Зашто обогатити уранијум - карактеристике, опис технологије и прегледе

Нуклеарно оружје, било да нам се то свиђа или не, је реалност са којом је човечанство живело од средине прошлог века. Нуклеарни реактори, без обзира на то како говоре критичари нуклеарне индустрије, они дају значајан допринос електроенергетским системима различитих земаља. А ту је и примењен радиоактивни материјал. То је углавном уранијум, 92. елемент периодног система.

Различити извори вијести редовно објављују са својих страница да је држава почела обогаћивати уранијум. Зашто је толико забринута за светску заједницу, шта је тако страшно у томе и како се ово обогаћивање догађа?

Шта је тако страшно обогаћени уранијум

Уран или плутонијум опасног оружја опасан је у свом чистом облику из једног једноставног разлога: од њих, ако постоји одређена техничка база, може се направити експлозивна нуклеарна направа.

На слици је приказан шематски приказ најједноставније нуклеарне бојне главе. Бланкс 1 и 2 оф нуклеарно гориво су унутар љуске. Сваки од њих чини један од делова целе кугле и тежи нешто мање од критичне масе метала оружја коришћеног у бомби.

Када се детонирајући набој ТНТ-а разнесе, уранијумски блокови 1 и 2 су спојени заједно, њихова укупна маса сигурно премашује критичну масу за овај материјал, што доводи до нуклеарне ланчане реакције и, сходно томе, атомска експлозија.

Чини се да то није компликовано, али у ствари то није тако. Иначе би на планети било више земаља. Штавише, ризик од пада таквих опасних технологија у руке довољно моћних и развијених терористичких група увелико би се повећао.

Трик је да само веома богате силе са развијеном научном инфраструктуром могу обогатити уранијум, чак и са тренутним развојем технологије. Још је теже, без којих атомска направа неће радити, одвојити изотопе уранијума од 235 и 238.

Рудници урана: истина и фикција

У СССР-у, на нивоу филистара, претпостављало се да су криминалци осуђени на смрт радећи у рудницима уранијума, тиме откупљујући своју кривицу пред партијом и совјетским људима. То, наравно, није истина.

Рудник урана је високо технолошка индустрија у рударској индустрији, и не би било вероватно да би неко ко би уплашио убице разбојницима радио са сложеном и веома скупом опремом. Штавише, гласине да су рудари рудара уранијума обавезни да носе гас маску и оловни доњи веш нису ништа друго до мит.

Уран се копа у рудницима понекад и до једног километра дубоко. Највеће резерве овог елемента налазе се у Канади, Русији, Казахстану и Аустралији. У Русији се од једне тоне руде производи у просјеку око један и пол килограма уранијума. Ово није највећи показатељ. У неким европским рудницима ова бројка достиже 22 кг по тони.

Радијацијска позадина у руднику је отприлике иста као и на граници стратосфере, гдје се крпе цивилни путнички авиони.

Уранијумска руда

Обогатите уранијум одмах након екстракције, непосредно поред рудника. Поред метала, као и било која друга руда, уранијум садржи отпадну стену. Почетна фаза обогаћивања је сведена на сортирање калдрме подигнуте из рудника: у богат и сиромашан уранијум. Дословно, сваки комад се мери, мери аутоматом и, у зависности од својстава, шаље се одређеном току.

Тада се млин за мљевење руде богате ураном у фини прах појављује у игри. Међутим, ово није уранијум, већ само његов оксид. Добијање чистог метала је најкомпликованији ланац хемијских реакција и трансформација.

Међутим, није довољно изабрати чисти метал из оригиналних хемијских једињења. Од уранијума који се налазе у природи, 99% заузима изотоп 238, а мање од један одсто остаје за 235. брата. Њихово одвајање је најтежи задатак који не може да реши ниједна земља.

Метода обогаћивања дифузијом гаса

Ово је први метод којим су почели обогаћивати уранијум. И даље се користи у САД и Француској. На основу разлике у густини 235 и 238 изотопа. Уранов гас екстрахован из оксида се пумпа у комору одвојену мембраном под високим притиском. Атоми изотопа 235 су лакши, тако да се од примљеног дијела топлине они крећу брже од "спорих" атома 238 уранијума, респективно, све више и више интензивно ударају о мембрану. Према законима теорије вјероватноће вјеројатније је да ће задовољити једну од микропора и бити с друге стране саме мембране.

Ефикасност ове методе је мала, јер је разлика између изотопа врло, врло мала. Али како направити обогаћени уранијум погодним за употребу? Одговор је да се овај метод користи много и много пута. У циљу добијања уранијума погодног за производњу горива из реактора електране, систем гасног дифузионог чишћења се понавља неколико стотина пута.

Мишљења стручњака о овој методи су двосмислена. С једне стране, гасни дифузијски метод раздвајања је први који САД-у даје висококвалитетни уранијум, што их је привремено учинило лидером у војној сфери. С друге стране, сматра се да дифузија гаса производи мање отпада. Једина ствар која у овом случају доноси високу цијену финалног производа.

Центрифугална метода

То је развој совјетских инжењера. У овом тренутку, осим Русије, постоји низ земаља које обогаћују уран методом откривеном у СССР-у. То су Бразил, Велика Британија, Немачка, Јапан и неке друге државе. Метода је слична технологији гасне дифузије у којој користи разлику масе 235 и 238 изотопа.

Гас уранијума је уврнут у центрифуги до 1500 обртаја у секунди. Због различите густине, центрифугалне силе различитих величина дјелују на изотопе. Уранијум 238, као тежи, акумулира се на зидовима центрифуге, док се 235. изотоп скупља ближе центру. У горњи део цилиндра пумпа се мешавина гасова. Пошто су путовали до дна центрифуге, изотопи имају времена да се делимично раздвоје и бирају се одвојено.

Упркос чињеници да метода такође не даје 100% сепарацију изотопа, и да би се постигао захтевани степен обогаћивања, мора се користити много пута, економски је много ефикасније од дифузије гаса. Дакле, обогаћени уранијум у Русији према технологији употребе центрифуга је око 3 пута јефтинији од оног добијеног на америчким мембранама.

Употреба обогаћеног уранијума

Зашто сва ова сложена и скупа бирокрација са чишћењем, ослобађањем метала из оксида, одвајањем изотопа? Један перач обогаћеног уранијума 235, од оних који се користе у атомској енергији (од таквих "пилула" штапова се користе - горивне шипке), тежине око 7 грама замењује око три 200-литре барела бензина или око тоне угља.

У зависности од чистоће и односа изотопа 235 и 238, обогаћени и осиромашени уранијум се користи на различите начине.

Изотоп 235 је енергент који троши више енергије. Обогаћени уранијум се разматра када је садржај изотопа 235 већи од 20%. То је основа нуклеарног оружја.

И обогаћена сировина богата енергијом користи се као гориво за нуклеарне реакторе у подморницама и на летилицама због ограничене масе и величине.

Осиромашени уранијум, који садржи углавном 238 изотопа, је гориво за цивилне стационарне нуклеарне реакторе. Реактори на бази природног уранијума сматрају се мање експлозивним.

Иначе, према прорачунима руских економиста, задржавајући садашњу стопу производње 92 елемента периодног система, до 2030. године његове резерве у истраживаним рудницима широм свијета ће почети да опадају. Због тога научници гледају наду термонуклеарна фузија као извор јефтине и приступачне енергије у будућности.