Tehnologije obogaćivanja uranijuma. Pogledajte šta je „Obogaćivanje uranijuma“ u drugim rečnicima Slabo obogaćeni uranijum

Prirodni uranijum sadrži tri izotopa uranijuma: 238 U (maseni udio 99,2745%), 235 U (udio 0,72%) i 234 U (udio 0,0055%). Izotop 238 U je relativno stabilan izotop, koji nije sposoban za nuklearnu lančanu reakciju sam po sebi, za razliku od rijetkog 235 U. Trenutno, 235 U je primarni fisijski materijal u nuklearnom reaktoru i lancu tehnologije nuklearnog oružja. Međutim, za mnoge primjene udio izotopa 235 U u prirodnom uranijumu je mali i priprema nuklearnog goriva obično uključuje korak obogaćivanja uranijuma.

Razlozi za bogaćenje

Nuklearna lančana reakcija podrazumijeva da će barem jedan neutron iz raspada atoma urana biti zarobljen od strane drugog atoma i, shodno tome, uzrokovati njegov raspad. U prvoj aproksimaciji, to znači da neutron mora „naletjeti“ na atom 235 U prije nego što napusti reaktor. To znači da dizajn sa uranijumom mora biti dovoljno kompaktan tako da je verovatnoća pronalaženja sledećeg atoma uranijuma za neutron prilično visoka. Ali kako reaktor radi, 235 U postepeno sagorijeva, što smanjuje vjerovatnoću susreta između neutrona i atoma 235 U, što prisiljava određenu rezervu te vjerovatnoće da se ugradi u reaktore. Prema tome, nizak udio 235 U u nuklearnom gorivu zahtijeva:

• veći volumen reaktora tako da neutron duže ostaje u njemu;
• veći deo zapremine reaktora treba da zauzima gorivo kako bi se povećala verovatnoća sudara između neutrona i atoma uranijuma;
• češće je potrebno gorivo puniti svježim gorivom kako bi se održala zadana zapreminska gustina od 235 U u reaktoru;
• visok udio vrijednih 235 U u istrošenom gorivu.

U procesu unapređenja nuklearnih tehnologija pronađena su ekonomski i tehnološki optimalna rješenja koja su zahtijevala povećanje sadržaja 235 U u gorivu, odnosno obogaćivanje uranijuma.

U nuklearnom oružju, zadatak obogaćivanja je gotovo isti: potrebno je da u izuzetno kratkom vremenu nuklearne eksplozije maksimalni broj od 235 U atoma pronađe svoj neutron, raspadnu i oslobodi energiju. Ovo zahtijeva maksimalnu moguću volumnu gustinu od 235 U atoma, koja se može postići uz maksimalno obogaćivanje.

Nivoi obogaćivanja uranijuma

Prirodni uranijum sa sadržajem 235 U od 0,72%, koristi se u nekim energetskim reaktorima (na primjer, u kanadskom CANDU), u reaktorima za proizvodnju plutonijuma (na primjer, A-1).

Uranijum sa sadržajem od 235 U do 20% naziva se nisko obogaćena(eng. Nisko obogaćeni uranijum, LEU). Uranijum sa 2-5% obogaćenja sada se široko koristi u energetskim reaktorima širom sveta. Uranijum obogaćen do 20% koristi se u istraživačkim i eksperimentalnim reaktorima.

Uranijum sa sadržajem 235 U većim od 20% naziva se visoko obogaćen(eng. Visoko obogaćeni uranijum, HEU) ili oružje. U zoru nuklearne ere napravljeno je nekoliko tipova nuklearnog oružja tipa top na bazi uranijuma sa obogaćenjem od oko 90%. Visoko obogaćeni uranijum može se koristiti u termonuklearnom oružju kao tamper(stiskajuća školjka) termonuklearni naboj. Pored toga, visoko obogaćeni uranijum se koristi u nuklearnim energetskim reaktorima sa dugim ciklusima goriva (tj. sa retkim ili bez punjenja goriva), kao što su reaktori svemirskih letelica ili brodski reaktori.

Ostaci na deponijama prerađivačkih postrojenja osiromašenog uranijuma sa sadržajem 235 U od 0,1-0,3%. Široko se koristi kao jezgra za oklopne artiljerijske granate zbog velike gustine uranijuma i niske cijene osiromašenog uranijuma. U budućnosti je predviđeno korištenje osiromašenog uranijuma u reaktorima na brzim neutronima, gdje se nelančani uran-238 može transformisati u plutonijum-239 koji podržava lančanu reakciju. Rezultirajuće MOX gorivo može se koristiti u tradicionalnim energetskim reaktorima termičkih neutrona.

Tehnologije

Mnoge od metoda su pokušane za industrijsko obogaćivanje uranijuma, ali trenutno skoro sva postrojenja za obogaćivanje rade na bazi gasnog centrifugiranja. Uz centrifugiranje, u prošlosti je široko korištena metoda plinovite difuzije. U zoru nuklearne ere korištene su elektromagnetne, termičke difuzijske i aerodinamičke metode. Danas centrifugiranje pokazuje najbolje ekonomske parametre za obogaćivanje uranijuma. Međutim, u toku su istraživanja obećavajućih metoda odvajanja, kao što je lasersko odvajanje izotopa.

Proizvodnja obogaćenog uranijuma u svijetu

Rad separacije izotopa izračunava se u posebnim radnim jedinicama separacije (SWP, English Separative work unit, SWU). Kapacitet postrojenja za separaciju izotopa uranijuma u hiljadama JZU godišnje prema WNA Market Report sa prognozom razvoja.

Zemlja	Preduzeće, fabrika	2012	2013	2015	2020
Rusija

Sadržaj članka

INDUSTRIJA URANIJA. Uranijum je glavni energetski izvor nuklearne energije, koji proizvodi oko 20% svjetske električne energije. Industrija uranijuma pokriva sve faze proizvodnje uranijuma, uključujući istraživanje, razvoj i obogaćivanje rude. Prerada uranijuma u reaktorsko gorivo može se smatrati prirodnom granom industrije uranijuma.

Resursi.

U svijetu dovoljno pouzdano istraženi resursi uranijuma, koji bi se mogli izolirati iz rude po cijeni ne većoj od 100 dolara po kilogramu, procjenjuju se na približno 3,3 milijarde kg U 3 O 8 . Otprilike 20% od toga (oko 0,7 milijardi kg U 3 O 8, cm. Slika) pada na Australiju, a zatim na SAD (približno 0,45 milijardi kg U 3 O 8). Južna Afrika i Kanada imaju značajne resurse za proizvodnju uranijuma.

Proizvodnja uranijuma.

Glavne faze proizvodnje uranijuma su vađenje rude podzemnim ili otvorenim kopom, obogaćivanje (sortiranje) rude i vađenje uranijuma iz rude ispiranjem. U rudniku se ruda uranijuma vadi iz stenske mase metodom bušotine-eksplozivnosti, zdrobljena ruda se sortira i drobi, a zatim se prebacuje u rastvor jake kiseline (sumporni) ili alkalni rastvor (natrijum karbonat, što je najpoželjnije u slučaju karbonatnih ruda). Rastvor koji sadrži uranijum se odvaja od neotopljenih čestica, koncentriše i pročišćava sorpcijom na smolama za izmjenu jona ili ekstrakcijom organskim rastvaračima. Koncentrat, obično u obliku U 3 O 8 oksida koji se zove žuta pogača, zatim se istaloži iz otopine, osuši i stavi u čelične posude kapaciteta cca. 1000 l.

