Օգտակար խորհուրդներ

Ուրանի հարստացում

Pin
Send
Share
Send
Send


Ուրանի հարստացում միջուկային զենքի ստեղծման կարևոր քայլերից մեկն է: Միայն ուրանի որոշակի տեսակը աշխատում է միջուկային ռեակտորներում և ռումբերում:

Ավելի շատ տարածված ուրանի այս տարանջատումը առանձնացնելը պահանջում է մեծ ինժեներական հմտություն, չնայած այն բանին, որ դրա համար անհրաժեշտ տեխնոլոգիա գոյություն ունի տասնամյակներ: Խնդիրն այն չէ պարզել, թե ինչպես կարելի է առանձնացնել ուրանը, այլ այս գործը կատարելու համար անհրաժեշտ սարքավորումներ կառուցել և գործարկել:

Ուրանի ատոմները, ինչպես տարատեսակ բնության մեջ հայտնաբերված տարրերի ատոմները, կոչվում են իզոտոպներ: (Յուրաքանչյուր իզոտոպ իր միջուկում ունի տարբեր քանակությամբ նեյտրոններ: բնական ուրան, միջուկային օգտագործում չունի:

Ուրանի հարստացման աստիճաններ

Միջուկային ցանցի ռեակցիան ենթադրում է, որ ուրանի ատոմի քայքայվելուց առնվազն մեկ նեյտրոն կվերցնի մեկ այլ ատոմ և, համապատասխանաբար, դա կհանգեցնի դրա քայքայման: Առաջին մոտարկման դեպքում սա նշանակում է, որ նեյտրոնը պետք է «գայթակղվի» 235 U ատոմի վրա ռեակտորը թողնելուց առաջ: Սա նշանակում է, որ ուրանի հետ դիզայնը պետք է լինի բավականին կոմպակտ, որպեսզի նեյտրոնի համար ուրանի հաջորդ ատոմը գտնելու հավանականությունը բավականաչափ բարձր լինի: Բայց քանի որ գործում է 235 U ռեակտորը, այն աստիճանաբար այրվում է, ինչը նվազեցնում է 235 U ատոմին հանդիպող նեյտրոնի հավանականությունը, ինչը նրանց ստիպում է, որ այդ հավանականության որոշակի լուսանցք դրեն ռեակտորներում: Ըստ այդմ, միջուկային վառելիքի 235 U ցածր մասնաբաժինը պահանջում է.

  • ավելի մեծ ռեակտորի ծավալ, որպեսզի նեյտրոնը դրա մեջ ավելի երկար լինի
  • Ռեակտորի ծավալի ավելի մեծ մասն անհրաժեշտ է վառելիքով զբաղեցնել, որպեսզի բարձրացվի նեյտրոնի և ուրանի ատոմի բախման հավանականությունը,
  • ավելի հաճախ պահանջվում է վերափոխել վառելիքը թարմ, որպեսզի պահպանվի տվյալ զանգվածային խտությունը 235 U- ում ռեակտորում,
  • ծախսված վառելիքի 235 U արժեքի մեծ մասը:

Միջուկային տեխնոլոգիաների կատարելագործման գործընթացում հայտնաբերվել են տնտեսապես և տեխնոլոգիական օպտիմալ լուծումներ, որոնք պահանջում են վառելիքի 235 U պարունակության բարձրացում, այսինքն ՝ ուրանի հարստացում:

Միջուկային զենքում հարստացման խնդիրը գրեթե նույնն է. Պահանջվում է, որ միջուկային պայթյունի չափազանց կարճ ժամանակահատվածում 235 U ատոմների առավելագույն քանակը գտնի իրենց նեյտրոնը, քայքայվի և ազատի էներգիան: Դրա համար պահանջվում է 235 U ատոմների առավելագույն հնարավոր զանգվածային խտությունը, ինչը հնարավոր է հասնել վերջնական հարստացման միջոցով:

Ուրանի հարստացման աստիճաններ [խմբագրել |

Առանձնացման բանալին

Նրանց առանձնացման բանալին այն է, որ ուրանի-235 ատոմները կշռում են մի փոքր ավելի քիչ, քան ուրան-238 ատոմները:

Որպեսզի ուրանի հանքաքարի յուրաքանչյուր բնական նմուշում առկա ուրանի 235-ի փոքր քանակությունը առանձնացնելու համար ինժեներներն առաջին հերթին ուրանի ուրվագիծը վերածում են գազի ՝ օգտագործելով քիմիական ռեակցիա:

Այնուհետև գազը մտնում է ցենտրիֆուգային խողովակի մեջ գլանաձև ձևով մարդու չափի կամ ավելին: Յուրաքանչյուր խողովակ իր առանցքի վրա պտտվում է աներևակայելի բարձր արագությամբ ՝ քաշելով ավելի ծանր ուրան-238 գազի մոլեկուլներ դեպի խողովակի կենտրոն, թողնելով ավելի թեթև ուրանի-235 գազի մոլեկուլներ ավելի մոտ գտնվող խողովակի եզրերին, որտեղ դրանք կարող են ներծծվել:

Ամեն անգամ, երբ գազը ցենտրիֆուգով պտտվում է, խառնուրդից հանվում է միայն մի փոքր ուրան-238 գազ, ուստի խողովակները օգտագործվում են շարքի մեջ: Յուրաքանչյուր ցենտրիֆուգ քաշում է մի փոքր ուրան-238, այնուհետև փոքր-ինչ մաքրված գազի խառնուրդը տեղափոխում հաջորդ խողովակ և այլն:

Ուրանի գազի փոխարկում

Գազային ուրանի 235-ը ցենտրիֆուգների շատ փուլերում տարանջատվելուց հետո ինժեներներն օգտագործում են տարբեր քիմիական ռեակցիա `ուրանի գազը վերածելու պինդ մետաղի: Այս մետաղը կարող է հետագայում ձևավորվել ՝ ինչպես ռեակտորներում, այնպես էլ ռումբերում օգտագործելու համար:

Քանի որ յուրաքանչյուր քայլ միայն մաքրում է ուրանի գազի խառնուրդը փոքր քանակությամբ, երկրները կարող են թույլ տալ միայն ցենտրիֆուգներ վարել, որոնք նախատեսված են արդյունավետության ամենաբարձր մակարդակի վրա: Հակառակ դեպքում, նույնիսկ փոքր քանակությամբ մաքուր ուրանի-235-ի արտադրությունը դառնում է պարտադիր թանկ:

Եվ այդ ցենտրիֆուգային խողովակների նախագծումը և արտադրությունը պահանջում են որոշակի մակարդակի ներդրումներ և տեխնիկական նոու-հաու շատ երկրների սահմաններից դուրս: Խողովակները պահանջում են պողպատե կամ խառնուրդների հատուկ տեսակներ, որոնք դիմակայելիս զգալի ճնշմանը ռոտացիայի ընթացքում, պետք է ամբողջովին գլանաձև լինեն և պատրաստվեն մասնագիտացված մեքենաներ, որոնք դժվար է կառուցել:

Ահա ռումբի օրինակ, որը ԱՄՆ նետվեց Հիրոսիմայի վրա: Ռումբ պատրաստելու համար անհրաժեշտ է 62 կգ ուրան-235, համաձայն «ատոմային ռումբ կառուցելու» (Սիմոն և Շուստեր, 1995):

Այս 62 կգ-ի տարանջատումը գրեթե 4 տոննա ուրանի հանքաքարից տեղի է ունեցել աշխարհի ամենամեծ շենքում և օգտագործվել է երկրի էլեկտրաէներգիայի 10 տոկոսը: «Հաստատությունը կառուցելու համար պահանջվել է 20,000 մարդ, այդ օբյեկտը շահագործել է 12,000 մարդ, իսկ 1944-ին դրա սարքավորումն արժեցել է ավելի քան $ 500 միլիոն:" 2018-ին դա կազմում է մոտ 7,2 միլիարդ դոլար:

Ինչու է հարստացված ուրանը այդքան սարսափելի:

Ուրանի կամ զենքի աստիճանի պլուտոնիումը վտանգավոր է իր մաքուր տեսքով ՝ մի պարզ պատճառով. Դրանցից, որոշակի տեխնիկական բազայով, կարելի է պայթուցիկ միջուկային սարք ստեղծել:

Գծապատկերում ներկայացված է պարզ միջուկային մարտագլխի սխեմատիկ ներկայացում: Միջուկային վառելիքի 1 և 2 բիլլետները տեղադրված են կեղևի ներսում: Նրանցից յուրաքանչյուրը ամբողջ գնդակի մասերից մեկն է և կշռում է մի փոքր ավելի քիչ, քան ռումբում օգտագործված զենքի մետաղի կրիտիկական զանգվածը:

Երբ TNT- ի պայթուցիկ լիցքը պայթեցվում է, ուրանի ձողերը 1 և 2-ը միավորված են մեկի մեջ, դրանց ընդհանուր զանգվածն, անշուշտ, գերազանցում է այս նյութի համար կրիտիկական զանգվածը, ինչը հանգեցնում է միջուկային ցանցի ռեակցիայի և, հետևաբար, ատոմային պայթյունի:

Թվում էր, թե ոչինչ բարդ չէ, բայց իրականում դա, իհարկե, այդպես չէ: Հակառակ դեպքում, մոլորակի վրա միջուկային զենք ունեցող ավելի շատ երկրների կարգադրություն կլիներ: Ավելին, այդպիսի վտանգավոր տեխնոլոգիաների ռիսկը բավականաչափ հզոր և զարգացած ահաբեկչական խմբավորումների ձեռքը ընկնելու դեպքում մեծապես կավելանա:

Հնարքն այն է, որ զարգացած գիտական ​​ենթակառուցվածք ունեցող միայն շատ հարուստ տերությունները ի վիճակի են հարստացնել ուրանը, թեկուզ տեխնոլոգիայի ներկայիս զարգացմամբ: Նույնիսկ ավելի բարդ է, առանց որի ատոմային սարքը չի աշխատի, առանձնացրեք 235 և 238 ուրանի իզոտոպները:

Ուրանի ականներ. Ճշմարտություն և գեղարվեստական ​​գրականություն

ԽՍՀՄ – ում ՝ բանասիրական մակարդակի վրա, կար վարկած, որ դատապարտված հանցագործները աշխատում են ուրանի հանքերում ՝ այդպիսով սպառելով իրենց մեղքը կուսակցության և սովետական ​​ժողովրդի առջև: Դա, իհարկե, ճիշտ չէ:

Ուրանի հանքարդյունաբերությունը բարձր տեխնոլոգիաների հանքարդյունաբերություն է, և դժվար թե որևէ մեկը ընդունի աշխատել բարդ և շատ թանկարժեք սարքավորումների հետ և ավազակների հետ թալանել մարդասպաններին: Ավելին, լուրերն այն մասին, որ ուրանի հանքագործներն անպայման կրում են գազի դիմակ և կապարի ներքնազգեստ, նույնպես ոչ այլ ինչ են, քան առասպելը:

Ուրանը հանքավայրերում արդյունահանվում է երբեմն մինչև մեկ կիլոմետր խորություն: Այս տարրի ամենամեծ պահուստները հանդիպում են Կանադայում, Ռուսաստանում, Ղազախստանում և Ավստրալիայում: Ռուսաստանում մեկ տոննա հանքաքար արտադրում է միջինը մոտ մեկուկես կիլոգրամ ուրան: Դա ոչ մի դեպքում ամենամեծ ցուցանիշը չէ: Եվրոպական որոշ հանքերում այդ ցուցանիշը հասնում է 22 կգ-ի մեկ տոննայի:

Հանքավայրում ճառագայթման ֆոնը գրեթե նույնն է, ինչ ստրատոսֆերայի սահմանին, որտեղ ուղևորվում են քաղաքացիական ուղևորատար ինքնաթիռներ:

Ուրանի հանքաքար

Հարստացված ուրանը սկսվում է հանքարդյունաբերությունից անմիջապես հետո, անմիջապես հանքավայրի մոտ: Մետաղից բացի, ինչպես ցանկացած այլ հանքաքար, ուրանը պարունակում է թափոնների ժայռեր: Հարստացման սկզբնական փուլը վեր է ածվում հանքից բարձրացվող ճարմանդաքարերի տեսակավորմանը. Ուրան հարուստ են և աղքատ: Բառացիորեն յուրաքանչյուր կտոր կշռվում է, չափվում է մեքենաներով և, կախված հատկություններից, ուղարկվում է որոշակի հոսք:

Այնուհետև գործվում է մի ջրաղաց ՝ ուրանի հարուստ հանքաքարը մանր մանրացրած փոշու մեջ: Այնուամենայնիվ, սա ուրան չէ, այլ միայն դրա օքսիդ: Մաքուր մետաղ ստանալը քիմիական ռեակցիաների և վերափոխումների ամենաբարդագույն շղթան է:

Այնուամենայնիվ, դա բավարար չէ միայն մաքուր մետաղը մեկուսացնելու համար մեկնարկային քիմիական միացություններից: Բնության մեջ պարունակվող ընդհանուր ուրանից 99% -ը զբաղեցնում է 238 իզոտոպը, իսկ դրա 235-րդ գործակիցը մեկ տոկոսից պակաս է: Նրանց առանձնացնելը շատ բարդ խնդիր է, որը ոչ բոլոր երկրներն են կարողանում լուծել:

Գազի տարածման հարստացման եղանակ

Սա առաջին մեթոդն է, որով հարստացվեց ուրանը: Այն դեռ օգտագործվում է ԱՄՆ-ում և Ֆրանսիայում: Ելնելով 235 և 238 իզոտոպների խտության տարբերությունից: Օքսիդից արձակված ուրանի գազը բարձր ճնշման տակ մղվում է թաղանթով առանձնացված պալատի մեջ: Իզոտոպի 235 ատոմները ավելի թեթև են, ուստի ջերմության ստացված մասից նրանք ավելի արագ են շարժվում, քան «դանդաղ» ուրանի ատոմները 238, համապատասխանաբար, ավելի հաճախ և ավելի ինտենսիվորեն ծեծում են մեմբրանի դեմ: Ըստ հավանականության տեսության օրենքների ՝ նրանք ավելի հավանական է, որ մտնեն միկրոփորներից մեկի մեջ և լինեն այս թաղանթի մյուս կողմում:

Այս մեթոդի արդյունավետությունը փոքր է, քանի որ իզոտոպների տարբերությունը շատ, շատ փոքր է: Բայց ինչպես հարստացված ուրանը հարմար դարձնել օգտագործման համար: Պատասխանը կիրառում է այս մեթոդը շատ, շատ անգամ: ՀԷԿ-ում ռեակտորից վառելիքի արտադրության համար հարմար ուրան ձեռք բերելու համար գազի դիֆուզիոն մաքրման համակարգը կրկնվում է մի քանի հարյուր անգամ:

Այս մեթոդի վերաբերյալ փորձագիտական ​​ակնարկները խառն են: Մի կողմից, գազի տարածման առանձնացման մեթոդը առաջինն է, որ Միացյալ Նահանգներին տրամադրում է բարձրորակ ուրան ՝ նրանց ժամանակավորապես դարձնելով ռազմական ոլորտում առաջատար: Մյուս կողմից, կարծում են, որ գազի տարածումը ավելի քիչ աղբ է արտադրում: Միակ բանը, որ ձախողվում է այս դեպքում, վերջնական արտադրանքի բարձր գինն է:

Կենտրոնախույս մեթոդ

Սա խորհրդային ճարտարագետների զարգացումն է: Ներկայումս, Ռուսաստանից բացի, կան մի շարք երկրներ, որտեղ ուրանը հարստացվում է ԽՍՀՄ-ում հայտնաբերված մեթոդով: Սրանք Բրազիլիան, Մեծ Բրիտանիան, Գերմանիան, Japanապոնիան և մի շարք այլ նահանգներ են: Մեթոդը նման է գազի տարածման տեխնոլոգիային, քանի որ այն օգտագործում է 235 և 238 իզոտոպների զանգվածային տարբերությունը:

Ուրանի գազը պտտվում է ցենտրիֆուգում մինչև 1.500 ռ / վ: Տարբեր խտությունների պատճառով իզոտոպները ազդում են տարբեր չափերի կենտրոնախույս ուժերով: Ուրանի 238-ը, որպես ծանր, կուտակվում է ցենտրիֆուգի պատերի մոտ, մինչդեռ 235-րդ իզոտոպը հավաքվում է ավելի մոտ կենտրոնին: Գազի խառնուրդը մղվում է մխոցի վերին մասում: Անցնելով ճանապարհը ցենտրիֆուգի հատակին, իզոտոպները ժամանակ ունեն մասնակիորեն բաժանվելու և ընտրվում են առանձին:

Չնայած այն հանգամանքին, որ մեթոդը չի նախատեսում նաև իզոտոպների 100% տարանջատում, և հարստացման անհրաժեշտ աստիճանի հասնելու համար այն պետք է բազմիցս օգտագործվի, այն շատ ավելի տնտեսապես արդյունավետ է, քան գազի տարածումը: Այսպիսով, ցենտրիֆուգ տեխնոլոգիայով Ռուսաստանում հարստացված ուրանը մոտ 3 անգամ ավելի էժան է, քան ստացվում է ամերիկյան մեմբրանների վրա:

Հարստացված ուրանի հայտ

Ինչու՞ է այս ամբողջ բարդ և թանկ կարմիր ժապավենը մաքրման, օքսիդներից մետաղի բաժանում, իզոտոպների տարանջատում: Հարստացված ուրանի 235 մի լվացող մեքենա, միջուկային էներգիայի մեջ օգտագործվողներից (այդպիսի «հաբերից» հավաքվում են ձողեր ՝ վառելիքի ձողեր), 7 գրամ քաշով, փոխարինվում է մոտ երեք 200 լիտր բարել բենզինով կամ մոտ մեկ տոննա ածուխով:

Հարստացված և խորտակված ուրանը տարբեր կերպ են օգտագործվում ՝ կախված 235 և 238 իզոտոպների մաքրությունից և հարաբերակից:

Իզոտոպ 235-ը ավելի էներգիայով լի վառելիք է: Հարստացված ուրանը համարվում է այն դեպքում, երբ 235 իզոտոպի պարունակությունը ավելի քան 20% է: Սա միջուկային զենքի հիմքն է:

Հարստացված էներգիայի հագեցած հումքը նույնպես օգտագործվում է որպես վառելիք միջուկային ռեակտորների համար սուզանավերում և տիեզերանավերում ՝ սահմանափակ զանգվածի և չափի պատճառով:

Ավերված ուրան, որը պարունակում է հիմնականում 238 իզոտոպ, վառելիք է հանդիսանում միջուկային կայուն ստացիոնար ռեակտորների համար: Բնական ուրանի ռեակտորները համարվում են պակաս պայթուցիկ:

Ի դեպ, ըստ ռուս տնտեսագետների հաշվարկների, պարբերական աղյուսակի 92 տարրերի ներկայիս արտադրության տեմպերը պահպանելիս, ողջ աշխարհի ուսումնասիրվող հանքերում դրա պաշարները արդեն կթափվեն մինչև 2030 թվականը: Այդ իսկ պատճառով գիտնականները անհամբերությամբ սպասում են միաձուլմանը ՝ որպես ապագայում էժան և մատչելի էներգիայի աղբյուր:

Pin
Send
Share
Send
Send