Faydalı məsləhətlər

Uranın zənginləşdirilməsi

Uranın zənginləşdirilməsi nüvə silahının yaradılmasında əsas addımlardan biridir. Yalnız müəyyən bir uran növü nüvə reaktorlarında və bombalarda işləyir.

Bu növ uranın daha geniş yayılmış bir növdən ayrılması, bunun üçün lazım olan texnologiyanın on illər boyu olmasına baxmayaraq böyük mühəndislik bacarığı tələb edir. Vəzifə uranı necə ayıracağını anlamaq deyil, bu işi başa çatdırmaq üçün lazım olan avadanlıqları qurmaq və işlətməkdir.

Təbiətdə müxtəlif olan element atomları kimi uran atomlarına izotoplar deyilir. (Hər bir izotopun nüvəsində fərqli sayda neytron var.) Uran-235, bütün təbii uranın 1 faizindən azını təşkil edən bir izotop, nüvə reaktorları və nüvə bombaları üçün yanacaq təmin edərsə, uran-238, 99 faizi təşkil edən izotopdur. təbii uran, nüvə istifadəsi yoxdur.

Uran zənginləşdirmə dərəcələri

Nüvə zəncirvari reaksiya uran atomunun çürüməsindən ən azı bir neytronun başqa bir atom tərəfindən tutulacağını və müvafiq olaraq onun çürüməsinə səbəb olacağını nəzərdə tutur. Birinci yaxınlaşmada bu, neytronun 235 U atomuna reaktordan çıxmadan "büdrəməsi" deməkdir. Bu o deməkdir ki, uran ilə dizayn kifayət qədər yığcam olmalıdır ki, neytron üçün növbəti uran atomunu tapma ehtimalı kifayət qədər olsun. Lakin 235 U reaktoru işlədikcə tədricən yanır ki, bu da 235 U atomunun bir neytronla görüşmə ehtimalını azaldır, bu da onları reaktorlarda bu ehtimalın müəyyən bir kənarı qoymağa məcbur edir. Buna görə, nüvə yanacağında 235 U nisbətinin az olması zəruridir:

  • neytronun daha uzun olması üçün daha böyük bir reaktor həcmi
  • bir neytron və uran atomunun toqquşma ehtimalını artırmaq üçün reaktor həcminin daha böyük bir hissəsi yanacaqla doldurulmalıdır;
  • reaktorda verilən 235 U sıxlıq qorumaq üçün daha tez-tez yanacağın təzə olması tələb olunur,
  • xərclənmiş yanacaqda 235 U dəyərində yüksək nisbət.

Nüvə texnologiyasının yaxşılaşdırılması prosesində yanacaqdakı 235 U tərkibinin artmasını, yəni uranın zənginləşdirilməsini tələb edən iqtisadi və texnoloji cəhətdən optimal həllər tapıldı.

Nüvə silahlarında zənginləşdirmə vəzifəsi demək olar ki, eynidır: bir nüvə partlamasının son dərəcə qısa bir müddətində ən çox 235 U atomunun neytron, çürüməsi və enerjisini tapması tələb olunur. Bunun üçün son zənginləşdirmə ilə əldə edilə bilən 235 U atomunun maksimum mümkün sıxlığı tələb olunur.

Uran zənginləşdirmə dərəcələri [redaktə |

Ayrılığın açarı

Onların ayrılmasının açarı uran-235 atomlarının uran-238 atomlarından bir qədər az olmasıdır.

Hər təbii uran filizində mövcud olan kiçik miqdarda uranı-235 ayırmaq üçün mühəndislər əvvəlcə kimyəvi reaksiya istifadə edərək uranı qaza çevirirlər.

Sonra qaz, bir şəxsin və ya daha çox ölçülü bir silindrik formada bir sentrifuqa boruya daxil edilir. Hər bir boru öz oxu üzərində inanılmaz dərəcədə yüksək sürətlə fırlanır, daha ağır uran-238 qaz molekullarını borunun mərkəzinə çəkərək yüngül uran-235 qaz molekullarını tüpün çıxa biləcəyi yerin kənarlarına yaxın buraxır.

