Com enriquir l’urani

Content

Passos
Mètode 1 de 7: Procés bàsic de beneficiació
Mètode 2 de 7: Procés de difusió del gas
Mètode 3 de 7: procés d'unió de gasos
Mètode 4 de 7: Procés de separació aerodinàmica
Mètode 5 de 7: procés de difusió tèrmica de líquids
Mètode 6 de 7: Procés de separació d'isòtops electromagnètics
Mètode 7 de 7: procés de separació d'isòtops làser
Consells
Advertiments

L'urani s'utilitza com a combustible per als reactors nuclears i també es va utilitzar per crear la primera bomba atòmica llançada a Hiroshima el 1945. L’urani s’extreu del mineral de resina d’urani que conté diversos isòtops de diferents masses atòmiques i diferents nivells de radioactivitat. Per utilitzar-lo en una reacció de desintegració, s'ha d'augmentar la quantitat d'isòtop U fins a un nivell determinat. Aquest procés s’anomena enriquiment d’urani. Hi ha diverses maneres de fer-ho.

Passos

Mètode 1 de 7: Procés bàsic de beneficiació

1 Decidiu per a què utilitzarà l’urani. Normalment, el mineral d’urani només conté un 0,7% d’U, i la resta consisteix en un isòtop relativament estable U. El tipus de reacció en què voleu utilitzar l’urani determina el nivell d’U al qual necessiteu enriquir el mineral per poder utilitzar el urani disponible de la manera més eficient possible ...
- L'urani utilitzat en energia nuclear s'ha d'enriquir fins a un nivell del 3-5% U. (alguns reactors nuclears requereixen l'ús d'urani no enriquit).
- L’urani que s’utilitza per crear armes nuclears s’ha d’enriquir fins al 90% d’U.
2 Converteix el mineral d’urani en gas. La majoria dels mètodes d’enriquiment d’urani requereixen convertir el mineral en gas a baixa temperatura. El gas fluor és bombat a la unitat de conversió de mineral. L’òxid d’urani interactua amb el fluor per produir hexafluorur d’urani (UF)₆). Després d'això, l'isòtop U queda aïllat del gas.
3 Enriquiment d’urani. La resta d’aquest text descriu les diferents maneres d’enriquir l’urani. Els més habituals són la difusió de gasos i la centrifugadora de gasos, però la separació làser d’isòtops aviat els hauria de substituir.
4 Converteix l’hexafluorur d’urani en diòxid d’urani (UO₂). Després de l'enriquiment, l'urani s'ha de convertir en una forma estable i forta per a un ús posterior.
- El diòxid d’urani s’utilitza com a combustible per als reactors nuclears en forma de grànuls col·locats en tubs metàl·lics que formen barres de 4 metres.

Mètode 2 de 7: Procés de difusió del gas

1 Bombament UF₆ a través de les canonades.
2 Passeu el gas per un filtre o membrana porosa. Atès que l’isòtop U és més lleuger que U, UF₆que conté un isòtop més lleuger passarà per la membrana més ràpidament que un isòtop més pesat.
3 Repetiu el procés de difusió fins que hagueu recollit prou U. La difusió repetitiva s’anomena cascada. Pot passar fins a 1400 passades per la membrana abans de recollir prou U.
4 Condensa UF₆ en líquid. Després d’enriquir el gas, es condensa en un líquid i es col·loca en contenidors, on es refreda i es solidifica per transportar-lo i transformar-lo en grànuls.
- A causa del gran nombre de gas que passa pels filtres, aquest procés consumeix energia i, per tant, queda fora d’ús.

Mètode 3 de 7: procés d'unió de gasos

1 Recolliu diversos cilindres que giren a gran velocitat. Aquests cilindres són centrífugues. Les centrífugues es munten en paral·lel i en sèrie.
2 Penja UF₆ en centrífugues. Les centrífugues fan servir la força centrífuga per obligar el gas més pesat que el conté a estar a les parets del cilindre i el més lleuger, amb la U, a romandre al centre.
3 Separeu els gasos separats.
4 Repetiu el procés amb aquests gasos en diferents centrífugues. El gas amb un contingut elevat en U es fa passar per una centrífuga per recuperar encara més U i el gas amb un contingut baix en U s’extreu per recuperar la U restant.Així, s’obté més U que amb difusió de gasos.
- El procés d’utilitzar centrifugadores de gas es va inventar a la dècada de 1940, però no es va utilitzar gaire fins als anys seixanta, quan va començar a importar un consum d’energia inferior. Actualment, la instal·lació que utilitza aquest procés es troba a Eunice, EUA. Hi ha 4 empreses d’aquest tipus a Rússia, al Japó i a la Xina - 2 cadascuna, a Gran Bretanya, els Països Baixos i Alemanya - una cadascuna.

