Обогащенный уран

Обогащенный уран — это разновидность урана , в которой процентный состав урана-235 (пишется ²³⁵ U) увеличился в процессе разделения изотопов . Встречающийся в природе уран состоит из трех основных изотопов: уран-238 ( ²³⁸ U с природным содержанием 99,2732–99,2752% ), уран-235 ( ²³⁵ U, 0,7198–0,7210%) и уран-234 ( ²³⁴ В, 0,0049–0,0059%). ²³⁵ U — единственный существующий в природе нуклид (в сколько-нибудь заметном количестве), который делится нейтронами тепловыми .

Пропорции урана-238 (синий) и урана-235 (красный), обнаруженные в природных условиях, по сравнению с обогащенными сортами.

Обогащенный уран является важнейшим компонентом как для гражданской атомной энергетики , так и для военного ядерного оружия .

имеется около 2000 тонн высокообогащенного урана. В мире производится в основном для ядерной энергетики , ядерного оружия, военно-морских силовых установок и в меньших количествах для исследовательских реакторов .

The ²³⁸ Уран, остающийся после обогащения, известен как обедненный уран (ОУ) и значительно менее радиоактивен, чем даже природный уран, хотя все еще очень плотный. Обедненный уран используется в качестве материала радиационной защиты и бронебойного оружия .

Оценки

Уран, добываемый непосредственно с Земли, не подходит в качестве топлива для большинства ядерных реакторов и требует дополнительных процессов для его использования ( CANDU заметным исключением является конструкция ). Уран добывают либо под землей, либо открытым способом, в зависимости от глубины его обнаружения. После того, как урановая руда добыта, она должна пройти процесс измельчения, чтобы извлечь уран из руды.

Это достигается за счет сочетания химических процессов, в результате которых конечным продуктом является концентрированный оксид урана, известный как « желтый кек », который содержит примерно 80% урана, тогда как исходная руда обычно содержит всего 0,1% урана.

Этот желтый кек подвергается дальнейшей переработке для получения желаемой формы урана, пригодной для производства ядерного топлива . После завершения процесса измельчения уран должен подвергнуться процессу конверсии «либо в диоксид урана , который можно использовать в качестве топлива для тех типов реакторов, которые не требуют обогащенного урана, либо в гексафторид урана , который можно использовать в качестве топлива для тех типов реакторов, которые не требуют обогащенного урана». обогащенного для производства топлива для большинства типов реакторов». Природный уран состоит из смеси ²³⁵ У и ²³⁸ У. ²³⁵ U делится , что означает, что он легко расщепляется нейтронами , а остаток ²³⁸ У, но в природе более 99% добытой руды находится ²³⁸ U. Большинству ядерных реакторов требуется обогащенный уран, то есть уран с более высокими концентрациями ²³⁵ U находится в диапазоне от 3,5% до 4,5% (хотя некоторые конструкции реакторов с графитовым или тяжеловодным замедлителем , такие как РБМК и CANDU , способны работать с природным ураном в качестве топлива). Существует два коммерческих процесса обогащения: газовая диффузия и газовое центрифугирование . Оба процесса обогащения включают использование гексафторида урана и производят обогащенный оксид урана.

Барабан желтого кека (смесь урановых осадков)

Переработанный уран (RepU)

Основная статья: Переработанный уран

Переработанный уран (RepU) подвергается ряду химических и физических обработок для извлечения пригодного к использованию урана из отработавшего ядерного топлива. (RepU) — продукт ядерных топливных циклов , включающих ядерную переработку отработавшего топлива . RepU, извлеченный из отработавшего топлива легководного реактора (LWR), обычно содержит немного больше ²³⁵ U, чем природный уран , и поэтому может использоваться в качестве топлива для реакторов, которые обычно используют природный уран в качестве топлива, таких как реакторы CANDU . Он также содержит нежелательный изотоп уран-236 , который подвергается захвату нейтронов , тратя нейтроны впустую (и требуя более высоких ²³⁵ обогащение урана) и создание нептуния-237 , который станет одним из наиболее мобильных и опасных радионуклидов при в глубоких геологических хранилищах захоронении ядерных отходов . Переработанный уран часто содержит следы других трансурановых элементов и продуктов деления, что требует тщательного мониторинга и управления во время изготовления топлива и эксплуатации реактора.

