क्या यह सच है कि, आप कहते हैं, किसी को प्राकृतिक यूरेनियम की आवश्यकता नहीं है? आइए देखें खपत।वर्तमान में, दुनिया में निम्न प्रकार के समृद्ध यूरेनियम की मांग है:- 1. प्राकृतिक यूरेनियम (0.712%)। हेवी वाटर रिएक्टर (PHWR), जैसे CANDU
- 2. कमजोर रूप से समृद्ध यूरेनियम (2-3%, 4-5%)। जल-ग्रेफाइट-जिरकोनियम, जल-जल-जिरकोनियम रिएक्टर, वीएआरवी, पीडब्लूआर, आरबीएमके डॉक्टर्स
- 3. मध्यम समृद्ध यूरेनियम (15-25%), फास्ट रिएक्टर, परिवहन रिएक्टर (आइसब्रेकर, एफएनपीपी), परमाणु ऊर्जा संयंत्र
- 4. अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम (> 50%), TREAU (पनडुब्बी), अनुसंधान रिएक्टर।
प्राकृतिक यूरेनियम पहले बिंदु पर ही गुजरता है। यदि हम मानते हैं कि हमारी दुनिया में यूरेनियम उपभोक्ता केवल वाणिज्यिक रिएक्टर हैं, तो उनमें से PHWR 10% से कम है। और अगर आप बाकी सब पर विचार करें (परिवहन, अनुसंधान) तो ... संक्षेप में, प्राकृतिक यूरेनियम न तो गाँव के पास है और न ही शहर के लिए। इसका मतलब है कि लगभग किसी भी उपभोक्ता को 235-238 के मिश्रण में लाइट आइसोटोप के प्रतिशत में वृद्धि की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, यूरेनियम का उपयोग न केवल परमाणु ऊर्जा में, बल्कि कवच, गोला-बारूद और कुछ और के उत्पादन में भी किया जाता है। और वहां यूरेनियम का क्षय होना बेहतर है, जो सिद्धांत रूप में समान प्रक्रियाओं की आवश्यकता है, बस विपरीत।संवर्धन के तरीकों के बारे में और एक लेख होगा।संवर्धन के लिए कच्चे माल के रूप में, शुद्ध धातु यूरेनियम का उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड यूएफ 6 , जो कि गुणों की समग्रता से, समस्थानिक संवर्धन के लिए सबसे उपयुक्त रासायनिक यौगिक है। रसायनज्ञों के लिए, हम ध्यान दें कि यूरेनियम का प्रवाह एक ऊर्ध्वाधर प्लाज्मा रिएक्टर में होता है।संवर्धन विधियों की प्रचुरता के बावजूद, उनमें से केवल दो का उपयोग औद्योगिक पैमाने पर किया जाता है - गैस प्रसार और सेंट्रीफ्यूज। दोनों ही मामलों में, गैस का उपयोग किया जाता है - यूएफ 6 ।समस्थानिक पृथक्करण के मामले में निकटता। किसी भी विधि के लिए, आइसोटोप जुदाई की दक्षता को अलग करने वाले गुणांक α द्वारा विशेषता है - प्राथमिक उत्पाद में "अंश" में "प्रकाश" आइसोटोप के अंश का अनुपात।अधिकांश तरीकों के लिए, α एकता से थोड़ा ही बड़ा है; इसलिए, एक उच्च आइसोटोपिक एकाग्रता प्राप्त करने के लिए, एक एकल आइसोटोप जुदाई ऑपरेशन को कई बार दोहराया जाना है (कैस्केड)। उदाहरण के लिए, गैस प्रसार विधि α = 1.00429 के लिए, सेंट्रीफ्यूज के लिए मान दृढ़ता से परिधीय गति पर निर्भर करता है - 250m / s α = 1.026 पर, 600m / s α = 1.233 पर। केवल विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण के साथ, α 10-1000 प्रति 1 पृथक्करण चक्र है। कई मापदंडों के लिए एक तुलनात्मक तालिका अंत में होगी।संवर्धन मशीनों का पूरा झरना हमेशा चरणों में टूट जाता है। अलगाव झरना के पहले चरण में, प्रारंभिक मिश्रण की धारा को दो धाराओं में विभाजित किया गया है: समाप्त (झरना से हटा दिया गया), और समृद्ध। समृद्ध को दूसरे चरण में खिलाया जाता है। दूसरे चरण में, एक बार समृद्ध धारा फिर से जुदाई के अधीन हो जाती है:2 वें चरण की समृद्ध धारा 3 में प्रवेश करती है, और इसकी खंडित धारा पिछले (1), आदि पर लौटती है। कैस्केड के अंतिम चरण से, एक आइसोटोप की आवश्यक एकाग्रता के साथ एक तैयार उत्पाद चुना जाता है।मैं संक्षेप में उन मुख्य पृथक्करण विधियों के बारे में बात करूंगा जिनका उपयोग दुनिया में कभी भी किया गया है।विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण
इस पद्धति का उपयोग करके, चुंबकीय क्षेत्र में मिश्रण के घटकों को अलग करना संभव है, और उच्च शुद्धता के साथ। विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण ऐतिहासिक रूप से यूरेनियम समस्थानिकों के पृथक्करण के लिए विकसित पहली विधि है।चूंकि यूरेनियम आयनों के साथ पृथक्करण किया जा सकता है, यूएफ 6 में यूरेनियम का रूपांतरणसिद्धांत रूप में - आवश्यक नहीं है। यह विधि उच्च शुद्धता देती है, लेकिन उच्च ऊर्जा खपत पर कम उपज देती है। जिस पदार्थ के आइसोटोप को अलग किया जाना है उसे आयन स्रोत के क्रूसिबल में रखा जाता है, वाष्पित होता है और आयनित होता है। आयनों को एक मजबूत विद्युत क्षेत्र द्वारा आयनीकरण कक्ष से खींचा जाता है। आयन बीम एक चुंबकीय क्षेत्र एच में आयनों की गति के लिए लंबवत निर्देशित वैक्यूम जुदाई कक्ष में प्रवेश करता है। नतीजतन, आयन वक्रता के अलग-अलग (द्रव्यमान के आधार पर) त्रिज्या के साथ अपने हलकों के साथ आगे बढ़ते हैं। यह तस्वीर को देखने और स्कूल के पाठों को याद करने के लिए पर्याप्त है, जहां हम सभी एक चुंबकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन की त्रिज्या पर विचार करते हैं।
विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण के सिद्धांत को दर्शाने वाला आरेख।विधि का लाभ अपेक्षाकृत सरल तकनीक ( कैलट्रॉन) का उपयोग है: CAL ifornia U की विविधता)।इसका उपयोग Y-12 संयंत्र (यूएसए) में यूरेनियम को समृद्ध करने के लिए किया गया था , इसमें 5184 पृथक्करण कक्ष थे - केल्यूट्रोन, और पहली बार उच्च संवर्धन के 235U किलोग्राम किलोग्राम की मात्रा प्राप्त करने की अनुमति दी - 80% या अधिक।मैनहट्टन परियोजना में, थर्मल प्रसार के बाद कलूटों का उपयोग किया गया था - 7% कच्चे माल (अल्फा वाई -12) को अल्फा केल्यूट्रोन की आपूर्ति की गई और 15% तक समृद्ध किया गया। हथियार-ग्रेड यूरेनियम (90% तक) वाई -12 संयंत्र में बीटा-कैलट्रॉन पर प्राप्त किया गया था। अल्फा और बीटा केल्यूट्रॉन का अल्फा और बीटा कणों से कोई लेना-देना नहीं है, वे केवल केलुट्रान की दो "रेखाएं" हैं, एक प्रारंभिक के लिए, दूसरी अंतिम संवर्धन के लिए।विधि आपको आइसोटोप के किसी भी संयोजन को अलग करने की अनुमति देती है, इसमें बहुत अलग डिग्री होती है। 1% से कम की प्रारंभिक सामग्री के साथ एक खराब पदार्थ से 80% से ऊपर समृद्ध करने के लिए दो पास पर्याप्त हैं। उत्पादकता आयन वर्तमान के मूल्य और आयन पर कब्जा करने की दक्षता से निर्धारित होती है - प्रति दिन आइसोटोप के कई ग्राम तक (सभी आइसोटोप के लिए कुल)।
ओक रिज (यूएसए) में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक पृथक्करण की कार्यशालाओं
में से एक। उसी संयंत्र का विशालकाय अल्फा-कैल्यूट्रॉन।प्रसार के तरीके
प्रारंभिक संवर्धन के लिए प्रसार विधियों का उपयोग किया गया था। विद्युत चुम्बकीय विधि के साथ - ऐतिहासिक रूप से पहले में से एक। प्रसार विधि को आमतौर पर गैस प्रसार के रूप में समझा जाता है - जब यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को एक निश्चित तापमान पर गर्म किया जाता है और एक "छलनी" के माध्यम से पारित किया जाता है - एक निश्चित आकार के छेद के साथ एक विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया फ़िल्टर।संक्षेप में कोकोन की एक रिपोर्ट (6 सितंबर, 1945):, ( ), , , , , . , , , ,… .., . , , , . , () .
