ურანის გამდიდრების ტექნოლოგიები. იხილეთ რა არის „ურანის გამდიდრება“ სხვა ლექსიკონებში სუსტად გამდიდრებული ურანი

ბუნებრივი ურანი შეიცავს ურანის სამ იზოტოპს: 238 U (მასობრივი წილი 99,2745%), 235 U (წილი 0,72%) და 234 U (წილი 0,0055%). იზოტოპი 238 U არის შედარებით სტაბილური იზოტოპი, რომელსაც არ შეუძლია ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია თავისით, განსხვავებით იშვიათი 235 U-სგან. ამჟამად, 235 U არის პირველადი დასაშლელი მასალა ბირთვული რეაქტორისა და ბირთვული იარაღის ტექნოლოგიის ჯაჭვში. თუმცა, მრავალი გამოყენებისთვის 235 U იზოტოპის წილი ბუნებრივ ურანში მცირეა და ბირთვული საწვავის მომზადება ჩვეულებრივ მოიცავს ურანის გამდიდრების საფეხურს.

გამდიდრების მიზეზები

ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია გულისხმობს, რომ სულ მცირე ერთი ნეიტრონი ურანის ატომის დაშლიდან დაიჭერს სხვა ატომს და, შესაბამისად, გამოიწვევს მის დაშლას. პირველი მიახლოებით, ეს ნიშნავს, რომ ნეიტრონი რეაქტორს დატოვებამდე უნდა „შეეჯახოს“ 235 U ატომს. ეს ნიშნავს, რომ ურანის დიზაინი საკმარისად კომპაქტური უნდა იყოს ისე, რომ ნეიტრონისთვის შემდეგი ურანის ატომის პოვნის ალბათობა საკმაოდ მაღალი იყოს. მაგრამ როდესაც რეაქტორი მუშაობს, 235 U თანდათან იწვის, რაც ამცირებს ნეიტრონსა და 235 U ატომს შორის შეხვედრის ალბათობას, რაც აიძულებს ამ ალბათობის გარკვეული რეზერვის ჩაშენებას რეაქტორებში. შესაბამისად, 235 U-ის დაბალი წილი ბირთვულ საწვავში მოითხოვს:

• რეაქტორის უფრო დიდი მოცულობა ისე, რომ ნეიტრონი მასში დიდხანს დარჩეს;
• რეაქტორის მოცულობის უფრო დიდი ნაწილი უნდა დაიკავოს საწვავმა, რათა გაიზარდოს ნეიტრონისა და ურანის ატომს შორის შეჯახების ალბათობა;
• უფრო ხშირად საჭიროა საწვავის გადატვირთვა ახალი საწვავით, რათა შენარჩუნდეს მოცემული მოცულობითი სიმკვრივე 235 U რეაქტორში;
• ღირებული 235 U მაღალი წილი დახარჯულ საწვავში.

ბირთვული ტექნოლოგიების გაუმჯობესების პროცესში აღმოჩნდა ეკონომიკურად და ტექნოლოგიურად ოპტიმალური გადაწყვეტილებები, რომლებიც მოითხოვდნენ საწვავში 235 U შემცველობის გაზრდას, ანუ ურანის გამდიდრებას.

ბირთვულ იარაღში გამდიდრების ამოცანა თითქმის იგივეა: საჭიროა, რომ ბირთვული აფეთქების უკიდურესად მოკლე დროში, 235 U ატომის მაქსიმალურმა რაოდენობამ აღმოაჩინოს მათი ნეიტრონი, დაშლა და გაათავისუფლოს ენერგია. ეს მოითხოვს მაქსიმალურ შესაძლო მოცულობის სიმკვრივეს 235 U ატომს, რაც მიიღწევა მაქსიმალური გამდიდრებით.

ურანის გამდიდრების დონე

ბუნებრივი ურანი 235 U შემცველობით 0,72%, იგი გამოიყენება ზოგიერთ ენერგეტიკულ რეაქტორში (მაგალითად, კანადურ CANDU-ში), პლუტონიუმის წარმოების რეაქტორებში (მაგალითად, A-1).

ურანი 235 U-დან 20%-მდე შემცველობით ე.წ დაბალი გამდიდრებული(ინგლ. დაბალი გამდიდრებული ურანი, LEU). ურანი 2-5% გამდიდრებით ახლა ფართოდ გამოიყენება მთელ მსოფლიოში ენერგეტიკულ რეაქტორებში. 20%-მდე გამდიდრებული ურანი გამოიყენება კვლევით და ექსპერიმენტულ რეაქტორებში.

ურანი 235 U შემცველობით 20%-ზე მეტი ე.წ უაღრესად გამდიდრებული(ინგლ. მაღალ გამდიდრებული ურანი, HEU) ან იარაღი. ბირთვული ეპოქის გარიჟრაჟზე, ურანის საფუძველზე აშენდა რამდენიმე ტიპის იარაღის ტიპის ბირთვული იარაღი, დაახლოებით 90% გამდიდრებით. მაღალ გამდიდრებული ურანი შეიძლება გამოყენებულ იქნას თერმობირთვულ იარაღში, როგორც შეურაცხყოფა(შემწოვი ჭურვი) თერმობირთვული მუხტი. გარდა ამისა, უაღრესად გამდიდრებული ურანი გამოიყენება ატომურ ენერგეტიკულ რეაქტორებში საწვავის ხანგრძლივი ციკლით (ანუ იშვიათი ან საწვავის გარეშე), როგორიცაა კოსმოსური ხომალდების რეაქტორები ან გემების რეაქტორები.

რჩება გადამამუშავებელი ქარხნების ნარჩენების ნაგავსაყრელებში გაფუჭებული ურანი 235 U შემცველობით 0,1-0,3%. იგი ფართოდ გამოიყენება, როგორც ბირთვი ჯავშანტექნიკის საარტილერიო ჭურვებისთვის, ურანის მაღალი სიმკვრივისა და გაფუჭებული ურანის დაბალი ღირებულების გამო. სამომავლოდ გათვალისწინებულია გაფუჭებული ურანის გამოყენება სწრაფ ნეიტრონულ რეაქტორებში, სადაც ჯაჭვური რეაქციით ურანი-238 შეიძლება გარდაიქმნას ჯაჭვური რეაქციის დამხმარე პლუტონიუმ-239-ად. შედეგად მიღებული MOX საწვავი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტრადიციულ თერმული ნეიტრონული ენერგიის რეაქტორებში.

ტექნოლოგიები

მრავალი მეთოდი სცადეს სამრეწველო ურანის გამდიდრებისთვის, მაგრამ ამჟამად თითქმის ყველა გამდიდრების ობიექტი მუშაობს გაზის ცენტრიფუგაციის საფუძველზე. ცენტრიფუგირებასთან ერთად წარსულში ფართოდ გამოიყენებოდა აირისებური დიფუზიის მეთოდი. ბირთვული ეპოქის გარიჟრაჟზე გამოიყენებოდა ელექტრომაგნიტური, თერმული დიფუზიის და აეროდინამიკური მეთოდები. დღეს ცენტრიფუგაცია აჩვენებს საუკეთესო ეკონომიკურ პარამეტრებს ურანის გამდიდრებისთვის. თუმცა, მიმდინარეობს კვლევა პერსპექტიული გამოყოფის მეთოდებზე, როგორიცაა ლაზერული იზოტოპების გამოყოფა.

გამდიდრებული ურანის წარმოება მსოფლიოში

იზოტოპის გამოყოფის სამუშაო გამოითვლება სპეციალურ გამოყოფის სამუშაო ერთეულებში (SWP, ინგლისური Separative work unit, SWU). ურანის იზოტოპების გამყოფი ქარხნების სიმძლავრე ათასობით SWU-ში წელიწადში WNA ბაზრის ანგარიშის მიხედვით განვითარების პროგნოზით.

Ქვეყანა	კომპანია, ქარხანა	2012	2013	2015	2020
რუსეთი

სტატიის შინაარსი

ურანის მრეწველობა.ურანი არის ბირთვული ენერგიის მთავარი ენერგიის წყარო, რომელიც გამოიმუშავებს მსოფლიოს ელექტროენერგიის დაახლოებით 20%-ს. ურანის ინდუსტრია მოიცავს ურანის წარმოების ყველა ეტაპს, მათ შორის მოძიებას, განვითარებას და მადნის მოპოვებას. ურანის გადამუშავება რეაქტორის საწვავად შეიძლება ჩაითვალოს ურანის ინდუსტრიის ბუნებრივ ფილიალად.

რესურსები.

მსოფლიოში საკმარისად საიმედოდ შესწავლილი ურანის რესურსები, რომელიც შეიძლება გამოიყოს მადნიდან არაუმეტეს $100 თითო კილოგრამზე, შეფასებულია დაახლოებით 3,3 მილიარდ კგ U 3 O 8-ად. ამის დაახლოებით 20% (დაახლოებით 0,7 მილიარდი კგ U 3 O 8, სმ. ფიგურა) მოდის ავსტრალიაზე, შემდეგ მოდის აშშ (დაახლოებით 0,45 მილიარდი კგ U 3 O 8). სამხრეთ აფრიკასა და კანადას ურანის წარმოებისთვის მნიშვნელოვანი რესურსები აქვთ.

ურანის წარმოება.

ურანის წარმოების ძირითადი ეტაპებია მადნის მოპოვება მიწისქვეშა ან ღია ორმოს მოპოვებით, მადნის გამდიდრება (დახარისხება) და მადნიდან ურანის მოპოვება გამორეცხვით. მაღაროში ურანის მადანი ამოღებულია კლდის მასიდან ბურღვა-ასაფეთქებელი მეთოდით, დაქუცმაცებული მადანი დახარისხებულია და დაქუცმაცება და შემდეგ გადადის ძლიერ მჟავას ხსნარში (გოგირდის) ან ტუტე ხსნარში (ნატრიუმის კარბონატი, რომელიც ყველაზე სასურველია). კარბონატული მადნების შემთხვევაში). ურანის შემცველი ხსნარი გამოიყოფა გაუხსნელი ნაწილაკებისგან, კონცენტრირდება და იწმინდება იონგამცვლელ ფისებზე სორბციით ან ორგანული გამხსნელებით მოპოვებით. კონცენტრატი, როგორც წესი, U 3 O 8 ოქსიდის სახით, რომელსაც ეწოდება ყვითელი ნამცხვარი, შემდეგ ილექება ხსნარიდან, აშრობს და მოთავსებულია ფოლადის კონტეინერებში, რომლის ტევადობა დაახლოებით. 1000 ლ.

ადგილზე გამორეცხვა სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ფოროვანი დანალექი მადნებიდან ურანის მოსაპოვებლად. ტუტე ან მჟავე ხსნარი განუწყვეტლივ ამოდის მადნის სხეულში გაბურღული ჭაბურღილების მეშვეობით. ეს ხსნარი, მასში გადატანილი ურანით, კონცენტრირდება და იწმინდება, შემდეგ კი მისგან ნალექით მიიღება ყვითელი ნამცხვარი.