In situ ispiranje se sve više koristi za ekstrakciju uranijuma iz poroznih sedimentnih ruda. Alkalna ili kisela otopina se kontinuirano gura kroz bušotine izbušene u rudno tijelo. Ovaj rastvor, sa uranijumom koji je u njega prebačen, se koncentriše i prečisti, a zatim se iz njega taloženjem dobije žuti kolač.

Prerada uranijuma u nuklearno gorivo.

Koncentrat prirodnog uranijuma — žuti kolač — je sirovina u ciklusu nuklearnog goriva. Za pretvaranje prirodnog uranijuma u gorivo koje zadovoljava zahtjeve nuklearnog reaktora potrebne su još tri faze: konverzija u UF 6, obogaćivanje uranijuma i proizvodnja gorivnih elemenata (gorivih elemenata).

Konverzija u UF6.

Za pretvaranje uranijum oksida U 3 O 8 u uranijum heksafluorid UF 6, žuti kolač se obično redukuje bezvodnim amonijakom u UO 2, iz kojeg se zatim dobija UF 4 pomoću fluorovodonične kiseline. U posljednjoj fazi, djelovanjem na UF 4 sa čistim fluorom, dobija se UF 6 - čvrst proizvod koji sublimira na sobnoj temperaturi i normalnom pritisku, a topi se pri povišenom pritisku. Pet najvećih proizvođača uranijuma (Kanada, Rusija, Niger, Kazahstan i Uzbekistan) zajedno mogu proizvesti 65.000 tona UF 6 godišnje.

Obogaćivanje uranijuma.

U sljedećoj fazi ciklusa nuklearnog goriva povećava se sadržaj U-235 u UF 6. Prirodni uranijum se sastoji od tri izotopa: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) i U-234 (0,01%). Reakcija fisije u nuklearnom reaktoru zahtijeva veći sadržaj izotopa U-235. Obogaćivanje uranijuma vrši se pomoću dvije glavne metode odvajanja izotopa: metodom difuzije plina i metodom plinskog centrifugiranja. (Energija utrošena u obogaćivanje uranijuma mjeri se u radnim jedinicama separacije, JZU.)

Metodom gasne difuzije, čvrsti uranijum heksafluorid UF 6 se pretvara u gasovito stanje smanjenjem pritiska, a zatim se pumpa kroz porozne cevi napravljene od posebne legure, kroz čije zidove gas može da difunduje. Budući da atomi U-235 imaju manju masu od atoma U-238, oni se lakše i brže difundiraju. Tokom procesa difuzije, gas se obogaćuje izotopom U-235, a gas koji prolazi kroz cevi se iscrpljuje. Obogaćeni plin se ponovo propušta kroz cijevi, a proces se nastavlja sve dok sadržaj izotopa U-235 u uzorku ne dostigne nivo (3-5%) potreban za rad nuklearnog reaktora. (Uranijum za oružje zahteva obogaćivanje do nivoa većih od 90% U-235.) Samo 0,2–0,3% izotopa U-235 ostaje u otpadu za obogaćivanje. Metodu difuzije gasa karakteriše visok energetski intenzitet. Fabrike zasnovane na ovoj metodi dostupne su samo u SAD, Francuskoj i Kini.

U Rusiji, Velikoj Britaniji, Njemačkoj, Holandiji i Japanu koristi se metoda centrifugiranja u kojoj se gas UF 6 vrlo brzo rotira. Zbog razlike u masi atoma, a samim tim i u centrifugalnim silama koje djeluju na atome, plin u blizini ose rotacije toka obogaćen je laganim izotopom U-235. Obogaćeni gas se sakuplja i ekstrahuje.

Proizvodnja gorivih šipki.

Obogaćeni UF 6 stiže u tvornicu u čeličnim kontejnerima od 2,5 tone. Od njega se hidrolizom dobija UO 2 F 2 koji se zatim tretira amonijum hidroksidom. Taloženi amonijum diuranat se filtrira i peče kako bi se dobio uran dioksid UO 2 , koji se presuje i sinteruje u male keramičke pelete. Tablete se stavljaju u cijevi od legure cirkonijuma (Zircaloy) i dobijaju se gorivi štapovi, tzv. gorivi elementi (gorivi elementi), koji kombinuju oko 200 komada u kompletne gorivne sklopove, spremne za upotrebu u nuklearnim elektranama.

Istrošeno nuklearno gorivo je visoko radioaktivno i zahtijeva posebne mjere opreza prilikom skladištenja i odlaganja. U principu, može se ponovo obraditi odvajanjem fisionih produkata od preostalog uranijuma i plutonija, koji se mogu ponovo koristiti kao nuklearno gorivo. Ali takva prerada je skupa i komercijalni objekti su dostupni samo u nekoliko zemalja, kao što su Francuska i Velika Britanija.

Obim proizvodnje.

Do sredine 1980-ih, kako su nade za brzi rast nuklearne energije propale, proizvodnja uranijuma je naglo opala. Izgradnja mnogih novih reaktora je obustavljena, a rezerve uranijumskog goriva počele su da se akumuliraju u postojećim preduzećima. S raspadom Sovjetskog Saveza, opskrba uranijumom na Zapadu dodatno se povećala.

Sadržaj članka

INDUSTRIJA URANIJA. Uranijum je glavni energetski izvor nuklearne energije, koji proizvodi oko 20% svjetske električne energije. Industrija uranijuma pokriva sve faze proizvodnje uranijuma, uključujući istraživanje, razvoj i obogaćivanje rude. Prerada uranijuma u reaktorsko gorivo može se smatrati prirodnom granom industrije uranijuma.

Resursi.

U svijetu dovoljno pouzdano istraženi resursi uranijuma, koji bi se mogli izolirati iz rude po cijeni ne većoj od 100 dolara po kilogramu, procjenjuju se na približno 3,3 milijarde kg U 3 O 8 . Otprilike 20% od toga (oko 0,7 milijardi kg U 3 O 8, cm. Slika) pada na Australiju, a zatim na SAD (približno 0,45 milijardi kg U 3 O 8). Južna Afrika i Kanada imaju značajne resurse za proizvodnju uranijuma.

Proizvodnja uranijuma.

Glavne faze proizvodnje uranijuma su vađenje rude podzemnim ili otvorenim kopom, obogaćivanje (sortiranje) rude i vađenje uranijuma iz rude ispiranjem. U rudniku se ruda uranijuma vadi iz stenske mase metodom bušotine-eksplozivnosti, zdrobljena ruda se sortira i drobi, a zatim se prebacuje u rastvor jake kiseline (sumporni) ili alkalni rastvor (natrijum karbonat, što je najpoželjnije u slučaju karbonatnih ruda). Rastvor koji sadrži uranijum se odvaja od neotopljenih čestica, koncentriše i pročišćava sorpcijom na smolama za izmjenu jona ili ekstrakcijom organskim rastvaračima. Koncentrat, obično u obliku U 3 O 8 oksida koji se zove žuta pogača, zatim se istaloži iz otopine, osuši i stavi u čelične posude kapaciteta cca. 1000 l.

In situ ispiranje se sve više koristi za ekstrakciju uranijuma iz poroznih sedimentnih ruda. Alkalna ili kisela otopina se kontinuirano gura kroz bušotine izbušene u rudno tijelo. Ovaj rastvor, sa uranijumom koji je u njega prebačen, se koncentriše i prečisti, a zatim se iz njega taloženjem dobije žuti kolač.

Prerada uranijuma u nuklearno gorivo.