यहाँ मुख्य बिंदु छेद के आकार के बारे में वाक्यांश है। प्रारंभ में, मेष को यंत्रवत् रूप से बनाया गया था, जैसा कि अब - कोई नहीं जानता है। इसके अलावा, सामग्री को ऊंचे तापमान पर काम करना चाहिए, और छेदों को खुद को भरा नहीं जाना चाहिए, आकार से बाहर जंग के प्रभाव के तहत नहीं बदलना चाहिए, आदि। निर्माण प्रसार बाधाओं के लिए प्रौद्योगिकियों को अभी भी वर्गीकृत किया जाता है - वही पता है कि सेंट्रीफ्यूज के साथ कैसे।स्पॉइलर के तहत अधिक विवरण, एक ही रिपोर्ट से।"प्रसार विधि द्वारा यूरेनियम -235 के उत्पादन के लिए प्रयोगशाला नंबर 2 के अनुसंधान और व्यावहारिक कार्य की स्थिति पर", . (), . , , ,
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5/1000 , .. 50 . , , , 1/50 . 0,01 , .. . , , . , , 90% ( ), 2000 . 75-100 -235 . 80-100 «», 20-25 . ( ) 8000 2. , , 20 000 .
इसके अलावा, एक अच्छा वैक्यूम है, जिसके लिए कंप्रेसर उपकरणों की पर्याप्त बड़ी क्षमता की आवश्यकता होती है, और बड़ी संख्या में जकड़न नियंत्रण उपकरण की उपस्थिति (जो, सिद्धांत रूप में, आधुनिक दुनिया में कोई समस्या नहीं है, लेकिन लेख युद्ध के बाद के समय से निपटता है जहां सब कुछ तुरंत और जल्दी की जरूरत था)।यह संवर्धन के पहले चरणों में से एक के रूप में इस्तेमाल किया गया था। मैनहट्टन परियोजना में, के -25 संयंत्र ने यूरेनियम को 0.86% से 7% तक समृद्ध किया, फिर कच्चा माल कैलाट्रोन में चला गया। यूएसएसआर में - लंबे समय से पीड़ित पौधे डी -1, साथ ही साथ पौधे डी -2 और डी -3 जो इसके बाद, और इसी तरह।इसके अलावा, "प्रसार" पृथक्करण विधि को कभी-कभी तरल प्रसार के रूप में भी समझा जाता है - केवल तरल चरण में। भौतिक सिद्धांत - हल्के अणु एक गर्म क्षेत्र में इकट्ठा होते हैं। आमतौर पर, एक पृथक्करण स्तंभ में दो समाक्षीय रूप से व्यवस्थित ट्यूब होते हैं जिसमें विभिन्न तापमान बनाए रखा जाता है। उनके बीच एक अलग मिश्रण पेश किया जाता है। तापमान अंतर temperatureTC संवहनशील ऊर्ध्वाधर प्रवाह की उपस्थिति की ओर जाता है, और एक फैलाव आइसोटोप प्रवाह पाइप सतहों के बीच बनाया जाता है, जो स्तंभ के क्रॉस सेक्शन में आइसोटोप की एकाग्रता में अंतर की उपस्थिति की ओर जाता है। नतीजतन, लाइटर आइसोटोप भीतरी ट्यूब की गर्म सतह के पास जमा हो जाते हैं और ऊपर चले जाते हैं। थर्मल प्रसार विधि आइसोटोप को गैसीय और तरल चरण दोनों में अलग करने की अनुमति देती है।मैनहट्टन परियोजना में, यह एक कारखाना हैएस -50 - यह प्राकृतिक यूरेनियम को 0.86% तक समृद्ध करता है, अर्थात्। पांचवें यूरेनियम में केवल 1.2 गुना वृद्धि हुई। यूएसएसआर में, रेडियम संस्थान द्वारा युद्ध के बाद की अवधि में तरल प्रसार पर काम किया गया था, लेकिन इस दिशा में कोई विकास नहीं हुआ।
गैस-विसरण आइसोटोप जुदाई मशीनों के कैस्केड।पेटेंट पर हस्ताक्षर - एफ साइमन, सी। फुच्स, आर। पीयर्ल्स।वायुगतिकीय पृथक्करण