ურანის გადამუშავება ბირთვულ საწვავად.

ბუნებრივი ურანის კონცენტრატი - ყვითელი ნამცხვარი - არის ბირთვული საწვავის ციკლის საკვები. ბუნებრივი ურანის საწვავად გადაქცევისთვის, რომელიც აკმაყოფილებს ბირთვული რეაქტორის მოთხოვნებს, საჭიროა კიდევ სამი ეტაპი: გადაქცევა UF 6-ზე, ურანის გამდიდრება და საწვავის ელემენტების წარმოება (საწვავის ელემენტები).

კონვერტაცია UF6-ზე.

ურანის ოქსიდის U 3 O 8 ურანის ჰექსაფტორიდ UF 6-ად გადასაყვანად, ყვითელი ნამცხვარი ჩვეულებრივ ამცირებენ უწყლო ამიაკით UO 2-მდე, საიდანაც შემდეგ მიიღება UF 4 ჰიდროფლუორმჟავას გამოყენებით. ბოლო ეტაპზე, UF 4-ზე მოქმედებით სუფთა ფტორით, მიიღება UF 6 - მყარი პროდუქტი, რომელიც ამაღლდება ოთახის ტემპერატურაზე და ნორმალურ წნევაზე და დნება მომატებულ წნევაზე. ურანის ხუთ უმსხვილეს მწარმოებელს (კანადა, რუსეთი, ნიგერი, ყაზახეთი და უზბეკეთი) ერთად შეუძლიათ 65000 ტონა UF 6-ის წარმოება წელიწადში.

ურანის გამდიდრება.

ბირთვული საწვავის ციკლის მომდევნო ეტაპზე U-235-ის შემცველობა UF 6-ში იზრდება. ბუნებრივი ურანი შედგება სამი იზოტოპისგან: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) და U-234 (0,01%). ბირთვულ რეაქტორში დაშლის რეაქცია მოითხოვს U-235 იზოტოპის მაღალ შემცველობას. ურანის გამდიდრება ხდება იზოტოპების გამოყოფის ორი ძირითადი მეთოდით: გაზის დიფუზიის მეთოდით და გაზის ცენტრიფუგაციის მეთოდით. (ურანის გამდიდრებაში დახარჯული ენერგია იზომება გამოყოფის სამუშაო ერთეულებში, SWU.)

გაზის დიფუზიის მეთოდით, მყარი ურანის ჰექსაფტორიდი UF 6 წნევის შემცირებით გარდაიქმნება აირისებრ მდგომარეობაში, შემდეგ კი სპეციალური შენადნობისგან დამზადებულ ფოროვან მილებში ტუმბოს, რომლის კედლებშიც გაზი შეიძლება გავრცელდეს. იმის გამო, რომ U-235 ატომებს აქვთ ნაკლები მასა, ვიდრე U-238 ატომები, ისინი უფრო ადვილად და სწრაფად იშლება. დიფუზიის პროცესის დროს გაზი გამდიდრებულია U-235 იზოტოპში, ხოლო მილებში გავლილი გაზი ამოიწურება. გამდიდრებული აირი კვლავ გადის მილებში და პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ნიმუშში U-235 იზოტოპის შემცველობა არ მიაღწევს იმ დონეს (3-5%), რომელიც საჭიროა ბირთვული რეაქტორის მუშაობისთვის. (იარაღის ხარისხის ურანი საჭიროებს გამდიდრებას U-235 90%-ზე მეტ დონემდე.) გამდიდრების ნარჩენებში რჩება U-235 იზოტოპის მხოლოდ 0,2–0,3%. გაზის დიფუზიის მეთოდი ხასიათდება ენერგიის მაღალი ინტენსივობით. ამ მეთოდზე დაფუძნებული ქარხნები ხელმისაწვდომია მხოლოდ აშშ-ში, საფრანგეთსა და ჩინეთში.

რუსეთში, დიდ ბრიტანეთში, გერმანიაში, ნიდერლანდებსა და იაპონიაში გამოიყენება ცენტრიფუგაციის მეთოდი, რომლის დროსაც UF 6 გაზი ძალიან სწრაფად ბრუნავს. ატომების მასის განსხვავების გამო და, შესაბამისად, ატომებზე მოქმედი ცენტრიდანული ძალების გამო, გაზი დინების ბრუნვის ღერძის მახლობლად გამდიდრებულია მსუბუქი იზოტოპით U-235. გამდიდრებული აირი გროვდება და მოიპოვება.

საწვავის ღეროების წარმოება.

გამდიდრებული UF 6 ქარხანაში 2,5 ტონიანი ფოლადის კონტეინერებში მოდის. მისგან, UO 2 F 2 მიიღება ჰიდროლიზით, რომელიც შემდეგ მუშავდება ამონიუმის ჰიდროქსიდით. დალექილი ამონიუმის დიურანატი იფილტრება და იწვება ურანის დიოქსიდის UO 2-ის წარმოქმნით, რომელიც დაპრესილი და აგლომერირებულია პატარა კერამიკულ მარცვლებად. ტაბლეტები მოთავსებულია ცირკონიუმის შენადნობისაგან (Zircaloy) დამზადებულ მილებში და მიიღება საწვავის წნელები, ე.წ. საწვავის ელემენტები (საწვავის ელემენტები), რომლებიც აერთიანებს დაახლოებით 200 ცალი საწვავის სრულ შეკრებებს, რომლებიც მზად არიან გამოსაყენებლად ატომურ ელექტროსადგურებში.

დახარჯული ბირთვული საწვავი ძალიან რადიოაქტიურია და საჭიროებს განსაკუთრებულ ზომებს შენახვისა და განადგურების დროს. პრინციპში, მისი ხელახალი დამუშავება შესაძლებელია დაშლის პროდუქტების დარჩენილი ურანისა და პლუტონიუმისგან განცალკევებით, რომლებიც შეიძლება ხელახლა იქნას გამოყენებული როგორც ბირთვული საწვავი. მაგრამ ასეთი დამუშავება ძვირია და კომერციული ობიექტები ხელმისაწვდომია მხოლოდ რამდენიმე ქვეყანაში, როგორიცაა საფრანგეთი და დიდი ბრიტანეთი.

წარმოების მოცულობა.

1980-იანი წლების შუა პერიოდისთვის, რადგან ბირთვული ენერგიის სწრაფი ზრდის იმედი ჩაიშალა, ურანის წარმოება მკვეთრად დაეცა. შეჩერდა მრავალი ახალი რეაქტორის მშენებლობა და დაიწყო ურანის საწვავის მარაგების დაგროვება არსებულ საწარმოებში. საბჭოთა კავშირის დაშლის შემდეგ დასავლეთში ურანის მიწოდება კიდევ უფრო გაიზარდა.

სტატიის შინაარსი

ურანის მრეწველობა.ურანი არის ბირთვული ენერგიის მთავარი ენერგიის წყარო, რომელიც გამოიმუშავებს მსოფლიოს ელექტროენერგიის დაახლოებით 20%-ს. ურანის ინდუსტრია მოიცავს ურანის წარმოების ყველა ეტაპს, მათ შორის მოძიებას, განვითარებას და მადნის მოპოვებას. ურანის გადამუშავება რეაქტორის საწვავად შეიძლება ჩაითვალოს ურანის ინდუსტრიის ბუნებრივ ფილიალად.

რესურსები.

მსოფლიოში საკმარისად საიმედოდ შესწავლილი ურანის რესურსები, რომელიც შეიძლება გამოიყოს მადნიდან არაუმეტეს $100 თითო კილოგრამზე, შეფასებულია დაახლოებით 3,3 მილიარდ კგ U 3 O 8-ად. ამის დაახლოებით 20% (დაახლოებით 0,7 მილიარდი კგ U 3 O 8, სმ. ფიგურა) მოდის ავსტრალიაზე, შემდეგ მოდის აშშ (დაახლოებით 0,45 მილიარდი კგ U 3 O 8). სამხრეთ აფრიკასა და კანადას ურანის წარმოებისთვის მნიშვნელოვანი რესურსები აქვთ.

ურანის წარმოება.

ურანის წარმოების ძირითადი ეტაპებია მადნის მოპოვება მიწისქვეშა ან ღია ორმოს მოპოვებით, მადნის გამდიდრება (დახარისხება) და მადნიდან ურანის მოპოვება გამორეცხვით. მაღაროში ურანის მადანი ამოღებულია კლდის მასიდან ბურღვა-ასაფეთქებელი მეთოდით, დაქუცმაცებული მადანი დახარისხებულია და დაქუცმაცება და შემდეგ გადადის ძლიერ მჟავას ხსნარში (გოგირდის) ან ტუტე ხსნარში (ნატრიუმის კარბონატი, რომელიც ყველაზე სასურველია). კარბონატული მადნების შემთხვევაში). ურანის შემცველი ხსნარი გამოიყოფა გაუხსნელი ნაწილაკებისგან, კონცენტრირდება და იწმინდება იონგამცვლელ ფისებზე სორბციით ან ორგანული გამხსნელებით მოპოვებით. კონცენტრატი, როგორც წესი, U 3 O 8 ოქსიდის სახით, რომელსაც ეწოდება ყვითელი ნამცხვარი, შემდეგ ილექება ხსნარიდან, აშრობს და მოთავსებულია ფოლადის კონტეინერებში, რომლის ტევადობა დაახლოებით. 1000 ლ.

ადგილზე გამორეცხვა სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ფოროვანი დანალექი მადნებიდან ურანის მოსაპოვებლად. ტუტე ან მჟავე ხსნარი განუწყვეტლივ ამოდის მადნის სხეულში გაბურღული ჭაბურღილების მეშვეობით. ეს ხსნარი, მასში გადატანილი ურანით, კონცენტრირდება და იწმინდება, შემდეგ კი მისგან ნალექით მიიღება ყვითელი ნამცხვარი.

ურანის გადამუშავება ბირთვულ საწვავად.

ბუნებრივი ურანის კონცენტრატი - ყვითელი ნამცხვარი - არის ბირთვული საწვავის ციკლის საკვები. ბუნებრივი ურანის საწვავად გადაქცევისთვის, რომელიც აკმაყოფილებს ბირთვული რეაქტორის მოთხოვნებს, საჭიროა კიდევ სამი ეტაპი: გადაქცევა UF 6-ზე, ურანის გამდიდრება და საწვავის ელემენტების წარმოება (საწვავის ელემენტები).

კონვერტაცია UF6-ზე.

ურანის ოქსიდის U 3 O 8 ურანის ჰექსაფტორიდ UF 6-ად გადასაყვანად, ყვითელი ნამცხვარი ჩვეულებრივ ამცირებენ უწყლო ამიაკით UO 2-მდე, საიდანაც შემდეგ მიიღება UF 4 ჰიდროფლუორმჟავას გამოყენებით. ბოლო ეტაპზე, UF 4-ზე მოქმედებით სუფთა ფტორით, მიიღება UF 6 - მყარი პროდუქტი, რომელიც ამაღლდება ოთახის ტემპერატურაზე და ნორმალურ წნევაზე და დნება მომატებულ წნევაზე. ურანის ხუთ უმსხვილეს მწარმოებელს (კანადა, რუსეთი, ნიგერი, ყაზახეთი და უზბეკეთი) ერთად შეუძლიათ 65000 ტონა UF 6-ის წარმოება წელიწადში.