Mètode 4 de 7: Procés de separació aerodinàmica

1 Construeix diversos cilindres estrets estacionaris.
2 Introduïu UF₆ als cilindres a gran velocitat. El gas introduït d’aquesta manera girarà al cilindre com un cicló, com a conseqüència del qual es divideix en U i U, com en una centrífuga giratòria.
- A Sud-àfrica, van arribar a injectar gas en una bombona de manera tangencial. En aquests moments s'està provant amb isòtops lleugers, com en el silici.

Mètode 5 de 7: procés de difusió tèrmica de líquids

1 A pressió gireu el gas UF₆ en líquid.
2 Construeix dues canonades concèntriques. Les canonades haurien de ser força altes. Com més llargues són les canonades, més gas es pot separar.
3 Envolteu les canonades amb una capa d’aigua líquida. Això refredarà el tub exterior.
4 Injecteu hexafluorur d’urani líquid entre les canonades.
5 Escalfeu el tub interior amb vapor. La calor crearà un flux de convecció a la UF₆, el que farà que els isòtops U lleugers es moguin cap al tub interior càlid i el pesat U cap al fred exterior.
- Aquest procés es va inventar el 1940 com a part del Projecte Manhattan, però es va abandonar ben aviat després del desenvolupament d'un procés de difusió de gas més eficient.

Mètode 6 de 7: Procés de separació d'isòtops electromagnètics

1 Ionitzar gas UF₆.
2 Passeu el gas per un fort camp magnètic.
3 Separeu els isòtops d’urani ionitzat dels rastres que deixen en passar pel camp magnètic. Els ions U deixen rastres que es corben de manera diferent que U. Aquests ions es poden separar per produir urani enriquit.
- Aquest mètode es va utilitzar per produir urani per a la bomba atòmica llançada a Hiroshima el 1945 i va ser utilitzat per l'Iraq per al seu programa d'armes nuclears el 1992. Aquest mètode requereix 10 vegades més energia que el mètode de difusió de gasos, cosa que el fa poc pràctic per a programes a gran escala.

Mètode 7 de 7: procés de separació d'isòtops làser

1 Sintonitzeu el làser a una freqüència específica. La llum làser ha de tenir una longitud d'ona específica (d'un sol color). A una longitud d'ona determinada, el làser només s'orientarà als àtoms U, deixant intactes els àtoms U.
2 Apunteu làser cap a l’urani. A diferència d’altres mètodes d’enriquiment d’urani, aquest procés no requereix l’ús de gas hexafluorur d’urani. Podeu utilitzar un aliatge d’urani i ferro, que es fa més habitualment a la indústria.
3 Alliberarà àtoms d’urani amb electrons excitats. Aquests seran els àtoms d’U.

Consells

En alguns països, els residus nuclears es reutilitzen per separar l’urani i el plutoni del procés de decadència. L’urani reutilitzable s’haurà d’extreure de l’U i l’U obtinguts en el procés de desintegració, i ara l’urani s’ha d’enriquir a un nivell superior al inicial, ja que l’U absorbeix neutrons i, per tant, alenteix el procés de desintegració. Per això, l’urani utilitzat per primera vegada s’ha de mantenir separat de l’urani reciclat.

Advertiments

De fet, l’urani és dèbilment radioactiu. No obstant això, en convertir-lo en UF₆ , es converteix en un producte químic tòxic que en contacte amb l’aigua forma àcid fluorhídric. Per tant, les plantes d’enriquiment d’urani requereixen el mateix nivell de seguretat i protecció que les plantes químiques que funcionen amb fluor, que inclou l’emmagatzematge de gas UF₆ a baixa pressió i l'ús de segellat addicional quan es treballa a alta pressió.
L’urani reciclable s’ha de protegir seriosament ja que els isòtops U que contenen es desintegren en elements que emeten una forta radiació gamma.
En general, l’urani enriquit només es pot reutilitzar una vegada.