एरोडायनामिक पृथक्करण एक तरह का सेंट्रीफ्यूजेशन विकल्प है, लेकिन गैस घूमने के बजाय, यह एक विशेष नोजल में घूमता है। एक हजार शब्दों के बजाय - ड्राइंग देखें, तथाकथित कम दबाव में यूरेनियम समस्थानिक (हाइड्रोजन और यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का मिश्रण) के वायुगतिकीय पृथक्करण के लिए बेकर नोजल। यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड एक बहुत भारी गैस है और नोजल के छोटे हिस्सों (पैमाने देखें) के पहनने की ओर जाता है, और उच्च दबाव के क्षेत्रों में ठोस हो सकता है (उदाहरण के लिए, नोजल के प्रवेश द्वार पर), इसलिए हेक्साफ्लोराइड हाइड्रोजन से पतला होता है। यह स्पष्ट है कि गैस में कच्चे माल की 4% सामग्री, और यहां तक कि कम दबाव के साथ, इस विधि की प्रभावशीलता महान नहीं है। इस पद्धति का विकास दक्षिण अफ्रीका और जर्मनी में किया गया।
तुम सब वायुगतिकीय जुदाई के बारे में पता करने की जरूरत इस चित्र में है। नोजल
विकल्पगैस अपकेंद्रण
शायद हर व्यक्ति (और यहां तक कि एक geek!) जिसने कम से कम एक बार परमाणु ऊर्जा, बम और संवर्धन को सुना है, सामान्य रूप से जानता है कि एक अपकेंद्रित्र क्या है, यह कैसे काम करता है और इस तरह के उपकरणों के डिजाइन में कई कठिनाइयां, रहस्य और पता है। इसलिए, मैं गैस अपकेंद्रित्र के बारे में कुछ शब्द कहूंगा। हालांकि, ईमानदारी से कहें तो गैस सेंट्रीफ्यूज में विकास का बहुत समृद्ध इतिहास है और एक अलग लेख है।ऑपरेशन का सिद्धांत केन्द्रापसारक बलों के कारण पृथक्करण है, जो द्रव्यमान में पूर्ण अंतर पर निर्भर करता है। रोटेशन के दौरान (1000 आर / एस तक, परिधीय गति - 100 - 600 मीटर / सेकंड), भारी अणु परिधि पर जाते हैं, लाइटर - केंद्र में (रोटर पर)। यह विधि वर्तमान में सबसे अधिक उत्पादक और सस्ती है ($ / ईपीपी की कीमत के आधार पर)।Google एक अपकेंद्रित्र डिवाइस के योजनाबद्ध चित्रों के साथ गर्भपात करता है, मैं केवल दो तस्वीरों को बताऊंगा कि इकट्ठे कैस्केड कैसा दिखता है। वैसे, इस तरह के कमरे में यह काफी गर्म है - यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड कमरे के तापमान से बहुत दूर है, और इस तरह के पूरे कैस्केड को ठंडा करने की आवश्यकता है।
URENCO अपकेंद्रित्र झरना। बड़े, ऊंचाई में 3 से कम मीटर।
छोटे होते हैं, लगभग आधा मीटर। हमारा घरेलू।
पैमाने को समझने के लिए, या "क्षितिज से क्षितिज तक कार्यशाला" क्या है।लेजर संवर्धन
लेजर संवर्धन का भौतिक सिद्धांत यह है कि विभिन्न समस्थानिकों का परमाणु ऊर्जा स्तर थोड़ा भिन्न होता है।इस प्रभाव का उपयोग U-235 को U-238 से अलग करने के लिए किया जा सकता है, दोनों परमाणु रूप में - AVLIS और आणविक रूप में - MLIS।विधि यूरेनियम जोड़े का उपयोग करती है, और लेजर जो एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के लिए ठीक से ट्यून किए जाते हैं, 235 मिलियन यूरेनियम के परमाणुओं को रोमांचक करते हैं। इसके बाद, आयनित परमाणुओं को विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र द्वारा मिश्रण से हटा दिया जाता है।तकनीक बहुत सरल है, और, आम तौर पर बोलना, किसी भी सुपर-जटिल यांत्रिक उपकरणों जैसे कि प्रसार ग्रिड या सेंट्रीफ्यूज की आवश्यकता नहीं होती है, एक अन्य समस्या है।