ურანის გამდიდრება.

ბირთვული საწვავის ციკლის მომდევნო ეტაპზე U-235-ის შემცველობა UF 6-ში იზრდება. ბუნებრივი ურანი შედგება სამი იზოტოპისგან: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) და U-234 (0,01%). ბირთვულ რეაქტორში დაშლის რეაქცია მოითხოვს U-235 იზოტოპის მაღალ შემცველობას. ურანის გამდიდრება ხდება იზოტოპების გამოყოფის ორი ძირითადი მეთოდით: გაზის დიფუზიის მეთოდით და გაზის ცენტრიფუგაციის მეთოდით. (ურანის გამდიდრებაში დახარჯული ენერგია იზომება გამოყოფის სამუშაო ერთეულებში, SWU.)

გაზის დიფუზიის მეთოდით, მყარი ურანის ჰექსაფტორიდი UF 6 წნევის შემცირებით გარდაიქმნება აირისებრ მდგომარეობაში, შემდეგ კი სპეციალური შენადნობისგან დამზადებულ ფოროვან მილებში ტუმბოს, რომლის კედლებშიც გაზი შეიძლება გავრცელდეს. იმის გამო, რომ U-235 ატომებს აქვთ ნაკლები მასა, ვიდრე U-238 ატომები, ისინი უფრო ადვილად და სწრაფად იშლება. დიფუზიის პროცესის დროს გაზი გამდიდრებულია U-235 იზოტოპში, ხოლო მილებში გავლილი გაზი ამოიწურება. გამდიდრებული აირი კვლავ გადის მილებში და პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ნიმუშში U-235 იზოტოპის შემცველობა არ მიაღწევს იმ დონეს (3-5%), რომელიც საჭიროა ბირთვული რეაქტორის მუშაობისთვის. (იარაღის ხარისხის ურანი საჭიროებს გამდიდრებას U-235 90%-ზე მეტ დონემდე.) გამდიდრების ნარჩენებში რჩება U-235 იზოტოპის მხოლოდ 0,2–0,3%. გაზის დიფუზიის მეთოდი ხასიათდება ენერგიის მაღალი ინტენსივობით. ამ მეთოდზე დაფუძნებული ქარხნები ხელმისაწვდომია მხოლოდ აშშ-ში, საფრანგეთსა და ჩინეთში.

რუსეთში, დიდ ბრიტანეთში, გერმანიაში, ნიდერლანდებსა და იაპონიაში გამოიყენება ცენტრიფუგაციის მეთოდი, რომლის დროსაც UF 6 გაზი ძალიან სწრაფად ბრუნავს. ატომების მასის განსხვავების გამო და, შესაბამისად, ატომებზე მოქმედი ცენტრიდანული ძალების გამო, გაზი დინების ბრუნვის ღერძის მახლობლად გამდიდრებულია მსუბუქი იზოტოპით U-235. გამდიდრებული აირი გროვდება და მოიპოვება.

საწვავის ღეროების წარმოება.

გამდიდრებული UF 6 ქარხანაში 2,5 ტონიანი ფოლადის კონტეინერებში მოდის. მისგან, UO 2 F 2 მიიღება ჰიდროლიზით, რომელიც შემდეგ მუშავდება ამონიუმის ჰიდროქსიდით. დალექილი ამონიუმის დიურანატი იფილტრება და იწვება ურანის დიოქსიდის UO 2-ის წარმოქმნით, რომელიც დაპრესილი და აგლომერირებულია პატარა კერამიკულ მარცვლებად. ტაბლეტები მოთავსებულია ცირკონიუმის შენადნობისაგან (Zircaloy) დამზადებულ მილებში და მიიღება საწვავის წნელები, ე.წ. საწვავის ელემენტები (საწვავის ელემენტები), რომლებიც აერთიანებს დაახლოებით 200 ცალი საწვავის სრულ შეკრებებს, რომლებიც მზად არიან გამოსაყენებლად ატომურ ელექტროსადგურებში.

დახარჯული ბირთვული საწვავი ძალიან რადიოაქტიურია და საჭიროებს განსაკუთრებულ ზომებს შენახვისა და განადგურების დროს. პრინციპში, მისი ხელახალი დამუშავება შესაძლებელია დაშლის პროდუქტების დარჩენილი ურანისა და პლუტონიუმისგან განცალკევებით, რომლებიც შეიძლება ხელახლა იქნას გამოყენებული როგორც ბირთვული საწვავი. მაგრამ ასეთი დამუშავება ძვირია და კომერციული ობიექტები ხელმისაწვდომია მხოლოდ რამდენიმე ქვეყანაში, როგორიცაა საფრანგეთი და დიდი ბრიტანეთი.

წარმოების მოცულობა.

1980-იანი წლების შუა პერიოდისთვის, რადგან ბირთვული ენერგიის სწრაფი ზრდის იმედი ჩაიშალა, ურანის წარმოება მკვეთრად დაეცა. შეჩერდა მრავალი ახალი რეაქტორის მშენებლობა და დაიწყო ურანის საწვავის მარაგების დაგროვება არსებულ საწარმოებში. საბჭოთა კავშირის დაშლის შემდეგ დასავლეთში ურანის მიწოდება კიდევ უფრო გაიზარდა.

ბირთვული საწვავის გამდიდრება, ურანის უაღრესად გახლეჩილი იზოტოპის, ურანის 235, გამოყოფა დომინანტური იზოტოპისგან, ურანი 238. ურანის (VI) ფტორიდი გაზი განიცდის დიფუზიურ გამოყოფას, რომელიც იყენებს დანაყოფების სერიას... ... სამეცნიერო და ტექნიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი

ᲒᲐᲛᲓᲘᲓᲠᲔᲑᲐ- (1) აფეთქება, ატმოსფერულ ჰაერში ჟანგბადის შეყვანა ლითონის დნობის დროს ტექნოლოგიური პროცესის გასაძლიერებლად (იხ.), (2) მინერალების დამუშავება, შავი, ფერადი და ძვირფასი ლითონის მადნების, ქვანახშირის დამუშავების სხვადასხვა მეთოდების ნაკრები, და ა.შ........ დიდი პოლიტექნიკური ენციკლოპედია

ურანის მადნის დამუშავება არის მინერალური ურანის შემცველი ნედლეულის პირველადი გადამუშავების პროცესების ერთობლიობა, რომლის მიზანია ურანის გამოყოფა სხვა მინერალებისგან, რომლებიც ქმნიან მადანს. ამ შემთხვევაში მინერალების შემადგენლობაში ცვლილება არ ხდება, არამედ მხოლოდ მათი... ... ბირთვული ენერგიის პირობები

ურანის მადნის გამდიდრება- მინერალური ურანის შემცველი ნედლეულის პირველადი გადამუშავების პროცესების ერთობლიობა, რომლის მიზანია ურანის გამოყოფა მადნის შემადგენელი სხვა მინერალებისგან. ამ შემთხვევაში მინერალების შემადგენლობის ცვლილება არ ხდება, არამედ მხოლოდ მათი მექანიკური გამოყოფა... ... ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

რადიომეტრული მადნის გამდიდრება არის მადნის დამუშავების პროცესი, რომელიც დაფუძნებულია სხვადასხვა სახის გამოსხივების მატერიასთან ურთიერთქმედების საფუძველზე. მადნების რადიომეტრიული გამდიდრების ტექნოლოგიაში გამოიყოფა პროცესის ორი ტიპი: რადიომეტრული დახარისხება ... ... ვიკიპედია

- (ინგლისური მაგნიტური გამოყოფა, მინერალების მაგნიტური კონცენტრაცია; გერმანული magnetische Aufbereitung f der Bodenschätze) მინერალების გამდიდრება, მინერალების ნაწილაკებზე არაერთგვაროვანი მაგნიტური ველის მოქმედების საფუძველზე ... ... ვიკიპედია

- (ა. ქიმიური გადამუშავება; n. chemische Aufbereitung; ფ. კონცენტრაცია par voie chimique, გამდიდრების chimique; i. tratamiento quimico, preparacion quimica, elaboracion quimica) მადნების პირველადი დამუშავების ტექნოლოგია, კოლექტიური და... ... გეოლოგიური ენციკლოპედია

ურანი არის ბირთვული ენერგიის მთავარი ენერგიის წყარო, რომელიც გამოიმუშავებს მსოფლიოს ელექტროენერგიის დაახლოებით 20%-ს. ურანის ინდუსტრია მოიცავს ურანის წარმოების ყველა ეტაპს, მათ შორის მოძიებას, განვითარებას და მადნის მოპოვებას. გადამუშავება...... კოლიერის ენციკლოპედია

თითქმის მზადაა წასასვლელად... ვიკიპედია

ბირთვული რეაქტორის საწვავის ელემენტი ბირთვული საწვავი არის ნივთიერება, რომელიც გამოიყენება ბირთვულ რეაქტორებში ბირთვული დაშლის ჯაჭვური რეაქციის განსახორციელებლად. სარჩევი 1 ზოგადი ინფორმაცია 2 კლასიფიკაცია ... ვიკიპედია

წიგნები

• ისპაჰანის "ვარდი", მიშელ გევინი, 2000 წ. ირანი. მიწისძვრა ხდება ქალაქ ისპაჰანის მიდამოებში დიდი ნგრევითა და მსხვერპლით. ირანის ხელისუფლება იმის გაცნობიერებით, რომ დამოუკიდებლად ვერ უმკლავდება, იძულებულია მიმართოს... კატეგორია:

რედაქტორისგან:ირანის ბირთვული საქმიანობის შესახებ ახალი ამბები კიდევ ერთხელ ადასტურებს ურანის გამდიდრების თემის აქტუალურობას. ჟურნალის SDA-ს ეს ნომერი მიზნად ისახავს მხარი დაუჭიროს დასაბუთებულ დებატებს ურანის გამდიდრების სტატუსისა და პროცესის შესახებ ინფორმაციისა და ანალიზით.

სტატიაში აღწერილია ურანის გამდიდრების პროცესი და ტექნოლოგიები, ასევე მოცემულია მოკლე ისტორიული ფონი. IN მოკლედ არის წარმოდგენილი ინფორმაცია მსოფლიოს სხვადასხვა ქვეყანაში ურანის გამდიდრების ქარხნების ოპერირების მდგომარეობის შესახებ. თქვენ შეგიძლიათ შეამოწმოთ თქვენი ცოდნა ურანის გამდიდრების სფეროში პასუხის გაცემით .