Низкообогащенный уран (НОУ)

Низкообогащенный уран (НОУ) имеет концентрацию ниже 20%. ²³⁵ У; например, в коммерческих LWR, самых распространенных энергетических реакторах в мире, уран обогащается от 3 до 5%. ²³⁵ U. Слабообогащенный уран ( СЭУ ) имеет концентрацию менее 2%. ²³⁵ В.

Высокопробный НОУ (HALEU)

Высококачественный НОУ (HALEU) имеет обогащение от 5% до 20%. и требуется во многих конструкциях малых модульных реакторов (ММР). Свежий НОУ, используемый в исследовательских реакторах, обычно имеет обогащение от 12% до 19,75%. ²³⁵ У; последняя концентрация используется для замены ВОУ-топлива при конвертации в НОУ.

Высокообогащенный уран (ВОУ)

Заготовка урана высокообогащенного металлического

Высокообогащенный уран (ВОУ) имеет концентрацию 20% или выше. ²³⁵ U. Этот высокий уровень обогащения необходим для ядерного оружия и некоторых специализированных конструкций реакторов. Делящийся уран в основных компонентах ядерного оружия обычно содержит 85% или более ²³⁵ U, известный как оружейный уровень , хотя теоретически для конструкции имплозии может быть достаточно минимум 20% (так называемый «пригодный для использования в оружии»), хотя для этого потребуются сотни килограммов материала и «непрактично проектировать»; гипотетически возможно даже более низкое обогащение, но по мере уменьшения процента обогащения критическая масса для незамедлительных быстрых нейтронов быстро увеличивается, например, до бесконечной массы 5,4%. ²³⁵ Ты востребован. Для экспериментов по критичности было достигнуто обогащение урана более чем до 97%.

Первая урановая бомба «Маленький мальчик» , сброшенная Соединенными Штатами на Хиросиму в 1945 году, содержала 64 килограмма (141 фунт) урана, обогащенного на 80%. Обертывание делящегося ядра оружия отражателем нейтронов (который является стандартным для всех ядерных взрывчатых веществ) может значительно снизить критическую массу. Поскольку активная зона была окружена хорошим отражателем нейтронов, при взрыве она имела почти 2,5 критической массы. Отражатели нейтронов, сжимающие делящееся ядро ​​посредством имплозии, ускорения термоядерного синтеза и «тампинга», которое замедляет расширение делящегося ядра по инерции, позволяют создавать конструкции ядерного оружия , которые используют меньше критической массы, чем одна критическая масса голой сферы при нормальной плотности. Наличие слишком большого количества ²³⁸ Изотоп урана подавляет неконтролируемую цепную ядерную реакцию , которая отвечает за мощность оружия. Критическая масса для 85% высокообогащенного урана составляет около 50 килограммов (110 фунтов), что при нормальной плотности представляет собой сферу диаметром около 17 сантиметров (6,7 дюйма).

В более позднем ядерном оружии США на первой ступени обычно используется плутоний-239 , но во вторичной ступени оболочки или тампера, которая сжимается в результате первичного ядерного взрыва, часто используется ВОУ с обогащением от 40% до 80%. вместе с термоядерным топливом дейтеридом лития . Такая многоступенчатая конструкция повышает эффективность и результативность ядерного оружия, позволяя лучше контролировать выделение энергии при детонации. Для вторичного компонента крупного ядерного оружия более высокая критическая масса менее обогащенного урана может быть преимуществом, поскольку позволяет активной зоне во время взрыва содержать большее количество топлива. Эта стратегия проектирования оптимизирует взрывную мощность и производительность современных систем ядерного оружия. ²³⁸ U не считается делящимся, но он все же может делиться быстрыми нейтронами (> 2 МэВ), такими как те, которые образуются во время DT-синтеза .

