Защо обогатявате уран - характеристики, описание на технологиите и ревюта

Ядрените оръжия, независимо дали ни харесва или не, е реалността, с която човечеството е живяло от средата на миналия век. Ядрени реактори, независимо от това, как говорят критиците на ядрената енергетика, те имат значителен принос към енергийните системи на различните страни. И там, и там се прилага радиоактивен материал. Това е предимно уран, 92-ият елемент на периодичната таблица.

Различни източници на новини редовно излъчват от страниците си, че една държава е започнала да обогатява уран. Защо е толкова притеснен за световната общност, какво е толкова ужасно за това и как се случва това обогатяване?

Какво е толкова ужасно обогатен уран

Уранът или оръжейният плутоний е опасен в чист вид поради една проста причина: от тях, ако има определена техническа база, може да се направи експлозивно ядрено устройство.

На фигурата е показана схема на най-простата ядрена бойна глава. Бланки 1 и 2 от ядрено гориво са вътре в черупката. Всеки от тях представлява една от частите на цялата топка и тежи малко по-малко от критичната маса на оръжието, използвано в бомбата.

Когато се взриви TNT детонационен заряд, сливанията на уран 1 и 2 се свързват заедно, като общата им маса със сигурност надвишава критичната маса за този материал, което води до ядрена верижна реакция и съответно, атомна експлозия.

Изглежда нищо сложно, но всъщност не е така. В противен случай на планетата ще има още няколко порядъка. Освен това рискът от попадане на такива опасни технологии в ръцете на достатъчно мощни и развити терористични групи би се увеличил значително.

Номерът е, че само много богати сили с развита научна инфраструктура могат да обогатят уран, дори и при сегашното развитие на технологиите. Още по-трудно, без което атомното устройство няма да работи, е да се разделят изотопите на 235 и 238 на урана.

Уранови мини: истина и измислица

В СССР на филистимско ниво се предполагаше, че престъпниците са обречени на смърт да работят в уранови мини, като по този начин изкупват вината си пред партията и съветския народ. Това, разбира се, не е вярно.

Добивът на уран е високотехнологична индустрия на минната индустрия и е малко вероятно някой, който би заплашил убийци с разбойници, да работи със сложно и много скъпо оборудване. Освен това слуховете, че миньорите на урановите миньори са длъжни да носят противогаз и оловно бельо, също не са нищо повече от мит.

Уранът се добива в мини, понякога до километър. Най-големите запаси от този елемент се намират в Канада, Русия, Казахстан и Австралия. В Русия средно около един и половина килограма уран се произвежда от един тон руда. Това не е най-големият показател. В някои европейски мини тази цифра достига 22 кг на тон.

Радиационният фон в мината е приблизително същият, както на границата на стратосферата, където са закърпени граждански пътнически самолети.

Уранови руди

Обогатяване на уран започва веднага след извличането, непосредствено в близост до мината. В допълнение към метала, като всяка друга руда, уранът съдържа отпадъчна скала. Първоначалният етап на обогатяване се свежда до сортиране на калдъръма, издигнат от мината: в богати на уран и бедни. Буквално, всяка част се претегля, измерва се с автомата и, в зависимост от свойствата, се изпраща към определен поток.

След това се задвижва мелница, която раздробява богатата на уран руда на фин прах. Това обаче не е уран, а само неговият оксид. Получаването на чист метал е най-сложната верига от химични реакции и трансформации.

Обаче, не е достатъчно да се избере чист метал от оригиналните химични съединения. От целия уран, който се съдържа в природата, 99% се заема от изотоп 238, по-малко от един процент остава за нейния 235-ти брат. Тяхното разделяне е най-трудната задача, която не може да бъде решена от никоя страна.

Метод за обогатяване с дифузия на газ

Това е първият метод, чрез който те започнаха да обогатяват уран. Все още се използва в САЩ и Франция. Въз основа на разликата в плътността на 235 и 238 изотопа. Урановият газ, извлечен от оксид, се изпомпва в камерата, отделена с мембрана под високо налягане. Атомите на 235 изотопа са по-леки, следователно, от получената част от топлината, те се движат по-бързо от "бавните" атоми на 238 уран, съответно, все по-интензивно бият около мембраната. Според законите на теорията на вероятността е по-вероятно да се угоди на една от микропорите и да е от другата страна на самата мембрана.

Ефективността на този метод е малка, защото разликата между изотопите е много, много малка. Но как да направим обогатен уран подходящ за употреба? Отговорът използва този метод много и много пъти. За да се получи уран, подходящ за производството на гориво от реактора на електроцентрала, газоразпределителната система за почистване се повтаря няколко стотин пъти.

Мненията на експертите за този метод са двусмислени. От една страна, методът за разделяне на газовите дифузии е първият, който предоставя на Съединените щати висококачествен уран, което ги прави лидер в военната сфера за известно време. От друга страна, разпространението на газ се смята, че произвежда по-малко отпадъци. Единственото, което носи в този случай е високата цена на крайния продукт.

Центробежен метод

Това е развитието на съветските инженери. Понастоящем, освен Русия, има редица страни, които обогатяват урана по метода, открит в СССР. Това са Бразилия, Великобритания, Германия, Япония и някои други държави. Методът е подобен на технологията за дифузия на газ, тъй като използва разлика в масата на 235 и 238 изотопа.

Газът на урана се усуква в центрофугата до 1500 оборота в секунда. Поради различната плътност, центробежните сили с различни размери действат върху изотопите. Уран 238, като по-тежък, се натрупва в стените на центрофугата, докато 235-ият изотоп се събира по-близо до центъра. В горната част на цилиндъра се изпомпва смес от газове. След като са пътували до дъното на центрофугата, изотопите имат време да се разделят частично и се избират поотделно.

Независимо от факта, че методът също не дава 100% разделяне на изотопите и за да се постигне необходимата степен на обогатяване, той трябва да се използва многократно, икономически е много по-ефикасен от дифузията на газ. По този начин, обогатен уран в Русия според технологията на използване на центрофуги е около 3 пъти по-евтино от това, получено на американските мембрани.

Употреба на обогатен уран

Защо всички тези сложни и скъпи бюрокрация с почистване, освобождаването на метал от оксиди, отделянето на изотопи? Една промивна машина с обогатен уран 235, от използваните в атомната енергия (от такива „пръчки” се използват горивни пръти), с тегло около 7 грама заменя около три 200-литрови барела бензин или около тон въглища.

В зависимост от чистотата и съотношението на 235 и 238 изотопи, обогатен и обеднен уран се използва по различни начини.

Изотоп 235 е по-енергоемко гориво. Обогатен уран се разглежда, когато съдържанието на изотопа 235 е повече от 20%. Това е основата на ядрените оръжия.

Също така обогатената богата на енергия суровина се използва като гориво за ядрени реактори в подводници и на космически кораби поради ограничената маса и размери.

Изтощеният уран, съдържащ главно 238 изотопа, е гориво за цивилни стационарни ядрени реактори. Реакторите на основата на природен уран се считат за по-малко експлозивни.

Между другото, според изчисленията на руските икономисти, при запазване на сегашния темп на производство на 92 елемента на периодичната таблица, до 2030 г. резервите му в изследваните мини по света ще започнат да намаляват. Ето защо учените гледат с надежда термоядрен синтез като източник на евтина и достъпна енергия в бъдеще.