სტატია, ცხრილი და ტესტი ეფუძნება მოხსენებას , გამოქვეყნდა 2004 წლის ოქტომბერში IEER-ის მიერ ბირთვული პოლიტიკის კვლევის ინსტიტუტისთვის. ბმულები მოცემულია ანგარიშში.

ურანის გამდიდრების სფეროში ცოდნა და შესაძლებლობები საკმაოდ ფართოდ გავრცელდა როგორც ბირთვულ ენერგიაში, ასევე ბირთვული იარაღის შექმნაში. მრავალი თვალსაზრისით, ეს პროცესი უკვე უკონტროლოა. და ეს განსაკუთრებით შემაშფოთებელია გაჩენილი წინადადებების ფონზე, რამაც შესაძლოა ხელი შეუწყოს ბირთვული ენერგიის ფართო გამოყენებას მთელს მსოფლიოში უახლოეს ათწლეულებში.

მაგალითად, ათასი 1000 მეგავატი სიმძლავრის ატომური ელექტროსადგურის საწვავისთვის (ჩვეულებრივი მაგალითია მრავალი ბირთვული განვითარების პროგრამაში) საჭირო იქნება ურანის გამდიდრების გლობალური სიმძლავრე, რომელიც დაახლოებით 9-10-ჯერ აღემატება იმ წარმოებას, რომელიც ამჟამად მუშაობს შეერთებულ შტატებში. თუ ამ სიმძლავრის თუნდაც ერთი პროცენტი გამოიყენებოდა უაღრესად გამდიდრებული ურანის (HEU) წარმოებისთვის, მაშინ ყოველწლიურად წარმოიქმნებოდა HEU ისეთი მოცულობები, რომლებიც შესაძლებელს გახდის შექმნას 175-დან 310-მდე ბირთვული იარაღი. გაზის წარმომქმნელი ცენტრიფუგების და სხვა გამდიდრების ქარხნების ასაშენებლად და გასამდიდრებლად საჭირო სპეციალიზებული მასალებით ვაჭრობის გაფართოების გათვალისწინებით, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ბირთვული ენერგიის წარმოების გაზრდა, ვაჭრობის კანონიერების დადგენა და სავარაუდო „მშვიდობიანი“ ტექნოლოგიების განაწილება კიდევ უფრო გართულდება.

მნიშვნელოვანია ყურადღება მივაქციოთ ისეთ სახელმწიფოებს, როგორიცაა ირანი, რომლებიც ამჟამად პროგრესირებენ ბირთვული იარაღის პროგრამის მხარდაჭერის მცდელობებში. თუმცა, თანაბრად მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, თუ რამდენად ფართოდ არის გავრცელებული ურანის გამდიდრების ტექნოლოგია და რამდენად შეიძლება გაიზარდოს საფრთხე, თუკი ამ ტექნოლოგიების გამოყენება დაიშვება მსოფლიოს ნებისმიერ წერტილში, ბირთვული ენერგიის გამოყენების გაფართოების მიზნით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კარგი იქნება, არ უგულებელვყოთ ქვეყნები, რომლებსაც აქვთ მოწინავე ბირთვული იარაღი და ატომური ენერგიის პროგრამები, მაგრამ გავითვალისწინოთ მათი შთამბეჭდავი გავრცელების პოტენციალი და ნაკლებად შთამბეჭდავი ჩანაწერი ამ სფეროში 1 . ბირთვული იარაღის გაუვრცელებლობის ხელშეკრულების (NPT) მონაწილე ხუთივე ბირთვულ ძალას - აშშ-ს, რუსეთს, დიდ ბრიტანეთს, საფრანგეთსა და ჩინეთს - აქვს ურანის გამდიდრების ქარხნები, რომლებიც ოდესღაც იყენებდნენ იარაღის ხარისხის HEU-ს წარმოებას. ხუთივე სახელმწიფოს ასევე აქვს სრულმასშტაბიანი გამდიდრების ობიექტები, რომლებიც მონაწილეობდნენ დაბალი გამდიდრებული ურანის (LEU) წარმოებაში, რომელიც გამოიყენება როგორც საწვავი ინდუსტრიული ბირთვული რეაქტორებისთვის.

ბირთვული იარაღის მქონე ხუთი ცნობილი სახელმწიფოს გარდა, მხოლოდ სამ სხვა ქვეყანას აქვს ურანის გამდიდრების ობიექტები, რომლებიც გამოიყენებოდა დიდი რაოდენობით საწვავის წარმოებისთვის სამრეწველო ბირთვული რეაქტორებისთვის. თუმცა, არის კიდევ რამდენიმე ქვეყანა, რომელიც ჩართული იყო გამდიდრების ტექნოლოგიებში და ზოგიერთი მათგანი ცნობილია ან ეჭვმიტანილია გამდიდრების პოტენციალის სამხედრო მიზნებისთვის გამოყენებაში. მოკლედ არის წარმოდგენილი დღეს არსებული ინფორმაცია მსოფლიოს სხვადასხვა ქვეყანაში ურანის გამდიდრების ქარხნების ოპერირების სტატუსის შესახებ.

პაკისტანში, ერთ-ერთ იმ სახელმწიფოში, რომელმაც შექმნა ბირთვული იარაღი NPT-ის მონაწილეების გარეშე, არის ქარხნები, სადაც მათ სამხედრო მიზნებისთვის გაამდიდრეს HEU. როგორც ცნობილია, სამხრეთ აფრიკა ასევე აწარმოებდა ბირთვულ იარაღს საკუთარი წარმოებიდან მიღებული გამდიდრებული ურანის გამოყენებით. მეორეს მხრივ, ინდოეთმა და ისრაელმა შექმნეს ატომური ბომბები პლუტონიუმ-239-ისგან (რომელიც წარმოიქმნება ბირთვულ რეაქტორებში, როდესაც არადაშლილი ურანი-238 შთანთქავს დაბალი ენერგიის ნეიტრონს). ჩრდილოეთ კორეა, რომელიც გავიდა NPT-დან 2003 წლის იანვარში საჭირო სამი თვის გაფრთხილების გარეშე, აჩენს სერიოზულ ეჭვებს, რომ მან მცირე რაოდენობით აწარმოა ბირთვული იარაღი პლუტონიუმის გამოყენებით. ასევე ღია რჩება საკითხი ჩრდილოეთ კორეაში ურანის გამდიდრების პროგრამის შესაძლო გაგრძელების შესახებ.

ურანი

მხოლოდ ერთი ელემენტი, რომელიც ბუნებაში გვხვდება, არის ნედლეული ატომური ბომბების დასამზადებლად. ეს არის ურანი, ქიმიური ნიშანი "U" 2. ურანის გამორჩეული თვისება, რომელიც აუცილებელია ბირთვული იარაღისა და ატომური ენერგიის წარმოებისთვის, არის მისი უნარი დაიშალოს ან დაიყოს ორ მსუბუქ ფრაქციად ნეიტრონებით დასხივებით და ამ პროცესში ენერგიის გამოყოფა.

ბუნებრივი ურანი (ანუ ის, რაც დედამიწის სიღრმიდან არის მოპოვებული) წარმოიქმნება სამი სხვადასხვა იზოტოპის, ანუ სამი განსხვავებული ატომური მასის მქონე ატომების კომბინაციაში, რომლებსაც აქვთ არსებითად იგივე ქიმიური, მაგრამ განსხვავებული ბირთვული თვისებები. ეს იზოტოპებია ურანი-234, ურანი-235 და ურანი-238. ურანი-234 არის უაღრესად რადიოაქტიური მიკროელემენტი, რომელიც გვხვდება ბუნებრივ ურანში. ურანი-235 ერთადერთი დაშლილი ნივთიერებაა, რომელიც ბუნებაში გვხვდება მნიშვნელოვანი რაოდენობით. ურანი-238 - ეს იზოტოპი ჭარბობს ბუნებრივ ურანში (ბუნებრივი ურანის ნიმუშის მასის 99,284% არის ურანი-238), მაგრამ მისი დაშლა შეუძლებელია. თუმცა, ურანი-238 შეიძლება გამოიყოს მაღალი ენერგიის ნეიტრონებით, ათავისუფლებს დიდი რაოდენობით ენერგიას და ამიტომ ხშირად გამოიყენება თერმობირთვული ან წყალბადის ბომბების ასაფეთქებელი ძალაუფლების გასაზრდელად.

ბუნებრივ ურანში ნაპოვნი ამ სამი იზოტოპის ზოგიერთი თვისება შეჯამებულია ცხრილში 1. ვინაიდან ურანი-234 შეადგენს ბუნებრივი ურანის მთლიანი მასის ძალიან მცირე ნაწილს და არ გამოიყენება რაიმე სერიოზულ პროგრამებში, ამ სტატიაში ვისაუბრებთ. დეტალურად მხოლოდ დანარჩენ ორ იზოტოპზე - ურანი-235 და ურანი-238.

ცხრილი 1: ურანის იზოტოპების შეჯამება

მცირე რაოდენობით U-235-ის წყალობით, ბუნებრივ ურანს შეუძლია ჯაჭვური რეაქციის მხარდაჭერა გარკვეულ პირობებში და, შესაბამისად, საწვავია გარკვეული ტიპის რეაქტორებისთვის (გრაფიტის ბირთვული რეაქტორები და მძიმე წყლის ბირთვული რეაქტორები 3 - ეს უკანასკნელი კომერციულად იყიდება კანადის მიერ სამრეწველო საწარმოზე. მასშტაბი). დღეს ყველაზე გავრცელებულ რეაქტორში (მსუბუქი წყლის ბირთვული), რომელშიც ჩვეულებრივი წყალი გამაგრილებელ და ზომიერ აგენტად მოქმედებს, რეაქციის შესანარჩუნებლად U-235-ის წილი საწვავში უნდა აღემატებოდეს 0,7%-ს - მისი შემცველობის დონეს ბუნებრივი ურანი.

საწარმოო პროცესების ერთობლიობას, რომელიც ხორციელდება U-235-ის პროცენტული შემცველობის გაზრდის მიზნით ურანის განსაზღვრულ რაოდენობაში, ეწოდება "ურანის გამდიდრება". აქ ტერმინი „გამდიდრება“ ნიშნავს U-235-ის გაფანტული იზოტოპის პროცენტის გაზრდას. მსუბუქი წყლის ბირთვული რეაქტორები, როგორც წესი, იყენებენ 3-დან 5 პროცენტამდე გამდიდრებულ ურანს, რაც ნიშნავს, რომ საწვავი შეიცავს 3-დან 5 პროცენტამდე U-235 და დანარჩენი რეალურად არის U-238. U-235 ამ დონის მქონე ნივთიერებას ეწოდება "დაბალი გამდიდრებული ურანი" ან LEU.