ВОУ также используется в реакторах на быстрых нейтронах , активные зоны которых требуют около 20% и более делящегося материала, а также в военно-морских реакторах , где он часто содержит не менее 50% ²³⁵ U, но обычно не превышает 90%. Эти специализированные реакторные системы полагаются на высокообогащенный уран в связи с их уникальными эксплуатационными требованиями, включая высокий поток нейтронов и точный контроль над динамикой реактора. % . В прототипе коммерческого быстрого реактора Ферми-1 использовался ВОУ с содержанием 26,5 ²³⁵ U. Значительные количества ВОУ используются в производстве медицинских изотопов , например молибдена-99 для генераторов технеция-99m . Медицинская промышленность извлекает выгоду из уникальных свойств высокообогащенного урана, которые позволяют эффективно производить критические изотопы, необходимые для диагностической визуализации и терапевтических применений.

Методы обогащения

Разделение изотопов затруднено, поскольку два изотопа одного и того же элемента имеют почти одинаковые химические свойства и могут быть разделены только постепенно, используя небольшие различия в массах. ( ²³⁵ U всего на 1,26% легче, чем ²³⁸ U.) Эта проблема усугубляется тем, что уран редко разделяют в атомарной форме, а в виде соединения ( ²³⁵ UF ₆ всего на 0,852% легче, чем ²³⁸ УФ ₆ ).Каскад идентичных стадий производит последовательно более высокие концентрации ²³⁵ U. Каждый этап передает немного более концентрированный продукт на следующий этап и возвращает на предыдущий этап немного менее концентрированный остаток.

В настоящее время во всем мире для обогащения используются два общих коммерческих метода: газовая диффузия (так называемое первое поколение) и газовая центрифуга ( второе поколение), при которой расходуется всего от 2% до 2,5%. столько же энергии, сколько и газовая диффузия. Проводятся некоторые работы, в которых будет использоваться ядерный резонанс ; однако нет надежных доказательств того, что какие-либо процессы ядерного резонанса были доведены до производства.

Методы диффузии

Газовая диффузия

Основная статья: Газовая диффузия

Газовая диффузия использует полупроницаемые мембраны для разделения обогащенного урана.

Газовая диффузия — это технология, используемая для производства обогащенного урана путем пропускания газообразного гексафторида урана ( гекса ) через полупроницаемые мембраны . Это приводит к небольшому разделению молекул, содержащих ²³⁵ У и ²³⁸ U. На протяжении всей холодной войны газовая диффузия играла важную роль в качестве метода обогащения урана, и по состоянию на 2008 год на ее долю приходилось около 33% производства обогащенного урана. но в 2011 году была признана устаревшей технологией, которая постепенно заменяется технологиями более поздних поколений по мере того, как диффузионные установки достигают конца своего срока службы. В 2013 году завод в Падуке в США прекратил работу, это был последний коммерческий объект. ²³⁵ U газодиффузионная установка в мире.

Термическая диффузия

Термическая диффузия использует передачу тепла через тонкую жидкость или газ для разделения изотопов. В этом процессе используется тот факт, что чем легче ²³⁵ Молекулы газа U будут диффундировать к горячей поверхности, а более тяжелые ²³⁸ Молекулы газа U будут диффундировать к холодной поверхности. Завод S-50 в Ок-Ридже, штат Теннесси , использовался во время Второй мировой войны для подготовки исходного материала для процесса электромагнитного разделения изотопов (EMIS), о котором рассказывается далее в этой статье. От него отказались в пользу газовой диффузии.

Методы центрифугирования

Газовая центрифуга

Основная статья: Газовая центрифуга

Каскад газовых центрифуг на обогатительном заводе в США

В процессе газовой центрифуги используется большое количество вращающихся цилиндров, расположенных последовательно и параллельно. Вращение каждого цилиндра создает сильную центростремительную силу , так что более тяжелые молекулы газа, содержащие ²³⁸ U движется по касательной к внешней стороне цилиндра, и более легкие молекулы газа, богатые ²³⁵ Собираешь ближе к центру. Для достижения того же разделения требуется гораздо меньше энергии, чем для более старого процесса газовой диффузии, который он в значительной степени заменил, и поэтому является предпочтительным в настоящее время методом и называется вторым поколением . Он имеет коэффициент разделения на ступень 1,3 по сравнению с газодиффузией 1,005. что соответствует примерно одной пятидесятой потребности в энергии. Методы газовых центрифуг производят почти 100% обогащенного урана в мире. Стоимость единицы работы разделения составляет примерно 100 долларов за единицу работы разделения (ЕРР), что делает ее примерно на 40% дешевле, чем стандартные методы газовой диффузии.

