima perkembangan apa pun.
Kaskade mesin untuk pemisahan isotop difusi gas.
Tanda tangan pada paten - F. Simon, K. Fuchs, R. Peierls.
Pemisahan aerodinamis
Pemisahan aerodinamis adalah sejenis sentrifugasi, tetapi alih-alih memutar gas, itu berputar dalam nosel khusus. Alih-alih seribu kata - lihat gambarnya, yang disebut. "Nozel Becker" untuk pemisahan aerodinamis dari isotop uranium (campuran hidrogen dan uranium heksafluorida) pada tekanan yang dikurangi. Uranium heksafluorida adalah gas yang sangat berat dan menyebabkan keausan pada bagian kecil dari nozel (lihat skala), dan dapat menjadi padat di area dengan tekanan yang meningkat (misalnya, pada saluran masuk ke nosel), oleh karena itu heksafluorida diencerkan dengan hidrogen. Jelas bahwa pada kandungan 4% bahan mentah dalam gas, dan bahkan pada tekanan yang dikurangi, efektivitas metode ini tidak besar. Metode ini dikembangkan dan dicoba di Afrika Selatan dan Jerman.
Semua yang perlu Anda ketahui tentang pemisahan aerodinamis ada di gambar ini.
Opsi nosel
Sentrifugasi gas
Mungkin setiap orang (dan seorang geek, terlebih lagi!) Yang pernah mendengar setidaknya sekali energi nuklir, bom, dan pengayaan, tahu secara umum apa itu centrifuge, cara kerjanya, dan bahwa ada banyak kesulitan, rahasia, dan pengetahuan. bagaimana dalam desain perangkat tersebut. Oleh karena itu, saya hanya akan mengatakan beberapa kata tentang sentrifugasi gas. Namun, sejujurnya, sentrifugal gas memiliki sejarah perkembangan yang sangat kaya dan layak mendapatkan artikel terpisah.
Prinsip operasinya adalah pemisahan dengan gaya sentrifugal tergantung pada perbedaan mutlak dalam massa. Selama rotasi (hingga 1000 r / s, kecepatan melingkar - 100 - 600 m / s), molekul yang lebih berat pergi ke pinggiran, yang lebih ringan - di tengah (dekat rotor). Cara ini saat ini paling produktif dan termurah (berdasarkan harga $/EPP).
Google penuh dengan gambar skema perangkat centrifuge, saya hanya akan memberikan beberapa foto tentang bagaimana kaskade yang dirakit terlihat. Omong-omong, ruangan seperti itu cukup panas - uranium heksafluorida jauh dari suhu kamar di sana, dan seluruh kaskade juga harus didinginkan.
Kaskade sentrifugal URENCO. Besar, tingginya di bawah 3 meter.
Ada juga yang lebih kecil, sekitar setengah meter. domestik kami.
Untuk memahami skala, atau apa itu "lokakarya dari cakrawala ke cakrawala".
pengayaan laser
Prinsip fisik pengayaan laser adalah bahwa tingkat energi atom dari isotop yang berbeda sedikit berbeda.
Efek ini dapat digunakan untuk memisahkan U-235 dari U-238, baik dalam bentuk atom - AVLIS, maupun dalam bentuk molekul - MLIS.
Metode ini menggunakan uap uranium, dan laser yang disetel dengan tepat ke panjang gelombang tertentu, menarik atom-atom uranium ke-235. Kemudian atom terionisasi dikeluarkan dari campuran dengan medan listrik atau magnet.
Teknologi ini sangat sederhana, dan, secara umum, tidak memerlukan perangkat mekanis super kompleks seperti jaringan difusi atau sentrifugal, ada satu masalah dan lainnya.
Pada bulan September 2012, Global Laser Enrichment LLC (GLE) - konsorsium General Electric, Hitachi dan Cameco - menerima lisensi dari US Nuclear Regulatory Commission (NRC) untuk membangun pabrik pemisahan laser dengan kapasitas hingga 6 juta SWU di situs usaha patungan yang ada antara GE, Toshiba, dan Pabrik Fabrikasi Bahan Bakar Hitachi di Wilmington, Carolina Utara. Pengayaan yang direncanakan - hingga 8%. Namun, perizinan ditangguhkan karena masalah dengan penyebaran teknologi. Teknologi pengayaan modern (difusi dan sentrifugasi) memerlukan peralatan khusus, sangat khusus sehingga, secara umum, jika diinginkan, melalui pemantauan kontrak internasional, seseorang dapat secara tidak langsung mengasumsikan siapa yang akan "diam-diam" (tanpa sepengetahuan IAEA) memperkaya uranium atau bekerja ke arah ini. Dan pemantauan seperti itu memang sedang dilakukan. Jika metode pengayaan laser membuktikan kesederhanaan dan efisiensinya, pengerjaan uranium tingkat senjata dapat dimulai di tempat yang sebenarnya tidak diperlukan. Oleh karena itu, sementara metode laser entah bagaimana dirusak.