ატომური ბომბები არ შეიძლება შეიქმნას ბუნებრივი ან დაბალი გამდიდრებული ურანისაგან. U-235-ის პროპორცია ძალიან მცირეა იმისთვის, რომ წარმოქმნას მზარდი "ზეკრიტიკული" ჯაჭვური რეაქცია საკმარისად მოკლე დროში აფეთქების წარმოებისთვის. ატომური ბომბის შესაქმნელად, U-235 შემცველობა ურანში უნდა იყოს მინიმუმ 20%. თუმცა, ასეთ მინიმალურ დონეზე გამდიდრებული ურანისაგან დამზადებული ბომბი ზედმეტად მოცულობითი იქნება მისაწოდებლად, რადგან მას დასჭირდება უზარმაზარი ურანი და კიდევ უფრო ჩვეულებრივი ასაფეთქებელი ნივთიერებები, რათა შეკუმშოს იგი სუპერკრიტიკულ მასად.

პრაქტიკაში, ურანი, რომელიც შეიცავს მინიმუმ 90% U-235, უკვე გამოიყენეს ბირთვული იარაღის შესაქმნელად. გამდიდრების ამ დონის ნივთიერებას უწოდებენ მაღალ გამდიდრებულ ურანს, ან HEU. ატომური ბომბი, რომელმაც გაანადგურა ჰიროშიმა 1945 წლის 6 აგვისტოს, შეიქმნა დაახლოებით 60 კილოგრამი HEU-დან. მაღალგამდიდრებული ურანი ასევე გამოიყენება კვლევით და საზღვაო ბირთვულ რეაქტორებში - ავიამზიდებსა და წყალქვეშა ნავებზე. HEU, რომელიც განკუთვნილია ბირთვული კვლევითი რეაქტორებისთვის, შეიძლება იყოს განსაკუთრებით საინტერესო მათთვის, ვისაც სურს ბირთვული დივერსიის ჩადენა, რადგან ის ზოგადად ნაკლებად უსაფრთხოა და ხშირად მდებარეობს ქალაქებში ან უნივერსიტეტის ტერიტორიაზე. ბირთვული რეაქტორის დასხივებული საწვავისგან განსხვავებით, დაუსხივებელი HEU არ წარმოადგენს რადიოაქტიურ საფრთხეს.

იგივე პროცესი და წარმოება შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამრეწველო მსუბუქი წყლის რეაქტორებში საწვავისთვის ურანის გასამდიდრებლად, ანუ LEU-ს შესაქმნელად, ასევე ატომური ბომბებისთვის HEU-ს მისაღებად. ამრიგად, ურანის გამდიდრების ყველა ტექნოლოგია ბირთვული იარაღის გავრცელების პოტენციური წყაროა. გარდა ამისა, ურანის გამდიდრების ზოგიერთი სხვა მეთოდი გაცილებით რთულად ამოსაცნობია, რაც დამატებით შეშფოთებას იწვევს არალეგალური პროგრამების შესაძლო არსებობის შესახებ.

ურანის გამდიდრება

ვინაიდან ურანის ყველა იზოტოპს აქვს პრაქტიკულად ერთი და იგივე ქიმიური თვისებები, ნიმუშში ურანის 235-ის პროპორციის ზრდა დამოკიდებულია იზოტოპების ატომური მასების განსხვავებაზე (რომლებსაც ენიჭებათ შემდეგი რიცხვები: 234, 235 და 238). U-238 ოდნავ აღემატება ერთ პროცენტზე მძიმე ვიდრე U-235. თუ ურანი გადაიქცევა გაზად, მაშინ მსუბუქი U-235 შემცველი მოლეკულები, საშუალოდ, უფრო მაღალი სიჩქარით მოძრაობენ (მიცემულ ტემპერატურაზე) შედარებით მძიმე მოლეკულებთან შედარებით, რომლებიც შეიცავს U-238-ს.

გამდიდრების ტიპიური პროცესის დროს, ბუნებრივი ურანის გაზის ნაკადი, რომელიც შეიცავს U-235 და U-238, იყოფა ორ ნაკადად ორი იზოტოპის მასის მცირე განსხვავების გამო. ერთი ნაკადი უფრო მდიდარი ხდება ურანი-235-ით („გამდიდრებული“ ურანის ნაკადი), მეორე კი ღარიბი ხდება ამ იზოტოპში („დამოკლებული“ ურანის ნაკადი, სადაც ტერმინი „გაფუჭებული“ ნიშნავს U-235-ის დაბალ პროცენტს ბუნებრივთან შედარებით. ურანი). უფრო დეტალური ინფორმაცია გამდიდრების პროცესების შესახებ წარმოდგენილია ქვემოთ, თავში „გამდიდრების ტექნოლოგიები“ 4.

ურანის გამდიდრების ქარხნის სიმძლავრე U-235-ის პროცენტის გაზრდისთვის გამოიხატება ერთეულებში, რომელსაც ეწოდება კილოგრამები Separative Work Units (SWU, ინგლისურად გამოითქმის "swuz"). წარმოების დონის საწარმოებში, ქარხნის სიმძლავრე ჩვეულებრივ მერყეობს რამდენიმე ასეულიდან რამდენიმე ათას მეტრულ ტონამდე SWU (MTEPP) წელიწადში. (1 MTERP = 1000 SWU.) გამოყოფის სამუშაოს ერთეული არის რთული ერთეული, რომელიც დამოკიდებულია როგორც U-235-ის პროპორციაზე, რომელიც სასურველია გამდიდრებულ ნაკადში, ასევე იმაზე, თუ რამდენი U-235 საწყისი მასალისგან რჩება ამოწურულ ნაკადში. იზოტოპი. SWU შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ძალისხმევა, რომელიც საჭიროა გამდიდრების განსაზღვრული მაჩვენებლის მისაღწევად. რაც უფრო ნაკლებია U-235 ნედლეულიდან, რომელიც უნდა იყოს შენახული გაფუჭებულ ურანში, მით მეტი SWU არის საჭირო გამდიდრების სასურველი ხარისხის მისაღწევად 5 .

გამდიდრების ქარხნის მიერ მოწოდებული SWU-ს რაოდენობა პირდაპირ დამოკიდებულია ამ ქარხნის მიერ მოხმარებული ენერგიის რაოდენობაზე. დღეს გამდიდრების ორი ყველაზე გავრცელებული ტექნოლოგია, რომლებიც დეტალურად არის აღწერილი ქვემოთ, მნიშვნელოვნად განსხვავდება ენერგიის მოხმარებით. თანამედროვე აირისებური დიფუზიური სადგურები, როგორც წესი, საჭიროებენ 2400-დან 2500 კილოვატ/საათამდე (კვტ/სთ) ელექტროენერგიას თითო SWU-ზე, ხოლო გაზიფიკატორის ცენტრიფუგა სადგურებს სჭირდებათ მხოლოდ 50-დან 60 კვტ/სთ ელექტროენერგია თითო SWU-ზე.

ტიპიური 1000 მეგავატიანი მსუბუქი წყლის ბირთვული რეაქტორის გასაძლიერებლად გამდიდრებული ურანის საწვავად გამოყენებული იქნება დაახლოებით 100000-დან 120000 SWU ურანის გამდიდრების სერვისი წელიწადში. თუ ასეთი გამდიდრება უზრუნველყოფილი იქნებოდა აირისებური დიფუზიის ქარხნით (როგორც ამჟამად მუშაობს პადუკაში, კენტუკი, აშშ), მაშინ გამდიდრების პროცესი მოიხმარს ამ რეაქტორის მიერ გამომუშავებული ელექტროენერგიის დაახლოებით 3-4%-ს 6 . მეორე მხრივ, ურანის საწვავის გამდიდრება რომ განხორციელდეს გაზის გენერატორის ცენტრიფუგაში (რომლებიც დღეს მსოფლიოს ბევრ ქვეყანაში ფუნქციონირებს), მაშინ გამდიდრების პროცესი წელიწადში ატომური სადგურის მიერ გამომუშავებული ელექტროენერგიის 0,1%-ზე ნაკლებს მოიხმარს.

SWU-ს კილოგრამის გარდა, ღირს კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პარამეტრის გათვალისწინება. ეს არის ბუნებრივი ურანის მასა, რომელიც საჭიროა გამდიდრებული ურანის სასურველი მასის მისაღებად. ისევე როგორც SWU-ს რაოდენობასთან დაკავშირებით, საჭირო საკვები მასალის რაოდენობა ასევე დამოკიდებული იქნება სასურველი გამდიდრების ხარისხზე, ისევე როგორც U-235-ის რაოდენობაზე, რომელიც რჩება გაფუჭებულ ურანში. ბუნებრივი ურანის საჭირო რაოდენობა შემცირდება, რადგან U-235-ის პროპორცია, რომელიც უნდა შენარჩუნდეს დაცლილ ურანში მცირდება.

მაგალითად, მსუბუქი წყლის ბირთვული რეაქტორისთვის LEU გამდიდრებისას გამდიდრებული ნაკადი ჩვეულებრივ შეიცავს 3,6 პროცენტს U-235 (შედარებით 0,7 პროცენტს ბუნებრივ ურანში), ხოლო მჭლე ნაკადი შეიცავს 0,2-დან 0,3 პროცენტამდე U-235-ს. ერთი კილოგრამი ასეთი LEU-ის წარმოებისთვის საჭირო იქნება დაახლოებით 8 კილოგრამი ბუნებრივი ურანი და 4.5 SWU, თუ U-235-ის დასაშვები წილი გაფუჭებული ურანის ნაკადში არის 0.3%. მეორეს მხრივ, თუ მხოლოდ 0,2% U-235 დარჩება ამოწურვის ნაკადში, მაშინ მხოლოდ 6,7 კილოგრამი ბუნებრივი ურანი იქნება საჭირო, მაგრამ დაახლოებით 5,7 SWU გამდიდრებისთვის.

ერთი კილოგრამი მაღალგამდიდრებული ურანის (ანუ 90% U-235 ურანის შემცველი) მისაღებად საჭირო იქნება 193 SWU-ზე მეტი და თითქმის 219 კილოგრამი ბუნებრივი ურანი, იმ პირობით, რომ 0,3% U-235 დარჩეს გაფუჭებულ ურანში. თუ U-235-ის მისაღები პროპორცია გაფუჭებულ ურანში არის 0.2%, საჭირო იქნება თითქმის 228 SWU და 176 კილოგრამზე მეტი ბუნებრივი ურანი.

ცხრილში 2 მოცემულია ხარჯების შეჯამება (ბუნებრივი ურანისა და გამდიდრების სერვისებისთვის), რომელიც საჭიროა ერთი კილოგრამი LEU და ერთი კილოგრამი HEU 0.2% და 0.3% U-235-ის წარმოებისთვის გაფუჭებული ურანის ნაკადში.