Центрифуга Зиппе

Основная статья: Центрифуга типа Zippe

Схема принципов работы газовой центрифуги типа Zippe, где U-238 показан темно-синим цветом, а U-235 - голубым.

Центрифуга типа Zippe представляет собой усовершенствованную версию стандартной газовой центрифуги, основное отличие которой заключается в использовании тепла. Нижняя часть вращающегося цилиндра нагревается, создавая конвекционные потоки, которые перемещают ²³⁵ Поднимитесь вверх по цилиндру, где его можно будет собрать совками. Эта улучшенная конструкция центрифуги используется компанией Urenco в коммерческих целях для производства ядерного топлива, а также использовалась Пакистаном в своей программе создания ядерного оружия.

Лазерные методы

Лазерные процессы обещают более низкие энергозатраты, более низкие капитальные затраты и более низкие анализы хвостов, а следовательно, значительные экономические преимущества. Несколько лазерных процессов были исследованы или находятся в стадии разработки. Разделение изотопов лазерным возбуждением (SILEX) хорошо развито и лицензировано для коммерческой эксплуатации с 2012 года. Разделение изотопов лазерным возбуждением - очень эффективный и дешевый метод разделения урана, который можно осуществлять на небольших установках, требующих гораздо меньше энергии. и пространство, чем предыдущие методы разделения. Стоимость обогащения урана с использованием лазерных технологий обогащения составляет около $30 за ЕРР. что составляет менее трети стоимости газовых центрифуг, нынешнего стандарта обогащения. Разделение изотопов с помощью лазерного возбуждения можно было бы осуществлять на установках, практически невидимых для спутников. За последние два десятилетия более 20 стран работали над лазерной сепарацией, наиболее заметными из них являются Иран и Северная Корея, хотя до сих пор все страны добились очень ограниченного успеха.

Лазерное разделение изотопов на атомных парах (AVLIS)

В лазерном разделении изотопов атомных паров используются специально настроенные лазеры. разделить изотопы урана с помощью селективной ионизации сверхтонких переходов . В этом методе используются лазеры , настроенные на частоты, ионизирующие ²³⁵ Атомы U и никакие другие. Положительно заряженный ²³⁵ Ионы U затем притягиваются к отрицательно заряженной пластине и собираются.

Молекулярное лазерное разделение изотопов (MLIS)

В молекулярно-лазерном разделении изотопов используется инфракрасный лазер, направленный на UF ₆ , возбуждающий молекулы, содержащие ²³⁵ Атом У. Второй лазер освобождает атом фтора , оставляя пентафторид урана , который затем выпадает в осадок из газа.

Разделение изотопов лазерным возбуждением (SILEX)