Metode molekuler, berdasarkan fakta bahwa pada frekuensi inframerah atau ultraviolet, gas 235 UF 6 secara selektif menyerap spektrum inframerah, yang kemudian memungkinkan untuk menggunakan metode disosiasi molekul tereksitasi atau pemisahan kimia, juga dapat dikaitkan dengan laser. metode.
Isi relatif dari U-235 dapat ditingkatkan dengan urutan besarnya sudah di tahap pertama. Jadi, satu lintasan cukup untuk memastikan pengayaan uranium yang cukup untuk reaktor nuklir.
Penjelasan untuk metode "molekuler" dengan pemisahan kimia.
Manfaat pengayaan laser:
- Konsumsi listrik: 20 kali lebih sedikit daripada difusi.
- Kaskade: jumlah kaskade (dari 0,7% hingga 3-5% untuk U-235) kurang dari 100, dibandingkan dengan 150.000 sentrifugal.
- Biaya pabrik jauh lebih murah.
- Ramah lingkungan: logam uranium yang kurang berbahaya digunakan sebagai pengganti uranium heksafluorida.
- Kebutuhan uranium alam 30% lebih sedikit.
- 30% lebih sedikit tailing (penyimpanan pembuangan).
Perbandingan indikator dari metode yang berbeda
Pengayaan uranium di Rusia
Saat ini, ada empat pabrik pengolahan di Rusia:
Itu saja. Terima kasih atas perhatian Anda.
Dalam pesan duta besar Irak untuk PBB Muhammad Ali al-Hakim tanggal 9 Juli, dikatakan bahwa di pembuangan ekstremis ISIS (Negara Islam Irak dan Levant). IAEA (Badan Energi Atom Internasional) dengan tergesa-gesa menyatakan bahwa bahan nuklir yang sebelumnya digunakan oleh Irak memiliki sifat toksik yang rendah, dan oleh karena itu bahan tersebut disita oleh para Islamis.
Sebuah sumber di pemerintah AS yang mengetahui situasi tersebut mengatakan kepada Reuters bahwa uranium yang dicuri oleh para militan kemungkinan besar tidak diperkaya, sehingga hampir tidak dapat digunakan untuk membuat senjata nuklir. Pihak berwenang Irak telah secara resmi memberi tahu PBB tentang insiden ini dan menyerukan "untuk mencegah ancaman penggunaannya," lapor RIA Novosti.
Senyawa uranium sangat berbahaya. Tentang apa sebenarnya, serta tentang siapa dan bagaimana bisa menghasilkan bahan bakar nuklir, kata AiF.ru.
Apa itu Uranium?
Uranium adalah unsur kimia dengan nomor atom 92, logam putih keperakan mengkilap, dalam tabel periodik Mendeleev ditandai dengan simbol U. Dalam bentuknya yang murni, sedikit lebih lunak dari baja, dapat ditempa, fleksibel, terkandung dalam kerak bumi (litosfer) dan di air laut, dan dalam bentuk murni praktis tidak terjadi. Bahan bakar nuklir dibuat dari isotop uranium.
Uranium adalah logam berat, putih keperakan, mengkilap. Foto: Commons.wikimedia.org / Pengunggah asli adalah Zxctypo di en.wikipedia.
Radioaktivitas uranium
Pada tahun 1938 Jerman fisikawan Otto Hahn dan Fritz Strassmann menyinari inti uranium dengan neutron dan membuat penemuan: menangkap neutron bebas, inti isotop uranium membelah dan melepaskan energi yang sangat besar karena energi kinetik pecahan dan radiasi. Pada tahun 1939-1940 Julius Khariton dan Yakov Zeldovich untuk pertama kalinya, mereka secara teoritis menjelaskan bahwa dengan pengayaan kecil uranium alam dengan uranium-235, dimungkinkan untuk menciptakan kondisi untuk pembelahan inti atom yang berkelanjutan, yaitu, untuk memberikan proses karakter rantai.
Apa itu uranium yang diperkaya?
