Uranni boyitish
Уранни бойитиш - урандаги <суп ид="мwCг">235</суп> У изотопининг улушини оширишнинг технологик жараёнига айтилади. Натижада, табиий уран , бойитилган уран ва камбаг'ал уранга бо'линади.
Табиий уран таркибида ураннинг учта изотоплари мавжуд бо'лади: 238 У (масса улуши 99,2745%), 235 У (0,72%) ва 234 У (0,0055%). 238У изотопи нисбатан барқарор изотоп бўлиб, у камдан-кам учрайдиган 235У дан фарқли ўлароқ ўз-ўзидан пайдо бўладиган занжирли ядровий реаксияга қодир эмас.Ҳозирги вақтда 235У ядровий реактор ва ядровий қурол технологияси занжирида асосий парчаланувчи материал ҳисобланади. Бироқ, ко'пгина бирикмалар учун табиий урандаги 235У изотопининг улуши кичикдир ва ядро ёқилг'исини тайёрлаш одатда уранни бойитиш босқичини о'з ичига олади.
Бойитиш сабаблари
Ядро занжири реаксияси уран атомининг парчаланиши натижасида ҳосил бўлган нейтронларнинг камида биттаси бошқа атом томонидан тутилишини ва шунга мос равишда унинг парчаланишига олиб келишини англатади. Биринчи тахминда, бу нейтрон реакторни тарк этишидан олдин 235 У атомига "қоқилиши" кераклигини англатади. Бу нейтрон учун кейинги уран атомини топиш эҳтимоли этарлича юқори бо'лиши учун уран билан дизайн этарлича ихчам бо'лиши кераклигини англатади. Аммо реактор ишлаётганида, 235 У аста-секин ёниб кетади, бу нейтрон ва 235 У атоми о'ртасидаги учрашиш эҳтимолини камайтиради, бу эса бу эҳтимолликнинг ма'лум чегарасини реакторларга о'рнатишга мажбур қилади. Шунга ко'ра, ядро ёқилг'иси таркибидаги 235 У нинг паст нисбати қуйидагиларни талаб қилади:
- нейтрон унда узоқроқ туриши учун реакторнинг каттароқ ҳажми;
- нейтрон ва уран атоми о'ртасидаги то'қнашув эҳтимолини ошириш учун реактор ҳажмининг катта қисмини ёқилг'и эгаллаши керак;
- ко'пинча реакторда 235 У ҳажмли зичликни сақлаб туриш учун ёқилг'ини янги ёқилг'и билан қайта юклаш талаб қилинади;
- сарфланган ёқилг'ида қимматли 235 У нинг юқори улуши.
Ядро технологияларини такомиллаштириш жараёнида ёқилг'и таркибидаги 235 У ни ко'пайтиришни, я'ни уранни бойитишни талаб қиладиган иқтисодий ва технологик жиҳатдан мақбул эчимлар топилди.
Ядро қуролида бойитиш вазифаси амалда бир хил: ядро портлашининг жуда қисқа вақт ичида максимал сони 235 У атоми о'зининг нейтронини, парчаланишини ва энергиясини чиқариши талаб қилинади. Бунинг учун максимал бойитишда эришиш мумкин бўлган 235 У атомининг максимал мумкин бўлган ҳажмли зичлиги талаб қилинади.
Уранни бойитиш даражаси
Таркибида 235У 0,72% бўлган табиий уран баъзи қувватли реакторларда (масалан, Канададаги CАНДУда), плутоний ишлаб чиқарувчи реакторларда (масалан, А-1) ишлатилади.
Таркиби 235 У дан 20% гача бўлган уран паст бойитилган деб аталади (ЛЕУ ,инглизча: Лоw энричед ураниум, ЛЕУ). 2-5% бойитилган уран ҳозирда бутун дунё бо'йлаб энергия реакторларида кенг қўлланади. 20% гача бойитилган уран тадқиқот ва экспериментал реакторларда ишлатилади. Намуналарнинг юқори миқдори бўлган ЛЕУ (Юқори таҳлил ЛЕУ, ҲАЛЕУ) - 5-20% гача бойитилган уран.
Таркиби 235 У 20% дан юқори бўлган уран юқори бойитилган деб аталади (инглизча: Ҳигҳлй энричед ураниум, ҲЕУ) ёки қурол даражаси. Ядро даврининг бошида уранга асосланган 90% га яқин бойитилган ядровий қуролларнинг бир нечта турлари қурилган. Юқори даражада бойитилган уран термоядровий қуролларда термоядро зарядини о'згартириш (сиқиш қобиг'и) сифатида ишлатилиши мумкин. Бундан ташқари, юқори даражада бойитилган уран узоқ вақт ёқилг'и билан ишлайдиган (я'ни камдан-кам ёқилг'и қуйиш ёки умуман ёнилг'и қуйиш бо'лмаган) атом энергетикаси реакторларида, масалан, космик кема реакторлари ёки кема реакторларида қўлланади.
