यूरेनियम का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में एक शक्ति स्रोत के रूप में किया जाता है और पहला परमाणु बम बनाने के लिए इस्तेमाल किया गया था, जिसे 1945 में हिरोशिमा पर गिराया गया था। यूरेनियम को पिचब्लेंड नामक अयस्क के रूप में खनन किया जाता है, और यह परमाणु भार और कई अलग-अलग स्तरों के कई समस्थानिकों से बना होता है। रेडियोधर्मिता का। विखंडन प्रतिक्रियाओं में उपयोग के लिए, समस्थानिकों की संख्या 235यू को उस स्तर तक बढ़ाया जाना चाहिए जो रिएक्टर या बम में विखंडन के लिए तैयार हो। इस प्रक्रिया को यूरेनियम संवर्धन कहा जाता है, और इसे करने के कई तरीके हैं।
कदम
विधि 1 का 7: मूल संवर्धन प्रक्रिया
चरण 1. तय करें कि यूरेनियम का उपयोग किस लिए किया जाएगा।
अधिकांश खनन यूरेनियम में केवल लगभग 0.7 प्रतिशत. होता है 235U, शेष अधिकांश समस्थानिक होने के साथ 238अधिक स्थिर यू. यूरेनियम के साथ आप जिस प्रकार की विखंडन प्रतिक्रिया करना चाहते हैं, वह निर्धारित करती है कि कितनी वृद्धि हुई है 235यू को ऐसा करना चाहिए कि यूरेनियम का प्रभावी ढंग से उपयोग किया जा सके।
- अधिकांश परमाणु ऊर्जा इंजनों में उपयोग किए जाने वाले यूरेनियम को 3-5 प्रतिशत तक समृद्ध करने की आवश्यकता है 235यू. (कुछ परमाणु रिएक्टर, जैसे कनाडा में CANDU रिएक्टर और यूनाइटेड किंगडम में मैग्नॉक्स रिएक्टर, बिना समृद्ध यूरेनियम का उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।)
- इसके विपरीत, यूरेनियम, जिसका उपयोग परमाणु बमों और आयुधों के लिए किया जाता है, को 90 प्रतिशत तक समृद्ध करने की आवश्यकता है। 235यू
चरण 2. यूरेनियम अयस्क को गैस में बदल दें।
वर्तमान में उपलब्ध अधिकांश यूरेनियम संवर्धन विधियों में यूरेनियम अयस्क को कम तापमान वाली गैस में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है। फ्लोरीन गैस को आमतौर पर अयस्क रूपांतरण मशीन में पंप किया जाता है; यूरेनियम ऑक्साइड गैस यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड (UF.) का उत्पादन करने के लिए फ्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करती है6) गैस को फिर आइसोटोप को अलग करने और इकट्ठा करने के लिए संसाधित किया जाता है 235यू
चरण 3. यूरेनियम को समृद्ध करें।
इस लेख के बाद के खंड यूरेनियम को समृद्ध करने के लिए उपलब्ध विभिन्न प्रक्रियाओं का वर्णन करते हैं। सभी प्रक्रियाओं में, गैस प्रसार और गैस सेंट्रीफ्यूजेशन दो सबसे आम हैं, लेकिन लेजर आइसोटोप पृथक्करण दोनों को बदलने की उम्मीद है।
चरण 4. यूएफ गैस बदलें6 यूरेनियम डाइऑक्साइड (UO.)2).
एक बार समृद्ध होने के बाद, यूरेनियम को वांछित उपयोग के लिए एक स्थिर ठोस रूप में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है।
परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में उपयोग किए जाने वाले यूरेनियम डाइऑक्साइड को सिरेमिक कोर अनाज में बनाया जाता है जिसे धातु ट्यूबों में लपेटा जाता है ताकि वे 4 मीटर ऊंची छड़ बन जाएं।
विधि 2 का 7: गैस प्रसार प्रक्रिया
चरण 1. पंप यूएफ गैस गैस6 पाइप के माध्यम से।
चरण 2. एक फिल्टर या झरझरा झिल्ली के माध्यम से गैस को पंप करें।
आइसोटोप के कारण 235U समस्थानिक से हल्का है 238यू, यूएफ6 हल्के समस्थानिक झिल्ली के माध्यम से भारी समस्थानिकों की तुलना में अधिक तेजी से फैलेंगे।
चरण 3. प्रसार प्रक्रिया को तब तक दोहराएं जब तक कि पर्याप्त न हो 235यू एकत्र किया।
बार-बार प्रसार को स्तरीकृत कहा जाता है। एक झरझरा झिल्ली के माध्यम से पर्याप्त मात्रा में प्राप्त करने के लिए 1,400 निस्पंदन लग सकता है 235यूरेनियम को अच्छी तरह से समृद्ध करने के लिए।