Uranium yang diperkaya adalah uranium yang diperoleh dengan menggunakan proses teknologi peningkatan fraksi isotop 235U dalam uranium. Akibatnya, uranium alam dipisahkan menjadi uranium yang diperkaya dan uranium yang dideplesi. Setelah ekstraksi 235U dan 234U dari uranium alam, bahan yang tersisa (uranium-238) disebut "uranium deplesi" karena terdeplesi dalam isotop ke-235. Menurut beberapa laporan, sekitar 560.000 ton depleted uranium hexafluoride (UF6) disimpan di Amerika Serikat. Depleted uranium adalah dua kali lebih sedikit radioaktif daripada uranium alami, terutama karena penghilangan 234U darinya. Karena fakta bahwa penggunaan utama uranium adalah produksi energi, depleted uranium adalah produk yang jarang digunakan dengan nilai ekonomi rendah.
Dalam tenaga nuklir, hanya uranium yang diperkaya yang digunakan. Isotop uranium 235U memiliki aplikasi terbesar, di mana reaksi berantai nuklir mandiri dimungkinkan. Oleh karena itu, isotop ini digunakan sebagai bahan bakar pada reaktor nuklir dan senjata nuklir. Pemisahan isotop U235 dari uranium alam merupakan teknologi kompleks yang hanya dapat diterapkan oleh sedikit negara. Pengayaan uranium memungkinkan untuk memproduksi senjata nuklir atom - alat peledak fase tunggal atau satu tahap, di mana output energi utama berasal dari reaksi fisi nuklir inti berat dengan pembentukan elemen yang lebih ringan.
Uranium-233, yang diperoleh secara artifisial dalam reaktor dari thorium (thorium-232 menangkap neutron dan berubah menjadi thorium-233, yang meluruh menjadi protactinium-233 dan kemudian menjadi uranium-233), di masa depan dapat menjadi bahan bakar nuklir yang tersebar luas untuk tenaga nuklir pembangkit (sekarang sudah ada reaktor yang menggunakan nuklida ini sebagai bahan bakar, misalnya KAMINI di India) dan produksi bom atom (massa kritis sekitar 16 kg).
Inti dari proyektil kaliber 30 mm (meriam GAU-8 dari pesawat A-10) dengan diameter sekitar 20 mm dari depleted uranium. Foto: Commons.wikimedia.org / Pengunggah asli adalah Nrcprm2026 di en.wikipedia
Negara mana yang memproduksi uranium yang diperkaya?
- Perancis
- Jerman
- Belanda
- Inggris
- Jepang
- Rusia
- Cina
- pakistan
- Brazil
10 negara yang menyediakan 94% produksi uranium dunia. Foto: Commons.wikimedia.org / KarteUrangewinnung
Mengapa senyawa uranium berbahaya?
Uranium dan senyawanya bersifat racun. Aerosol uranium dan senyawanya sangat berbahaya. Untuk aerosol senyawa uranium yang larut dalam air, konsentrasi maksimum yang diizinkan (MPC) di udara adalah 0,015 mg / m³, untuk bentuk uranium yang tidak larut, konsentrasi maksimum yang diizinkan (MPC) adalah 0,075 mg / m³. Ketika memasuki tubuh, uranium bekerja pada semua organ, menjadi racun seluler umum. Uranium praktis ireversibel, seperti banyak logam berat lainnya, mengikat protein, terutama pada gugus sulfida asam amino, mengganggu fungsinya. Mekanisme molekuler aksi uranium dikaitkan dengan kemampuannya untuk menekan aktivitas enzim. Pertama-tama, ginjal terpengaruh (protein dan gula muncul dalam urin, oliguria). Dengan keracunan kronis, gangguan hematopoiesis dan sistem saraf mungkin terjadi.
Uranium untuk tujuan damai
- Sejumlah kecil uranium memberi kaca warna kuning-hijau yang indah.
- Natrium uranium digunakan sebagai pigmen kuning dalam lukisan.
- Senyawa uranium digunakan sebagai cat untuk melukis pada porselen dan untuk pelapis keramik dan enamel (mereka dicat dengan warna: kuning, coklat, hijau dan hitam, tergantung pada keadaan oksidasi).
- Pada awal abad ke-20, uranil nitrat banyak digunakan untuk meningkatkan warna negatif dan pewarnaan (pengencangan) positif (cetakan foto) dalam warna coklat.
- Paduan besi dan depleted uranium (uranium-238) digunakan sebagai bahan magnetostriktif yang kuat.
Isotop - varietas atom dari unsur kimia yang memiliki nomor atom (ordinal) yang sama, tetapi nomor massa berbeda.
Unsur dari kelompok III dari tabel periodik, milik aktinida; logam radioaktif berat dan lemah. Thorium memiliki sejumlah aplikasi yang terkadang memainkan peran yang tak tergantikan. Posisi logam ini dalam tabel periodik unsur dan struktur inti telah menentukan penggunaannya di bidang penggunaan energi atom secara damai.