ცხრილი 2: ერთი კილოგრამი დაბალი გამდიდრებული ურანის მოპოვების ხარჯები
და ერთი კილოგრამი მაღალგამდიდრებული ურანი

LEU = ურანი, რომელიც შეიცავს 3.6% U-235, ჩვეულებრივ გამოიყენება მსუბუქი წყლის რეაქტორში.
HEU = 90% U-235 ურანი, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიყენება ბირთვული იარაღის დასამზადებლად.
SWU = Separation Work Unit
კგ = კილოგრამი

იმის გათვალისწინებით, რომ გამდიდრების პროცესში ბუნებრივი ურანის და SWU საჭირო მოცულობა იცვლება საპირისპირო მიმართულებით გამდიდრების განსაზღვრული ხარისხისთვის, ბუნებრივი ურანი იაფია, ხოლო გამდიდრების მომსახურება ძვირია, გამდიდრების ქარხნების მფლობელები დათანხმდებიან უფრო დიდი წილის „გათავისუფლებას“. U-235-ის გამოფიტულ ნაკადში (ანუ მათთვის უფრო მომგებიანი იქნება მეტი ბუნებრივი ურანის გამოყენება და ნაკლები SWU). მეორე მხრივ, თუ ბუნებრივი ურანი უფრო ძვირია, ვიდრე გამდიდრების მომსახურება, მაშინ ქარხნების მფლობელები საპირისპირო ვარიანტს აირჩევენ.

ურანის გასამდიდრებლად ატომური ბომბისთვის, რომელიც ექვივალენტურია აშშ-ს მიერ ჰიროშიმაზე ჩამოგდებული (ეს არის დაახლოებით 60 კგ HEU), მას დასჭირდება 10,6-დან 13,1 მეტრულ ტონამდე ბუნებრივი ურანი, ასევე 11,600-დან 13,700 SWU-მდე გამდიდრებისთვის. თუმცა, ბირთვული იარაღის უფრო რთული ტიპების შექმნას ამ თანხის ნახევარზე ნაკლები დასჭირდება. თანამედროვე ტიპის ურანის ბომბებს, როგორც წესი, სჭირდება მხოლოდ 20-25 კილოგრამი HEU.

თუ ბუნებრივი ურანის ნაცვლად, დაბალი გამდიდრებული ურანი (შეიცავს 3.6% U-235) გამოიყენებოდა როგორც HEU წარმოების საკვები, მაშინ მხოლოდ 70-78 SWU და 26-27 კილოგრამი ნედლეული იქნება საჭირო ერთი კილოგრამი მაღალი ხარისხის წარმოებისთვის. გამდიდრებული ურანი. ეს ნიშნავს, რომ ჰიროსიმას ბომბის ეკვივალენტური HEU-ს წარმოებისთვის საჭიროა მხოლოდ 1,6 ტონა LEU-ის გამდიდრება, რაც ყოველწლიურად ერთი 1000 მეგავატიანი ატომური რეაქტორის საწვავისთვის საჭირო LEU-ის მთლიანი რაოდენობის მეათედზე ნაკლებია. ამრიგად, ურანის გამდიდრების მთლიანი სერვისების დაახლოებით ორი მესამედი, რომელიც საჭიროა იარაღის ხარისხის HEU-ს წარმოებისთვის, ჩართულია ურანის გამდიდრებაში ბუნებრივი ურანიდან (0.7% U-235) LEU-მდე (3.6% U-235). თუმცა, მომსახურების მთლიანი მოცულობის მხოლოდ ერთი მესამედია ჩართული LEU-ის გამდიდრებაში მისი საბოლოო გადამუშავებით HEU-ში (90% U-235), როგორც ეს ნაჩვენებია დიაგრამაში.

ამრიგად, დაბალ გამდიდრებული ურანის მარაგი, თუ ინახება გამდიდრებისთვის შესაფერის მდგომარეობაში (ანუ, მაგალითად, ურანის ჰექსაფტორიდი), შეიძლება გახდეს საწყისი მასალა ატომური იარაღის შესაქმნელად გამოყენებული მაღალ გამდიდრებული ურანის უფრო ადვილი და სწრაფი წარმოებისთვის. ეს არის გამდიდრების ტექნოლოგიების ფართოდ გავრცელების ერთ-ერთი ყველაზე საშიში ასპექტი, როგორც ბირთვული ენერგიის გავრცელების ნაწილი.

გამდიდრების სერვისები საჭიროა ბუნებრივი ურანისგან მაღალ გამდიდრებული ურანის წარმოებისთვის

გამდიდრების ტექნოლოგიები

ფართოდ იქნა გამოყენებული ურანის გამდიდრების ოთხი ტექნოლოგია. სამი მათგანი - გაზის დიფუზია, გაზის ცენტრიფუგაცია და საქშენები/აეროდინამიკური გამოყოფა - ეფუძნება ურანის ურანის ჰექსაფტორიდად (UF 6) გაზად გადაქცევას. მეოთხე მეთოდი, ელექტრომაგნიტური გამოყოფა, ეფუძნება იონიზებული ურანის გაზის გამოყენებას, რომელიც მიიღება მყარი ურანის ტეტრაქლორიდიდან (UCL 4).

გაზის დიფუზია

აირისებური დიფუზიის პროცესი გამოიყენებოდა შეერთებულ შტატებში წარმოებული დაბალი და მაღალი გამდიდრებული ურანის თითქმის ყველა გამდიდრებისთვის. ეს მეთოდი პირველად შემუშავდა 1940-იან წლებში მანჰეტენის პროექტის ფარგლებში და ნაწილობრივ გამოიყენებოდა ჰიროშიმას ბომბისთვის ურანის გასამდიდრებლად. ბირთვული იარაღის გაუვრცელებლობის შესახებ ხელშეკრულების (NPT) მონაწილე ხუთივე ცნობილ ბირთვულ ძალას ოდესღაც ექსპლუატაციაში უშვებდნენ აირის დიფუზიის ობიექტები, მაგრამ დღემდე ასეთი ობიექტები აგრძელებენ ფუნქციონირებას მხოლოდ შეერთებულ შტატებსა და საფრანგეთში. დიფუზიის პროცესი მოითხოვს ურანის გადატუმბვას, რომელიც არის აირისებრ მდგომარეობაში, დიდი რაოდენობით ფოროვანი ბარიერების მეშვეობით. ეს ძალიან ენერგო ინტენსიური პროცესია.

ურანის აირისებრ მდგომარეობაში გადაქცევის მიზნით, რომელშიც მას შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს აირისებური დიფუზიის პროცესში, ბუნებრივი ურანი გარდაიქმნება ურანის ჰექსაფტორიდში (UF 6). ურანის ჰექსაფტორიდის მოლეკულები, რომლებიც შეიცავს U-235 ატომებს, ოდნავ მსუბუქია, გადაადგილდებიან თითოეულ ბარიერში განცალკევების ოდნავ მაღალი ხარისხით, ვიდრე ისინი, რომლებიც შეიცავს U-238 ატომებს. ამ პროცესის ვიზუალიზაციისთვის ჩვენ შეგვიძლია მოვიყვანოთ ქვიშის აფეთქების მაგალითი მრავალი საცერში. ქვიშის უფრო მცირე მარცვლები უპირატესად გაივლის თითოეულ საცერს და ამგვარად, ყოველი გაცრის ეტაპის შემდეგ, ისინი შეადგენენ ქვიშის მარცვლის მთლიანი მოცულობის ოდნავ მეტ პროცენტს იმ პროცენტთან შედარებით, რაც იყო წინა გაცრობის ეტაპზე. გაზის დიფუზიის ინსტალაციაში სკრინინგის ერთ-ერთი ეტაპის დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 1.

განსხვავება U-235 და U-238 შემცველი UF 6 მოლეკულების მასებში და, შესაბამისად, სიჩქარეებში მცირეა. ამრიგად, ურანის დიდი სამრეწველო თუ სამხედრო რაოდენობის გასამდიდრებლად საჭიროა გამდიდრების ათასობით ეტაპი. აირისებური დიფუზიის ქარხანაში საფეხურები აგებულია „კასკადებად“, რაც საშუალებას აძლევს თითოეულ ეტაპს გაზარდოს წინა ეტაპებზე მიღებული გამდიდრება, ასევე გამოიყენოს გაფუჭებული ურანის ნაკადი უფრო ეფექტურად. ასეთი წარმოების მასშტაბის გასაგებად, თქვენ უნდა იცოდეთ, რომ აირის დიფუზიის ქარხნის მშენებლობის დროს, რომელიც აშენდა 1940-იანი წლების დასაწყისში ოაკ რიჯში, ტენესი, აშშ, ეს იყო ყველაზე დიდი სამრეწველო ობიექტი მსოფლიოში.

აირისებური დიფუზიური ქარხნის მშენებლობისას ყველაზე რთული ამოცანაა გამტარი ბარიერების წარმოება, რომლებიც აუცილებელია დიფუზორების მუშაობისთვის. ასეთი ბარიერების მასალა უნდა იყოს ძალიან გამძლე და შეუძლია შეინარჩუნოს იგივე ფორების დიამეტრი მცენარის მუშაობის რამდენიმე წლის განმავლობაში. ეს ძალიან რთული ამოცანაა ურანის ჰექსაფტორიდის გაზის გამოყენებისას, რომელიც ძალიან კოროზიულია. ტიპიური ბარიერების სისქე მხოლოდ 5 მილიმეტრია (0,2 ინჩზე ნაკლები) და მათი ღიობები მხოლოდ 30-დან 300-ჯერ აღემატება ერთი ურანის ატომის დიამეტრს.

გარდა იმისა, რომ ელექტროსადგურის ფუნქციონირებისთვის საჭიროა დიდი რაოდენობით ელექტროენერგია, კომპრესორები აირისებური დიფუზიის ქარხნებში ასევე წარმოქმნიან უამრავ სითბოს, რომელიც უნდა გაიფანტოს. ამერიკულ დანადგარებში სითბოს გადაცემა ხდება ოზონის დამშლელი ქლოროფტორნახშირბადის (CFC) გამოყენებით, როგორიცაა CFC-114 გამაგრილებელი (ხშირად უწოდებენ ფრეონს ან ფრეონ-114-ს). CFC-ების წარმოება, იმპორტი და გამოყენება მკაცრად შეიზღუდა 1987 წელს მონრეალის პროტოკოლით ოზონის შრის დამშლელი ნივთიერებების შესახებ, რომელიც შეერთებულმა შტატებმა განახორციელა 1990 წელს ჰაერის დაბინძურების კონტროლის აქტში (სუფთა ჰაერის აქტი) ცვლილებებით.

ასეთი ღონისძიებების შედეგად, ფრეონის წარმოება შეერთებულ შტატებში 1995 წელს შეწყდა. 1991 წლიდან 2002 წლამდე შეერთებულ შტატებში მსხვილი მომხმარებლებისგან ამ ნივთიერების ატმოსფეროში გამონაბოლქვი თითქმის 60%-ით შემცირდა. თუმცა, ემისიები აიროვანი დიფუზიის ქარხნიდან პადუკაში, კენტუკი, აშშ, პრაქტიკულად იგივე დარჩა ამ პერიოდის განმავლობაში, 1989 წლიდან 2002 წლამდე შემცირდა მხოლოდ 7%-ით. 2002 წელს პადუკას გამდიდრების ქარხანამ ატმოსფეროში გამოუშვა 197,3 მეტრულ ტონაზე მეტი ფრეონი გაჟონვის მილებისა და სხვა აღჭურვილობის მეშვეობით. მხოლოდ ამ ერთმა ობიექტმა შეასრულა 2002 წელს აშშ-ს ყველა ძირითადი საწარმოო ობიექტიდან ოზონდამშლელი CFC-ის ემისიების 55%-ზე მეტი.