Qaz hər dəfə bir sentrifuqada döndükdə, qarışıqdan yalnız az miqdarda uran-238 qazı çıxarılır, buna görə borular sıra ilə istifadə olunur. Hər bir sentrifuqa bir az uran-238 çıxarır, sonra bir qədər təmizlənmiş qaz qarışığını növbəti boruya keçirir və s.

Uran qazının konversiyası

Qazlı uran-235, sentrifuqaların bir çox mərhələsində ayrıldıqdan sonra, mühəndislər uran qazını bərk metal halına gətirmək üçün fərqli kimyəvi reaksiya tətbiq edirlər. Bu metal sonradan ya reaktorda, həm də bomba üçün istifadə edilə bilər.

Hər addım yalnız uran qazının qarışığını az miqdarda təmizlədiyindən, ölkələr yalnız ən yüksək səmərəliliyə uyğun hazırlanmış sentrifuqaları işə sala bilər. Əks təqdirdə, hətta az miqdarda təmiz uran-235 istehsalı da qadağan olaraq baha olur.

Və bu santrifüj boruların dizaynı və istehsalı bir çox ölkələrin əlçatmaz olduğu müəyyən bir investisiya və texniki bilik tələb edir. Borular fırlanma zamanı əhəmiyyətli təzyiqə davamlı xüsusi polad və ya qarışıqları tələb edir, tamamilə silindrik olmalı və qurulması çətin olan ixtisaslaşdırılmış maşınlar tərəfindən hazırlanmışdır.

ABŞ-ın Hirosimaya atdığı bomba nümunəsi. "Atom bomba qurmaq" (Simon and Schuster, 1995) görə bomba düzəltmək üçün 62 kq uran-235 lazımdır.

Bu 62 kq-ın təxminən 4 ton uran filizindən ayrılması dünyanın ən böyük binasında meydana gəldi və ölkənin elektrik enerjisinin 10 faizini istifadə etdi. "Obyektin inşası üçün 20 min adam lazım gəldi, 12000 adam obyekt işlətdi və 1944-cü ildə təchiz edilməsi 500 milyon dollardan çox xərcləndi." Bu, 2018-ci ildə təxminən 7.2 milyard dollardır.

Niyə zənginləşdirilmiş uran bu qədər dəhşətlidir?

Uran və ya silah dərəcəli plutonium saf bir formada bir sadə səbəbə görə təhlükəlidir: onlardan müəyyən bir texniki baza ilə partlayıcı bir nüvə cihazı edilə bilər.

Şəkildə sadə bir nüvə başlığının sxematik təsviri göstərilir. Nüvə yanacağının 1 və 2 nömrəli qabıqları qabığın içindədir. Onların hər biri bütün topun hissələrindən biridir və bomba içərisində istifadə olunan silah metalının kritik kütləsindən biraz daha ağırdır.

TNT partlayıcı yükü partladıqda, 1 və 2-lik uran külçələri bir-birinə birləşir, onların ümumi kütləsi şübhəsiz bu nüvə zəncirvari reaksiyasına və nəticədə atom partlayışına səbəb olan kritik kütlədən artıqdır.

Mürəkkəb bir şey görünmür, amma əslində bu, əlbəttə ki, belə deyil. Əks təqdirdə, planetdə nüvə silahına sahib olan ölkələrin sayı daha çox olacaq. Üstəlik, kifayət qədər güclü və inkişaf etmiş terrorçu qrupların əlinə belə təhlükəli texnologiyaların gəlmə riski böyük dərəcədə artacaqdır.

Məsələ burasındadır ki, inkişaf etmiş elmi infrastrukturu olan çox zəngin güclər texnologiyanın hazırkı inkişafı ilə belə uranı zənginləşdirə bilirlər. Daha da çətin, atom qurğusu işləməyəcək, 235 və 238 uran izotoplarını ayırın.