0,1-0,3% миқдорида 235У бўлган камайган уран бойитиш заводлари чиқиндиларида қолади. Ураннинг юқори зичлиги ва камайган ураннинг арзонлиги туфайли зирҳ тешувчи артиллерия снарядларининг ядроси сифатида кенг қўлланади. Келажакда қисқарган уранни тез нейтрон реакторларида қо'ллаш режалаштирилган, бу ерда занжир реаксиясини қо'ллаб-қувватламайдиган Уран-238 занжирли реаксияни қо'ллаб-қувватловчи Плутоний -239 га о'тказилиши мумкин. Олинган МОХ ёқилг'иси ан'анавий термал нейтрон қувват реакторларида ишлатилиши мумкин.
Технология
Изотопларни ажратишнинг ко'плаб усуллари мавжуд. Усулларнинг аксарияти турли изотоплар атомларининг турли массаларига асосланган: ядродаги нейтронлар сонининг фарқи туфайли 235 238 дан бир оз энгилроқ. Бу атомларнинг турли инерцияларида намоён бо'лади. Мисол учун, агар сиз атомларни ёй бо'йлаб ҳаракатлантирсангиз, ог'ир атомлар энгил атомларга қараганда каттароқ радиус бо'йлаб ҳаракатланади. Электромагнит ва аэродинамик усуллар шу принцип асосида қурилган. Электромагнит усулда уран ионлари элементар заррача тезлатгичида тезлаштирилади ва магнит майдонда бурилади. Аэродинамик усулда газсимон уран бирикмаси махсус волутли нозул орқали пуфланади. Худди шунга о'хшаш принцип газни сантрифüжлашда : ураннинг газсимон бирикмаси сантрифугага жойлаштирилади, бу ерда инерция ог'ир молекулаларни сантрифуга деворига то'плашга олиб келади. Термал диффузия ва газ диффузия усуллари молекулаларнинг ҳаракатчанлигидаги фарқдан фойдаланади: ураннинг энгил изотопи бўлган газ молекулалари ог'ирларга қараганда ко'проқ ҳаракатчан. Шунинг учун улар газ диффузия технологиясидан фойдаланган ҳолда махсус мембраналарнинг кичик тешикларига осонроқ кириб боради. Термал диффузия усули билан камроқ ҳаракатланувчи молекулалар ажратиш устунининг совуқроқ пастки қисмида то'планиб, юқори иссиқ қисмда ко'проқ ҳаракатланувчиларни алмаштиради. Ко'пгина ажратиш усуллари газсимон уран бирикмалари билан ишлайди, ко'пинча УФ <суб ид="мwЙг">6</суб>.
Уранни саноатда бойитиш учун ко'плаб усуллар синаб ко'рилган, аммо ҳозирда деярли барча бойитиш об'эктларида газни сентрифугалаш асосида ишлайди. Сантрифугалаш билан бир қаторда қадимда газ диффузия усули кенг қо'лланилган. Ядро даврининг бошида электромагнит, иссиқлик диффузия ва аэродинамик усуллар қо'лланилган. Бугунги кунга келиб, сантрифугалаш уранни бойитишнинг энг яхши иқтисодий параметрларини намойиш этади. Бироқ, лазер изотопларини ажратиш каби истиқболли ажратиш усуллари бо'йича тадқиқотлар олиб борилмоқда.
Дунёда бойитилган уран ишлаб чиқариш
| Страна | Компания, завод | 2012 | 2013 | 2015 | 2018 | 2020 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Россия | Росатом | 25000 | 26000 | 26578 | 28215 | 28663 |
| Германия, Голландия, Англия | УРЕНCО | 12800 | 14200 | 14400 | 18600 | 14900 |
| Франция | Орано | 2500 | 5500 | 7000 | 7500 | 7500 |
| Китай | CННC | 1500 | 2200 | 4220 | 6750 | 10700+ |
| США | УРЕНCО | 2000 | 3500 | 4700 | ? | 4700 |
| Пакистан, Бразилия, Иран, Индия, Аргентина | 100 | 75 | 100 | ? | 170 | |
| Япония | ЖНФЛ | 150 | 75 | 75 | ? | 75 |
| США | УСЕC: Падуcаҳ & Пикетон | 5000 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Суммарное | 49000 | 51550 | 57073 | 61111 | 66700 |
Эслатмалар
Ҳаволалар
- Ядро ёқилг'исининг жаҳон бозори, Кембриж, 2013-йил.
- Уран
- Терминлар луг'ати // Минатом
- Ма'лумотнома: уранни бойитиш
- Радиоактив о'г'ил скаут. Кен Силверстейн. (таржима. рус [1]