იმის გამო, რომ ფრეონი არ იწარმოება შეერთებულ შტატებში 1995 წლიდან, ამერიკული ურანის გამდიდრების კორპორაცია (USEC) 7 ამჟამად ეძებს გამაგრილებელს, რომელიც არ შეიცავს CFC-ებს. მაგრამ ნებისმიერ სხვა მაცივარ აგენტს კვლავ ექნება სითბოს დაჭერის პოტენციალი და, ამდენად, მაშინაც კი, თუ ისინი არ წარმოადგენენ საფრთხეს ოზონის ფენისთვის, ისინი კვლავ დარჩებიან პოტენციურად საშიში გლობალური დათბობისა და კლიმატის ცვლილების თვალსაზრისით.

აირისებური დიფუზიური დანადგარების დამახასიათებელი თვისება - დიდი სითბოს გამოყოფა - შესაძლებელს ხდის იდენტიფიცირებას, რომელთა მოქმედება მნიშვნელოვნად აღემატება 100 MTERP წელიწადში. თუმცა, ასეთი ინფორმაცია, სავარაუდოდ, რელევანტური იქნება მხოლოდ ცნობილ დანადგარებზე საქმიანობების იდენტიფიცირებისთვის, და არა არალეგალურ ობიექტებზე, რადგან არსებობს მრავალი სხვა სამრეწველო პროცესი, რომელიც წარმოქმნის დიდი რაოდენობით სითბოს. ამიტომ, მიუხედავად იმისა, რომ ურანის გამდიდრების ობიექტები, როგორიცაა აირისებური დიფუზიური ქარხნები, თითქმის შეუძლებელია დამალვა მათი ზომის, ენერგიის მოთხოვნილების და სითბოს გამომუშავების გამო, მაინც უკიდურესად რთულია ნებისმიერი ობიექტის იდენტიფიცირება შორიდან გარემოს ნიმუშებზე წვდომის გარეშე (მაგ. ნიადაგის ნიმუშები), რომლებიც შეიძლება მტკიცედ მიუთითებდეს გამდიდრებული ურანის არსებობაზე.

გაზის ცენტრიფუგაცია

ამჟამად გაზის ცენტრიფუგაცია არის ურანის გამდიდრების მთავარი მეთოდი მსოფლიოში. ეს ტექნოლოგია განიხილებოდა შეერთებულ შტატებში მანჰეტენის პროექტის ფარგლებში, მაგრამ მეთოდები, როგორიცაა აირის დიფუზია და ელექტრომაგნიტური გამოყოფა, შემდგომ განვითარდა სრულმასშტაბიანი წარმოებისთვის. მოგვიანებით, ცენტრიფუგაციის მეთოდი რუსეთში შეიმუშავა სპეციალისტთა ჯგუფმა, რომელსაც ხელმძღვანელობდნენ ავსტრიელი და გერმანელი მეცნიერები, რომლებიც ტყვედ იყვნენ მეორე მსოფლიო ომის დროს. დროთა განმავლობაში, რუსეთში სამეცნიერო ჯგუფის ხელმძღვანელი გაათავისუფლეს. მან ეს ტექნოლოგია ჯერ შეერთებულ შტატებში, შემდეგ კი ევროპაში ჩამოიტანა, სადაც დაიწყო ამ მეთოდის დანერგვა სამრეწველო ბირთვული საწვავის გასამდიდრებლად.

ცენტრიფუგაცია არის გავრცელებული მეთოდი, რომელიც გამოიყენება სხვადასხვა მიზნებისთვის, როგორიცაა პლაზმის გამოყოფა უფრო მძიმე სისხლის წითელი უჯრედებისგან. სარეცხი მანქანაში ტრიალების ციკლი მუშაობს მსგავსი ცენტრიდანული პრინციპით. გამდიდრების პროცესში, ურანის ჰექსაფტორიდის გაზი იკვებება სწრაფად მბრუნავ ცილინდრებში. თითოეულ ეტაპზე გამდიდრების მაქსიმალური ხარისხის მისაღწევად, თანამედროვე ცენტრიფუგას შეუძლია ბრუნოს ხმის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით. სწორედ ამ მიზეზით არის ცენტრიფუგაციის პროცესის კონტროლი უკიდურესად რთული, რადგან ბრუნვის მაღალი ხარისხით აუცილებელია, რომ ცენტრიფუგა იყოს გამძლე, თითქმის იდეალურად დაბალანსებული და მზად იყოს მრავალი წლის განმავლობაში ამ ფორმით ფუნქციონირებისთვის შენარჩუნების შეჩერების გარეშე. .

მბრუნავი ცენტრიფუგის შიგნით, უფრო მძიმე მოლეკულები, რომლებიც შეიცავს U-238 ატომებს, უპირატესად მოძრაობენ ცილინდრის გარეთაკენ, ხოლო მსუბუქი მოლეკულები, რომლებიც შეიცავს U-235-ს, უფრო ახლოს რჩებიან ცენტრალურ ღერძთან. ამ ცილინდრში გაზი შემდეგ იწყებს ცირკულაციას ქვემოდან ზევით, უბიძგებს გაფუჭებულ ურანს, რომელიც უფრო ახლოს არის გარე კედელთან, ზევით, ხოლო U-235-ით გამდიდრებულ გაზს ცენტრიდან ქვევით. შემდეგ ორი ნაკადი, ერთი მდიდარი და მეორე მჭლე, შეიძლება ამოღებულ იქნეს ცენტრიფუგადან და მიმდებარე ეტაპებზე შეყვანა, რათა ჩამოყალიბდეს ზემოთ აღწერილი კასკადი დიფუზორებით აირისებური დიფუზიის ქარხნებში. ასეთი ცენტრიფუგის დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 2.

აირისებური დიფუზიის პროცესის მსგავსად, ურანის გამდიდრება გაზის ცენტრიფუგირებით მოითხოვს ათასობით ან ათიათასობით ნაბიჯს ურანის დიდი მოცულობის გასამდიდრებლად სამრეწველო ან სამხედრო მიზნებისთვის. გარდა ამისა, აირისებური დიფუზიის ქარხნების მსგავსად, ცენტრიფუგამა ქარხნებმა უნდა გამოიყენონ სპეციალური მასალები, რათა თავიდან აიცილონ კოროზია, რომელიც გამოწვეულია ურანის ჰექსაფტორიდით, რომელიც ტენიანობასთან ურთიერთქმედებისას შეიძლება წარმოქმნას ძლიერ კოროზიული ჰიდროფთორმჟავას აირი. გაზის ცენტრიფუგაციის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი უპირატესობა გაზის დიფუზიის პროცესთან შედარებით არის ის, რომ როდესაც გამდიდრების იგივე ხარისხი მიიღწევა, ეს პროცესი მოითხოვს 40-50-ჯერ ნაკლებ ელექტროენერგიას. ცენტრიფუგების გამოყენება ასევე ხელს უწყობს გამოყენებული სითბოს რაოდენობის შემცირებას, რომელიც წარმოიქმნება UF 6 გაზის შეკუმშვისას და ამით ამცირებს მაცივრების საჭირო რაოდენობას, როგორიცაა ფრეონი.

მიუხედავად იმისა, რომ გამოყოფის ძალა თითოეულ ეტაპზე უფრო მეტია, ვიდრე აირისებური დიფუზიის პროცესი, ის ჩვეულებრივ მოითხოვს გაცილებით ნაკლებ ურანს, რომლის ცენტრიფუგირება შესაძლებელია თითოეულ ეტაპზე მოცემულ დროს. ჩვეულებრივ, თანამედროვე ცენტრიფუგებს შეუძლიათ ყოველწლიურად მიაღწიონ დაახლოებით 2-დან 4 SWU-ს. ამიტომ, წელიწადში 3000-დან 7000-მდე ცენტრიფუგა იქნება საჭირო იმისათვის, რომ გამდიდრდეს საკმარისი იარაღის კლასის HEU, რომელიც გამოყენებული იქნება ჰიროშიმაზე ჩამოგდებული ბირთვული იარაღის შესაქმნელად. ასეთ წარმოებას შეუძლია მოიხმაროს 580 000-დან 816 000 კვტ/სთ ელექტროენერგია, რაც შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს 100 კილოვატზე ნაკლები სიმძლავრის ინსტალაციის საშუალებით. თანამედროვე ტიპის იარაღის შექმნით ეს მაჩვენებლები შეიძლება შემცირდეს 1000-3000 ცენტრიფუგამდე და 193000-340000 კვტ.სთ-მდე.

თანამედროვე ცენტრიფუგის მოდელებში გამდიდრების ხარისხი თითოეულ ეტაპზე მოსალოდნელია ათჯერ მეტი ვიდრე ამჟამად მოქმედი ცენტრიფუგებით. ამან შეიძლება კიდევ უფრო შეამციროს HEU წარმოების ხარჯები. ევროპული ცენტრიფუგის ძველი მოდელის გაყიდვა ისეთ ქვეყნებში, როგორებიცაა ლიბია, ირანი და ჩრდილოეთ კორეა ქსელის მეშვეობით, რომელსაც ხელმძღვანელობს A.Q., აცხადებენ წყაროები. ხანი, რომელიც ადრე ხელმძღვანელობდა პაკისტანის ბირთვული იარაღის პროგრამას, განსაკუთრებით შემაშფოთებელია ბირთვული იარაღის გავრცელების პერსპექტივიდან, რადგან ცენტრიფუგები უფრო მცირეა და გამდიდრების პროცესში ნაკლებ ენერგიას საჭიროებენ.

ურანის რადიოაქტიური იზოტოპების გამოყოფის ელექტრომაგნიტური მეთოდი (EMIS)

რადიოაქტიური იზოტოპების გამოყოფის ელექტრომაგნიტური მეთოდი ურანის გამდიდრების მესამე ტიპია, რომელიც ფართოდ გამოიყენებოდა წარსულში. ელექტრომაგნიტური გამიჯვნის ობიექტი შეიქმნა მანჰეტენის პროექტის ფარგლებში ოაკ რიჯში, ტენესის შტატში. ეს მეთოდი გამოიყენებოდა ბუნებრივი ურანის გასამდიდრებლად და შემდეგ ურანის გასამდიდრებლად თავდაპირველად დამუშავებული აირისებური დიფუზიის ქარხანაში, რომელიც ასევე მდებარეობდა Oak Ridge-ის ქარხანაში. ამ ინსტალაციის გამოყენება ომის შემდეგ დაუყოვნებლივ შეჩერდა მისი მაღალი ღირებულებისა და დაბალი პროდუქტიულობის გამო.