चरण 4. यूएफ गैस गैस का संघनन6 तरल रूप में।
एक बार गैस पर्याप्त रूप से समृद्ध हो जाने के बाद, गैस को एक तरल में संघनित किया जाता है, फिर एक कंटेनर में संग्रहीत किया जाता है, जहां यह ठंडा हो जाता है और परिवहन के लिए ठोस हो जाता है और ईंधन अनाज बन जाता है।
बड़ी मात्रा में फ़िल्टरिंग की आवश्यकता के कारण, यह प्रक्रिया ऊर्जा गहन होती है इसलिए इसे रोक दिया जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, केवल एक गैस प्रसार संवर्धन संयंत्र, पदुका, केंटकी में स्थित है।
विधि 3 का 7: गैस अपकेंद्रित्र प्रक्रिया
चरण 1. कई उच्च गति वाले घूर्णन सिलेंडर स्थापित करें।
यह सिलेंडर एक अपकेंद्रित्र है। अपकेंद्रित्र श्रृंखला या समानांतर में स्थापित किया गया है।
चरण 2. प्रवाह यूएफ गैस6 स्पिनर में।
सेंट्रीफ्यूज एक गैस युक्त देने के लिए सेंट्रिपेटल त्वरण का उपयोग करता है 238सिलिंडर की दीवार से भारी U और गैस युक्त 235सिलेंडर के केंद्र में हल्का U।
चरण 3. पृथक गैसों को निकालें।
चरण 4। दो अलग-अलग गैसों को दो अलग-अलग सेंट्रीफ्यूज में पुन: संसाधित करें।
समृद्ध गैस 235यू को एक अपकेंद्रित्र में भेजा गया जहां 235यू अभी भी अधिक निकाला जाता है, जबकि गैस युक्त 235कम यू को निकालने के लिए एक और अपकेंद्रित्र में खिलाया जाता है 235शेष यू. यह सेंट्रीफ्यूजिंग को और अधिक निकालने की अनुमति देता है 235यू से गैस प्रसार प्रक्रिया द्वारा निकाला जा सकता है।
गैस अपकेंद्रित्र प्रक्रिया को पहली बार 1940 के दशक में विकसित किया गया था, लेकिन 1960 के दशक तक इसे महत्वपूर्ण उपयोग में नहीं लाया गया था, जब कम ऊर्जा यूरेनियम संवर्धन प्रक्रियाओं को पूरा करने की इसकी क्षमता महत्वपूर्ण हो गई थी। वर्तमान में, संयुक्त राज्य अमेरिका में गैस सेंट्रीफ्यूज प्रक्रिया संयंत्र यूनिस, न्यू मैक्सिको में है। इसके विपरीत, रूस में वर्तमान में इस प्रकार के चार कारखाने हैं, जापान और चीन में दो-दो हैं, जबकि यूनाइटेड किंगडम, नीदरलैंड और जर्मनी में एक-एक है।
विधि 4 का 7: वायुगतिकीय पृथक्करण प्रक्रिया
चरण 1. संकीर्ण, स्थिर सिलेंडरों की एक श्रृंखला बनाएं।
चरण 2. यूएफ गैस गैस इंजेक्ट करें6 तेज गति से सिलेंडर में।
गैस को सिलेंडर में इस तरह से फायर किया जाता है जिससे गैस चक्रवात की तरह घूमती है, इस प्रकार एक प्रकार का पृथक्करण उत्पन्न होता है 235यू और 238घूर्णन अपकेंद्रित्र प्रक्रिया के समान यू।
दक्षिण अफ्रीका में विकसित एक तरीका गैस को सिलेंडर में एक साथ इंजेक्ट करना है। इस विधि का परीक्षण वर्तमान में सिलिकॉन में पाए जाने वाले हल्के समस्थानिकों के साथ किया जा रहा है।
विधि ५ का ७: तरल तापीय प्रसार प्रक्रिया
चरण 1. तरलीकृत यूएफ गैस6 दबाव में।
चरण 2. ध्यान केंद्रित पाइप की एक जोड़ी बनाएं।
पाइप काफी ऊंचा होना चाहिए, क्योंकि लंबा पाइप अधिक आइसोटोप पृथक्करण की अनुमति देता है 235यू और 238यू
चरण 3. पानी की एक परत के साथ पाइप को कोट करें।
यह पाइप के बाहरी हिस्से को ठंडा कर देगा।
चरण 4. पंप यूएफ6 पाइप के बीच तरल।
चरण 5. भीतरी ट्यूब को भाप से गर्म करें।
उष्मा UF. में संवहन धाराओं का कारण बनेगी6 जो समस्थानिक को आकर्षित करेगा 235लाइटर U गर्म भीतरी ट्यूब की ओर और समस्थानिक को धक्का देता है 238कूलर बाहरी पाइप की ओर भारी यू।
मैनहट्टन परियोजना के हिस्से के रूप में इस प्रक्रिया पर 1940 में शोध किया गया था, लेकिन विकास के प्रारंभिक चरण में छोड़ दिया गया था जब अधिक कुशल गैस प्रसार प्रक्रियाओं का विकास किया गया था।
विधि ६ का ७: विद्युतचुंबकीय समस्थानिक पृथक्करण प्रक्रिया
चरण 1. यूएफ गैस का आयनीकरण6.
