სასარგებლო რჩევები

ურანის გამდიდრება

Pin
Send
Share
Send
Send


ურანის გამდიდრება არის ბირთვული იარაღის შექმნის ერთ – ერთი მნიშვნელოვანი ნაბიჯი. მხოლოდ გარკვეული ტიპის ურანი მუშაობს ბირთვულ რეაქტორებსა და ბომბებში.

ამ ტიპის ურანის უფრო ფართო სპექტრისგან გამოყოფა ინჟინერიის დიდ უნარს მოითხოვს, იმისდა მიუხედავად, რომ ამისათვის აუცილებელი ტექნოლოგია ათწლეულების განმავლობაში მიმდინარეობს. ამოცანა არ არის იმის გარკვევა, თუ როგორ უნდა გამოვყოთ ურანი, არამედ ამ ამოცანის შესასრულებლად საჭირო მოწყობილობების აშენება და გაშვება.

ურანის ატომებს, ისევე როგორც ელემენტურ ატომებს, რომლებიც ბუნებაში მრავალფეროვნებით გვხვდება, ეწოდება იზოტოპები. (თითოეულ იზოტოპს აქვს ბირთვში განსხვავებული რაოდენობის ნეიტრონები.) ურანი-235, იზოტოპი, რომელიც მთელი ბუნებრივი ურანის 1 პროცენტზე ნაკლებს შეადგენს, იძლევა საწვავს ბირთვულ რეაქტორებსა და ბირთვულ ბომბებს, ხოლო ურანი-238, იზოტოპი, რომელიც 99 პროცენტს შეადგენს ბუნებრივი ურანი, ბირთვული გამოყენება არ აქვს.

ურანის გამდიდრების ხარისხი

ბირთვული ჯაჭვის რეაქცია გულისხმობს, რომ ურანის ატომის დაშლადან მინიმუმ ერთი ნეიტრონი სხვა ატომს დაატყვევებს და, შესაბამისად, გამოიწვევს მის დაშლას. პირველი მიახლოებით, ეს ნიშნავს, რომ ნეიტრონი უნდა "დაბრკოლდეს" 235 U ატომზე რეაქტორის გასვლამდე. ეს ნიშნავს, რომ ურანთან დიზაინი საკმარისად კომპაქტური უნდა იყოს, რათა ნეიტრონზე შემდეგი ურანის ატომის პოვნის ალბათობა საკმარისად მაღალი იყოს. მაგრამ, როგორც 235 U რეაქტორი მოქმედებს, იგი თანდათანობით იწვის, რაც ამცირებს ნეიტრონის 235 U ატომის შეტანის ალბათობას, რაც მათ აიძულებს ამ ალბათობის გარკვეულ ზღვარს დააყენონ რეაქტორებში. შესაბამისად, ბირთვული საწვავის 235 U დაბალი წილი მოითხოვს:

  • უფრო დიდი რეაქტორის მოცულობა ისე, რომ ნეიტრონი მასში უფრო გრძელია
  • რეაქტორის მოცულობის უფრო დიდი წილი უნდა დაიკავოს საწვავი, რათა გაზარდოს ნეიტრონის და ურანის ატომის შეჯახების ალბათობა,
  • უფრო ხშირად საჭიროა საწვავის განახლება, რათა მოხდეს რექტორში 235 U – ის დატვირთვა,
  • დახარჯული საწვავის მნიშვნელოვანი წილი 235 U.

ბირთვული ტექნოლოგიის გაუმჯობესების პროცესში იქნა ნაპოვნი ეკონომიკურად და ტექნოლოგიურად ოპტიმალური გადაწყვეტილებები, რომლებიც საჭიროებდნენ საწვავის 235 U შემცველობას, ანუ ურანის გამდიდრებას.

ბირთვულ იარაღში გამდიდრების ამოცანა თითქმის იგივეა: საჭიროა, რომ ბირთვული აფეთქების ძალიან მოკლე დროში, 235 U ატომის მაქსიმალურმა რაოდენობამ იპოვონ თავიანთი ნეიტრონი, დაშლა და ენერგია გაათავისუფლოს. ამისათვის საჭიროა ატომების 235 U მაქსიმალური ნაყარი მაქსიმალური სიმკვრივე, რაც მიიღწევა საბოლოო გამდიდრებით.