Koncentrat prirodnog uranijuma — žuti kolač — je sirovina u ciklusu nuklearnog goriva. Za pretvaranje prirodnog uranijuma u gorivo koje zadovoljava zahtjeve nuklearnog reaktora potrebne su još tri faze: konverzija u UF 6, obogaćivanje uranijuma i proizvodnja gorivnih elemenata (gorivih elemenata).

Konverzija u UF6.

Za pretvaranje uranijum oksida U 3 O 8 u uranijum heksafluorid UF 6, žuti kolač se obično redukuje bezvodnim amonijakom u UO 2, iz kojeg se zatim dobija UF 4 pomoću fluorovodonične kiseline. U posljednjoj fazi, djelovanjem na UF 4 sa čistim fluorom, dobija se UF 6 - čvrst proizvod koji sublimira na sobnoj temperaturi i normalnom pritisku, a topi se pri povišenom pritisku. Pet najvećih proizvođača uranijuma (Kanada, Rusija, Niger, Kazahstan i Uzbekistan) zajedno mogu proizvesti 65.000 tona UF 6 godišnje.

Obogaćivanje uranijuma.

U sljedećoj fazi ciklusa nuklearnog goriva povećava se sadržaj U-235 u UF 6. Prirodni uranijum se sastoji od tri izotopa: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) i U-234 (0,01%). Reakcija fisije u nuklearnom reaktoru zahtijeva veći sadržaj izotopa U-235. Obogaćivanje uranijuma vrši se pomoću dvije glavne metode odvajanja izotopa: metodom difuzije plina i metodom plinskog centrifugiranja. (Energija utrošena u obogaćivanje uranijuma mjeri se u radnim jedinicama separacije, JZU.)

Metodom gasne difuzije, čvrsti uranijum heksafluorid UF 6 se pretvara u gasovito stanje smanjenjem pritiska, a zatim se pumpa kroz porozne cevi napravljene od posebne legure, kroz čije zidove gas može da difunduje. Budući da atomi U-235 imaju manju masu od atoma U-238, oni se lakše i brže difundiraju. Tokom procesa difuzije, gas se obogaćuje izotopom U-235, a gas koji prolazi kroz cevi se iscrpljuje. Obogaćeni plin se ponovo propušta kroz cijevi, a proces se nastavlja sve dok sadržaj izotopa U-235 u uzorku ne dostigne nivo (3-5%) potreban za rad nuklearnog reaktora. (Uranijum za oružje zahteva obogaćivanje do nivoa većih od 90% U-235.) Samo 0,2–0,3% izotopa U-235 ostaje u otpadu za obogaćivanje. Metodu difuzije gasa karakteriše visok energetski intenzitet. Fabrike zasnovane na ovoj metodi dostupne su samo u SAD, Francuskoj i Kini.

U Rusiji, Velikoj Britaniji, Njemačkoj, Holandiji i Japanu koristi se metoda centrifugiranja u kojoj se gas UF 6 vrlo brzo rotira. Zbog razlike u masi atoma, a samim tim i u centrifugalnim silama koje djeluju na atome, plin u blizini ose rotacije toka obogaćen je laganim izotopom U-235. Obogaćeni gas se sakuplja i ekstrahuje.

Proizvodnja gorivih šipki.

Obogaćeni UF 6 stiže u tvornicu u čeličnim kontejnerima od 2,5 tone. Od njega se hidrolizom dobija UO 2 F 2 koji se zatim tretira amonijum hidroksidom. Taloženi amonijum diuranat se filtrira i peče kako bi se dobio uran dioksid UO 2 , koji se presuje i sinteruje u male keramičke pelete. Tablete se stavljaju u cijevi od legure cirkonijuma (Zircaloy) i dobijaju se gorivi štapovi, tzv. gorivi elementi (gorivi elementi), koji kombinuju oko 200 komada u kompletne gorivne sklopove, spremne za upotrebu u nuklearnim elektranama.

Istrošeno nuklearno gorivo je visoko radioaktivno i zahtijeva posebne mjere opreza prilikom skladištenja i odlaganja. U principu, može se ponovo obraditi odvajanjem fisionih produkata od preostalog uranijuma i plutonija, koji se mogu ponovo koristiti kao nuklearno gorivo. Ali takva prerada je skupa i komercijalni objekti su dostupni samo u nekoliko zemalja, kao što su Francuska i Velika Britanija.

Obim proizvodnje.

Do sredine 1980-ih, kako su nade za brzi rast nuklearne energije propale, proizvodnja uranijuma je naglo opala. Izgradnja mnogih novih reaktora je obustavljena, a rezerve uranijumskog goriva počele su da se akumuliraju u postojećim preduzećima. S raspadom Sovjetskog Saveza, opskrba uranijumom na Zapadu dodatno se povećala.

Obogaćivanje NUKLEARNOG GORIVA, odvajanje visoko fisivnog izotopa uranijuma, uranijuma 235, od dominantnog izotopa, uranijuma 238. Uran (VI) fluoridni gas podvrgava se difuzijskoj separaciji, koja koristi niz pregrada sa... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

OBOGAĆENJE- (1) miniranje, uvođenje kiseonika u atmosferski vazduh radi intenziviranja tehnološkog procesa tokom topljenja metala (vidi), (2) Tretman minerala, skup različitih metoda za preradu ruda crnih, obojenih i plemenitih metala, uglja, itd....... Velika politehnička enciklopedija

Prerada rude uranijuma je skup procesa za primarnu preradu mineralnih sirovina koje sadrže uran, s ciljem odvajanja uranijuma od ostalih minerala koji čine rudu. U ovom slučaju nema promjene u sastavu minerala, već samo njihov... ... Termini nuklearne energije

obogaćivanje rude uranijuma- Skup procesa za primarnu preradu mineralnih sirovina koje sadrže uranijum, sa ciljem odvajanja uranijuma od ostalih minerala koji čine rudu. U ovom slučaju ne dolazi do promjene u sastavu minerala, već samo do njihovog mehaničkog odvajanja od ... ... Vodič za tehnički prevodilac

Radiometrijsko obogaćivanje rude je proces prerade rude zasnovan na interakciji različitih vrsta zračenja sa materijom. U tehnologiji radiometrijskog obogaćivanja ruda razlikuju se dvije vrste procesa: Radiometrijsko sortiranje ... ... Wikipedia

- (engleska magnetna separacija, magnetna koncentracija minerala; njemački magnetische Aufbereitung f der Bodenschätze) obogaćivanje minerala, zasnovano na djelovanju nejednolikog magnetnog polja na mineralne čestice sa ... ... Wikipedia

- (a. hemijska rafinacija; n. chemische Aufbereitung; f. koncentracija par voie chimique, enrichissement chimique; i. tratamiento quimico, preparacion quimica, elaboracion quimica) tehnologija primarne prerade ruda, kolektivne i... ... Geološka enciklopedija

Uranijum je glavni energetski izvor nuklearne energije, koji proizvodi oko 20% svjetske električne energije. Industrija uranijuma pokriva sve faze proizvodnje uranijuma, uključujući istraživanje, razvoj i obogaćivanje rude. Reciklaža...... Collier's Encyclopedia

Skoro spreman za polazak... Wikipedia

Gorivni element nuklearnog reaktora Nuklearno gorivo je tvar koja se koristi u nuklearnim reaktorima za izvođenje lančane reakcije nuklearne fisije. Sadržaj 1 Opće informacije 2 Klasifikacija ... Wikipedia

Knjige

• "Ruža" iz Isfahana, Michel Gavin, 2000-te. Iran. Na području grada Isfahana dogodio se zemljotres sa velikim razaranjima i žrtvama. Shvativši da ne mogu sami da se izbore, iranske vlasti su prinuđene da se obrate... Kategorija:

Od urednika: Novinski izvještaji o iranskim nuklearnim aktivnostima još jednom pokazuju važnost teme obogaćivanja uranijuma. Ovaj broj SDA magazina ima za cilj da podrži argumentovanu debatu informacijama i analizama o statusu i procesu obogaćivanja uranijuma.