सितंबर 2012 में, ग्लोबल लेजर एनरिचमेंट एलएलसी (जीएलई) - जनरल इलेक्ट्रिक, हिताची और केमेको के एक कंसोर्टियम - को अमेरिका के न्यूक्लियर रेगुलेटरी कमीशन (NRC) से एक लेज़र सेपरेशन प्लांट के निर्माण के लिए एक लाइसेंस प्राप्त हुआ, जिसकी क्षमता मौजूदा ज्वाइंट वेंचर GE, तोशिबा और साइट पर 6 मिलियन SWU तक है। उत्तर कैरोलिना के विलमिंगटन में हिताची फ्यूल फैब्रिकेशन। योजनाबद्ध संवर्धन - 8% तक। हालांकि, प्रौद्योगिकी प्रसार की समस्याओं के कारण लाइसेंसिंग को निलंबित कर दिया गया था। आधुनिक संवर्धन प्रौद्योगिकियों (प्रसार और सेंट्रीफ्यूजेशन) के लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है, इसलिए विशेष बात यह है कि, आम तौर पर, यदि आप चाहें, तो अंतरराष्ट्रीय अनुबंधों की निगरानी के माध्यम से, आप अप्रत्यक्ष रूप से मान सकते हैं कि कौन यूरेनियम "चुपचाप" (IAEA के ज्ञान के बिना) या इस दिशा में काम करने जा रहा है।और ऐसी निगरानी वास्तव में जारी है। यदि लेजर संवर्धन विधि इसकी सादगी और प्रभावशीलता साबित करती है, तो हथियार-ग्रेड यूरेनियम पर काम शुरू किया जा सकता है जहां इसकी वास्तव में आवश्यकता नहीं है। इसलिए, जबकि लेजर विधि को किसी तरह से कुचल दिया जाता है।
लेजर विधियों में आणविक विधि भी शामिल हो सकती है, इस तथ्य के आधार पर कि अवरक्त या पराबैंगनी आवृत्तियों पर 235 यूएफ 6 गैस द्वारा अवरक्त स्पेक्ट्रम के एक चयनात्मक अवशोषण होता है , जो बाद में उत्साहित अणुओं या रासायनिक पृथक्करण के पृथक्करण की विधि के उपयोग की अनुमति देता है।U-235 की सापेक्ष सामग्री को पहले चरण में परिमाण के क्रम से बढ़ाया जा सकता है। इस प्रकार, परमाणु रिएक्टरों के लिए पर्याप्त यूरेनियम संवर्धन प्रदान करने के लिए एक एकल पास पर्याप्त है।
रासायनिक पृथक्करण के साथ "आणविक" विधि के लिए स्पष्टीकरण।लेजर संवर्धन के लाभ:- बिजली की खपत: प्रसार की तुलना में 20 गुना कम है।
- कैस्केड: 150,000 अपकेंद्रित्रों की तुलना में कैस्केड (0.7% से 3-5% U-235 तक) की संख्या 100 से कम है।
- पौधे की लागत काफी कम है।
- पर्यावरण के अनुकूल: यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के बजाय, कम खतरनाक धातु यूरेनियम का उपयोग किया जाता है।
- प्राकृतिक यूरेनियम की आवश्यकता 30% कम है।
- 30% कम सिलाई (डंप डंप)।
विभिन्न तरीकों की तुलना
रूस में यूरेनियम संवर्धन
वर्तमान में, रूस में चार संवर्धन संयंत्र हैं:रूस में आइसोटोप अलगाव के लिए एक शक्तिशाली उद्योग है ~ वैश्विक बाजार का 40%, सबसे किफायती (आज) अपकेंद्रित्र विधि पर आधारित है।वर्ष 2000 के लिए रूस में समृद्ध क्षमता निम्नानुसार वितरित की जाती है: घरेलू जरूरतों के लिए 40%, विदेशी उपयोगकर्ताओं के प्रसंस्करण डंप के लिए 13%, HEU और LEU के प्रसंस्करण के लिए 30% और बाहरी आदेशों के लिए 17%। यह सब एक शांतिपूर्ण परमाणु है। हमने 1989 से सैन्य उद्देश्यों के लिए समृद्ध यूरेनियम का उत्पादन बंद कर दिया है। 2004 तक HEU-LEU के समझौते के तहत HEU (अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम) के 170 टन (~ 500 टन में से) संसाधित किए गए थे।बस इतना ही। ध्यान देने के लिए आपको धन्यवाद।