ურანის გამდიდრების ხარისხი [რედაქტირება |

განცალკევების გასაღები

მათი განცალკევების გასაღები ის არის, რომ ურანი-235 ატომები წონაში ოდნავ ნაკლებია ვიდრე ურანი-238 ატომები.

იმისათვის, რომ გამოვყოთ ურანი-235-ის უმცირესი რაოდენობა, რომელიც გვხვდება ურანის საბადოების ყველა ბუნებრივ ნიმუშში, ინჟინრები პირველ რიგში ურანს გადააქვთ გაზში ქიმიური რეაქციის გამოყენებით.

შემდეგ გაზი შეჰყავთ ცენტრიფუგის მილში ცილინდრული ფორმის ზომის პირის ან მეტით. თითოეული მილები თავის ღერძზე ბრუნავს წარმოუდგენლად დიდი სიჩქარით, მიჰყავს უფრო მძიმე ურანი-238 გაზის მოლეკულა მილის ცენტრში, ტოვებს მსუბუქ ურანს-235 გაზის მოლეკულას მილის კიდეებთან უფრო ახლოს, სადაც მათი ამოღებაა შესაძლებელი.

ყოველ ჯერზე გაზის გადატრიალება ხდება ცენტრიფუგის დროს, მხოლოდ მცირე რაოდენობით ურანი-238 გაზი ამოღებულია ნარევიდან, ამიტომ მილები გამოიყენება სერიაში. თითოეული ცენტრიფუგა გამოაქვს ცოტა ურანი-238, შემდეგ კი ოდნავ გაწმენდილი გაზის ნარევი გადააქვს შემდეგ მილს და ა.შ.

ურანის გაზის გადაქცევა

გაზიანი ურანი-235-ის ცენტრიფუგის მრავალ ეტაპზე განცალკევების შემდეგ, ინჟინრები სხვადასხვა ქიმიურ რეაქციას იყენებენ ურანის გაზის მყარი ლითონის დასაბრუნებლად. მოგვიანებით ეს მეტალი შეიძლება ჩამოყალიბდეს რეაქტორებში ან ბომბებში გამოსაყენებლად.

ვინაიდან თითოეული ნაბიჯი მხოლოდ ურანის გაზის ნარევი მცირე რაოდენობით ასუფთავებს, ქვეყნებს შეუძლიათ მხოლოდ ის გააკეთონ ცენტრიფუგის გაშვება, რომელიც შექმნილია ეფექტურობის მაღალ დონემდე. წინააღმდეგ შემთხვევაში, სუფთა ურანი-235-ის თუნდაც მცირე რაოდენობით წარმოება სავალდებულო ძვირი ხდება.

და ამ ცენტრიფუგის მილების დაპროექტებასა და წარმოებას მოითხოვს გარკვეული დონის ინვესტიცია და ტექნიკური ნოუ – ჰაუ, მრავალი ქვეყნის მიღმა. მილები საჭიროებენ ფოლადის ან ნარევების სპეციფიკურ ტიპებს, რომლებიც გაუძლებენ მნიშვნელოვან წნევას როტაციის დროს, უნდა იყოს მთლიანად ცილინდრული და დამზადდეს სპეციალიზირებული აპარატების მიერ, რომელთა აშენება რთულია.

ეს არის ბომბის მაგალითი, რომელიც შეერთებულმა შტატებმა ჰიროშიმაზე ჩამოაგდო. ბომბის დასამზადებლად საჭიროა 62 კგ ურანი-235, ”ატომური ბომბის აშენების” მიხედვით (სიმონ და შუსტერი, 1995).

ამ 62 კგ – ის გამოყოფა თითქმის 4 ტონა ურანის საბადოდან მოხდა მსოფლიოში ყველაზე დიდ კორპუსში და ქვეყნის ელექტროენერგიის 10 პროცენტი გამოიყენეს. ”ობიექტის აშენებას 20 000 ადამიანი დასჭირდა, 12,000 ადამიანი ფუნქციონირებს ობიექტთან, ხოლო 1944 წელს მისი აღჭურვა 500 მილიონ დოლარზე მეტი ღირდა.” 2018 წელს ეს დაახლოებით 7.2 მილიარდი დოლარია.