Članak opisuje proces i tehnologije obogaćivanja uranijuma, te daje kratku historijsku pozadinu. IN Ukratko su predstavljene informacije o stanju rada postrojenja za obogaćivanje uranijuma u raznim zemljama svijeta. Svoje znanje iz oblasti obogaćivanja uranijuma možete provjeriti odgovarajućim odgovorom .

Članak, tabela i test su zasnovani na izvještaju , koju je u oktobru 2004. objavio IEER za Institut za istraživanje nuklearne politike. Linkovi su dati u izvještaju.

Znanja i sposobnosti u oblasti obogaćivanja uranijuma postali su prilično rašireni kako u nuklearnoj energiji tako iu stvaranju nuklearnog oružja. Na mnogo načina, ovaj proces je već izmakao kontroli. A ovo je posebno zabrinjavajuće u svjetlu novih prijedloga koji bi mogli stimulirati veću upotrebu nuklearne energije širom svijeta u narednim decenijama.

Na primjer, za gorivo hiljadu nuklearnih elektrana od 1000 MW (čest primjer u mnogim programima nuklearnog razvoja) bio bi potreban globalni kapacitet za obogaćivanje uranijuma koji je otprilike 9-10 puta veći od proizvodnje koja se trenutno odvija u Sjedinjenim Državama. Kada bi se čak jedan posto ovog kapaciteta koristio za proizvodnju visoko obogaćenog uranijuma (HEU), tada bi se godišnje proizvodile takve količine HEU-a koje bi omogućile stvaranje od 175 do 310 komada nuklearnog oružja. S obzirom na proširenu trgovinu specijaliziranim materijalima potrebnim za izgradnju i rad centrifuga za proizvodnju plina i drugih postrojenja za obogaćivanje koja bi mogla dovesti do povećanja proizvodnje nuklearne energije, utvrđivanje zakonitosti trgovine i distribucije navodno „mirnih“ tehnologija će postati još teže.

Važno je obratiti pažnju na države, poput Irana, koje trenutno napreduju u svojim naporima da izgrade podršku za program nuklearnog oružja. Međutim, jednako je važno zapamtiti koliko je široko rasprostranjena tehnologija obogaćivanja uranijuma i koliko bi se prijetnja mogla povećati ako se dozvoli primjena ovih tehnologija bilo gdje u svijetu u nastojanju da se proširi upotreba nuklearne energije. Drugim riječima, dobro je da ne zanemarimo zemlje koje imaju napredne programe nuklearnog oružja i atomske energije, već da uzmemo u obzir njihov impresivan potencijal širenja i manje impresivne rezultate u ovoj oblasti 1 . Svih pet nuklearnih sila potpisnica Sporazuma o neširenju nuklearnog oružja (NPT) - SAD, Rusija, Velika Britanija, Francuska i Kina - imaju postrojenja za obogaćivanje uranijuma koja su se nekada koristila za proizvodnju HEU-a za oružje. Svih pet država također imaju pune pogone za obogaćivanje koji su bili uključeni u proizvodnju nisko obogaćenog uranijuma (LEU) koji se koristi kao gorivo za industrijske nuklearne reaktore.

Osim pet poznatih država s nuklearnim oružjem, samo tri druge zemlje imaju postrojenja za obogaćivanje uranijuma, koja su korištena za proizvodnju velikih količina goriva za industrijske nuklearne reaktore. Međutim, postoji niz drugih zemalja koje su se bavile tehnologijama obogaćivanja, a za neke od njih se zna ili se sumnja da koriste potencijal za obogaćivanje u vojne svrhe. Ukratko su predstavljene danas dostupne informacije o stanju rada postrojenja za obogaćivanje uranijuma u raznim zemljama svijeta.

U Pakistanu, jednoj od onih država koje su stvorile nuklearno oružje, a da nisu bile potpisnice NPT-a, postoje postrojenja u kojima su obogaćivali HEU u vojne svrhe. Kao što je poznato, Južna Afrika je takođe proizvodila nuklearno oružje koristeći obogaćeni uranijum dobijen iz sopstvene proizvodnje. S druge strane, Indija i Izrael su stvorili atomske bombe od plutonijuma-239 (koji se proizvodi u nuklearnim reaktorima kada nefisibilni uranijum-238 apsorbuje niskoenergetski neutron). Sjeverna Koreja, koja se povukla iz NPT-a u januaru 2003. bez prethodnog prijema od tri mjeseca, izaziva ozbiljne sumnje da je proizvela male količine nuklearnog oružja koristeći plutonijum. Ostaje otvoreno i pitanje mogućeg nastavka programa obogaćivanja uranijuma u Sjevernoj Koreji.

Uran

Samo jedan element koji se javlja u prirodi je sirovina za izradu atomskih bombi. Ovo je uranijum, hemijski znak "U" 2. Karakteristično svojstvo uranijuma, koje je neophodno za proizvodnju nuklearnog oružja i atomske energije, je njegova sposobnost da se fisije ili podijeli na dvije lakše frakcije zračenjem neutronima i da u tom procesu oslobađa energiju.

Prirodni uranijum (odnosno onaj koji se kopa iz dubina zemlje) javlja se kao kombinacija tri različita izotopa, odnosno atoma sa tri različite atomske mase, koji imaju u suštini iste hemijske, ali različita nuklearna svojstva. Ovi izotopi su uranijum-234, uranijum-235 i uranijum-238. Uran-234 je visoko radioaktivni element u tragovima koji se nalazi u prirodnom uranijumu. Uranijum-235 je jedina fisivna supstanca koja se nalazi u prirodi u značajnim količinama. Uran-238 - ovaj izotop dominira u prirodnom uranijumu (99,284% mase uzorka prirodnog uranijuma je uranijum-238), ali se ne može fisionirati. Međutim, uran-238 se može razdvojiti neutronima visoke energije, oslobađajući velike količine energije, pa se stoga često koristi za povećanje eksplozivne snage termonuklearnih ili hidrogenskih bombi.

Neka od svojstava ova tri izotopa pronađena u prirodnom uranijumu sažeta su u tabeli 1. Budući da uran-234 čini veoma mali deo ukupne mase prirodnog uranijuma i ne koristi se ni u jednom ozbiljnom programu, u ovom članku ćemo se zadržati detaljnije samo o druga dva izotopa - uranijum-235 i uranijum-238.

Tabela 1: Sažetak izotopa uranijuma

Zahvaljujući malim količinama U-235, prirodni uranijum može podržati lančanu reakciju pod određenim uslovima, pa je stoga gorivo za određene tipove reaktora (grafitni nuklearni reaktori i nuklearni reaktori teške vode 3 - ove poslednje komercijalno prodaje Kanada na industrijskom skala). U danas najčešćem tipu reaktora (nuklearni laka voda), u kojem obična voda služi kao sredstvo za hlađenje i ublažavanje, za održavanje reakcije udio U-235 u gorivu mora premašiti 0,7% - nivo njegovog sadržaja u prirodni uranijum.

Skup proizvodnih procesa koji se provode radi povećanja procenta U-235 u određenoj količini uranijuma naziva se "obogaćivanje uranijuma". Ovdje izraz "obogaćivanje" znači povećanje procenta fisijskog izotopa U-235. Lakovodni nuklearni reaktori obično koriste 3 do 5 posto obogaćenog uranijuma, što znači da gorivo sadrži 3 do 5 posto U-235, a ostatak je zapravo U-238. Supstanca sa ovim nivoom U-235 naziva se "nisko obogaćeni uranijum" ili LEU.