चरण 2. गैस को प्रबल चुंबकीय क्षेत्र से गुजारें।
चरण 3. आयनित यूरेनियम के समस्थानिकों को चुंबकीय क्षेत्र से गुजरते समय पीछे छोड़े गए अंशों के आधार पर अलग करें।
आयन 235यू आयन से भिन्न चाप के साथ एक निशान छोड़ता है 238यू. यूरेनियम को समृद्ध करने के लिए आयनों को पृथक किया जा सकता है।
1945 में हिरोशिमा पर गिराए गए परमाणु बम के लिए यूरेनियम को संसाधित करने के लिए इस पद्धति का उपयोग किया गया था और 1992 में अपने परमाणु हथियार कार्यक्रम में इराक द्वारा उपयोग की जाने वाली संवर्धन विधि भी है। इस विधि में गैसीय प्रसार की तुलना में 10 गुना अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे यह कार्यक्रम के लिए अव्यावहारिक हो जाता है। बड़े पैमाने पर संवर्धन।
विधि 7 का 7: लेजर आइसोटोप पृथक्करण प्रक्रिया
चरण 1. लेज़र को एक विशिष्ट रंग में सेट करें।
लेजर बीम पूरी तरह से एक विशेष तरंग दैर्ध्य (मोनोक्रोमैटिक) का होना चाहिए। यह तरंग दैर्ध्य केवल परमाणुओं को लक्षित करेगा 235यू, और चलो परमाणु 238यू प्रभावित नहीं हैं।
चरण 2. यूरेनियम पर एक लेज़र बीम चमकें।
अन्य यूरेनियम संवर्धन प्रक्रियाओं के विपरीत, आपको यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड गैस का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है, हालांकि अधिकांश लेजर प्रक्रियाएं करती हैं। आप यूरेनियम स्रोत के रूप में यूरेनियम और लौह मिश्र धातुओं का भी उपयोग कर सकते हैं, जिसका उपयोग परमाणु वाष्प लेजर आइसोटोप पृथक्करण (AVLIS) प्रक्रिया में किया जाता है।
चरण 3. उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों के साथ यूरेनियम परमाणुओं का निष्कर्षण।
यह परमाणु होगा 235यू
टिप्स
कुछ देशों ने यूरेनियम और प्लूटोनियम को पुनः प्राप्त करने के लिए परमाणु ईंधन का पुनर्संसाधन किया, जो विखंडन प्रक्रिया के दौरान बनाया गया था। पुन: संसाधित यूरेनियम को आइसोटोप से हटा दिया जाना चाहिए 232यू और 236यू विखंडन के दौरान बनता है, और यदि समृद्ध होता है, तो इसे "ताजा" यूरेनियम की तुलना में उच्च ग्रेड में समृद्ध किया जाना चाहिए क्योंकि 236U न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है जिससे विखंडन प्रक्रिया बाधित होती है। इसलिए, पुनर्संसाधित यूरेनियम को यूरेनियम से अलग संग्रहित किया जाना चाहिए जो पहली बार नव समृद्ध हुआ था।
चेतावनी
- यूरेनियम केवल कमजोर रेडियोधर्मिता का उत्सर्जन करता है; हालांकि, जब यूएफ गैस में संसाधित किया जाता है6यह एक जहरीला रासायनिक पदार्थ बन जाता है जो पानी के साथ संक्षारक हाइड्रोफ्लोरिक एसिड बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है। (इस एसिड को आमतौर पर "ईचिंग एसिड" कहा जाता है क्योंकि इसका उपयोग कांच को खोदने के लिए किया जाता है।) इसलिए, यूरेनियम संवर्धन संयंत्रों को फ्लोरीन के साथ काम करने वाले रासायनिक संयंत्रों के समान सुरक्षात्मक उपायों की आवश्यकता होती है, जिसमें यूएफ गैस को खाड़ी में रखना शामिल है।6 अधिकांश समय कम दबाव में रहें और उन क्षेत्रों में अतिरिक्त स्तर की रोकथाम का उपयोग करें जहां उच्च दबाव की आवश्यकता होती है।
- पुनर्संसाधित यूरेनियम को मोटे बाड़ों में संग्रहित किया जाना चाहिए, क्योंकि 232इसमें मौजूद यू उन तत्वों में विघटित हो जाता है जो मजबूत गामा विकिरण उत्सर्जित करते हैं।
- समृद्ध यूरेनियम को आमतौर पर केवल एक बार पुन: संसाधित किया जा सकता है।