რატომ არის გამდიდრებული ურანი ასე საშინლად?

ურანის ან იარაღის დონის პლუტონიუმი საშიშია მისი სუფთა სახით ერთი მარტივი მიზეზის გამო: მათგან, გარკვეული ტექნიკური ბაზის საშუალებით, შეიძლება გაკეთდეს ასაფეთქებელი ბირთვული მოწყობილობა.

ფიგურაში ნაჩვენებია მარტივი ბირთვული ქობილის სქემატური წარმოდგენა. ბილეთები 1 და 2 ბირთვული საწვავი ჭურვის შიგნით მდებარეობს. თითოეული მათგანი მთელი ბურთის ერთ – ერთი ნაწილია და წონა ოდნავ ნაკლებია ვიდრე ბომბიში გამოყენებული იარაღის ლითონის კრიტიკული მასა.

როდესაც TNT- ის დეტონაციური მუხტი აფეთქდა, ურანის ინჟინრები 1 და 2 ერთეულში გაერთიანებულია, მათი საერთო მასა აუცილებლად აღემატება ამ მასალის კრიტიკულ მასას, რაც იწვევს ბირთვული ჯაჭვის რეაქციას და, შესაბამისად, ატომური აფეთქებამდე.

არაფერი რთული არ უნდა ჩანდეს, მაგრამ სინამდვილეში ეს, რა თქმა უნდა, ასე არ არის. წინააღმდეგ შემთხვევაში, იქნებოდა პლანეტაზე ბირთვული იარაღის მქონე ქვეყნების მეტი მასშტაბის შეკვეთა. უფრო მეტიც, ამგვარი საშიში ტექნოლოგიების რისკი საკმარისად მძლავრი და განვითარებული ტერორისტული ჯგუფების ხელში ჩავარდებოდა.

ხრიკი ისაა, რომ მხოლოდ განვითარებულ სამეცნიერო ინფრასტრუქტურას მხოლოდ ძალიან მდიდარ ძალებს შეუძლიათ ուրანის გამდიდრება, თუნდაც ტექნოლოგიის თანამედროვე განვითარებით. კიდევ უფრო რთული, რომლის გარეშეც ატომური მოწყობილობა არ იმუშავებს, გამოეყო 235 და 238 ურანის იზოტოპები.

ურანის მაღაროები: ჭეშმარიტება და ფიქცია

სსრკ-ში, ფილისტის დონეზე, გაჩნდა ჰიპოთეზა, რომ განწირული კრიმინალები მუშაობდნენ ურანის მაღაროებში, რითაც აცილებდნენ თავიანთ დანაშაულს პარტიისა და საბჭოთა ხალხის წინაშე. ეს, რა თქმა უნდა, არ შეესაბამება სიმართლეს.

ურანის მოპოვება მაღალტექნოლოგიური სამთო ინდუსტრიაა და ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ვინმეს დათანხმდეს დახვეწილი და ძალიან ძვირი დანადგარებით მუშაობის და ყაჩაღების მკვლელობის საქმეში. უფრო მეტიც, ჭორები იმის შესახებ, რომ ურანის მაღაროელები აუცილებლად ატარებენ გაზის ნიღაბს და ტყვიის საცვლებს, მითუმეტეს რომ არაფერი.

ურანი დანაღმულია მაღაროებში, ზოგჯერ კი კილომეტრამდე სიღრმეზე. ამ ელემენტის ყველაზე დიდი რეზერვები გვხვდება კანადაში, რუსეთში, ყაზახეთსა და ავსტრალიაში. რუსეთში, ერთი ტონა საბადო აწარმოებს საშუალოდ დაახლოებით ერთი და ნახევარი კილოგრამის ურანს. ეს არავითარ შემთხვევაში არ არის ყველაზე დიდი მაჩვენებელი. ევროპის ზოგიერთ მაღაროში ეს მაჩვენებელი 22 კგ-ს აღწევს ტონაზე.