Atomske bombe se ne mogu stvoriti od prirodnog ili nisko obogaćenog uranijuma. Udio U-235 je premali da proizvede rastuću "superkritičnu" lančanu reakciju u dovoljno kratkom vremenu da proizvede eksploziju. Da bi se stvorila atomska bomba, sadržaj U-235 u uranijumu mora biti najmanje oko 20%. Međutim, bomba napravljena od uranijuma obogaćenog do tako minimalnog stepena bila bi previše glomazna za isporuku, jer bi za njeno sabijanje u superkritičnu masu bila potrebna ogromna količina uranijuma i još više konvencionalnih eksploziva.

U praksi, uranijum, koji sadrži najmanje 90% U-235, već je korišćen za stvaranje nuklearnog oružja. Supstanca sa ovim nivoom obogaćenja naziva se visoko obogaćeni uranijum ili HEU. Atomska bomba koja je uništila Hirošimu 6. avgusta 1945. stvorena je od približno 60 kilograma HEU. Visoko obogaćeni uranijum se takođe koristi u istraživačkim i pomorskim nuklearnim reaktorima - na nosačima aviona i podmornicama. HEU namijenjen za nuklearne istraživačke reaktore može biti od posebnog interesa za one koji bi željeli počiniti nuklearnu sabotažu jer je općenito manje siguran i često se nalazi u gradovima ili na univerzitetima. Za razliku od ozračenog nuklearnog reaktorskog goriva, neozračeni HEU ne predstavlja radioaktivnu opasnost.

Isti proces i proizvodnja može se koristiti za obogaćivanje uranijuma za gorivo u industrijskim lakovodnim reaktorima, odnosno za stvaranje LEU, kao i za dobijanje HEU za atomske bombe. Stoga su sve tehnologije obogaćivanja uranijuma potencijalni izvori proliferacije nuklearnog oružja. Osim toga, neke druge metode obogaćivanja uranijuma mnogo je teže otkriti, što dodaje dodatnu zabrinutost zbog mogućeg postojanja ilegalnih programa.

Obogaćivanje uranijuma

Budući da svi izotopi uranijuma imaju praktički ista hemijska svojstva, povećanje udjela uranijuma-235 u uzorku ovisi o razlici u atomskim masama izotopa (kojima su dodijeljeni sljedeći brojevi: 234, 235 i 238). U-238 je nešto više od jedan posto teži od U-235. Ako se uranijum pretvori u gas, onda će se molekuli koji sadrže lakši U-235, u proseku, kretati većom brzinom (na datoj temperaturi) u poređenju sa težim molekulima koji sadrže U-238.

Tokom tipičnog procesa obogaćivanja, tok prirodnog gasa uranijuma koji sadrži U-235 i U-238 se dijeli na dva toka zbog male razlike u masi dva izotopa. Jedan tok postaje bogatiji uranijumom-235 ("obogaćeni" tok uranijuma), dok drugi postaje siromašniji ovim izotopom (tok "osiromašenog" uranijuma, pri čemu izraz "osiromašeni" znači niži postotak U-235 u odnosu na prirodni uranijum). Detaljnije informacije o procesima obogaćivanja predstavljene su u nastavku, u poglavlju „Tehnologije obogaćivanja“ 4.

Kapacitet postrojenja za obogaćivanje uranijuma da poveća procenat U-235 izražava se u jedinicama koje se nazivaju kilogrami odvojenih radnih jedinica (SWU, na engleskom se izgovara "swuz"). U poduzećima na nivou proizvodnje, kapaciteti postrojenja se obično kreću od nekoliko stotina do nekoliko hiljada metričkih tona SWU (MTEPP) godišnje. (1 MTERP = 1000 SWU.) Jedinica rada separacije je složena jedinica koja zavisi i od željenog udjela U-235 u obogaćenom toku i od toga koliko U-235 iz početnog materijala ostaje u osiromašenom toku. izotopa. SWU se može smatrati količinom napora potrebnog za postizanje određene stope obogaćivanja. Što je manje U-235 iz sirovine koja se mora zadržati u osiromašenom uranijumu, to je potrebno više JZU za postizanje željenog stepena obogaćivanja 5 .

Količina SWU koju daje postrojenje za obogaćivanje direktno zavisi od količine energije koju ovo postrojenje troši. Dvije najčešće tehnologije obogaćivanja danas, koje su detaljno opisane u nastavku, značajno se razlikuju po potrošnji energije. Moderna postrojenja za plinsku difuziju obično zahtijevaju 2.400 do 2.500 kilovat-sati (kWh) električne energije po JJZ, dok postrojenja za centrifugiranje gasifikatora zahtijevaju samo 50 do 60 kWh električne energije po JZU.

Za napajanje tipičnog nuklearnog reaktora sa lakom vodom od 1.000 megavata koji koristi obogaćeni uranijum kao gorivo, bilo bi potrebno otprilike 100.000 do 120.000 JZU usluga obogaćivanja uranijuma godišnje. Ako bi takvo obogaćivanje osiguralo postrojenje za difuziju plinova (poput onog koji trenutno radi u Paducahu, Kentucky, SAD), tada bi proces obogaćivanja potrošio otprilike 3-4% volumena električne energije proizvedene ovim reaktorom 6 . S druge strane, kada bi se obogaćivanje uranijuma vršilo u centrifugama za generatore plina (koje danas rade u mnogim dijelovima svijeta), tada bi proces obogaćivanja trošio manje od 0,1% električne energije proizvedene u nuklearnoj elektrani godišnje.

Osim kilograma SWU, postoji još jedan važan parametar koji vrijedi uzeti u obzir. Ovo je masa prirodnog uranijuma koja je potrebna da se dobije željena masa obogaćenog uranijuma. Kao i kod količine SWU, potrebna količina sirovine zavisiće i od željenog stepena obogaćivanja, kao i od količine U-235 koja ostaje u osiromašenom uranijumu. Potrebna količina prirodnog uranijuma će se smanjivati ​​kako se smanjuje udio U-235 koji se mora zadržati u osiromašenom uranijumu.

Na primjer, kada se obogaćuje LEU za nuklearni reaktor lake vode, obogaćeni tok obično sadrži 3,6 posto U-235 (u poređenju sa 0,7 posto u prirodnom uranijumu), dok siromašni tok sadrži 0,2 do 0,3 posto U-235. Za proizvodnju jednog kilograma takvog LEU bit će potrebno oko 8 kilograma prirodnog uranijuma i 4,5 SWU, ako je dozvoljeni udio U-235 u toku osiromašenog uranijuma 0,3%. S druge strane, ako bi samo 0,2% U-235 ostalo u toku iscrpljivanja, tada bi bilo potrebno samo 6,7 kilograma prirodnog uranijuma, ali oko 5,7 JZU za obogaćivanje.

Za dobijanje jednog kilograma visoko obogaćenog uranijuma (odnosno uranijuma koji sadrži 90% U-235) biće potrebno više od 193 JZU i skoro 219 kilograma prirodnog uranijuma, pod uslovom da u osiromašenom uranijumu ostane 0,3% U-235. Ako je prihvatljivi udio U-235 u osiromašenom uranijumu 0,2%, bit će potrebno skoro 228 JZU i više od 176 kilograma prirodnog uranijuma.