Разделение изотопов с помощью лазерного возбуждения — австралийская разработка, в которой также UF6 _{используется} . После длительного процесса разработки, в котором американская компания по обогащению USEC приобрела, а затем отказалась от прав на коммерциализацию технологии, GE Hitachi Nuclear Energy (GEH) подписала соглашение о коммерциализации с Silex Systems в 2006 году. С тех пор GEH построила демонстрационную испытательную площадку и объявила о планах строительства первого коммерческого объекта. Детали процесса засекречены и ограничены межправительственными соглашениями между США, Австралией и коммерческими организациями. Предполагается, что SILEX будет на порядок более эффективным, чем существующие методы производства, но точная цифра, опять же, засекречена. В августе 2011 года компания Global Laser Enrichment, дочерняя компания GEH, обратилась в Комиссию по ядерному регулированию США (NRC) за разрешением на строительство коммерческого завода. В сентябре 2012 года NRC выдала GEH лицензию на строительство и эксплуатацию коммерческого завода по обогащению SILEX, хотя компания еще не решила, будет ли проект достаточно прибыльным для начала строительства, и несмотря на опасения, что эта технология может способствовать распространению ядерного оружия. . Страх перед распространением ядерного оружия возник отчасти из-за того, что технология лазерной сепарации требует менее 25% площади типичных методов разделения, а также требует только энергии, которой можно было бы обеспечить энергией 12 типичных домов, включая установку лазерной сепарации, которая работает с помощью лазерное возбуждение значительно ниже порога обнаружения существующих технологий наблюдения. В связи с этими опасениями Американское физическое общество подало петицию в NRC, требуя, чтобы перед строительством каких-либо установок лазерного возбуждения они прошли формальную проверку рисков распространения. APS даже назвала эту технологию «меняющей правила игры». из-за возможности скрыть его от любого типа обнаружения.

Другие методы

Аэродинамические процессы

Принципиальная схема аэродинамического сопла. Многие тысячи этих маленьких фольг будут объединены в обогатительную установку.

, основанный на рентгеновском излучении, Производственный процесс LIGA был первоначально разработан в Forschungszentrum Karlsruhe, Германия, для производства сопел для изотопного обогащения.

Процессы аэродинамического обогащения включают методы струйного сопла Беккера, разработанные EW Becker и его коллегами, с использованием процесса LIGA и процесса разделения вихревой трубки . Эти процессы аэродинамического разделения зависят от диффузии, вызванной градиентами давления, как и газовая центрифуга. В целом они имеют тот недостаток, что требуют сложных систем каскадного соединения отдельных разделительных элементов для минимизации энергопотребления. По сути, аэродинамические процессы можно рассматривать как невращающиеся центрифуги. Усиление центробежных сил достигается за счет разбавления UF ₆ водородом . или гелием в качестве газа-носителя, обеспечивая гораздо более высокую скорость потока газа, чем можно было бы получить, используя чистый гексафторид урана ( Южно-Африканская корпорация по обогащению урана UCOR) разработала и внедрила непрерывный каскад вихревого разделения «Геликон» для высокой производительности и низкого обогащения, а также существенно отличающийся полупериодический каскад «Пелсакон» для низкой производительности и высокого обогащения, в которых используется особая конструкция сепаратора с вихревой трубкой, а также оба воплощены в промышленном предприятии. Демонстрационная установка была построена в Бразилии консорциумом NUCLEI, возглавляемым Industrias Nucleares do Brasil , который использовал процесс сепарационного сопла. Однако все методы имеют высокие энергозатраты и существенные требования к отводу отходящего тепла; ни один в настоящее время еще не используется.

Электромагнитное разделение изотопов

Основная статья: Калутрон

Принципиальная диаграмма разделения изотопов урана в калютроне показывает, как сильное магнитное поле используется для перенаправления потока ионов урана к мишени, что приводит к более высокой концентрации урана-235 (представленного здесь темно-синим цветом) на внутренних границах транслировать.

В процессе электромагнитного разделения изотопов (EMIS) металлический уран сначала испаряется, а затем ионизируется до положительно заряженных ионов. Катионы затем ускоряются и впоследствии отклоняются магнитными полями на соответствующие мишени сбора. -спектрометр промышленного масштаба Масс под названием Калутрон был разработан во время Второй мировой войны и предоставил некоторые из ²³⁵ U использовалось для обозначения ядерной бомбы Little Boy , которая была сброшена на Хиросиму в 1945 году. Собственно термин «Калютрон» относится к многоступенчатому устройству, расположенному в большом овале вокруг мощного электромагнита. От электромагнитного разделения изотопов в значительной степени отказались в пользу более эффективных методов.

Химические методы

Один химический процесс был продемонстрирован на стадии пилотной установки, но не использовался в производстве. Французский процесс CHEMEX использовал очень небольшую разницу в склонности двух изотопов к изменению валентности при окислении/восстановлении с использованием несмешивающихся водных и органических фаз. Процесс ионного обмена был разработан компанией Asahi Chemical Company в Японии , в которой применяется аналогичный химический состав, но происходит разделение на запатентованной ионообменной колонке со смолой.