მაღაროში გამოსხივების ფონი დაახლოებით იგივეა, რაც სტრატოსფეროს საზღვართან, სადაც სამოქალაქო სამგზავრო თვითმფრინავები პატჩობენ.

ურანის საბადო

გამდიდრება uranium იწყება მოპოვებისთანავე, უშუალოდ მაღაროს მახლობლად. ლითონის გარდა, ისევე, როგორც ნებისმიერი სხვა საბადო, ურანი შეიცავს ნარჩენების კლდეს. გამდიდრების საწყისი ეტაპი მოდის მაღაროდან ამოღებული კობოლების დალაგების მიხედვით: ისინი, რომლებიც მდიდარია ურანით და ღარიბებით. სიტყვასიტყვით ყველა ნაჭერი იწონის, იზომება მანქანებით და, თვისებებიდან გამომდინარე, იგზავნება კონკრეტულ ნაკადზე.

შემდეგ წისქვილი ამოქმედდება, ურანზე მდიდარი საბადო წვრილ ფხვნილში გახეხავს. თუმცა, ეს არ არის ურანი, არამედ მხოლოდ მისი ოქსიდი. სუფთა ლითონის მიღება ქიმიური რეაქციების და გარდაქმნების ყველაზე რთული ჯაჭვია.

ამასთან, საკმარისი არ არის მხოლოდ სუფთა ლითონის იზოლირება საწყისი ქიმიური ნაერთებისგან. ბუნებაში შემავალი მთლიანი ურანიდან 99% იკავებს იზოტოპით 238, ხოლო მისი 235-ე კოლეგა ერთ პროცენტზე ნაკლებია. მათი განცალკევება საკმაოდ რთული ამოცანაა, რომელსაც ყველა ქვეყანა ვერ გადაჭრის.

გაზის გამდიდრების მეთოდი

ეს პირველი მეთოდია, რომლითაც ურანი გამდიდრდა. იგი ჯერ კიდევ გამოიყენება აშშ-სა და საფრანგეთში. 235 და 238 იზოტოპების სიმკვრივის განსხვავებაზე დაყრდნობით. ურანი გაზი, რომელიც გამოიყოფა ოქსიდიდან, დიდი წნევის ქვეშ მოთავსებულია მემბრანისგან გამოყოფილი პალატაში. იზოტოპის 235 ატომები უფრო მსუბუქია, ამიტომ სითბოს მიღებული ნაწილი უფრო სწრაფად მოძრაობს ვიდრე "ნელი" ურანის ატომები 238, შესაბამისად, უფრო ხშირად და უფრო ინტენსიურად სცემეს მემბრანას. ალბათობის თეორიის კანონების თანახმად, ისინი უფრო ხშირად მოხვდებიან ერთ მიკროფორში და იმყოფებიან ამ მემბრანის მეორე მხარეს.

ამ მეთოდის ეფექტურობა მცირეა, რადგან განსხვავება იზოტოპებს შორის ძალიან, ძალიან მცირეა. როგორ გამოვიყენოთ გამდიდრებული ურანი გამოსაყენებელი? პასუხი ამ მეთოდს ბევრ, ბევრჯერ იყენებს. ელექტროსადგურში რეაქტორიდან საწვავის დასამზადებლად შესაფერისი ურანის მოპოვების მიზნით, გაზის დიფუზიური გამწმენდი სისტემა მეორდება რამდენჯერმე.

ამ მეთოდის შესახებ ექსპერტთა მიმოხილვები შერეულია. ერთი მხრივ, გაზის დიფუზიური განცალკევების მეთოდი პირველია, რომელიც შეერთებულ შტატებს აწვდის მაღალი ხარისხის ურანს, რაც მათ დროებით ლიდერად აქცევს სამხედრო სფეროში. მეორეს მხრივ, გაზის დიფუზია ფიქრობენ, რომ ნაკლებ ნარჩენებს ქმნის. ერთადერთი, რაც ამ შემთხვევაში ვერ გამოდგება, საბოლოო პროდუქტის მაღალი ფასია.