Tabela 2 daje sažetak troškova (za prirodni uranijum i usluge obogaćivanja) potrebnih za proizvodnju jednog kilograma LEU i jednog kilograma HEU sa 0,2% i 0,3% U-235 u toku osiromašenog uranijuma.

Tabela 2: Troškovi dobijanja jednog kilograma nisko obogaćenog uranijuma
i jedan kilogram visoko obogaćenog uranijuma

LEU = uranijum koji sadrži 3,6% U-235, koji se obično koristi u reaktoru na laku vodu.
HEU = uranijum koji sadrži 90% U-235, koji se obično koristi za proizvodnju nuklearnog oružja.
SWU = Radna jedinica za odvajanje
kg = kilogram

S obzirom na to da se potrebna količina prirodnog uranijuma i JZU u procesu obogaćivanja mijenja u suprotnom smjeru za određeni stepen obogaćivanja, prirodni uranijum je jeftin, a usluge obogaćivanja skupe, vlasnici postrojenja za obogaćivanje će pristati da „oslobode“ veći udio. U-235 u osiromašeni tok (odnosno, biće im isplativije koristiti više prirodnog uranijuma i manje JZU). S druge strane, ako je prirodni uranijum skuplji od usluga obogaćivanja, onda će vlasnici postrojenja izabrati suprotnu opciju.

Da bi se obogatio uranijum za atomsku bombu ekvivalentnu onoj koju su SAD bacile na Hirošimu (to je oko 60 kg HEU), bilo bi potrebno 10,6 do 13,1 metrička tona prirodnog uranijuma, kao i 11.600 do 13.700 JZU za obogaćivanje. Međutim, za stvaranje složenijih tipova nuklearnog oružja bilo bi potrebno mnogo manje od polovine ove količine. Moderne vrste uranijumskih bombi obično zahtevaju samo 20-25 kilograma HEU.

Ako bi se, umjesto prirodnog uranijuma, kao sirovina za proizvodnju HEU koristio nisko obogaćeni uran (koji sadrži 3,6% U-235), tada bi za proizvodnju jednog kilograma visokoobogaćene sirovine bilo potrebno samo 70-78 JZU i 26-27 kilograma sirovine. obogaćeni uranijum. To znači da bi se za proizvodnju HEU ekvivalentnog bombi iz Hirošime trebalo obogatiti samo 1,6 tona LEU, što je manje od jedne desetine ukupne količine LEU potrebne za gorivo za jedan nuklearni reaktor od 1.000 MW. Dakle, otprilike dvije trećine ukupnih usluga obogaćivanja uranijuma potrebnih za proizvodnju HEU za oružje je uključeno u obogaćivanje uranijuma iz prirodnog uranijuma (0,7% U-235) do LEU (3,6% U-235). Međutim, samo oko jedna trećina ukupnog obima usluga je uključena u obogaćivanje LEU sa njegovom konačnom preradom u HEU (90% U-235), kao što je prikazano na dijagramu.

Dakle, zalihe nisko obogaćenog uranijuma, ako se održavaju u stanju pogodnom za obogaćivanje (to jest, kao što je uranijum heksafluorid), mogu postati polazni materijal za lakšu i bržu proizvodnju visoko obogaćenog uranijuma koji se koristi za stvaranje nuklearnog oružja. Ovo je jedan od najopasnijih aspekata raširene proliferacije tehnologija obogaćivanja kao dijela proliferacije nuklearne energije.

Usluge obogaćivanja potrebne za proizvodnju visoko obogaćenog uranijuma iz prirodnog uranijuma

Tehnologije obogaćivanja

Četiri tehnologije obogaćivanja uranijuma su široko korištene. Tri od njih – difuzija gasa, gasno centrifugiranje i mlaznica/aerodinamičko odvajanje – zasnivaju se na konverziji uranijuma u gas uranijum heksafluorida (UF 6). Četvrta metoda, elektromagnetna separacija, zasniva se na upotrebi jonizovanog gasa uranijuma dobijenog iz čvrstog uranijum tetrahlorida (UCL 4).

Difuzija gasa

Proces plinovite difuzije korišten je za obogaćivanje gotovo cijelog nisko i visoko obogaćenog uranijuma koji je proizveden u Sjedinjenim Državama. Ova metoda je prvi put razvijena 1940-ih kao dio projekta Manhattan i djelomično je korištena za obogaćivanje uranijuma za bombu u Hirošimi. Svih pet poznatih nuklearnih sila potpisnica Ugovora o neširenju nuklearnog oružja (NPT) su u jednom ili drugom trenutku pustili u rad postrojenja za difuziju plinova, ali do danas takva postrojenja i dalje rade samo u Sjedinjenim Državama i Francuskoj. Proces difuzije zahteva pumpanje uranijuma, koji je u gasovitom stanju, kroz veliki broj poroznih barijera. Ovo je veoma energetski intenzivan proces.

Da bi se uranijum pretvorio u gasovito stanje u kojem može učestvovati u procesu gasovite difuzije, prirodni uranijum se pretvara u uranijum heksafluorid (UF 6). Molekuli uranijum heksafluorida koji sadrže atome U-235, budući da su nešto lakši, kretat će se kroz svaku barijeru s nešto većim stepenom razdvajanja od onih koji sadrže atome U-238. Da bismo vizualizirali ovaj proces, možemo navesti primjer uduvavanja pijeska kroz mnoga sita. Manja zrna pijeska će prvenstveno proći kroz svako sito i tako će nakon svake faze prosijavanja činiti nešto veći postotak ukupne zapremine zrna pijeska u odnosu na postotak koji su bili u prethodnoj fazi prosijavanja. Dijagram jedne od ovih faza skriniranja u instalaciji za difuziju gasa prikazan je na slici 1.

Razlika u masama, a time i brzinama, molekula UF 6 koji sadrže U-235 i U-238 je mala. Dakle, za obogaćivanje velikih industrijskih ili vojnih količina uranijuma, potrebne su hiljade faza obogaćivanja. U postrojenju za gasnu difuziju, stepeni su izgrađeni u „kaskadama“, koje omogućavaju svakom stepenu da poveća obogaćivanje dobijeno u prethodnim fazama, kao i da efikasnije koristi protok osiromašenog uranijuma. Da biste razumjeli razmjere takve proizvodnje, morate znati da je u vrijeme izgradnje postrojenja za difuziju plinova, izgrađenog ranih 1940-ih u Oak Ridgeu, Tennessee, SAD, to bio najveći industrijski pogon na svijetu.

Najteži zadatak pri izgradnji postrojenja za difuziju gasova je izrada propusnih barijera koje su neophodne za rad difuzora. Materijal za takve barijere mora biti veoma izdržljiv i sposoban da održi isti prečnik pora tokom nekoliko godina rada postrojenja. Ovo je veoma težak zadatak kada se koristi gas uranijum heksafluorid, koji je veoma korozivan. Tipične barijere su debele samo 5 milimetara (manje od 0,2 inča), a njihovi otvori su samo 30 do 300 puta veći od prečnika jednog atoma uranijuma.

Osim što zahtijevaju velike količine električne energije za rad postrojenja, kompresori u postrojenjima za plinsku difuziju također stvaraju mnogo topline koja se mora raspršiti. U američkim instalacijama, toplota se prenosi pomoću hlorofluorougljenika koji oštećuju ozonski omotač (CFC), kao što je rashladna tečnost CFC-114 (često se naziva freon ili freon-114). Proizvodnja, uvoz i upotreba CFC-a bili su ozbiljno ograničeni 1987. godine Montrealskim protokolom o supstancama koje oštećuju ozonski omotač, koji su Sjedinjene Države implementirale kroz izmjene i dopune Zakona o kontroli zagađenja zraka iz 1990. (Zakon o čistom zraku).

