Uranni boyitish

Turli boyitish bosqichlarida uran-238 (ko'k) va uran-235 (qizil) ning nisbiy nisbati.

Uranni boyitish - urandagi <sup id="mwCg">235</sup> U izotopining ulushini oshirishning texnologik jarayoniga aytiladi. Natijada, tabiiy uran , boyitilgan uran va kambag'al uranga bo'linadi.

Tabiiy uran tarkibida uranning uchta izotoplari mavjud bo'ladi: ²³⁸ U (massa ulushi 99,2745%), ²³⁵ U (0,72%) va ²³⁴ U (0,0055%). ^238U izotopi nisbatan barqaror izotop boʻlib, u kamdan-kam uchraydigan ^235U dan farqli oʻlaroq oʻz-oʻzidan paydo boʻladigan zanjirli yadroviy reaksiyaga qodir emas.Hozirgi vaqtda ^235U yadroviy reaktor va yadroviy qurol texnologiyasi zanjirida asosiy parchalanuvchi material hisoblanadi. Biroq, ko'pgina birikmalar uchun tabiiy ^{urandagi 235U} izotopining ulushi kichikdir va yadro yoqilg'isini tayyorlash odatda uranni boyitish bosqichini o'z ichiga oladi.

Boyitish sabablari

Yadro zanjiri reaksiyasi uran atomining parchalanishi natijasida hosil bo'lgan neytronlarning kamida bittasi boshqa atom tomonidan tutilishini va shunga mos ravishda uning parchalanishiga olib kelishini anglatadi. Birinchi taxminda, bu neytron reaktorni tark etishidan oldin ²³⁵ U atomiga "qoqilishi" kerakligini anglatadi. Bu neytron uchun keyingi uran atomini topish ehtimoli etarlicha yuqori bo'lishi uchun uran bilan dizayn etarlicha ixcham bo'lishi kerakligini anglatadi. Ammo reaktor ishlayotganida, ²³⁵ U asta-sekin yonib ketadi, bu neytron va ²³⁵ U atomi o'rtasidagi uchrashish ehtimolini kamaytiradi, bu esa bu ehtimollikning ma'lum chegarasini reaktorlarga o'rnatishga majbur qiladi. Shunga ko'ra, yadro yoqilg'isi tarkibidagi ²³⁵ U ning past nisbati quyidagilarni talab qiladi:

• neytron unda uzoqroq turishi uchun reaktorning kattaroq hajmi;
• neytron va uran atomi o'rtasidagi to'qnashuv ehtimolini oshirish uchun reaktor hajmining katta qismini yoqilg'i egallashi kerak;
• ko'pincha reaktorda ²³⁵ U hajmli zichlikni saqlab turish uchun yoqilg'ini yangi yoqilg'i bilan qayta yuklash talab qilinadi;
• sarflangan yoqilg'ida qimmatli ²³⁵ U ning yuqori ulushi.

Yadro texnologiyalarini takomillashtirish jarayonida yoqilg'i tarkibidagi ²³⁵ U ni ko'paytirishni, ya'ni uranni boyitishni talab qiladigan iqtisodiy va texnologik jihatdan maqbul echimlar topildi.

Yadro qurolida boyitish vazifasi amalda bir xil: yadro portlashining juda qisqa vaqt ichida maksimal soni ²³⁵ U atomi o'zining neytronini, parchalanishini va energiyasini chiqarishi talab qilinadi. Buning uchun maksimal boyitishda erishish mumkin bo'lgan ²³⁵ U atomining maksimal mumkin bo'lgan hajmli zichligi talab qilinadi.

Uranni boyitish darajasi

Tarkibida ^235U 0,72% boʻlgan tabiiy uran baʼzi quvvatli reaktorlarda (masalan, Kanadadagi CANDUda), plutoniy ishlab chiqaruvchi reaktorlarda (masalan, A-1) ishlatiladi.

Tarkibi ²³⁵ U dan 20% gacha bo'lgan uran past boyitilgan deb ataladi (LEU ,inglizcha: Low enriched uranium, LEU). 2-5% boyitilgan uran hozirda butun dunyo bo'ylab energiya reaktorlarida keng qo'llaniladi. 20% gacha boyitilgan uran tadqiqot va eksperimental reaktorlarda ishlatiladi. Namunalarning yuqori miqdori bo'lgan LEU (Yuqori tahlil LEU, HALEU) - 5-20% gacha boyitilgan uran.

