Proč obohacovat uran - funkce, popis a recenze technologií

Jaderné zbraně, ať už se nám to líbí nebo ne, je skutečností, s jakou lidstvo žilo od poloviny minulého století. Jaderné reaktory, bez ohledu na to, jak kritici jaderné energetiky hovoří, významně přispívají k energetickým systémům různých zemí. A tam a tam je použitý radioaktivní materiál. Jedná se hlavně o uran, 92. prvek periodické tabulky.

Různé zpravodajské zdroje pravidelně vysílají ze svých stránek, že stát začal obohacovat uran. Proč se tak obává světové komunity, co je tak hrozné a jak se toto obohacování děje?

Co je tak strašně obohacený uran

Plutonium uranu nebo zbraně je nebezpečný ve své čisté formě z jednoho jednoduchého důvodu: z nich, pokud existuje určitá technická základna, může být vyrobeno výbušné jaderné zařízení.

Obrázek ukazuje schéma nejjednodušší jaderné hlavice. Položky 1 a 2 z jaderné palivo jsou uvnitř shellu. Každá z nich představuje jednu z částí celé koule a váží o něco méně než kritická hmotnost zbraně použitého v bombě.

Při vyfukování detonačního náboje TNT jsou ingoty 1 a 2 uranu spojeny dohromady, jejich celková hmotnost určitě překračuje kritickou hmotnost pro tento materiál, což vede k jaderné řetězové reakci, atomové exploze.

Zdálo se, že to není nic složitého, ale ve skutečnosti to tak není. V opačném případě by na planetě existovala řada zemí. Navíc by se riziko takových nebezpečných technologií dostalo do rukou dostatečně silných a rozvinutých teroristických skupin by se značně zvýšilo.

Trik je, že jen velmi bohaté síly s rozvinutou vědeckou infrastrukturou jsou schopny obohatit uran, a to i se současným vývojem technologie. Ještě obtížnější, bez kterého by atomové zařízení nefungovalo, je oddělit izotopy 235 a 238 uranu.

Uranové doly: pravda a beletrie

V SSSR na filistinské úrovni se předpokládalo, že zločinci odsouzeni k smrti pracují v uranových dolech, a tak vykoupí svou vinu před stranou a sovětským lidem. To samozřejmě není pravda.

Ťažba uranu je špičkovým průmyslem v těžebním průmyslu a bylo by nepravděpodobné, že by někdo, kdo by zastrašoval vrahy se zločinci, pracoval s komplexními a velmi drahými zařízeními. Navíc pověst, že horníci uranových horníků jsou povinni nosit plynovou masku a olovnaté prádlo, nejsou nic víc než mýtus.

Uran je těžen v dolech někdy až kilometr hluboko. Největší zásoby tohoto prvku se nacházejí v Kanadě, Rusku, Kazachstánu a Austrálii. V Rusku se vyrábí průměrně asi jeden a půl kilogramu uranu z jedné tuny rudy. Nejde o největší ukazatel. V některých evropských dolech činí tento počet 22 kg na tunu.

Zářící pozadí v dolu je přibližně stejné jako na hranici stratosféry, kde jsou civilní osobní letadla zaplombována.

Uranová ruda

Obohacený uran začne bezprostředně po extrakci přímo u dolu. Kromě kovu, stejně jako jakákoli jiná ruda, obsahuje uran odpadní kámen. Počáteční fáze obohacení je omezena na třídění dlažebních dlažeb z lomu: bohatý a chudý uran. Doslova každý kus je zvážen, měřeno automaty a v závislosti na vlastnostech je odeslán do určitého toku.

Pak se dostane do hry mlýn, který drtí rudu bohatou na uran do jemného prášku. Není to však uran, ale jen jeho oxid. Získání čistého kovu je nejsložitější řetězec chemických reakcí a transformací.

Nestačí však vybrat čistý kov z původních chemických sloučenin. Ze všech uranu obsaženého v přírodě je 99% obsazeno izotopem 238, méně než jedno procento zůstává u svého 235. bratra. Jejich oddělení je nejtěžší úkol, který nemůže být vyřešen žádnou zemí.

Metoda obohacení difúzí plynů

Toto je první způsob, jakým začali obohacovat uran. To je ještě používáno v USA a Francii. Na základě rozdílu v hustotě izotopů 235 a 238. Uranový plyn extrahovaný z oxidu se čerpá do komory oddělené membránou pod vysokým tlakem. Atomy izotopu 235 jsou proto lehčí, a proto se z přijaté části tepla pohybují rychleji než "pomalé" atomy 238 uranu, čímž více a více intenzivně naráží na membránu. Podle zákonů teorie pravděpodobnosti je více pravděpodobné, že potěší jeden z mikropórů a bude na druhé straně samotné membrány.

Účinnost této metody je malá, protože rozdíl mezi izotopy je velmi, velmi malý. Jak získat obohacený uran vhodný pro použití? Odpověď používá tuto metodu mnohokrát a mnohokrát. Za účelem získání uranu vhodného pro výrobu paliva z reaktoru elektrárny se čisticí systém s difuzním plynem několikrát opakuje.

Názory odborníků na tuto metodu jsou nejednoznačné. Na jedné straně je metoda rozptýlení plynů při separaci nejprve poskytnout Spojeným státům vysoce kvalitní uran, který je dočasně vedl ve vojenské sféře. Na druhé straně se předpokládá, že difúze plynů produkuje méně odpadu. Jediné, co přináší v tomto případě je vysoká cena konečného produktu.

Odstředivá metoda

To je vývoj sovětských inženýrů. V současné době kromě Ruska existuje řada zemí, které obohacují uran metodou objevenou v SSSR. Jedná se o Brazílii, Velkou Británii, Německo, Japonsko a některé další státy. Metoda je podobná technologii difúze plynu, protože využívá hmotnostní rozdíl 235 a 238 izotopů.

Uranový plyn se v odstředivce zkroutí na 1500 otáček za sekundu. Kvůli rozdílné hustotě působí na izotopy odstředivé síly různých velikostí. Uran 238, jako těžší, se hromadí na stěnách odstředivky, zatímco 235. izotop se shromažďuje blíže ke středu. Směs plynů je čerpána do horní části válce. Po průletu do spodní části odstředivky mají izotopy čas částečně oddělit a jsou vybrány odděleně.

Navzdory skutečnosti, že metoda také nedává 100% oddělení izotopů, a pro dosažení požadovaného stupně obohacování musí být použito mnohokrát, ekonomicky je mnohem účinnější než difúze plynu. Takže obohacený uran v Rusku podle technologie používání odstředivků je asi 3krát levnější než u amerických membrán.

Použití obohaceného uranu

Proč je tato komplexní a nákladná byrokracie s čištěním, uvolňování kovu z oxidů, oddělení izotopů? Jedna podložka z obohaceného uranu 235, od těch, které se používají v atomové energii (z takových "pilulků" se používají tyče), váží asi 7 gramů nahradí asi tři 200 litrové sudy benzínu nebo asi tunu uhlí.

V závislosti na čistotě a poměru izotopů 235 a 238 se obohacený a ochuzený uran využívá různými způsoby.

Izotop 235 je mnohem energeticky náročnější palivo. Obohacený uran se uvažuje, pokud je obsah izotopu 235 více než 20%. To je základ jaderných zbraní.

Také obohacená surovina bohatá na energii se používá jako palivo pro jaderné reaktory v ponorech a na kosmické lodi kvůli omezené hmotnosti a velikosti.

Úbytek ochuzeného uranu, obsahující převážně 238 izotopů, je palivo pro civilní stacionární jaderné reaktory. Reaktory založené na přírodním uranu jsou považovány za méně výbušné.

Mimochodem, podle výpočtů ruských ekonomů, při zachování současné produkční úrovně 92 prvků periodické tabulky, do roku 2030 se její zásoby v průzkumných dolech na celém světě začnou snižovat. To je důvod, proč vědci vypadají naději termonukleární fúze jako zdroj levné a cenově dostupné energie v budoucnu.