Kao rezultat takvih mjera, proizvodnja freona u Sjedinjenim Državama obustavljena je 1995. godine. Od 1991. do 2002. emisije ove tvari u atmosferu od velikih potrošača u Sjedinjenim Državama pale su za gotovo 60%. Međutim, emisije iz postrojenja za difuziju plinova u Paducahu, Kentucky, SAD ostale su gotovo iste tokom ovog perioda, smanjivši se za samo 7% od 1989. do 2002. godine. Godine 2002. fabrika za obogaćivanje Paducah ispustila je više od 197,3 metričke tone freona u atmosferu kroz cijevi i drugu opremu koja curi. Samo ovo jedno postrojenje doprinijelo je preko 55% svih emisija ovog CFC-a koji oštećuje ozonski omotač iz svih glavnih proizvodnih pogona u SAD-u 2002. godine.

Zbog činjenice da se freon ne proizvodi u Sjedinjenim Državama od 1995. godine, Američka korporacija za obogaćivanje urana (USEC) 7 trenutno traži rashladno sredstvo koje ne sadrži CFC. Ali bilo koja druga rashladna sredstva će i dalje imati potencijal zadržavanja topline, pa će, čak i ako ne predstavljaju prijetnju ozonskom omotaču, i dalje biti potencijalno opasna u smislu globalnog zagrijavanja i klimatskih promjena.

Karakteristična karakteristika instalacija za difuziju gasova - veliko oslobađanje toplote - omogućava identifikaciju onih čiji rad značajno prelazi 100 MTERP godišnje. Međutim, takve informacije će vjerovatno biti relevantne samo za identifikaciju aktivnosti na poznatim instalacijama, a ne na ilegalnim lokacijama, budući da postoje mnogi drugi industrijski procesi koji proizvode velike količine topline. Stoga, iako je postrojenja za obogaćivanje urana, kao što su postrojenja za difuziju plinova, gotovo nemoguće sakriti zbog njihove veličine, zahtjeva za snagom i proizvodnje topline, još uvijek je izuzetno teško identificirati bilo koji objekt iz daljine bez pristupa uzorcima okoliša u okolnom području (npr. uzorci tla) koji mogu snažno ukazivati ​​na prisustvo obogaćenog uranijuma.

Gasno centrifugiranje

Trenutno je plinsko centrifugiranje glavna metoda obogaćivanja uranijuma u svijetu. O ovoj tehnologiji se raspravljalo u Sjedinjenim Državama kao dio projekta Manhattan, ali su metode kao što su difuzija plinova i elektromagnetna separacija dalje razvijene za proizvodnju u punom obimu. Kasnije je metod centrifugiranja u Rusiji razvila grupa stručnjaka predvođenih austrijskim i njemačkim naučnicima koji su zarobljeni tokom Drugog svjetskog rata. S vremenom je pušten šef naučne grupe u Rusiji. Ovu tehnologiju je prvo donio u Sjedinjene Države, a potom i u Evropu, gdje je počeo sa uvođenjem ove metode za obogaćivanje industrijskog nuklearnog goriva.

Centrifugiranje je uobičajena metoda koja se koristi u različite svrhe, kao što je odvajanje plazme od težih crvenih krvnih zrnaca. Ciklus centrifugiranja u mašini za pranje veša radi na sličnom centrifugalnom principu. Tokom procesa obogaćivanja, gas uranijum heksafluorid se ubacuje u brzo rotirajuće cilindre. Da bi se postigao maksimalni stepen obogaćivanja u svakoj fazi, moderne centrifuge su sposobne da se rotiraju brzinom bliskom brzini zvuka. Iz tog razloga je izuzetno teško kontrolisati proces centrifugiranja, jer je uz visok stepen rotacije potrebno da centrifuga bude izdržljiva, gotovo savršeno izbalansirana i spremna da radi u ovom obliku dugi niz godina bez zaustavljanja radi održavanja. .

Unutar centrifuge koja se okreće, teži molekuli koji sadrže atome U-238 prvenstveno se kreću prema vanjskoj strani cilindra, dok lakši molekuli koji sadrže U-235 ostaju bliže središnjoj osi. Plin u ovom cilindru tada počinje da cirkuliše odozdo prema gore, gurajući osiromašeni uranijum, koji je bliže vanjskom zidu, prema vrhu, a plin obogaćen U-235 od centra prema dnu. Dva toka, jedan bogat, a drugi siromašan, mogu se zatim ukloniti iz centrifuge i uvesti u susjedne stupnjeve kako bi se formirala kaskada opisana gore s difuzorima u postrojenjima za plinsku difuziju. Dijagram takve centrifuge prikazan je na slici 2.

Slično procesu plinovite difuzije, obogaćivanje uranijuma gasnim centrifugiranjem zahtijeva hiljade do desetine hiljada koraka za obogaćivanje velikih količina uranijuma za industrijske ili vojne svrhe. Osim toga, kao i postrojenja za difuziju plinova, postrojenja za centrifugiranje moraju koristiti posebne materijale za sprječavanje korozije uzrokovane uranijum heksafluoridom, koji u reakciji s vlagom može formirati visoko korozivni plin fluorovodonične kiseline. Jedna od najvažnijih prednosti gasnog centrifugiranja u odnosu na proces gasne difuzije je da kada se postigne isti stepen obogaćivanja, ovaj proces zahteva 40-50 puta manje električne energije. Upotreba centrifuga također pomaže u smanjenju količine korištene topline koja se stvara kada se gas UF 6 kompresuje, a samim tim i smanjenju količine potrebnih rashladnih sredstava kao što je freon.

Iako je snaga razdvajanja u svakoj fazi veća od one u procesu plinovite difuzije, obično je potrebno mnogo manje uranijuma, koji se može centrifugirati kroz svaki stupanj u datom vremenu. Konvencionalne moderne centrifuge mogu postići otprilike 2 do 4 JZU godišnje. Stoga bi između 3.000 i 7.000 centrifuga bilo potrebno da se godišnje obogati dovoljno HEU za oružje koje će se koristiti za stvaranje nuklearnog oružja ekvivalentnog onom bačenom na Hirošimu. Ovakva proizvodnja može potrošiti od 580.000 do 816.000 kWh električne energije, koju može obezbijediti instalacija snage manje od 100 kilovata. Stvaranjem modernih vrsta oružja, ove brojke se mogu smanjiti na 1000-3000 centrifuga i 193.000-340.000 kWh.

Očekuje se da će stupanj obogaćivanja u svakoj fazi u modernim modelima centrifuga biti deset puta veći od onog koji postižu centrifuge koje trenutno rade. Ovo bi moglo dodatno smanjiti troškove proizvodnje HEU. Prodaja starijeg modela evropske centrifuge zemljama poput Libije, Irana i Sjeverne Koreje putem mreže koju vodi A.Q., rekli su izvori. Khan, koji je ranije vodio pakistanski program nuklearnog oružja, posebno je zabrinjavajući iz perspektive nuklearnog širenja jer su centrifuge manje i zahtijevaju manje energije tokom procesa obogaćivanja.

Elektromagnetna metoda za odvajanje radioaktivnih izotopa uranijuma (EMIS)

Elektromagnetska metoda odvajanja radioaktivnih izotopa je treća vrsta obogaćivanja uranijuma koja se široko koristila u prošlosti. Postrojenje za elektromagnetnu separaciju razvijeno je kao dio projekta Manhattan u Oak Ridgeu, Tennessee. Ova metoda je korištena za obogaćivanje prirodnog uranijuma, a zatim obogaćivanje uranijuma prvobitno prerađenog u postrojenju za difuziju plinova, koje se također nalazilo u fabrici Oak Ridge. Upotreba ove instalacije je obustavljena odmah nakon rata zbog visoke cijene i niske produktivnosti.