Плазменное разделение

Процесс плазменного разделения (PSP) описывает метод, в котором используются сверхпроводящие магниты и физика плазмы . принцип ионного циклотронного резонанса для избирательной подачи энергии на В этом процессе используется ²³⁵ Изотоп урана в плазме , содержащей смесь ионов . Франция разработала собственную версию PSP, которую назвала RCI. Финансирование RCI было резко сокращено в 1986 году, и программа была приостановлена ​​примерно в 1990 году, хотя RCI все еще используется для разделения стабильных изотопов.

Разделительный рабочий блок

Дополнительная информация: Разделительные рабочие единицы.

«Разделительная работа» — степень разделения, выполняемая в процессе обогащения, — является функцией концентраций сырья, обогащенного продукта и обедненных хвостов; и выражается в единицах, которые рассчитываются таким образом, чтобы быть пропорциональными общему расходу энергии (энергии / времени работы машины) и перерабатываемой массе. Разделительная работа не является энергией. Один и тот же объем работы разделения потребует разного количества энергии в зависимости от эффективности технологии разделения. Работа разделения измеряется в единицах работы разделения ЕРР, кг SW или кг UTA (от немецкого Urantrennarbeit — буквально работа по разделению урана ). Эффективное использование разделительной работы имеет решающее значение для оптимизации экономических и эксплуатационных показателей предприятий по обогащению урана.

• 1 ЕРР = 1 кг ПО = 1 кг УТА
• 1 ксЕР = 1 тсВ = 1 т УТА
• 1 MSWU = 1 уз SW = 1 уз UTA

Вопросы стоимости

Помимо работы разделения, обеспечиваемой обогатительной установкой, другим важным параметром, который следует учитывать, является масса природного урана (NU), которая необходима для получения желаемой массы обогащенного урана. Как и в случае с количеством ЕРР, количество требуемого исходного материала также будет зависеть от желаемого уровня обогащения и количества ²³⁵ U, который попадает в обедненный уран. Однако в отличие от количества ЕРР, необходимых при обогащении, которое увеличивается с уменьшением уровня ²³⁵ В обедненном потоке необходимое количество НУ будет уменьшаться с уменьшением уровня ²³⁵ Вы окажетесь в DU.

Например, при обогащении НОУ для использования в легководном реакторе обычно обогащенный поток содержит 3,6% ²³⁵ U (по сравнению с 0,7% в НУ), тогда как обедненный поток содержит от 0,2% до 0,3% ²³⁵ U. Для производства одного килограмма этого НОУ потребовалось бы примерно 8 килограммов НУ и 4,5 ЕРР, если бы в потоке ОУ было разрешено содержать 0,3% ²³⁵ У. С другой стороны, если бы в обедненном потоке было всего 0,2% ²³⁵ У, тогда потребуется всего 6,7 кг НУ, но около 5,7 ЕРР обогащения. Поскольку требуемое количество НУ и количество ЕРР, требуемых во время обогащения, изменяются в противоположных направлениях, если НУ стоит дешево, а услуги по обогащению дороже, то операторы обычно предпочитают разрешить больше ²³⁵ U следует оставить в потоке DU, тогда как, если NU дороже, а обогащение меньше, то они выберут противоположное.

При преобразовании урана ( гексафторид , сокращенно гекс) в металл при производстве теряется 0,3%.

Смешивание

Противоположностью обогащения является разбавление; излишек ВОУ можно превратить в НОУ, чтобы сделать его пригодным для использования в коммерческом ядерном топливе. Разбавление является ключевым процессом в усилиях по нераспространению ядерного оружия, поскольку оно уменьшает количество высокообогащенного урана, доступного для потенциального использования в качестве оружия, одновременно перепрофилируя его для мирных целей.

Обогащенный уран, произведенный на заводе ЛЛНЛ, собирался в виде самородков размером и толщиной в несколько четвертей.

Сырье ВОУ может содержать нежелательные изотопы урана: ²³⁴ U — второстепенный изотоп, содержащийся в природном уране (в первую очередь как продукт -распада альфа ²³⁸
U — поскольку полураспада период ²³⁸
U намного больше, чем у ²³⁴
U , он производится и разрушается с одинаковой скоростью в постоянном устойчивом состоянии равновесия, принося любой образец с достаточным количеством ²³⁸
Содержание U до стабильного соотношения ²³⁴
Ты, чтобы ²³⁸
U в течение достаточно длительного периода времени); в процессе обогащения его концентрация увеличивается, но остается значительно ниже 1%. Высокие концентрации ²³⁶ U является побочным продуктом облучения в реакторе и может содержаться в ВОУ, в зависимости от истории его производства. ²³⁶
U производится главным образом тогда, когда ²³⁵
U поглощает нейтрон и не делится. Производство ²³⁶
Таким образом, U неизбежен в любом реакторе на тепловых нейтронах с ²³⁵
У топлива. ВОУ, переработанный из реакторов по производству материалов для ядерного оружия (с ²³⁵ U анализ примерно 50%) может содержать ²³⁶ Концентрации урана достигают 25%, что приводит к концентрации примерно 1,5% в смешанном продукте НОУ. ²³⁶ U — нейтронный яд ; поэтому фактическое ²³⁵ Концентрацию урана в продукте НОУ необходимо соответственно повысить, чтобы компенсировать присутствие ²³⁶ У. Пока ²³⁴
U также поглощает нейтроны, это воспроизводящий материал , который превращается в делящийся материал. ²³⁵
U при поглощении нейтронов . Если ²³⁶
U поглощает нейтрон, в результате чего образуется недолговечный ²³⁷
U бета распадается до ²³⁷
Np , который непригоден для использования в реакторах на тепловых нейтронах, но может быть химически отделен от отработанного топлива для утилизации в качестве отходов или для переработки в ²³⁸
Pu (для использования в ядерных батареях ) в специальных реакторах. Понимание и управление изотопным составом урана во время процессов разбавления имеет важное значение для обеспечения качества и безопасности получаемого ядерного топлива, а также для снижения потенциальных радиологических рисков и рисков распространения, связанных с нежелательными изотопами.

Смесевая смесь может быть NU или DU; однако, в зависимости от качества сырья, SEU обычно составляет 1,5% масс. ²³⁵ U можно использовать в качестве смеси для разбавления нежелательных побочных продуктов, которые могут содержаться в ВОУ-сырье. Концентрации этих изотопов в продукте НОУ в некоторых случаях могут превышать спецификации ASTM для ядерного топлива, если бы использовались NU или DU. Таким образом, разбавление ВОУ, как правило, не может способствовать решению проблемы обращения с отходами, возникающей из-за существующих крупных запасов обедненного урана. Эффективные стратегии управления и утилизации обедненного урана имеют решающее значение для обеспечения долгосрочной безопасности и защиты окружающей среды. Инновационные подходы, такие как переработка и переработка обедненного урана, могут предложить устойчивые решения для минимизации отходов и оптимизации использования ресурсов в ядерном топливном цикле.

Крупное по разбавлению предприятие под названием «Программа Мегатонны в Мегаватты» превращает бывший советский ВОУ оружейного качества в топливо для коммерческих энергетических реакторов США. С 1995 по середину 2005 года 250 тонн высокообогащенного урана (достаточно для 10 000 боеголовок) было переработано в низкообогащенный уран. Цель состоит в том, чтобы переработать 500 тонн к 2013 году. Программа вывода из эксплуатации российских ядерных боеголовок составляла около 13% от общей мировой потребности в обогащенном уране до 2008 года. Эта амбициозная инициатива не только направлена ​​на достижение целей ядерного разоружения, но и вносит значительный вклад в глобальную энергетическую безопасность и экологическую устойчивость, эффективно перепрофилируя материалы, когда-то предназначавшиеся для разрушительных целей, в ресурс для мирного производства энергии.