Tarkibi ²³⁵ U 20% dan yuqori bo'lgan uran yuqori boyitilgan deb ataladi (inglizcha: Highly enriched uranium, HEU) yoki qurol darajasi. Yadro davrining boshida uranga asoslangan 90% ga yaqin boyitilgan yadroviy qurollarning bir nechta turlari qurilgan. Yuqori darajada boyitilgan uran termoyadroviy qurollarda termoyadro zaryadini o'zgartirish (siqish qobig'i) sifatida ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, yuqori darajada boyitilgan uran uzoq vaqt yoqilg'i bilan ishlaydigan (ya'ni kamdan-kam yoqilg'i quyish yoki umuman yonilg'i quyish bo'lmagan) atom energetikasi reaktorlarida, masalan, kosmik kema reaktorlari yoki kema reaktorlarida qo'llaniladi.

0,1-0,3% miqdorida ^235U bo'lgan kamaygan uran boyitish zavodlari chiqindilarida qoladi. Uranning yuqori zichligi va kamaygan uranning arzonligi tufayli zirh teshuvchi artilleriya snaryadlarining yadrosi sifatida keng qo'llaniladi. Kelajakda qisqargan uranni tez neytron reaktorlarida qo'llash rejalashtirilgan, bu erda zanjir reaksiyasini qo'llab-quvvatlamaydigan Uran-238 zanjirli reaksiyani qo'llab-quvvatlovchi Plutoniy -239 ga o'tkazilishi mumkin. Olingan MOX yoqilg'isi an'anaviy termal neytron quvvat reaktorlarida ishlatilishi mumkin.

Texnologiya

Izotoplarni ajratishning ko'plab usullari mavjud. Usullarning aksariyati turli izotoplar atomlarining turli massalariga asoslangan: yadrodagi neytronlar sonining farqi tufayli 235 238 dan bir oz engilroq. Bu atomlarning turli inertsiyalarida namoyon bo'ladi. Misol uchun, agar siz atomlarni yoy bo'ylab harakatlantirsangiz, og'ir atomlar engil atomlarga qaraganda kattaroq radius bo'ylab harakatlanadi. Elektromagnit va aerodinamik usullar shu printsip asosida qurilgan. Elektromagnit usulda uran ionlari elementar zarracha tezlatgichida tezlashtiriladi va magnit maydonda buriladi. Aerodinamik usulda gazsimon uran birikmasi maxsus volutli nozul orqali puflanadi. Xuddi shunga o'xshash printsip gazni santrifüjlashda : uranning gazsimon birikmasi santrifugaga joylashtiriladi, bu erda inertsiya og'ir molekulalarni santrifuga devoriga to'plashga olib keladi. Termal diffuziya va gaz diffuziya usullari molekulalarning harakatchanligidagi farqdan foydalanadi: uranning engil izotopi bo'lgan gaz molekulalari og'irlarga qaraganda ko'proq harakatchan. Shuning uchun ular gaz diffuziya texnologiyasidan foydalangan holda maxsus membranalarning kichik teshiklariga osonroq kirib boradi. Termal diffuziya usuli bilan kamroq harakatlanuvchi molekulalar ajratish ustunining sovuqroq pastki qismida to'planib, yuqori issiq qismda ko'proq harakatlanuvchilarni almashtiradi. Ko'pgina ajratish usullari gazsimon uran birikmalari bilan ishlaydi, ko'pincha UF <sub id="mwYg">6</sub>.

Uranni sanoatda boyitish uchun ko'plab usullar sinab ko'rilgan, ammo hozirda deyarli barcha boyitish ob'ektlarida gazni sentrifugalash asosida ishlaydi. Santrifugalash bilan bir qatorda qadimda gaz diffuziya usuli keng qo'llanilgan. Yadro davrining boshida elektromagnit, issiqlik diffuziya va aerodinamik usullar qo'llanilgan. Bugungi kunga kelib, santrifugalash uranni boyitishning eng yaxshi iqtisodiy parametrlarini namoyish etadi. Biroq, lazer izotoplarini ajratish kabi istiqbolli ajratish usullari bo'yicha tadqiqotlar olib borilmoqda.

Dunyoda boyitilgan uran ishlab chiqarish

Страна	Компания, завод	2012	2013	2015	2018	2020
Россия	Росатом	25000	26000	26578	28215	28663
Германия, Голландия, Англия	URENCO	12800	14200	14400	18600	14900
Франция	Orano	2500	5500	7000	7500	7500
Китай	CNNC	1500	2200	4220	6750	10700+
США	URENCO	2000	3500	4700	?	4700
Пакистан, Бразилия, Иран, Индия, Аргентина		100	75	100	?	170
Япония	JNFL	150	75	75	?	75
США	USEC: Paducah & Piketon	5000	0	0	0	0
	Суммарное	49000	51550	57073	61111	66700

Havolalar

• Yadro yoqilg'isining jahon bozori, Kembrij, 2013-yil.
• Uran
• Terminlar lug'ati // Minatom
• Ma'lumotnoma: uranni boyitish
• Radioaktiv o'g'il skaut. Ken Silversteyn. (tarjima. rus [1]