Irak je stvorio ovu tehnologiju 1980-ih kao dio svog HEU programa zbog njene relativne jednostavnosti. Međutim, proizvodila je samo male količine srednje obogaćenog uranijuma (samo iznad 20%).

Proces elektromagnetskog odvajanja zasniva se na činjenici da, krećući se u magnetskom polju, naelektrisana čestica prati zakrivljenu putanju čiji poluprečnik zavisi od mase čestice. Teže čestice će kružiti više od lakših čestica, pod uslovom da su čestice jednako nabijene i kreću se istom brzinom.

U procesu obogaćivanja, uranijum tetrahlorid se jonizuje u uranijumovu plazmu, odnosno čvrsto jedinjenje UCL 4 se zagreva da bi se stvorio gas, koji se zatim ozrači elektronima da bi se proizveli slobodni atomi uranijuma koji su izgubili elektrone i postali pozitivno naelektrisani. Joni urana se zatim ubrzavaju i prolaze kroz jako magnetno polje. Nakon završetka pola ciklusa, snop atoma jonizovanog uranijuma se deli na osiromašeni deo, koji se nalazi bliže spoljašnjem zidu, i na deo obogaćen U-235, koji se nalazi bliže unutrašnjem zidu.

Zbog velike potrošnje energije pri stvaranju jakog magnetnog polja, kao i niske stope selekcije početne supstance urana, pored sporijeg i manje pogodnog rada takve instalacije, metoda elektromagnetne separacije je neperspektivna za industriju. postrojenja za obogaćivanje razmjera, posebno u svjetlu današnjih visokorazvijenih modela centrifuga generatora plina.

Mlaznica / Aerodinamičko odvajanje

Najnoviji proces obogaćivanja uranijuma koji se široko koristi naziva se aerodinamičko odvajanje. Ovaj proces je prvi put razvijen u Njemačkoj i koristila ga je južnoafrička vlada iz doba aparthejda u postrojenju koje je navodno izgrađeno za obezbjeđivanje nisko obogaćenog uranijuma za južnoafričke industrijske nuklearne elektrane, kao i za proizvodnju malih količina visoko obogaćenog uranijuma za gorivo nuklearni istraživački reaktor. U stvari, ovo postrojenje za obogaćivanje također je isporučivalo oko 400 kilograma uranijuma obogaćenog na više od 80% za vojne svrhe. Početkom 1990-ih, južnoafrički predsjednik Frederik de Klerk najavio je prestanak svih vojnih nuklearnih aktivnosti i uništenje svih postojećih bombi. Ovi zadaci su završeni godinu i po kasnije, neposredno nakon što je Južna Afrika postala članica NPT-a i prije nego što su provjere i zaštitne mjere Međunarodne agencije za atomsku energiju stupile na snagu.

Aerodinamičko odvajanje izotopa (koje uključuje mlaznicu i spiralni val) postiže obogaćivanje na sličan način kao i centrifugiranje plina, po tome što se plin tjera duž zakrivljene putanje koja pomiče teže molekule koji sadrže U-238 prema vanjskom zidu, a lakše molekule koji sadrže U-235 ostaju bliže unutrašnjem. U instalacijama mlaznica, gas uranijum heksafluorid se istiskuje pod pritiskom helijumom ili gasom vodonika kako bi se povećao protok gasa. Ovaj spoj se zatim propušta kroz nekoliko malih kružnih cijevi koje odvajaju unutrašnju bogatu struju od vanjskog siromašnog toka.

Odvajanje mlaznica/aerodinamičko odvajanje jedna je od najekonomičnijih od svih korištenih tehnologija obogaćivanja, posebno imajući u vidu tehničke poteškoće proizvodnje separacijskih mlaznica i visoku potrošnju energije pri kompresiji UF 6 i mješavine plinova nosača. Kao iu postrojenjima za difuziju gasa, tokom rada postrojenja za aerodinamičku separaciju takođe se stvaraju velike količine toplote, što zauzvrat zahteva veliki broj hladnjaka kao što je freon.

Druge tehnologije

Postoji niz drugih načina za obogaćivanje uranijuma. To su AVLIS - tehnologija za lasersko odvajanje izotopa u atomskom obliku, MLIS - molekularna metoda za lasersko odvajanje izotopa, CRISLA - hemijska reakcija kroz selektivnu izotopsku lasersku aktivaciju, kao i hemijsko i ionsko obogaćivanje, koji su također razvijeni, ali su uglavnom još uvijek u fazi testiranja ili demonstracija i nisu korišteni za obogaćivanje uranijuma u industrijske ili vojne svrhe.

Procesi kao što su AVLIS, CRISLA i MLIS koriste blagu razliku u atomskim svojstvima U-235 i U-238 da bi prvenstveno pobuđivali ili jonizovali jedan izotop u odnosu na drugi koristeći lasere velike snage. AVLIS metoda koristi metalni uranijum kao početni materijal i koristi elektrostatička polja da odvoji pozitivno nabijene jone U-235 od nenabijenih atoma U-238. MLIS i CRISLA tehnologije koriste uranijum heksafluorid kao polazni materijal, u kombinaciji sa drugim procesnim gasovima, i koriste dva različita lasera da pobuđuju i zatim hemijski menjaju molekule uranijum heksafluorida koji sadrže U-235, koji se zatim mogu odvojiti od drugih molekula koji sadrže U-238 koji nisu bili izloženi laseru. AVLIS tehnologiju je razvila Američka korporacija za obogaćivanje urana za industrijsku upotrebu, ali je napuštena kasnih 1990-ih zbog svoje neisplativosti. Istovremeno, i druge zemlje su prestale da koriste sve poznate proizvodne programe sa AVLIS i MLIS tehnologijama. Međutim, još uvijek se malo radi na predloženim istraživačkim mjestima gdje se ove tehnologije koriste za izotopsko odvajanje uranijuma, kao i drugih radionuklida, uključujući plutonijum.

Postoji i metoda obogaćivanja koja koristi male razlike u hemijskim svojstvima izotopa za odvajanje U-235 od U-238. To su takozvani procesi hemijskog i jonskog obogaćivanja, koji su razvijeni u okviru vladinih programa u Francuskoj i Japanu. Koristeći posebne otopine, uran se može razdvojiti na obogaćeni dio, koji se nalazi u jednoj struji rastvarača, i osiromašeni dio, koji se nalazi u drugoj struji rastvarača, koji se ne miješa s prvim – baš kao ulje i voda. Ova tehnologija obogaćivanja korištena je u Iraku. Do danas su svi poznati programi koji uključuju ovu metodu zatvoreni barem od ranih 1990-ih.

Sve ove tehnologije obogaćivanja nisu bile široko demonstrirane, iako su neke, poput AVLIS-a, mnogo dalje u razvoju, što bi ih moglo unaprediti do nivoa primene u proizvodnim pogonima. Potencijalna upotreba takvih alternativnih tehnologija u obogaćivanju uranijuma u ilegalnim programima i dalje izaziva zabrinutost, posebno ako isplativost postrojenja nije problem i ako je namijenjena samo za proizvodnju prilično male količine HEU potrebne za jednu ili dvije bombe godišnje. Međutim, danas glavna tehnologija za industrijsko obogaćivanje uranijuma u budućnosti za nuklearnu energiju i potencijalno širenje nuklearnog oružja ostaje centrifugiranje plinom.