ცენტრიფუგის მეთოდი

ეს საბჭოთა ინჟინრების განვითარებაა. ამჟამად, რუსეთის გარდა, არსებობს უამრავი ქვეყანა, სადაც ურანი გამდიდრებულია სსრკ-ში აღმოჩენილი მეთოდით. ესენი არიან ბრაზილია, დიდი ბრიტანეთი, გერმანია, იაპონია და ზოგიერთი სხვა სახელმწიფო. მეთოდი მსგავსია გაზის დიფუზიის ტექნოლოგიით, რადგან იგი იყენებს 235 და 238 იზოტოპების მასობრივ განსხვავებას.

ურანის გაზი ტრიალებს ცენტრიფუგაზე 1,500 რ / წუთამდე. სხვადასხვა სიმკვრივის გამო, იზოტოპებს ახდენენ სხვადასხვა ზომის ცენტრიდანული ძალები. ურანი 238, როგორც უფრო მძიმე, გროვდება ცენტრიფუგის კედლების მახლობლად, ხოლო 235-ე იზოტოპი გროვდება ცენტრთან უფრო ახლოს. გაზის ნარევი ტუმბოს ცილინდრის თავზე ტუმბოს. ცენტრიფუგის ფსკერამდე მისასვლელი გზა გაიარა, იზოტოპებს აქვთ დრო, რომ ნაწილობრივ გამოეყოთ და ცალკე აირჩიონ.

იმისდა მიუხედავად, რომ მეთოდი ასევე არ ითვალისწინებს იზოტოპების 100% განცალკევებას და გამდიდრების აუცილებელი ხარისხის მისაღწევად იგი არაერთხელ უნდა იქნას გამოყენებული, ის გაცილებით ეკონომიკურად ეფექტურია ვიდრე გაზის დიფუზია. ამრიგად, რუსეთში ცენტრიფუგის ტექნოლოგიის გამოყენებით გამდიდრებული ურანი დაახლოებით 3 ჯერ იაფია, ვიდრე მიღებული ამერიკულ გარსებზე.

გამდიდრებული ურანის პროგრამა

რატომ არის ყველა ეს რთული და ძვირადღირებული წითელი ლენტი გაწმენდით, ლითონის დაშორება ოქსიდებიდან, იზოტოპების გამიჯვნა? გამდიდრებული ურანის 235 გამრეცხავი, ბირთვულ ენერგიაში გამოყენებული (ასეთი ”აბებიდან” არის აწყობილი წნელები - საწვავის წნელები), 7 გრამიანი წონით ჩანაცვლებულია დაახლოებით 200 200 ლიტრიანი ბარელი ბენზინის ან დაახლოებით ტონა ნახშირის.

გამდიდრებული და გაფუჭებული ურანი სხვაგვარად გამოიყენება, 235 და 238 იზოტოპების სიწმინდისა და თანაფარდობის მიხედვით.

იზოტოპი 235 უფრო ენერგიული ინტენსიური საწვავია. გამდიდრებული ურანი განიხილება, როდესაც 235 იზოტოპის შემცველობა 20% -ზე მეტია. ეს არის ბირთვული იარაღის საფუძველი.

გამდიდრებული ენერგიის გაჯერებული ნედლეული ასევე გამოიყენება როგორც ატომური რეაქტორების საწვავად წყალქვეშა ნავებში და კოსმოსურ ხომალდებში შეზღუდული მასისა და ზომის გამო.

გაფუჭებული ურანი, რომელიც ძირითადად 238 იზოტოპს შეიცავს, არის საწვავი სამოქალაქო სტაციონალური ბირთვული რეაქტორებისთვის. ურანის ბუნებრივი რეაქტორები ნაკლებად ფეთქებად ითვლებიან.

სხვათა შორის, რუსი ეკონომისტების გამოთვლებით, პერიოდული ცხრილის 92 ელემენტის ამჟამინდელი წარმოების ტემპის შენარჩუნებისას, მის მიერ აღმოჩენილ მაღაროებში მისი მარაგი უკვე გამოიყოფა 2030 წლისთვის. სწორედ ამიტომ, მეცნიერები მოუთმენლად ელოდება შერწყმას, როგორც მომავალში იაფი და ხელმისაწვდომი ენერგიის წყაროს.

Pin
Send
Share
Send
Send