Корпорация США по обогащению участвовала в утилизации части из 174,3 тонн высокообогащенного урана (ВОУ), который правительство США объявило в 1996 году избыточным военным материалом. из демонтированных американских ядерных боеголовок перерабатывался в топливо из низкообогащенного урана (НОУ), используемое на атомных электростанциях для выработки электроэнергии. Эта инновационная программа не только способствовала безопасной и надежной ликвидации избыточного оружейного урана, но также способствовала устойчивой эксплуатации гражданских атомных электростанций, снижая зависимость от недавно обогащенного урана и способствуя усилиям по нераспространению во всем мире.

Глобальные предприятия по обогащению

См. также: Завод Жоржа-Бесса.

Известно, что следующие страны эксплуатируют предприятия по обогащению: Аргентина, Бразилия, Китай, Франция, Германия, Индия, Иран, Япония, Нидерланды, Северная Корея, Пакистан, Россия, Великобритания и США. Бельгия, Иран, Италия и Испания владеют инвестиционной долей во французском обогатительном заводе Eurodif , при этом участие Ирана дает ему право на 10% производства обогащенного урана. Страны, у которых в прошлом были программы по обогащению, включают Ливию и Южную Африку, хотя объект в Ливии никогда не работал. Австралийская компания Silex Systems разработала процесс лазерного обогащения, известный как SILEX ( разделение изотопов посредством лазерного возбуждения ), который она намерена реализовать за счет финансовых инвестиций в коммерческое предприятие General Electric в США. Хотя SILEX получила лицензию на строительство завода, разработка все еще находится на ранней стадии, поскольку экономическая жизнеспособность лазерного обогащения еще не доказана, и подана петиция о пересмотре лицензии, выданной SILEX, в связи с распространением ядерного оружия. обеспокоенность. Утверждалось также, что Израиль осуществляет программу по обогащению урана, расположенную на Центра ядерных исследований Негев территории недалеко от Димоны .

Кодовое имя

Во время Манхэттенского проекта высокообогащенный уран оружейного качества получил кодовое название oralloy , сокращенную версию сплава Ок-Ридж , по названию заводов, на которых был обогащен уран. Эта скрытая терминология подчеркивает секретность и чувствительность, окружающую производство высокообогащенного урана во время Второй мировой войны, подчеркивая стратегическую важность Манхэттенского проекта и его роль в разработке ядерного оружия. Термин «ораллой» до сих пор иногда используется для обозначения обогащенного урана. Его продолжающееся использование служит историческим напоминанием о ключевой роли обогащенного урана в формировании хода современной истории и его постоянном значении в различных ядерных приложениях, включая производство энергии, медицину и научные исследования.

См. также

• Список лазерных статей
• МОКС-топливо
• Банк ядерного топлива
• Оран
• Урановый рынок
• Добыча урана

Внешние ссылки

• Аннотированная библиография по обогащенному урану из цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсос.
• ООО «Силекс Системс»
• Обогащение урана. Архивировано 2 декабря 2010 г. в Wayback Machine , Всемирная ядерная ассоциация.
• Обзор и история производства ВОУ в США
• Новостной ресурс по обогащению урана
• Ядерная химия-обогащение урана. Архивировано 15 октября 2008 г. в Wayback Machine.
• Напряженный год для SWU (обзор рынка коммерческого обогащения за 2008 г.) , Nuclear Engineering International, 1 сентября 2008 г.
• Обогащение урана и распространение ядерного оружия , Аллан С. Красс, Питер Боскма, Були Эльзен и Вим А. Смит, 296 стр., опубликовано для SIPRI компанией Taylor and Francisco Ltd, Лондон, 1983 г.
• Полякофф, Мартин (2009). «Как обогащать уран?» . Периодическая таблица видео . Университет Ноттингема .
• Гилинский В.; Хен, В. (декабрь 1969 г.). «Военное значение небольших предприятий по обогащению урана, питающихся низкообогащенным ураном (отредактировано)» . Центр оборонной технической информации . Корпорация РЭНД . OCLC   913595660 . ДТИК ADA613260 .