Uran mədənləri: həqiqət və uydurma

SSRİ-də, filist səviyyəsində cinayətkarların uran mədənlərində işlədikləri və bununla da partiya və sovet xalqı qarşısında günahlarını aradan qaldıran bir fərziyyə var idi. Bu, əlbəttə ki, doğru deyil.

Uran mədəni yüksək texnologiyalı bir dağ-mədən sənayesidir və çətin ki, çox bahalı avadanlıqla və quldurlarla öldürücü qatillərlə işləməyi qəbul etsin. Üstəlik, uran mədənçilərinin mütəmadi olaraq qaz maskası və qurğuşun alt paltar geyinməsi barədə şayiələr də mifdən başqa bir şey deyil.

Uran bəzən bir kilometrə qədər dərinliyə qədər mədənlərdə çıxarılır. Bu elementin ən böyük ehtiyatları Kanada, Rusiya, Qazaxıstan və Avstraliyada var. Rusiyada bir ton filiz orta hesabla bir yarım kiloqram uran istehsal edir. Bu heç də ən böyük göstərici deyil. Avropanın bəzi mədənlərində bu rəqəm bir ton üçün 22 kq-a çatır.

Mədəndəki radiasiya fonu mülki sərnişin təyyarələrinin yığıldığı stratosferin sərhəddəki ilə eynidir.

Uran filizi

Uranı zənginləşdirmək mədəndən dərhal sonra, birbaşa mədən yaxınlığında başlayır. Metaldan başqa hər hansı bir filiz kimi, uran da tullantı süxuruna malikdir. Zənginləşmənin ilkin mərhələsi mədəndən qaldırılmış daş daşlarını çeşidləmək üçün gəlir: uranla zəngin və kasıb olanlar. Demək olar ki, hər parça çəkilir, maşınlarla ölçülür və xüsusiyyətlərindən asılı olaraq müəyyən bir axına göndərilir.

Sonra bir dəyirman urana zəngin filizi incə toz halına gətirərək işə başlayır. Ancaq bu uran deyil, yalnız oksiddir. Saf metal əldə etmək kimyəvi reaksiyaların və çevrilmələrin ən mürəkkəb zənciridir.

Ancaq təmiz metalı başlanğıc kimyəvi birləşmələrdən təcrid etmək kifayət deyil. Təbiətdəki ümumi uranın 99% -ni 238 izotopu işğal edir və 235-ci həmkarı bir faizdən də azdır. Onları ayırmaq hər ölkənin həll edə bilmədiyi çox çətin bir işdir.

Qaz yayılması ilə zənginləşdirmə metodu

Bu, uranın zənginləşdirildiyi ilk üsuldur. Hələ ABŞ və Fransada istifadə olunur. 235 və 238 izotopların sıxlığı fərqinə əsaslanaraq. Oksiddən çıxarılan uran qazı yüksək təzyiq altında bir membranla ayrılmış bir kameraya vurulur. İzotopun 235 atomu daha yüngüldür, buna görə də istilik hissəsinin alınan hissəsindən "yavaş" uran atomları 238-dən daha sürətli hərəkət edirlər, müvafiq olaraq, daha tez-tez və daha intensiv şəkildə membrana vurulur. Ehtimal nəzəriyyəsinin qanunlarına görə, daha çox mikroorektorlardan birinə girmək və bu membranın digər tərəfində olmaqdır.

Bu metodun effektivliyi azdır, çünki izotoplar arasındakı fərq çox, çox azdır. Bəs zənginləşdirilmiş uranın istifadəyə yararlı olması üçün necə? Cavab bu üsulu dəfələrlə tətbiq edir. Bir elektrik stansiyasında bir reaktordan yanacaq istehsalı üçün uyğun bir uran əldə etmək üçün qaz diffuziya sistemi bir neçə yüz dəfə təkrarlanır.