*** Oliguria (dari bahasa Yunani oligos - kecil dan ouron - urin) - penurunan jumlah urin yang dikeluarkan oleh ginjal.
Artikel tersebut menjelaskan mengapa uranium diperkaya, apa itu, di mana ia ditambang, aplikasinya, dan apa yang terdiri dari proses pengayaan.
Awal dari era atom
Zat seperti uranium telah dikenal orang sejak zaman kuno. Tetapi tidak seperti zaman kita, mereka menggunakannya hanya untuk membuat glasir khusus untuk keramik dan beberapa jenis cat. Uranium oksida alami digunakan untuk ini, endapannya dapat ditemukan dalam berbagai jumlah di hampir semua benua di dunia.
Jauh kemudian, ahli kimia juga menjadi tertarik pada elemen ini. Jadi, pada 1789, ilmuwan Jerman Martin Klaproth berhasil memperoleh uranium oksida, yang dalam parameternya mirip dengan logam, tetapi tidak. Baru pada tahun 1840 ahli kimia Prancis Peligo mensintesis uranium asli - berat, keperakan, dan yang diperkenalkan Dmitry Mendeleev ke dalam tabel elemen periodiknya. Jadi mengapa Anda perlu memperkaya uranium dan bagaimana hal itu terjadi?
Dewasa ini
Padahal, alam tidak jauh berbeda dengan yang lain. Ini adalah batu bulat besar berkarat, yang ditambang dengan cara yang paling umum - mereka menghancurkan lapisan endapan dan membawanya ke permukaan untuk diproses lebih lanjut. Faktanya adalah bahwa zat alami ini hanya mengandung 0,72% dari isotop U235. Ini tidak cukup untuk digunakan dalam reaktor atau senjata, dan kemudian setelah disortir, diubah menjadi gas dan pengayaan uranium dimulai.
Secara umum, ada banyak metode untuk proses ini, tetapi yang paling menjanjikan dan digunakan di Rusia adalah sentrifugasi gas.
Senyawa uranium gas dipompa ke instalasi khusus, setelah itu mereka berputar hingga kecepatan yang luar biasa, dan molekul yang lebih berat dipisahkan dari yang ringan dan dikelompokkan di dinding drum.
Kemudian fraksi-fraksi ini dipisahkan dan salah satunya diubah menjadi uranium dioksida - zat padat dan padat, yang kemudian dikemas menjadi semacam "tablet" dan dibakar dalam oven. Untuk inilah uranium harus diperkaya, karena persentase isotop U235 di outlet adalah urutan besarnya lebih tinggi, dan dapat digunakan baik di reaktor maupun dalam sistem senjata.
Ekspor
Jika kita memberikan contoh yang disederhanakan, maka pengayaan elemen ini pada dasarnya mirip dengan produksi besi - dalam bentuk aslinya yang alami, ini adalah potongan bijih yang tidak berharga, yang kemudian diubah menjadi baja yang kuat dengan berbagai pemrosesan.
Juga di pers, Anda sering dapat mendengar fakta bahwa banyak negara kurang berkembang dibandingkan dengan Rusia yang sama sering bertanya pada diri sendiri tentang bagaimana membuat uranium yang diperkaya?
Faktanya adalah proses ini, mengingat contoh sentrifugasi gas, sangat kompleks, dan tidak semua orang dapat membangun instalasi seperti itu. Selain itu, tidak satu bagian diperlukan, tetapi seluruh kaskade. Untuk memahami tingkat teknisnya, perlu dikatakan bahwa "drum" ini berputar pada kecepatan 1500 rpm dan tanpa henti. Rekam - 30 tahun! Oleh karena itu, beberapa negara membeli uranium yang diperkaya dari Rusia.
Di mana uranium ditambang di Rusia?
Penambangan 93% bijih uranium dilakukan di Transbaikalia, dekat kota Krasnokamensk. Uranium yang diperkaya di Rusia diproduksi oleh JSC TVEL.
Aplikasi
Proses konversi ke senyawa berkinerja tinggi telah diselesaikan, tetapi mengapa itu diperlukan? Mari kita lihat dua arah paling dasar.
Pertama, tentu saja, mereka menyediakan listrik ke seluruh kota, menggerakkan pesawat ruang angkasa otonom untuk menjelajahi sudut terjauh tata surya kita, berdiri di atas kapal selam, pemecah es, kapal penelitian.
Kedua, benar bahwa perlu diklarifikasi - itu adalah uranium yang sudah lama tidak digunakan dalam bom, telah datang untuk menggantikannya, diperoleh dengan cara iradiasi khusus di reaktor uranium yang diperkaya rendah.
