آشنايي با غني‌سازي اورانيوم
سنگ معدن را ابتدا در اسيد حل کرده و بعد از تخليص فلز، اورانيوم را بصورت ترکيب با اتم فلوئور (9F ) و بصورت مولکول اورانيوم هگزا فلورايد تبديل مي‌کنند که به حالت گازي است.
سرعت متوسط مولکول‌هاي گازي با جرم مولکولي گاز نسبت عکس دارد.
غني سازي با دستگاه سانتريفيوژ
سانتريفيوژ دستگاهي است که براي جدا سازي مواد از يکديگر بر اساس وزن آنها استفاده مي‌شود.
اين دستگاه مواد را با سرعت زياد حول يک محور به گردش در مي‌آورد و مواد متناسب با وزني که دارند از محور فاصله مي‌گيرند.
در واقع در اين روش براي جدا سازي مواد از يکديگر از شتاب ناشي از نيروي گريز از مرکز استفاده مي‌گردد، کاربرد عمومي اين دستگاه براي جداسازي مايع از مايع و يا مايع از جامد است.
سانتريفيوژهايي که براي غني سازي اورانيوم استفاده مي‌شود حالت خاصي دارند که براي گاز تهيه شده‌اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته مي‌شود.
پيش از آنکه دانشمندان از اين روش براي غني سازي اورانيوم استفاده کنند از تکنولوژي خاصي به نام Gaseous Diffusion به معني پخش و توزيع گازي استفاده مي‌کردند.
غني سازي با ديفوزيون گازي Gaseous Diffusion
گراهان در سال 1864 پديده‌اي را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکول‌هاي گاز با معکوس جرم مولکولي گاز متناسب بود.
از اين پديده که به نام ديفوزيون گازي مشهور است براي غني سازي اورانيوم استفاده مي‌کنند.
در عمل اورانيوم هگزا فلورايد طبيعي گازي شکل را از ستون‌هايي که جدار آنها از اجسام متخلخل (خلل و فرج دار) درست شده است عبور مي‌دهند.
سوراخ‌هاي موجود در جسم متخلخل بايد قدري بيشتر از شعاع اتمي يعني در حدود 2.5 آنگسترم (7-25x10 سانتيمتر) باشد.
ضريب جداسازي متناسب با اختلاف جرم مولکول‌ها است. با وجود اين مي‌توان به خوبي حدس زد که پرخرج ترين مرحله تهيه سوخت اتمي همين مرحله غني سازي ايزوتوپ‌ها است.
زيرا از هر هزاران کيلو سنگ معدن اورانيوم 140 کيلوگرم اورانيوم طبيعي بدست مي‌آيد که فقط يک کيلوگرم 235U خالص در آن وجود دارد.
ديفوزيون گازي از جمله تکنولوژي‌هايي بود که ايالات متحده طي جنگ جهاني دوم در پروژه‌اي به نام منهتن براي ساخت بمب هسته‌اي، با کمک انگليس و کانادا به آن دست پيدا کرد.
در اين روش با تکرار استفاده از اين صفحات فيلتر مانند، بصورت آبشاري (Cascade)، ميزان 235U را به مقدار دلخواه بالا مي‌بردند.
اين روش اولين راهکارهاي صنعتي براي غني سازي اورانيوم بود که کابرد عملي پيدا کرد.
نمونه‌اي از سانتريفيوژهاي گازي آبشاري که براي غني سازي اورانيوم از آنها استفاده مي‌شود.
اما در روش استفاده از سانتريفيوژ براي غني سازي اورانيوم ، تعداد بسيار زيادي از اين دستگاه‌ها بصورت سري و موازي بکار مي‌برند تا با کمک آن بتوانند غلظت 235U را افزايش دهند.
گاز هگزافلورايد اورانيوم (UF6) در داخل سيلندرهاي سانتريفيوژ تزريق مي‌شود و با سرعت زياد به گردش در آورده مي‌گردد.
گردش سريع سيلندر، نيروي گريز از مرکز بسيار قوي توليد مي‌کند و طي آن مولکول‌هاي سنگينتر (آنهايي که شامل ايزوتوپ 238U هستند) از مرکز محور گردش دورتر مي‌گردند و برعکس آنها که مولکول‌هاي سبکتري دارند (حاوي ايزوتوپ 235U ) بيشتر حول محور سانتريفيوژ قرار مي‌گيرند.
در اين هنگام با استفاده از روشهاي خاص گازي که حول محور جمع شده است جمع آوري شده به مرحله ديگر يعني دستگاه سانتريفيوژ بعدي هدايت مي‌گردد.
ميزان گاز هگزافلورايد اورانيوم شامل 235U که در اين روش از يک واحد جداسازي بدست مي‌آيد به مراتب بيشتر از مقداري است که در روش قبلي (Gaseous Diffusion) بدست مي‌آيد، به همين علت است که امروزه در بيشتر نقاط جهان براي غني سازي اورانيوم از اين روش استفاده مي‌کنند.
بزرگترين دستگاه‌هاي آبشاري سانتريفيوژ در کشورهايي مانند فرانسه، آلمان، انگلستان و چين در حال غني سازي اورانيوم هستد.
اين کشورها علاوه بر مصرف داخلي به صادرات اورانيوم غني شده نيز مي‌پردازند. کشور ژاپن هم داراي دستگاه‌هاي بزرگ سانتريفيوژ است، اما تنها براي مصرف داخلي اورانيوم غني شده توليد مي‌کند.
غني سازي اورانيم از طريق ميدان مغناطيسي
يکي از روشهاي غني‌سازي اورانيوم استفاده از ميدان مغناطيسي بسيار قوي مي‌باشد. در اين روش ابتدا اورانيوم هگزا فلوئوريد را حرارت مي‌دهند تا تبخير شود.
از طريق تبخير، اتمهاي اورانيوم و فلوئوريد از هم تفکيک مي‌شوند. در اين حالت ، اتمهاي اورانيوم را به ميدان مغناطيسي بسيار قوي هدايت مي‌کنند.
ميدان مغناطيسي بر هسته‌هاي باردار اورانيم نيرو وارد مي‌کند (اين نيرو به نيروي لورنتس معروف مي‌باشد) و اتمهاي اورانيوم را از مسير مستقيم خود منحرف مي‌کند.
اما هسته‌هاي سنگين اورانيم (238U ) نسبت به هسته‌هاي سبکتر (235U ) انحراف کمتري دارند و درنتيجه از اين طريق مي‌توان 235U را از اورانيوم طبيعي تفکيک کرد.
کاربردهاي اورانيوم غني شده:
- شرايطي ايجاد کرده اند که نسبت 235U به 238U را به 5 درصد ميرساند
- براي اين کار و تخليص کامل اورانيوم از سانتريفوژهاي بسيار قوي استفاده مي‌کنند
- براي ساختن نيروگاه اتمي، اورانيوم طبيعي و يا اورانيوم غني شده بين 1 تا 5 درصد کافي است
- براي تهيه بمب اتمي حداقل 5 تا 6 کيلوگرم 235U صد درصد خالص نياز است. در صنايع نظامي از اين روش استفاده نمي‌شود و بمبهاي اتمي را از 239Pu که سنتز و تخليص شيميايي آن بسيار ساده‌تر است تهيه مي‌کنند
نحوه توليد سوخت پلوتونيوم راديو اکتيو
اين عنصر ناپايدار را در نيروگاههاي بسيار قوي مي‌سازند که تعداد نوترونهاي موجود در آنها از صدها هزار ميليارد نوترون در ثانيه در سانتيمتر مربع تجاوز مي‌کند. عملا کليه بمبهاي اتمي موجود در زراد خانه‌هاي جهان از اين عنصر درست مي‌شود.
روش ساخت اين عنصر در داخل نيروگاههاي هسته‌اي به اين صورت که ايزوتوپ‌هاي 238U شکست پذير نيستند، ولي جاذب نوترون کم انرژي هستند.
تعدادي از نوترونهاي حاصل از شکست 235U را جذب مي‌کنند و تبديل به 239U مي‌شوند. اين ايزوتوپ از اورانيوم بسيار ناپايدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتمهاي بوجود آمده تخريب مي‌شوند.
در درون هسته پايدار 239U يکي از نوترونها خود به خود به پروتون و يک الکترون تبديل مي‌شود.
بنابراين تعداد پروتونها يکي اضافه شده و عنصر جديد را که 93 پروتون دارد نپتونيوم مي‌نامند که اين عنصر نيز ناپايدار است و يکي از نوترونهاي آن خود به خود به پروتون تبديل شده و در نتيجه به تعداد پروتونها يکي اضافه شده و عنصر جديد پلوتونيم را که 94 پروتون دارد ايجاد مي‌کنند. اين کار حدودا در مدت يک هفته صورت مي‌گيرد.
منبع: همشهري آنلاين
/انتهاي پيام/