Bu metodla bağlı ekspert rəyləri qarışıqdır. Bir tərəfdən, qaz yayılması ayırma metodu, ABŞ-ı yüksək keyfiyyətli uranla təmin edən, onları müvəqqəti olaraq hərbi sahədə lider halına gətirir. Digər tərəfdən, qaz yayılmasının daha az tullantı istehsal edəcəyi düşünülür. Bu vəziyyətdə uğursuz olan yeganə şey son məhsulun yüksək qiymətidir.

Santrifüj metodu

Sovet mühəndislərinin inkişafı budur. Hazırda Rusiyadan əlavə, uranın SSRİ-də aşkar edilmiş üsulla zənginləşdirildiyi bir sıra ölkələr var. Bunlar Braziliya, Böyük Britaniya, Almaniya, Yaponiya və bir sıra digər dövlətlərdir. Metod 235 və 238 izotoplarının kütlə fərqini istifadə etdiyi üçün qaz yayılması texnologiyasına bənzəyir.

Uran qazı 1500 rpm-ə qədər bir sentrifuqada fırlanır. Fərqli sıxlığa görə izotoplar müxtəlif ölçülü mərkəzdənqaçma qüvvələrindən təsirlənir. Uran 238 ağırlaşdıqca, sentrifuqanın divarları yaxınlığında toplanır, 235-ci izotop isə mərkəzə yaxınlaşır. Qaz qarışığı silindrin üst hissəsinə vurulur. Santrifüjin altındakı yolu keçərək izotopların qismən ayrılması üçün vaxt var və ayrı seçilir.

Bu metodun da izotopların 100% ayrılmasını təmin etməməsinə və zəruri zənginləşmə dərəcəsinə nail olmaq üçün dəfələrlə istifadə edilməsinə baxmayaraq, qaz yayılmasından daha iqtisadi cəhətdən səmərəlidir. Beləliklə, santrifüj texnologiyasından istifadə edərək Rusiyada zənginləşdirilmiş uran Amerika membranlarında əldə ediləndən təxminən 3 dəfə ucuzdur.

Zənginləşdirilmiş uran tətbiqi

Niyə bütün bu mürəkkəb və bahalı qırmızı lent təmizlənmə, metalın oksidlərdən ayrılması, izotopların ayrılmasıdır? Nüvə enerjisində istifadə olunan 235 zənginləşdirilmiş uranın bir yuyucusu (belə "həblərdən" yığılmış çubuqlar - yanacaq çubuqları), 7 qram ağırlığında təxminən üç 200 litrlik barel benzin və ya bir ton kömür əvəz edir.

Zənginləşdirilmiş və tükənmiş uran 235 və 238 izotoplarının saflığından və nisbətindən asılı olaraq fərqli şəkildə istifadə olunur.

235 izotopu daha çox enerji tələb edən yanacaqdır. 235 izotopun tərkibi 20% -dən çox olduqda zənginləşdirilmiş uran qəbul edilir. Nüvə silahının əsası budur.

Zənginləşdirilmiş enerji ilə doymuş xammal, məhdud kütləsi və ölçüsü səbəbindən sualtı qayıqlarda və kosmik gəmilərdə nüvə reaktorları üçün yanacaq kimi istifadə olunur.

Əsasən 238 izotopu olan tükənmiş uran mülki stasionar nüvə reaktorları üçün yanacaqdır. Təbii uran reaktorları daha az partlayıcı hesab olunur.

Yeri gəlmişkən, Rusiya iqtisadçılarının hesablamalarına görə, dövri cədvəlin 92 elementinin hazırkı hasilat səviyyəsini qoruyarkən, dünyada kəşf olunan mədənlərdə ehtiyatları artıq 2030-cu ilə qədər tükənəcəkdir. Buna görə elm adamları gələcəkdə ucuz və əlverişli bir enerji mənbəyi olaraq qaynaşmanı gözləyirlər.