ერაყმა შექმნა ეს ტექნოლოგია 1980-იან წლებში, როგორც მისი HEU პროგრამის ნაწილი მისი შედარებითი სიმარტივის გამო. თუმცა, იგი აწარმოებდა მხოლოდ მცირე მოცულობის საშუალო გამდიდრებულ ურანს (მხოლოდ 20%-ზე მეტი).

ელექტრომაგნიტური გამოყოფის პროცესი ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ მაგნიტურ ველში მოძრაობს დამუხტული ნაწილაკი მიჰყვება მრუდე გზას, რომლის რადიუსი დამოკიდებულია ნაწილაკების მასაზე. მძიმე ნაწილაკები უფრო მეტს მოძრაობენ ვიდრე მსუბუქი ნაწილაკები, იმ პირობით, რომ ნაწილაკები თანაბრად დამუხტულია და მოძრაობენ იმავე სიჩქარით.

გამდიდრების პროცესში, ურანის ტეტრაქლორიდი იონიზდება ურანის პლაზმაში, ანუ მყარი ნაერთი UCL 4 თბება გაზის შესაქმნელად, რომელიც შემდეგ დასხივდება ელექტრონებით, რათა წარმოიქმნას თავისუფალი ურანის ატომები, რომლებმაც დაკარგეს ელექტრონები და გახდნენ დადებითად დამუხტული. შემდეგ ურანის იონები აჩქარდებიან და გადიან ძლიერ მაგნიტურ ველში. ნახევარი ციკლის დასრულების შემდეგ, იონიზებული ურანის ატომების სხივი იყოფა გაფუჭებულ ნაწილად, რომელიც მდებარეობს გარე კედელთან უფრო ახლოს და U-235-ით გამდიდრებულ ნაწილად, რომელიც მდებარეობს შიდა კედელთან უფრო ახლოს.

ძლიერი მაგნიტური ველის შექმნისას ენერგიის მაღალი მოხმარების გამო, ასევე საწყისი ურანის ნივთიერების შერჩევის დაბალი სიჩქარის გამო, გარდა ასეთი ინსტალაციის უფრო ნელი და ნაკლებად მოსახერხებელი მუშაობისა, ელექტრომაგნიტური გამოყოფის მეთოდი არაპერსპექტიულია ინდუსტრიისთვის. მასშტაბის გამდიდრების ქარხნები, განსაკუთრებით გაზის გენერატორის ცენტრიფუგების მაღალგანვითარებული მოდელების დღევანდელი დღის ფონზე.

საქშენი / აეროდინამიკური გამოყოფა

ურანის გამდიდრების უახლეს პროცესს, რომელიც ფართოდ გამოიყენება, ეწოდება აეროდინამიკური გამოყოფა. პროცესი პირველად გერმანიაში განვითარდა და აპარტეიდის ეპოქის სამხრეთ აფრიკის მთავრობამ გამოიყენა ქარხანაში, რომელიც სავარაუდოდ აშენდა სამხრეთ აფრიკის სამრეწველო ატომური ელექტროსადგურებისთვის დაბალი გამდიდრებული ურანის მოსაწოდებლად, ასევე მცირე რაოდენობით მაღალ გამდიდრებული ურანის წარმოებისთვის. ბირთვული კვლევის რეაქტორი. ფაქტობრივად, ამ გამდიდრების ქარხანამ ასევე მიაწოდა დაახლოებით 400 კილოგრამი ურანი, რომელიც გამდიდრებული იყო 80%-ზე მეტი სამხედრო მიზნებისთვის. 1990-იანი წლების დასაწყისში სამხრეთ აფრიკის პრეზიდენტმა ფრედერიკ დე კლერკმა გამოაცხადა ყველა სამხედრო ბირთვული საქმიანობის შეწყვეტა და ყველა არსებული ბომბის განადგურება. ეს ამოცანები დასრულდა წელიწადნახევრის შემდეგ, სწორედ მას შემდეგ, რაც სამხრეთ აფრიკა გახდა NPT-ის მხარე და სანამ ატომური ენერგიის საერთაშორისო სააგენტოს შემოწმებები და გარანტიები ამოქმედდებოდა.

აეროდინამიკური იზოტოპის განცალკევება (რომელიც მოიცავს საქშენს და სპირალურ ტალღას) აღწევს გამდიდრებას გაზის ცენტრიფუგაციის ანალოგიურად, რადგან გაზი იძულებით მოძრაობს მრუდი ბილიკის გასწვრივ, რომელიც მოძრაობს მძიმე მოლეკულებს, რომლებიც შეიცავს U-238-ს გარე კედლისკენ, ხოლო მსუბუქი მოლეკულები. U-235 შემცველი რჩება უფრო ახლოს შიდასთან. საქშენების დანადგარებში, ურანის ჰექსაფტორიდის გაზი გადაადგილდება ზეწოლის ქვეშ ჰელიუმის ან წყალბადის გაზით გაზის ნაკადის სიჩქარის გაზრდის მიზნით. შემდეგ ეს ნაერთი გადის რამდენიმე პატარა წრიულ მილში, რომლებიც გამოყოფენ შიდა მდიდარ ნაკადს გარე მჭლე ნაკადისგან.

საქშენები/აეროდინამიკური განცალკევება ერთ-ერთი ყველაზე ნაკლებად ეკონომიურია ყველა გამოყენებული გამდიდრების ტექნოლოგიაში, განსაკუთრებით გამყოფი საქშენების წარმოების ტექნიკური სირთულეებისა და ენერგიის მაღალი მოხმარების გათვალისწინებით UF 6-ის და გადამზიდავი აირის ნარევის შეკუმშვისას. როგორც გაზის დიფუზიის ქარხნებში, აეროდინამიკური სეპარაციის ქარხნის მუშაობისას ასევე წარმოიქმნება დიდი მოცულობის სითბო, რაც თავის მხრივ მოითხოვს გამაგრილებლების დიდ რაოდენობას, როგორიცაა ფრეონი.

სხვა ტექნოლოგიები

ურანის გამდიდრების კიდევ რამდენიმე გზა არსებობს. ეს არის AVLIS - ტექნოლოგია ლაზერული იზოტოპების გამოყოფისთვის ატომური ფორმით, MLIS - ლაზერული იზოტოპების გამოყოფის მოლეკულური მეთოდი, CRISLA - ქიმიური რეაქცია სელექციური იზოტოპური ლაზერული გააქტიურების გზით, ასევე ქიმიური და იონური გამდიდრების, რომლებიც ასევე შემუშავებულია, მაგრამ ძირითადად ჯერ კიდევ არსებობს. ტესტირების ან დემონსტრაციების ეტაპზე და არ გამოიყენებოდა ურანის გასამდიდრებლად სამრეწველო ან სამხედრო მიზნებისთვის.

პროცესები, როგორიცაა AVLIS, CRISLA და MLIS, იყენებენ მცირე განსხვავებას U-235 და U-238 ატომურ თვისებებში, რათა უპირატესად აგზნონ ან იონიზაცია მოახდინონ ერთი იზოტოპზე მეორეზე მაღალი სიმძლავრის ლაზერების გამოყენებით. AVLIS მეთოდი იყენებს ურანს მეტალს, როგორც საწყისი მასალას და იყენებს ელექტროსტატიკური ველებს დადებითად დამუხტული U-235 იონების გამოყოფისთვის დაუმუხტი U-238 ატომებისგან. MLIS და CRISLA ტექნოლოგიები იყენებენ ურანის ჰექსაფტორიდს, როგორც საწყის მასალას, კომბინირებულს სხვა პროცესურ გაზებთან და იყენებენ ორ განსხვავებულ ლაზერს U-235 შემცველი ურანის ჰექსაფტორიდის მოლეკულების აღგზნებისთვის და შემდეგ ქიმიურად შესაცვლელად, რომლებიც შემდეგ შეიძლება გამოიყოს სხვა მოლეკულებისგან, რომლებიც შეიცავს U-238. არ ექვემდებარებოდნენ ლაზერს. AVLIS ტექნოლოგია შეიმუშავა ამერიკულმა ურანის გამდიდრების კორპორაციამ სამრეწველო გამოყენებისთვის, მაგრამ მიტოვებული იქნა 1990-იანი წლების ბოლოს მისი არამომგებიანობის გამო. ამავდროულად, სხვა ქვეყნებმა ასევე შეწყვიტეს ყველა ცნობილი საწარმოო პროგრამის გამოყენება AVLIS და MLIS ტექნოლოგიებით. თუმცა, ჯერ კიდევ მცირე სამუშაოები მიმდინარეობს შემოთავაზებულ კვლევით ადგილებში, სადაც ეს ტექნოლოგიები გამოიყენება ურანის, ისევე როგორც სხვა რადიონუკლიდების, მათ შორის პლუტონიუმის იზოტოპური გამოყოფისთვის.

ასევე არსებობს გამდიდრების მეთოდი, რომელიც იყენებს იზოტოპების ქიმიურ თვისებებში მცირე განსხვავებებს U-235 U-238-ისგან გამოსაყოფად. ეს არის ე.წ. ქიმიური და იონური გამდიდრების პროცესები, რომლებიც შემუშავდა საფრანგეთისა და იაპონიის სამთავრობო პროგრამების ფარგლებში. სპეციალური ხსნარების გამოყენებით, ურანი შეიძლება დაიყოს გამდიდრებულ ნაწილად, რომელიც შეიცავს გამხსნელის ერთ ნაკადს, და გამოფიტულ ნაწილად, რომელიც შეიცავს სხვა გამხსნელ ნაკადს, რომელიც არ ერევა პირველს - ისევე როგორც ზეთი და წყალი. ეს გამდიდრების ტექნოლოგია გამოიყენებოდა ერაყში. დღემდე, ყველა ცნობილი პროგრამა, რომელიც მოიცავს ამ მეთოდს, დაიხურა მინიმუმ 1990-იანი წლების დასაწყისიდან.

გამდიდრების ყველა ეს ტექნოლოგია ფართოდ არ არის ნაჩვენები, თუმცა ზოგიერთი, როგორიცაა AVLIS, ბევრად უფრო შორს დგას მათ განვითარებაში, რამაც შეიძლება მიაღწიოს მათ საწარმოო ობიექტებში გამოყენების დონეს. ასეთი ალტერნატიული ტექნოლოგიების პოტენციური გამოყენება ურანის გამდიდრებაში არალეგალურ პროგრამებში კვლავაც იწვევს შეშფოთებას, განსაკუთრებით იმ შემთხვევაში, თუ ქარხნის ხარჯთეფექტურობა არ არის პრობლემა და ის გამიზნულია მხოლოდ ერთი ან ორი ბომბისთვის საჭირო HEU-ს საკმაოდ მცირე რაოდენობის წარმოებაზე. წელიწადში. თუმცა, დღეს სამრეწველო ურანის გამდიდრების მთავარი ტექნოლოგია მომავალში ბირთვული ენერგიისა და ბირთვული იარაღის პოტენციური გავრცელებისთვის რჩება გაზის ცენტრიფუგაცია.