Uranberigelse

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 6. februar 2020; verifikation kræver 1 redigering .

Uranberigelse  er en teknologisk proces til at øge andelen af ​​isotopen 235 U i uran . Som et resultat er naturligt uran opdelt i beriget uran og forarmet uran .

Naturligt uran indeholder tre isotoper af uran: 238 U (massefraktion 99,2745%), 235 U (andel 0,72%) og 234 U (andel 0,0055%). Isotopen 238U er en relativt stabil isotop, ude af stand til spontan kernekædereaktion , i modsætning til den sjældne 235U . I øjeblikket er 235U det primære fissile materiale i atomreaktor- og atomvåbenteknologikæden . For mange anvendelser er andelen af ​​235U-isotopen i naturligt uran dog lille, og fremstillingen af ​​nukleart brændsel omfatter normalt et uranberigelsestrin.

Årsager til at blive rig

En nuklear kædereaktion indebærer, at mindst én af neutronerne dannet ved henfaldet af et uraniumatom vil blive fanget af et andet atom og følgelig forårsage dets henfald. I den første tilnærmelse betyder det, at neutronen skal "snuble" på 235 U-atomet, før den forlader reaktoren. Det betyder, at designet med uran skal være kompakt nok til, at sandsynligheden for at finde det næste uranatom til en neutron er høj nok. Men efterhånden som reaktoren er i drift, brænder 235 U gradvist ud, hvilket reducerer sandsynligheden for et møde mellem en neutron og et 235 U-atom, hvilket tvinger en vis margin af denne sandsynlighed til at blive bygget ind i reaktorerne. Følgelig nødvendiggør den lave andel af 235 U i nukleart brændsel:

I processen med at forbedre nukleare teknologier blev der fundet økonomisk og teknologisk optimale løsninger, der kræver en stigning i 235 U-indholdet i brændstoffet, det vil sige uranberigelse.

I atomvåben er berigelsesopgaven praktisk talt den samme: Det kræves, at det maksimale antal af 235 U-atomer i den ekstremt korte tid af en atomeksplosion finder deres neutron, henfalder og frigiver energi. Dette kræver den maksimalt mulige volumetriske tæthed på 235 U-atomer, hvilket er opnåeligt ved den maksimale berigelse.

Uranberigelsesniveauer

Naturligt uran med et indhold på 235 U på 0,72 % anvendes i nogle kraftreaktorer (for eksempel i canadiske CANDU ), i plutoniumproducerende reaktorer (for eksempel A-1 ).

Uran med et indhold på 235 U op til 20 % kaldes lavberiget ( LEU , engelsk  Low enriched uranium, LEU ). Uran med en berigelse på 2-5% er i øjeblikket meget udbredt i kraftreaktorer over hele verden. Uran beriget op til 20% bruges i forsknings- og forsøgsreaktorer. LEU med et højt indhold af prøver (High-assay LEU, HALEU ) - uran beriget op til 5-20%.

Uran med et indhold på 235 U over 20% kaldes højberiget ( engelsk  Highly enriched uranium, HEU ) eller våben . Ved begyndelsen af ​​atomæraen blev der bygget flere typer atomvåben baseret på uran med en berigelse på omkring 90 %. Højt beriget uran kan bruges i termonukleare våben som en manipulation (komprimerende skal) af en termonuklear ladning. Desuden bruges højt beriget uran i atomkraftreaktorer med en lang brændstofdrift (det vil sige med sjælden påfyldning eller slet ingen tankning), såsom rumfartøjsreaktorer eller reaktorer ombord.

Forarmet uran med et indhold på 235U på 0,1-0,3% forbliver på lossepladserne på berigningsanlæggene . Det er meget udbredt som kernen i panserbrydende artillerigranater på grund af den høje tæthed af uran og billigheden af ​​forarmet uran. I fremtiden er det planen at bruge forarmet uran i hurtige neutronreaktorer , hvor Uranium-238 , som ikke understøtter en kædereaktion , kan omdannes til Plutonium-239 , som understøtter en kædereaktion. Det resulterende MOX-brændstof kan bruges i traditionelle termiske neutronkraftreaktorer .

Teknologi

Der er mange metoder til isotopadskillelse [1] . De fleste af metoderne er baseret på de forskellige masser af atomer af forskellige isotoper: Den 235. er lidt lettere end den 238. på grund af forskellen i antallet af neutroner i kernen. Dette kommer til udtryk i atomernes forskellige inerti. For eksempel, hvis du får atomer til at bevæge sig i en bue, så vil tunge have tendens til at bevæge sig langs en større radius end lette. Elektromagnetiske og aerodynamiske metoder er bygget på dette princip. I den elektromagnetiske metode accelereres uranioner i en elementarpartikelaccelerator og snoes i et magnetfelt. I den aerodynamiske metode blæses en gasformig uranforbindelse gennem en speciel volutdyse. Et lignende princip er i gascentrifugering : en gasformig forbindelse af uran placeres i en centrifuge, hvor inerti får tunge molekyler til at koncentrere sig mod centrifugens væg. Termisk diffusion og gasdiffusionsmetoder bruger forskellen i molekylers mobilitet: gasmolekyler med en let uranisotop er mere mobile end tunge. Derfor trænger de lettere ind i de små porer i specielle membraner ved hjælp af gasdiffusionsteknologi . I den termiske diffusionsmetode koncentreres mindre mobile molekyler i den koldere nedre del af separationskolonnen, hvilket fortrænger mere mobile molekyler i den øvre varme del. De fleste separationsmetoder fungerer med gasformige uranforbindelser, oftest UF 6 .

Mange af metoderne er afprøvet til industriel berigelse af uran, men på nuværende tidspunkt opererer stort set alle berigningsanlæg på basis af gascentrifugering . Sammen med centrifugering var gasdiffusionsmetoden meget brugt i fortiden. Ved begyndelsen af ​​den nukleare æra blev elektromagnetiske, termiske diffusion og aerodynamiske metoder brugt. Til dato viser centrifugering de bedste økonomiske parametre for uranberigelse. Der er dog forskning i gang i lovende separationsmetoder, såsom laserisotopseparation.

Produktion af beriget uran på verdensplan

Isotopadskillelsesarbejde opgøres i særlige separationsarbejdsenheder ( SWU ) .  Uranisotopseparationsanlægs kapacitet i tusindvis af SWU om året ifølge WNA Market Report .

Land Firma, fabrik 2012 2013 2015 2018 2020
Rusland Rosatom 25.000 26000 26578 28215 28663
Tyskland, Holland, England URENCO 12800 14200 14400 18600 14900
Frankrig Orano 2500 5500 7000 7500 7500
Kina CNNC 1500 2200 4220 6750 10700+
USA URENCO 2000 3500 4700 ? 4700
Pakistan, Brasilien, Iran, Indien, Argentina 100 75 100 ? 170
Japan JNFL 150 75 75 ? 75
USA USEC : Paducah & Piketon 5000 0 0 0 0
i alt 49000 51550 57073 61111 66700


Se også

Noter

  1. ↑ Billigere berigelse. Atomekspert. Arkiveret fra originalen den 8. april 2014. Gennemgang af uranberigelsens historie og teknologier.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  I bibliografiske kataloger