Seringkali, bahkan di tahun-tahun Uni Soviet, ada pendapat bahwa penjahat yang sangat berbahaya atau "musuh rakyat" diasingkan ke tambang uranium sehingga mereka akan menebus kesalahan mereka dengan kerja cepat mereka. Dan tentu saja, mereka tidak tinggal lama di sana karena radiasi.
Faktanya, ini tidak terjadi. Tidak ada bahaya khusus dalam bekerja di tambang seperti itu, bijih alami tidak terlalu radioaktif, dan seseorang, jika ditempatkan di tambang tanpa hambatan, akan mati karena kekurangan sinar matahari dan udara segar daripada karena penyakit radiasi.
Namun demikian, kondisi kerja para pekerja yang hemat, hanya 5 jam sehari, dan banyak yang telah bekerja di sana selama beberapa generasi, menyanggah mitos tentang kehancuran yang mengerikan dari produksi semacam itu.
Dan omong-omong, mereka membuat inti dari cangkang senjata. Faktanya adalah bahwa uranium jauh lebih berat dan lebih kuat daripada timbal, akibatnya elemen perusak seperti itu lebih efektif, dan mereka juga cenderung menyala sebagai akibat penghancuran, setelah tindakan mekanis pada mereka.
Jadi kami menemukan mengapa uranium yang diperkaya diperlukan, di mana ia digunakan dan untuk tujuan apa.
PENGAYAAN BAHAN BAKAR NUKLIR, pemisahan isotop uranium yang dapat terbelah dengan baik, uranium 235, dari isotop dominan, uranium 238. Uranium gas (VI) fluorida mengalami pemisahan difusi, yang menggunakan serangkaian baffle dengan ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis
PENYUBURAN- (1) meniup masuknya oksigen ke udara atmosfer untuk mengintensifkan proses teknologi selama peleburan logam (lihat), (2) O. mineral, kombinasi dari berbagai metode pemrosesan bijih logam besi, non-ferro dan logam mulia, batubara, dll ... ... Ensiklopedia Politeknik Besar
Pengolahan bijih uranium Serangkaian proses untuk pengolahan utama bahan baku mineral yang mengandung uranium, yang bertujuan untuk memisahkan uranium dari mineral lain yang membentuk bijih. Dalam hal ini, tidak ada perubahan dalam komposisi mineral, tetapi hanya ... ... Istilah tenaga nuklir
benefisiasi bijih uranium- Serangkaian proses untuk pemrosesan utama bahan baku mineral yang mengandung uranium, yang bertujuan untuk memisahkan uranium dari mineral lain yang membentuk bijih. Dalam hal ini, tidak ada perubahan dalam komposisi mineral, tetapi hanya pemisahan mekanisnya dari ... ... Panduan penerjemah teknis
Pengayaan radiometrik proses pengolahan bijih bijih berdasarkan interaksi berbagai jenis radiasi dengan materi. Dalam teknologi konsentrasi radiometrik bijih, dua jenis proses dibedakan: Penyortiran radiometrik ... ... Wikipedia
- (Pemisahan magnetik Inggris, konsentrasi magnetik mineral; magnetische Jerman Aufbereitung f der Bodenschätze) pemrosesan mineral berdasarkan aksi medan magnet tidak homogen pada partikel mineral dari ... ... Wikipedia
- (a. pemurnian kimia; n. chemische Aufbereitung; f. konsentrasi par voie chimique, richissement chimique; dan. tratamiento quimico, preparacion quimica, elaboracion quimica) teknologi pengolahan utama bijih, kolektif dan ... ... ensiklopedia geologi
Uranium adalah sumber energi utama tenaga nuklir, menghasilkan sekitar 20% listrik dunia. Industri uranium mencakup semua tahap produksi uranium, termasuk eksplorasi, pengembangan, dan pemrosesan bijih. Mendaur ulang ... ... Ensiklopedia Collier
Hampir siap untuk digunakan ... Wikipedia
Sel bahan bakar reaktor nuklir Bahan bakar nuklir adalah zat yang digunakan dalam reaktor nuklir untuk melakukan reaksi fisi nuklir berantai. Daftar Isi 1 Informasi umum 2 Klasifikasi ... Wikipedia
Buku
- Mawar Isfahan, Michel Gaven, 2000-an. Iran. Gempa bumi dengan kehancuran besar dan korban jiwa terjadi di kawasan kota Isfahan. Menyadari bahwa mereka tidak dapat mengatasinya sendiri, pihak berwenang Iran terpaksa mengajukan ... Kategori:
