आइसोटोप सिस्टम के पृथक्करण के लिए प्रयोगशाला सुविधा। यूरेनियम समस्थानिकों का पृथक्करण

आइसोटोप पृथक्करण

आइसोटोप पृथक्करण- एक तकनीकी प्रक्रिया जिसमें इस तत्व के अलग-अलग समस्थानिकों को एक रासायनिक तत्व के विभिन्न समस्थानिकों के मिश्रण वाली सामग्री से अलग किया जाता है। आइसोटोप पृथक्करण प्रक्रिया का मुख्य अनुप्रयोग परमाणु ईंधन, हथियार-ग्रेड रेडियोधर्मी सामग्री और रेडियोधर्मी पदार्थों के उपयोग से जुड़े अन्य अनुप्रयोगों का उत्पादन है। ऐसे मामलों में, पृथक्करण का उद्देश्य आमतौर पर कुछ रेडियोधर्मी समस्थानिकों के साथ सामग्री को समृद्ध या कम करना होता है।

सामान्य सिद्धांतों

समस्थानिकों का पृथक्करण (उदाहरण के लिए, 235 यू का निष्कर्षण) हमेशा महत्वपूर्ण कठिनाइयों से जुड़ा होता है, क्योंकि समस्थानिक, जो एक तत्व के रूपांतर होते हैं जो द्रव्यमान में थोड़ा भिन्न होते हैं, लगभग उसी तरह से रासायनिक रूप से व्यवहार करते हैं। लेकिन - कुछ प्रतिक्रियाओं के पारित होने की दर तत्व के आइसोटोप के आधार पर भिन्न होती है, इसके अलावा, आप उनके भौतिक गुणों में अंतर का उपयोग कर सकते हैं - उदाहरण के लिए, द्रव्यमान में।

ऐसी कैस्केड प्रणाली का प्रदर्शन दो कारकों से प्रभावित होता है: प्रत्येक चरण में संवर्धन की डिग्री और अपशिष्ट धारा में वांछित आइसोटोप का नुकसान।

आइए दूसरे कारक की व्याख्या करें। संवर्धन के प्रत्येक चरण में, प्रवाह को दो भागों में विभाजित किया जाता है - वांछित समस्थानिक में समृद्ध और समाप्त। चूंकि संवर्धन की डिग्री बेहद कम है, खर्च की गई चट्टान में आइसोटोप का कुल द्रव्यमान आसानी से समृद्ध हिस्से में अपने द्रव्यमान से अधिक हो सकता है। मूल्यवान कच्चे माल के इस तरह के नुकसान को रोकने के लिए, प्रत्येक बाद के चरण के घटे हुए प्रवाह को फिर से पिछले एक के इनपुट में फीड किया जाता है।

स्रोत सामग्री कैस्केड के पहले चरण में प्रवेश नहीं करती है। इसे सिस्टम में तुरंत कुछ, n-वें चरण में पेश किया जाता है। इसके कारण, मुख्य समस्थानिक में अत्यधिक कमी वाली सामग्री को पहले चरण से हटा दिया जाता है।

आइसोटोप पृथक्करण के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियाँ

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण
गैस प्रसार
तरल थर्मल प्रसार
गैस सेंट्रीफ्यूजेशन
वायुगतिकीय पृथक्करण
लेजर आइसोटोप पृथक्करण
रासायनिक संवर्धन
प्रकाश रासायनिक पृथक्करण

किसी भी मामले में, उत्पादित समृद्ध सामग्री की मात्रा आउटपुट धाराओं के संवर्धन और दुबलेपन की वांछित डिग्री पर निर्भर करती है। यदि प्रारंभिक पदार्थ बड़ी मात्रा में और सस्ते में उपलब्ध है, तो कैस्केड के प्रदर्शन को अपशिष्ट के साथ-साथ बड़ी मात्रा में अप्रयुक्त उपयोगी तत्व (उदाहरण के लिए, साधारण पानी से ड्यूटेरियम का उत्पादन) को त्यागकर बढ़ाया जा सकता है। यदि आवश्यक हो, तो कच्चे माल से आइसोटोप का उच्च स्तर का निष्कर्षण प्राप्त किया जाता है (उदाहरण के लिए, यूरेनियम या प्लूटोनियम को समृद्ध करते समय)।

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण

यह विधि आपको आइसोटोप के किसी भी संयोजन को अलग करने की अनुमति देती है, इसमें बहुत उच्च स्तर की जुदाई होती है। दो पास आमतौर पर एक खराब सामग्री (1% से कम वांछित आइसोटोप की प्रारंभिक सामग्री के साथ) से 80% से अधिक संवर्धन प्राप्त करने के लिए पर्याप्त हैं। हालांकि, विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण औद्योगिक उत्पादन के लिए खराब रूप से अनुकूल है: अधिकांश पदार्थ कैलुट्रॉन के अंदर जमा हो जाते हैं, ताकि रखरखाव के लिए इसे समय-समय पर रोकना पड़े। अन्य नुकसान उच्च बिजली की खपत, जटिलता और रखरखाव की उच्च लागत, कम उत्पादकता हैं। विधि का मुख्य क्षेत्र प्रयोगशाला उपयोग के लिए शुद्ध आइसोटोप की थोड़ी मात्रा का उत्पादन है। हालांकि, द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, Y-12 स्थापना का निर्माण किया गया था, जो जनवरी 1945 से, प्रति दिन 80% U-235 के 204 ग्राम की क्षमता तक पहुंच गया था।

गैस प्रसार

यह विधि विभिन्न द्रव्यमानों के गैस अणुओं की गति में अंतर का उपयोग करती है। यह स्पष्ट है कि यह केवल गैसीय अवस्था में पदार्थों के लिए उपयुक्त होगा।

अणुओं की गति की अलग-अलग गति से, यदि उन्हें एक पतली ट्यूब के माध्यम से स्थानांतरित करने के लिए मजबूर किया जाता है, तो तेज़ और हल्के वाले भारी वाले से आगे निकल जाएंगे। ऐसा करने के लिए, ट्यूब इतनी पतली होनी चाहिए कि अणु एक-एक करके उसमें से गुजरें। इस प्रकार, यहाँ मुख्य बिंदु पृथक्करण के लिए झरझरा झिल्लियों का निर्माण है। उन्हें रिसाव नहीं करना चाहिए, अत्यधिक दबाव का सामना करना चाहिए।

कुछ प्रकाश तत्वों के लिए, पृथक्करण की डिग्री काफी बड़ी हो सकती है, लेकिन यूरेनियम के लिए यह केवल 1.00429 है (प्रत्येक चरण की आउटपुट स्ट्रीम 1.00429 के कारक से समृद्ध होती है)। इसलिए, गैस प्रसार संवर्धन उद्यम आकार में साइक्लोपियन हैं, जिसमें हजारों संवर्धन चरण शामिल हैं।

तरल थर्मल प्रसार

गैस सेंट्रीफ्यूजेशन

इस तकनीक को पहली बार द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान जर्मनी में विकसित किया गया था, लेकिन 50 के दशक की शुरुआत तक इसका औद्योगिक रूप से कहीं भी उपयोग नहीं किया गया था। यदि समस्थानिकों का एक गैसीय मिश्रण हाई-स्पीड गैस सेंट्रीफ्यूज के माध्यम से पारित किया जाता है, तो केन्द्रापसारक बल हल्के या भारी कणों को परतों में अलग कर देगा, जहां उन्हें एकत्र किया जा सकता है। सेंट्रीफ्यूजेशन का महान लाभ यह है कि पृथक्करण कारक द्रव्यमान में पूर्ण अंतर पर निर्भर करता है, न कि द्रव्यमान अनुपात पर। अपकेंद्रित्र हल्के और भारी दोनों तत्वों के साथ समान रूप से अच्छी तरह से काम करता है। पृथक्करण की डिग्री गैस में अणुओं की गति के रोटेशन की गति के अनुपात के वर्ग के समानुपाती होती है। यहां से जितनी जल्दी हो सके अपकेंद्रित्र को स्पिन करना बहुत ही वांछनीय है। रोटेटिंग रोटार की विशिष्ट रैखिक गति 250-350 m/s है, और उन्नत सेंट्रीफ्यूज में 600 m/s से अधिक है।

एक विशिष्ट पृथक्करण कारक 1.01 - 1.1 है। गैस प्रसार प्रतिष्ठानों की तुलना में, इस पद्धति में बिजली की खपत कम है, बिजली बढ़ाने में अधिक आसानी है। वर्तमान में, गैस सेंट्रीफ्यूजेशन रूस में आइसोटोप पृथक्करण का मुख्य औद्योगिक तरीका है।

वायुगतिकीय पृथक्करण

इस विधि को सेंट्रीफ्यूजेशन के एक प्रकार के रूप में माना जा सकता है, लेकिन एक सेंट्रीफ्यूज में गैस को घुमाने के बजाय, यह एक विशेष नोजल से बाहर निकलने पर घूमता है, जहां इसे दबाव में आपूर्ति की जाती है। भंवर प्रभाव पर आधारित इस तकनीक का इस्तेमाल दक्षिण अफ्रीका और जर्मनी ने किया है।

लेजर आइसोटोप पृथक्करण (एलआईएस)

विभिन्न समस्थानिक थोड़े अलग तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित करते हैं। एक बारीक ट्यून किया गया लेजर एक विशेष आइसोटोप के परमाणुओं को चुनिंदा रूप से आयनित कर सकता है। परिणामी आयनों को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आसानी से अलग किया जा सकता है। यह तकनीक अत्यंत कुशल है और इसका उपयोग दक्षिण अफ्रीका (एमएलआईएस), चीन (सीआरआईएसएलए), यूएसए (एवीएलआईएस) और फ्रांस (सिल्वा) में किया गया है। तकनीक में एक बड़ी खामी है, अर्थात् उपकरण को एक आइसोटोप से दूसरे आइसोटोप के पुनर्निर्माण में कठिनाई। AVLIS को जनरल इलेक्ट्रिक और हिताची द्वारा विकसित SILEX (सेपरेशन ऑफ आइसोटोप्स बाय लेजर एक्साइटेशन) द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था। उत्तरी कैरोलिना के विलमिंगटन में एक संयंत्र पर निर्माण शुरू हो गया है।

रासायनिक संवर्धन

रासायनिक संवर्धन विभिन्न समस्थानिकों के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर में अंतर का फायदा उठाता है। प्रकाश तत्वों को अलग करते समय यह सबसे अच्छा काम करता है, जहां अंतर महत्वपूर्ण है। औद्योगिक उत्पादन में, प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है जो विभिन्न चरणों (गैस/तरल, तरल/ठोस, अमिश्रणीय तरल पदार्थ) में दो अभिकर्मकों के साथ होते हैं। इससे समृद्ध और दुबली धाराओं को अलग करना आसान हो जाता है। इसके अतिरिक्त चरणों के बीच तापमान अंतर का उपयोग करके, पृथक्करण कारक में अतिरिक्त वृद्धि हासिल की जाती है। आज, भारी पानी के उत्पादन के लिए रासायनिक पृथक्करण सबसे अधिक ऊर्जा-बचत करने वाली तकनीक है। ड्यूटेरियम के उत्पादन के अलावा, इसका उपयोग 6 ली निकालने के लिए किया जाता है। फ्रांस और जापान में, यूरेनियम के रासायनिक संवर्धन के तरीके विकसित किए गए, जो कभी भी औद्योगिक विकास तक नहीं पहुंचे।

आसवन

विकिमीडिया फाउंडेशन। 2010.

देखें कि "आइसोटोप पृथक्करण" अन्य शब्दकोशों में क्या है:

आइसोटोप पृथक्करण- - [एएस गोल्डबर्ग। अंग्रेजी रूसी ऊर्जा शब्दकोश। 2006] विषय ऊर्जा सामान्य EN आइसोटोप सेपरेशनआइसोटोप फ्रैक्शनेशन में…

आइसोटोप पृथक्करण- izotopų atskyrimas statusas T sritis Radioelektronika atitikmenys: engl। आइसोटोप पृथक्करण वोक। आइसोटोपेंट्रेनुंग, एफ रस। समस्थानिकों का पृथक्करण, n प्रांक। पृथक्करण d समस्थानिक, f… रेडियोइलेक्ट्रॉनिक टर्मिन: odynas

भौतिक रसायन में अंतर के कारण। उनके द्रव्यमान से जुड़े गुण और उनके प्रसार, वाष्पीकरण, आदि की विभिन्न दरों का निर्धारण। आइसोटोप और उनके यौगिकों की थर्मोडायनामिक विशेषताएं कुछ भिन्न होती हैं, जो उनके कुछ अलग होने की व्याख्या करती हैं ... ... भूवैज्ञानिक विश्वकोश

एक उच्च-ढाल चुंबकीय क्षेत्र में समस्थानिकों का पृथक्करण- - [एएस गोल्डबर्ग। अंग्रेजी रूसी ऊर्जा शब्दकोश। 2006] सामान्य एन उच्च ढाल चुंबकीय आइसोटोप पृथक्करण में विषय ऊर्जा … तकनीकी अनुवादक की हैंडबुक

ऑनलाइन आइसोटोप अलगाव- - [एएस गोल्डबर्ग। अंग्रेजी रूसी ऊर्जा शब्दकोश। 2006] लाइनआईएसओएल पर सामान्य एन आइसोटोप पृथक्करण में विषय ऊर्जा… तकनीकी अनुवादक की हैंडबुक

लेज़रों का उपयोग करके वाष्पीकरण द्वारा आइसोटोप पृथक्करण- - [एएस गोल्डबर्ग। अंग्रेजी रूसी ऊर्जा शब्दकोश। 2006] विषय ऊर्जा सामान्य रूप से एन परमाणु वाष्प लेजर आइसोटोप पृथक्करणAVLIS ... तकनीकी अनुवादक की हैंडबुक

रासायनिक विनिमय द्वारा समस्थानिकों का पृथक्करण- - [एएस गोल्डबर्ग। अंग्रेजी रूसी ऊर्जा शब्दकोश। 2006] विषय ऊर्जा सामान्य EN CHEMEX (रासायनिक विनिमय) प्रक्रिया में… तकनीकी अनुवादक की हैंडबुक

लेज़रों का उपयोग करके आणविक स्तर पर आइसोटोप को अलग करना- - [एएस गोल्डबर्ग। अंग्रेजी रूसी ऊर्जा शब्दकोश। 2006] सामान्य EN आणविक लेजर आइसोटोप पृथक्करण में विषय ऊर्जाMLIS… तकनीकी अनुवादक की हैंडबुक

समस्थानिक के आधार पर समस्थानिकों का पृथक्करण। परमाणुओं और अणुओं के ऊर्जा स्तरों को स्थानांतरित करना और लेजर विकिरण के गुंजयमान प्रभाव का उपयोग करना। तीव्र मोनोक्रोमैटिक लेजर विकिरण, जो संबंधित ऊर्जावान के बीच संक्रमण का कारण बनता है ... ... भौतिक विश्वकोश

आइसोटोप पृथक्करण- किसी पदार्थ की समस्थानिक संरचना को बदलने की एक तकनीकी प्रक्रिया, जिसमें एक रासायनिक तत्व के विभिन्न समस्थानिकों का मिश्रण होता है। प्रक्रिया के आउटपुट पर आइसोटोप के एक मिश्रण से, दो मिश्रण प्राप्त होते हैं: एक आवश्यक आइसोटोप (समृद्ध मिश्रण) की बढ़ी हुई सामग्री के साथ, दूसरा कम सामग्री (दुबला मिश्रण) के साथ।

आइसोटोप पृथक्करण प्रक्रिया का मुख्य अनुप्रयोग परमाणु ईंधन, हथियार-ग्रेड रेडियोधर्मी सामग्री और रेडियोधर्मी पदार्थों के उपयोग से जुड़े अन्य अनुप्रयोगों के उत्पादन के लिए आइसोटोप 235 यू के साथ यूरेनियम का संवर्धन है।

आइसोटोप को अलग करने का औद्योगिक कार्य कार्य-पृथक्करण (एसडब्ल्यूयू) की इकाइयों में मापा जाता है। एक निश्चित प्रारंभिक मिश्रण की समस्थानिक संरचना में एक निश्चित परिवर्तन के लिए, समस्थानिक पृथक्करण तकनीक की परवाह किए बिना, SWU की समान मात्रा की आवश्यकता होती है।

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✪ पाठ 2. रसायन विज्ञान में ज्ञान के तरीके। रसायन विज्ञान के पाठों में सुरक्षा सावधानियां।

उपशीर्षक

सामान्य सिद्धांतों

समस्थानिकों का पृथक्करण (उदाहरण के लिए, 6 ली, 235 यू का निष्कर्षण) हमेशा महत्वपूर्ण कठिनाइयों से जुड़ा होता है, क्योंकि समस्थानिक, जो एक तत्व के रूपांतर होते हैं जो द्रव्यमान में थोड़ा भिन्न होते हैं, रासायनिक रूप से लगभग समान व्यवहार करते हैं। लेकिन - कुछ प्रतिक्रियाओं के पारित होने की दर तत्व के आइसोटोप के आधार पर भिन्न होती है, इसके अलावा, आप उनके भौतिक गुणों में अंतर का उपयोग कर सकते हैं - उदाहरण के लिए, द्रव्यमान में।

जो भी हो, समस्थानिकों के व्यवहार में अंतर इतना छोटा होता है कि पृथक्करण के एक चरण में, पदार्थ एक प्रतिशत के सौवें हिस्से से समृद्ध हो जाता है और पृथक्करण प्रक्रिया को बार-बार दोहराना पड़ता है - बड़ी संख्या में। तकनीकी रूप से, यह एक ही प्रकार की कोशिकाओं के माध्यम से अलग किए जाने वाले समस्थानिकों की मात्रा को क्रमिक रूप से पारित करके किया जाता है जो पृथक्करण - कैस्केड उत्पन्न करते हैं। आवश्यक पृथक्करण प्राप्त करने के लिए, कैस्केड श्रृंखला में कई हज़ार हो सकते हैं, और आवश्यक मात्रा प्राप्त करने के लिए, समानांतर में जुड़े कैस्केड के ऐसे अनुक्रमिक समूहों के दसियों और सैकड़ों हजारों।

आइसोटोप पृथक्करण के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियाँ

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण
गैस प्रसार
गैस या तरल थर्मल प्रसार
वायुगतिकीय पृथक्करण
लेजर आइसोटोप पृथक्करण
रासायनिक संवर्धन
प्रकाश रासायनिक पृथक्करण

किसी भी मामले में, उत्पादित समृद्ध सामग्री की मात्रा आउटपुट धाराओं के संवर्धन और दुबलेपन की वांछित डिग्री पर निर्भर करती है। यदि प्रारंभिक पदार्थ बड़ी मात्रा में और सस्ते में उपलब्ध है, तो कैस्केड के प्रदर्शन को अपशिष्ट के साथ-साथ बड़ी मात्रा में अप्रयुक्त उपयोगी तत्व (उदाहरण के लिए, साधारण पानी से ड्यूटेरियम का उत्पादन) को त्यागकर बढ़ाया जा सकता है। यदि आवश्यक हो, तो कच्चे माल से आइसोटोप का उच्च स्तर का निष्कर्षण प्राप्त किया जाता है (उदाहरण के लिए, यूरेनियम के संवर्धन के दौरान)।

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण की विधि चुंबकीय क्षेत्र और समान विद्युत आवेशित कणों के बीच परस्पर क्रिया के समान बल पर आधारित है। हालांकि, एक ही क्रिया बल के साथ, विभिन्न द्रव्यमान के कण अलग-अलग व्यवहार करेंगे। उदाहरण के लिए, चुंबकीय क्षेत्र में समान रूप से आवेशित आयनों की गति उनके द्रव्यमान पर निर्भर करेगी। उपयुक्त संस्थापन स्थलों पर ट्रैप लगाकर उपयुक्त समस्थानिकों को एकत्र किया जा सकता है। वास्तव में, ऐसे प्रतिष्ठान, जिन्हें कैलूट्रॉन कहा जाता है, विशाल द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर हैं। उनमें, अलग किए गए पदार्थों के आयन, एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में चलते हुए, उनके द्रव्यमान के समानुपाती त्रिज्या के साथ मुड़ जाते हैं और रिसीवर्स में गिर जाते हैं, जहां वे जमा होते हैं।

क्षमता. विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण के माध्यम से प्रति वर्ष 50 किलोग्राम अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का उत्पादन करने वाला संयंत्र ( कैलुट्रॉन) 50 मेगावाट से अधिक बिजली की खपत का अनुमान है।

गैस प्रसार

अणुओं की गति की अलग-अलग गति से, यदि उन्हें एक पतली ट्यूब के माध्यम से स्थानांतरित करने के लिए मजबूर किया जाता है, तो तेज़ और हल्के वाले भारी वाले से आगे निकल जाएंगे। ऐसा करने के लिए, ट्यूब इतनी पतली होनी चाहिए कि अणु एक-एक करके उसमें से गुजरें। इस प्रकार, यहां मुख्य बिंदु दसियों से सैकड़ों नैनोमीटर के विशिष्ट छिद्र आकार के साथ झरझरा पृथक्करण झिल्ली का निर्माण है। उन्हें लीक-प्रूफ होना चाहिए, उच्च दबाव का सामना करना चाहिए और फ्लोरीन युक्त मीडिया के लिए प्रतिरोधी होना चाहिए। झरझरा झिल्ली प्राप्त करने के लिए कई तरीके थे, उदाहरण के लिए:

ऐसी परिस्थितियों में धातु या पॉलीमर पाउडर का सिंटरिंग जिससे पाउडर के दानों के बीच सामान्यीकृत अंतराल बना रहता है।
दो धातुओं के मिश्र धातु से एक धातु की नक़्क़ाशी, कुछ शर्तों के तहत, एक झरझरा संरचना प्रदान करती है।
एल्यूमीनियम का इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीकरण एल्यूमीनियम ऑक्साइड की झरझरा संरचना बनाता है।

झिल्लियों को आमतौर पर कई मीटर लंबी ट्यूबों के रूप में बनाया जाता था। कई सौ ट्यूबों से, एक अलगाव झरना इकट्ठा किया गया था।

कुछ प्रकाश तत्वों के लिए, पृथक्करण की डिग्री काफी बड़ी हो सकती है, लेकिन यूरेनियम के लिए यह केवल 1.00429 है (प्रत्येक चरण की आउटपुट स्ट्रीम 1.00429 के कारक से समृद्ध होती है)। उच्च स्तर की समृद्धि प्राप्त करने के लिए, कभी-कभी कई हज़ार पृथक्करण चरणों को श्रृंखला में जोड़ा जाता था। यह देखते हुए कि एक विशिष्ट औद्योगिक कैस्केड ने 100 मीटर 2 या उससे अधिक के क्षेत्र पर कब्जा कर लिया, गैस प्रसार संवर्धन उद्यम आकार में साइक्लोपियन थे। झिल्लियों पर अपेक्षाकृत बड़े दबाव के नुकसान और प्रतिष्ठानों के आकार ने कम्प्रेसर की भारी ऊर्जा खपत को निर्धारित किया। इसके अलावा, संयंत्र में भारी मात्रा में तकनीकी हेक्साफ्लोराइड होता है: कभी-कभी संयंत्र के स्टार्ट-अप से पहले आउटपुट उत्पाद की प्राप्ति तक कई सप्ताह बीत जाते हैं, जिसके दौरान हेक्साफ्लोराइड क्रमिक रूप से सभी कैस्केड के संस्करणों को भर देता है। इस परिस्थिति ने उपकरण की विश्वसनीयता पर बहुत गंभीर मांग की, क्योंकि एक कैस्केड की विफलता के कारण पूरी श्रृंखला रुक सकती थी। तकनीकी शटडाउन से नुकसान को कम करने के लिए, कैस्केड स्वचालित प्रदर्शन निगरानी और समस्याग्रस्त कैस्केड को छोड़कर सुसज्जित थे।

थर्मल प्रसार

इस मामले में, फिर से, अणुओं के वेगों के अंतर का उपयोग किया जाता है। हल्के वाले, तापमान अंतर की उपस्थिति में, एक गर्म क्षेत्र में समाप्त हो जाते हैं। पृथक्करण कारक समस्थानिकों के द्रव्यमान में कुल द्रव्यमान के अंतर के अनुपात पर निर्भर करता है और प्रकाश तत्वों के लिए बड़ा होता है। इसकी सादगी के बावजूद, इस विधि को हीटिंग बनाने और बनाए रखने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। परमाणु युग की शुरुआत में, थर्मल प्रसार पर आधारित औद्योगिक प्रतिष्ठान थे। वर्तमान में, यह अपने आप में व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, हालांकि, थर्मल प्रसार के विचार का उपयोग गैस सेंट्रीफ्यूज की दक्षता बढ़ाने के लिए किया जाता है।

गैस सेंट्रीफ्यूजेशन

द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान केन्द्रापसारक पृथक्करण का विचार सक्रिय रूप से विकसित होने लगा। हालाँकि, प्रौद्योगिकी के अनुकूलन की कठिनाइयों ने इसके विकास में देरी की, और पश्चिमी देशों में इस पद्धति की आर्थिक निरर्थकता पर एक निर्णय भी जारी किया गया। यूएसएसआर में, अपकेंद्रित्र प्रौद्योगिकी का औद्योगिक परिचय भी गैसीय प्रसार के औद्योगिक विकास के बाद ही शुरू हुआ।

यदि समस्थानिकों का एक गैसीय मिश्रण उच्च गति वाले गैस सेंट्रीफ्यूज के माध्यम से पारित किया जाता है, तो केन्द्रापसारक बल हल्के या भारी कणों को परतों में अलग कर देगा, जहां उन्हें एकत्र किया जा सकता है। सेंट्रीफ्यूजेशन का महान लाभ यह है कि पृथक्करण कारक द्रव्यमान में पूर्ण अंतर पर निर्भर करता है, न कि द्रव्यमान अनुपात पर। अपकेंद्रित्र हल्के और भारी दोनों तत्वों के साथ समान रूप से अच्छी तरह से काम करता है। पृथक्करण की डिग्री गैस में अणुओं की गति के रोटेशन की गति के अनुपात के वर्ग के समानुपाती होती है। यहां से जितनी जल्दी हो सके अपकेंद्रित्र को स्पिन करना बहुत ही वांछनीय है। रोटेटिंग रोटार की विशिष्ट रैखिक गति 250-350 m/s है, और उन्नत सेंट्रीफ्यूज में 600 m/s से अधिक है। अपकेंद्रित्र की धुरी और बाहरी दीवार पर दबाव अंतर हजारों गुना तक पहुंच सकता है, इसलिए अपकेंद्रित्र कैस्केड हेक्साफ्लोराइड के संघनन से बचने के लिए कम दबाव पर काम करते हैं। सेंट्रीफ्यूज में थर्मल डिफ्यूजन द्वारा पृथक्करण में सुधार करने के लिए, सेंट्रीफ्यूज की धुरी के साथ कई दसियों डिग्री का तापमान ढाल बनाया जाता है।

वायुगतिकीय पृथक्करण

प्रौद्योगिकी की समस्या यह थी कि नोजल की त्रिज्या लगभग 100 माइक्रोन थी, जबकि प्रत्येक औद्योगिक पृथक्करण चरण में नोजल की कुल लंबाई सैकड़ों और हजारों मीटर थी। इस लंबाई को कई दसियों से सैकड़ों सेंटीमीटर के टुकड़ों में एकत्र किया गया था। नोजल के निर्माण की कठिनाइयों के अलावा, हीलियम जैसी मंदक गैस की समस्या भी थी। मंदक ने यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को गैसीय चरण में उच्च दबाव पर नोजल में उच्च-वेग प्रवाह बनाने के लिए आवश्यक नोजल में रखना संभव बना दिया। उत्पादन के उत्पादन में मंदक और हेक्साफ्लोराइड को अलग करना पड़ा। उच्च दबाव ने महत्वपूर्ण ऊर्जा खपत निर्धारित की।

लेजर आइसोटोप पृथक्करण (एलआईएस)

लेजर पृथक्करण एक स्वतंत्र विधि नहीं है, लेकिन इसका उपयोग विद्युत चुम्बकीय या रासायनिक पृथक्करण विधियों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है। विधि विद्युत चुम्बकीय विकिरण (उदाहरण के लिए, लेजर प्रकाश द्वारा) द्वारा आइसोटोप में से एक के चयनात्मक आयनीकरण पर आधारित है। आयनीकरण चयनात्मकता परमाणुओं द्वारा प्रकाश के गुंजयमान (संकीर्ण-बैंड) अवशोषण पर आधारित है; विभिन्न समस्थानिकों में अलग-अलग विकिरण अवशोषण स्पेक्ट्रा होते हैं। इसका मतलब यह है कि ऐसे विकिरण पैरामीटर चुनना संभव है जिन पर किसी दिए गए आइसोटोप के परमाणु मुख्य रूप से आयनित होते हैं। आगे आयनित परमाणुओं को अलग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एक चुंबकीय क्षेत्र में (AVLIS (अंग्रेज़ी)रूसी) इसके अलावा, परमाणुओं का आयनीकरण रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को बदल सकता है, उदाहरण के लिए, कुछ रासायनिक यौगिकों (एमएलआईएस) के अपघटन को सुविधाजनक बनाकर (अंग्रेज़ी)रूसी).

1970 के दशक से कई देशों द्वारा लेजर पृथक्करण तकनीक विकसित की गई है और इसे आशाजनक माना जाता है, लेकिन अभी तक अनुसंधान के दायरे से आगे नहीं बढ़ी है। 1990 के दशक में, एक प्रायोगिक सुविधा में विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण के साथ लेजर संवर्धन का अध्ययन करने के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका में एक कार्यक्रम था, लेकिन इसे बंद कर दिया गया था। वर्तमान में संयुक्त राज्य अमेरिका में SILEX नामक रासायनिक पृथक्करण के साथ लेजर संवर्धन के प्रकारों में से एक के लिए एक प्रदर्शन संयंत्र में एक शोध कार्यक्रम चल रहा है। (अंग्रेज़ी)रूसी. तकनीक को 1992 में ऑस्ट्रेलियाई कंपनी Silex द्वारा विकसित किया गया था। 2006 से, ग्लोबल लेजर एनरिचमेंट एलएलसी द्वारा सिलेक्स तकनीक पर काम किया जा रहा है। विलमिंगटन (उत्तरी केरोलिना) में एक संयंत्र बनाने का लाइसेंस प्राप्त किया।

रासायनिक संवर्धन

आसवन

आसवन (आसवन) विभिन्न द्रव्यमान के समस्थानिकों के क्वथनांक में अंतर का उपयोग करता है। आमतौर पर, परमाणु का द्रव्यमान जितना छोटा होता है, इस समस्थानिक का क्वथनांक उतना ही कम होता है। फिर, यह प्रकाश तत्वों पर सबसे अच्छा काम करता है। भारी पानी के उत्पादन में अंतिम चरण के रूप में आसवन का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है।

माध्यमिक व्यावसायिक शिक्षा के क्षेत्रीय बजटीय शैक्षिक संस्थान "कुर्स्क राज्य पॉलिटेक्निक कॉलेज" की कुर्स्क क्षेत्र कुरचटोव शाखा की शिक्षा और विज्ञान समिति

कोर्स वर्क

अनुशासन: "उपकरण का संचालन" विषय पर: "यूरेनियम आइसोटोप का पृथक्करण। समृद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का प्रसंस्करण"

कुरचटोव 2013

परिचय

यूरेनियम समस्थानिकों का पृथक्करण

1 गैस प्रसार पृथक्करण

2 थर्मल प्रसार पृथक्करण

3 तरल थर्मल प्रसार

4 केन्द्रापसारक पृथक्करण

5 वायुगतिकीय पृथक्करण

6 विद्युतचुंबकीय पृथक्करण

7 एवीएलआईएस (लेजर का उपयोग करके वाष्पीकरण)

8 रासायनिक पृथक्करण

9 गैसों का बहाव

10 आइसोटोप पृथक्करण कैस्केड का संगठन

यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड

1 यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के लिए गुणवत्ता की आवश्यकताएं

2 समृद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का प्रसंस्करण

समृद्ध यूरेनियम के प्रसंस्करण के लिए 3 जलीय तरीके

3.1 ई. प्रक्रिया

3.2 एयूसी प्रक्रिया

समृद्ध यूरेनियम के प्रसंस्करण के लिए 4 निर्जल तरीके

4.1 हाइड्रोजन के साथ यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का अपचयन

5 HEU-LEU प्रक्रिया

निष्कर्ष

साहित्य

परिचय

यूरेनियम समस्थानिकों का पृथक्करण परमाणु ईंधन चक्र का आधार है। प्राकृतिक यूरेनियम में 235 यू आइसोटोप का 0.71% होता है। परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टरों के लिए, 235 यू आइसोटोप (2.7-5)% तक समृद्ध यूरेनियम की आवश्यकता होती है, और हथियार-ग्रेड यूरेनियम में 235 यू की सामग्री 90% है। वसूली योग्य भंडार से यूरेनियम निकालने की लागत, जहां यूरेनियम सामग्री लिथोस्फीयर में औसत से कम से कम 10 3 गुना अधिक है, मौलिक यूरेनियम की प्रति किलोग्राम 80 डॉलर है। 3.2% संवर्धन और कचरे के 0.2% की कमी के साथ 1 किलो यूरेनियम का उत्पादन करने में ~ 6 किलो प्राकृतिक यूरेनियम (यूएस $ 480) लगता है। इसी समय, संवर्धन सेवाओं की लागत (350-400 अमेरिकी डॉलर) प्रति 4.3 किलोग्राम SWU (अलग करने के काम की पारंपरिक इकाइयाँ) और समृद्ध यूरेनियम की लागत का 45% हिस्सा है। संयुक्त राज्य अमेरिका में उत्पादन का पैमाना प्रति वर्ष हजारों टन समृद्ध यूरेनियम है, जिसमें संवर्धन सेवाओं की लागत ~ $ 1 बिलियन प्रति वर्ष है। समृद्ध यूरेनियम के बड़े पैमाने पर उत्पादन के साथ, यूरेनियम आइसोटोप को अलग करने के तरीकों में सुधार एक जरूरी और बहुत मुश्किल काम है। रूस यूरेनियम संवर्धन की केन्द्रापसारक प्रौद्योगिकी में अग्रणी स्थान रखता है। नई पीढ़ी की मशीनें विकसित की गई हैं और उत्पादन में पेश की जा रही हैं। वर्तमान में, रूस में परमाणु ईंधन के साथ कोई समस्या नहीं है, और निकट भविष्य में इसकी उम्मीद नहीं है। यह अनावश्यक जल्दबाजी के बिना नई संवर्धन प्रौद्योगिकियों को विकसित करना संभव बनाता है और भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं का सावधानीपूर्वक अध्ययन करके इष्टतम प्रौद्योगिकी का निर्धारण करने में महंगी त्रुटियों से बचने के लिए, लागत के संदर्भ में विधि की संभावनाओं पर विश्वसनीय डेटा प्राप्त करने के लिए मौलिक आधार पर काम करना संभव बनाता है। एक पृथक्करण कार्य इकाई की और एक औद्योगिक उद्यमों के निर्माण में निवेश के मामले में, और 235 यू की निकासी गहराई से।

यूरेनियम के समस्थानिक:

यूरेनियम में 14 समस्थानिक होते हैं, जिनमें से केवल तीन प्राकृतिक रूप से पाए जाते हैं। प्राकृतिक यूरेनियम की अनुमानित समस्थानिक संरचना इस प्रकार है:

यू 238 -> (4.51 अरब वर्ष, अल्फा क्षय) -> गु 234

गु 234 -> (24.1 दिन, बीटा क्षय) -> पा 234

पा 234 -> (6.75 घंटे, बीटा क्षय) -> यू 234

आमतौर पर U-234, U-238 के साथ संतुलन में मौजूद होता है, उसी दर से क्षय और बनता है। हालांकि, क्षयकारी U-238 परमाणु कुछ समय के लिए थोरियम और प्रोटैक्टीनियम के रूप में मौजूद रहते हैं, इसलिए उन्हें अयस्क से रासायनिक या भौतिक रूप से अलग किया जा सकता है (भूजल द्वारा निक्षालित)। चूंकि U-234 का आधा जीवन अपेक्षाकृत कम है, अयस्क में पाए जाने वाले इस सभी समस्थानिक का निर्माण पिछले कुछ मिलियन वर्षों में हुआ था। प्राकृतिक यूरेनियम की लगभग आधी रेडियोधर्मिता U-234 के कारण होती है। इसका आधा जीवन 23.9 मिलियन वर्ष है और स्वाभाविक रूप से महत्वपूर्ण मात्रा में नहीं होता है। यदि यूरेनियम को रिएक्टरों में न्यूट्रॉन के साथ विकिरणित किया जाता है, तो यह जमा हो जाता है, और इसलिए इसे खर्च किए गए यूरेनियम परमाणु ईंधन के "संकेत" के रूप में उपयोग किया जाता है।

प्राकृतिक यूरेनियम में, केवल एक, अपेक्षाकृत दुर्लभ, आइसोटोप परमाणु बम का कोर बनाने या पावर रिएक्टर में प्रतिक्रिया का समर्थन करने के लिए उपयुक्त है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए परमाणु ईंधन में U-235 संवर्धन की डिग्री हथियारों के उपयोग के लिए 2-4.5% से लेकर - कम से कम 80%, और अधिक अधिमानतः 90% है।

शुद्ध यू-238 में 0.333 माइक्रोक्यूरी/जी की विशिष्ट रेडियोधर्मिता है।

इस यूरेनियम समस्थानिक के लिए आवेदन का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र प्लूटोनियम -239 का उत्पादन है। प्लूटोनियम कई प्रतिक्रियाओं के दौरान बनता है जो U-238 परमाणु द्वारा न्यूट्रॉन पर कब्जा करने के बाद शुरू होता है। 235वें समस्थानिक में प्राकृतिक या आंशिक रूप से समृद्ध यूरेनियम युक्त किसी भी रिएक्टर ईंधन में ईंधन चक्र की समाप्ति के बाद प्लूटोनियम का एक निश्चित अनुपात होता है। और U-232: यूरेनियम का यह समस्थानिक 162,000 वर्षों के आधे जीवन के साथ प्रकृति में नहीं होता है। यह थोरियम-232 से न्यूट्रॉन विकिरण द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, प्लूटोनियम के उत्पादन के समान:

एक व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण यूरेनियम यौगिक यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड यूएफ 6 है। यह एकमात्र स्थिर और अत्यधिक वाष्पशील यूरेनियम यौगिक है जिसका उपयोग इसके समस्थानिकों के पृथक्करण में किया जाता है - गैसीय प्रसार और सेंट्रीफ्यूजेशन। इसके आवेदन के इस पहलू में, यह महत्वपूर्ण है कि फ्लोरीन में केवल एक आइसोटोप होता है (यह द्रव्यमान में एक अतिरिक्त जटिल अंतर पेश नहीं करता है) और यह कि यूएफ 6 एक स्टोइकोमेट्रिक यौगिक है (बिल्कुल 6 फ्लोरीन परमाणु और 1 यूरेनियम परमाणु से मिलकर)।

कमरे के तापमान पर, यह रंगहीन क्रिस्टल होता है, और जब इसे 56 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो यह उदात्त हो जाता है (एक तरल चरण में जाए बिना वाष्पित हो जाता है)।

गैसीय प्रसार के संबंध में इन विधियों की अनुमानित ऊर्जा क्षमता:

1. समस्थानिकों का पृथक्करण

समस्थानिक रासायनिक तत्व हैं जिनमें समान संख्या में प्रोटॉन (समान आवेश) और विभिन्न संख्या में न्यूट्रॉन होते हैं। यहां तक कि परमाणुओं में कई समस्थानिक हो सकते हैं, विषम वाले में आमतौर पर दो से अधिक नहीं होते हैं।

यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की विशिष्टता इस तथ्य में निहित है कि फ्लोरीन में कोई समस्थानिक नहीं होता है। यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का आणविक भार केवल यूरेनियम के समस्थानिकों के द्रव्यमान पर ही निर्भर करता है। दूसरा महत्वपूर्ण कारक वायुमंडलीय दबाव पर पहले से ही 56 डिग्री सेल्सियस पर यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की गैसीय अवस्था है।

आइसोटोप पृथक्करण प्रौद्योगिकी के स्थान को स्पष्ट करने के लिए, यह याद रखना आवश्यक है कि यूरेनियम प्रौद्योगिकी में अयस्क कच्चे माल का यूरेनिल नाइट्रेट में रूपांतरण शामिल है, यूरेनिल नाइट्रेट को ऑक्साइड और टेट्राफ्लोराइड के चरण के माध्यम से हेक्साफ्लोराइड में परिवर्तित किया जाता है, हेक्साफ्लोराइड को यूरेनियम -235 हेक्साफ्लोराइड में अलग किया जाता है। और यूरेनियम -238 हेक्साफ्लोराइड, और फिर हेक्साफ्लोराइड से आइसोटोप U235 से समृद्ध ईंधन छड़ के लिए यूरेनियम डाइऑक्साइड का उत्पादन किया जाता है।

प्रारंभिक परमाणु-शुद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड जिसमें 99.3% यूरेनियम -238 हेक्साफ्लोराइड और 0.7% यूरेनियम -235 हेक्साफ्लोराइड होता है। इस मिश्रण से यूरेनियम-235 आइसोटोप हेक्साफ्लोराइड को अलग करना जरूरी है।

आइसोटोप को अलग करने की कई विधियाँ हैं:

गैस प्रसार;

केंद्रापसारक;

आसवन (सुधार)

विद्युतचुंबकीय

थर्मल प्रसार

आइसोटोप एक्सचेंज

लेजर पृथक्करण

यह आइसोटोप पृथक्करण के सभी तरीकों की पूरी सूची से दूर नहीं है, व्यवहार में, वर्तमान में केवल पहले तीन तरीकों का उपयोग किया जाता है। शेष विधियाँ औद्योगिक पैमाने पर नहीं हैं और केवल प्रायोगिक कार्य में उपयोग की जाती हैं, हालाँकि वे अक्सर बड़े टन भार वाली औद्योगिक विधियों की तुलना में बेहतर गुणवत्ता वाली होती हैं।

गैस प्रसार और अपकेंद्रित्र विधियां आमतौर पर भारी तत्वों (यू 235 से यू 235) के समस्थानिकों को अलग करती हैं, आसवन या सुधार का उपयोग प्रकाश समस्थानिकों को अलग करने के लिए किया जाता है (आमतौर पर एच 2 से एच 1 और ली 7 से एच 3 या ली 6)।

गैस प्रसार मशीनों के लिए पृथक्करण कारक α=1.003 और केन्द्रापसारक मशीनों के लिए α=1.3।

1 गैस प्रसार आइसोटोप पृथक्करण

पहली सफल विधि जिसने आइसोटोप यू 235 में समृद्ध यूरेनियम प्राप्त करना संभव बनाया, वह गैस प्रसार पृथक्करण की विधि थी।

सैद्धांतिक रूप से, गैस प्रसार पृथक्करण की विधि उनके वजन पर व्यक्तिगत अणुओं की प्रसार दर की निर्भरता पर आधारित होती है।

सूत्र से यह देखा जा सकता है कि अणु का भार जितना छोटा होगा, उसकी गति उतनी ही अधिक होगी। वे। प्रकाश के अणु भारी की तुलना में अधिक दूर तक फैलते हैं। तब हम निम्नलिखित रूप में प्रसार दर के अनुपात के रूप में पृथक्करण कारक का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं:

यह जानते हुए कि यूरेनियम -238 हेक्साफ्लोराइड का द्रव्यमान 352 ग्राम / मोल है और यूरेनियम -325 हेक्साफ्लोराइड का द्रव्यमान 349 है, हम सैद्धांतिक पृथक्करण कारक की गणना कर सकते हैं:  = 1.0043

वास्तविक  = 1.003

गैस प्रसार मशीन के उपकरणों पर विचार करें। मुख्य तत्व एक झरझरा विभाजन (चित्र 1) है जिसमें यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड फैलता है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, प्रकाश अणुओं में एक लंबी प्रसार सीमा होती है और विभाजन से परे प्रवेश करती है, जबकि भारी कण विभाजन से नहीं गुजरते हैं।

Fig.1 झरझरा विभाजन

विभाजक 1-10 माइक्रोन के छिद्र व्यास के साथ दबाए गए निकल पाउडर से बनी एक ट्यूब है, ट्यूब की बाहरी सतह सीधे एक पृथक्करण झिल्ली से ढकी होती है, जिसका छिद्र व्यास पहले से ही 0.03 माइक्रोन है। यह अलग करने वाली झिल्ली की परत है जो यूरेनियम -238 हेक्साफ्लोराइड के कुछ भारी अणुओं को बरकरार रखती है। झिल्लियां नक़्क़ाशी द्वारा गठित छिद्रों वाली फिल्में हैं। उदाहरण के लिए, नाइट्रिक एसिड एक 40/60 Au/Ag (Ag/Zn) मिश्र धातु का अचार बनाएगा; या एल्यूमीनियम पन्नी के इलेक्ट्रोलाइटिक नक़्क़ाशी द्वारा, एक भंगुर एल्यूमीनियम झिल्ली प्राप्त की जा सकती है। समग्र अवरोधों को अपेक्षाकृत मोटे झरझरा बाधक में पैक किए गए छोटे, असतत तत्वों से इकट्ठा किया जाता है।

गैस - यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड प्रसार मशीन में प्रवेश करता है और दो अंशों में विभाजित होता है। एक अंश झरझरा विभाजन से होकर गुजरा और कुछ भारी अणुओं को खो दिया, अर्थात। फेफड़ों से समृद्ध। कुछ प्रकाश अणुओं के विपरीत, दूसरा अंश झरझरा विभाजन से नहीं गुजरा, यानी प्रकाश समस्थानिक में एक अंश समाप्त हो गया, विभाजन के सामने रह गया।

योजनाबद्ध रूप से, एक गैस प्रसार मशीन को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

Fig.2 गैस प्रसार मशीन का उपकरण

गैस प्रसार मशीन में प्रवेश करने वाली गैस ड्रम द्वारा पृथक्करण ट्यूबों के माध्यम से संचालित होती है। गैस को प्रारंभिक रूप से 75 डिग्री सेल्सियस, दबाव 40-80 मिमी एचजी तक गर्म किया जाता है। चूंकि प्रसार गर्मी के निकलने के साथ होता है, इसलिए मशीन को ठंडा किया जाना चाहिए।

आइसोटोप पृथक्करण की गैस प्रसार विधि के मुख्य नुकसान:

अलगाव की अपर्याप्त डिग्री

नी-बाधा का विनाश। यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड सूत्र के अनुसार धीरे-धीरे निकल धातु के साथ प्रतिक्रिया करता है:

नी + यूएफ 6 = यूएफ 4 + निफ 2

पृथक करने वाले तत्व में यूरेनियम टेट्राफ्लोराइड धीरे-धीरे जमा हो जाता है, जिसे बाद में क्लोरीन ट्राइफ्लोराइड में धोने से हटा दिया जाता है:

यूएफ 4 टीवी + सीएलएफ 3 डब्ल्यू = यूएफ 6 गैस + सीएलएफ गैस

3. पुनर्जनन के लिए शटडाउन के कारण प्रक्रिया की आवधिकता।

बड़ी ऊर्जा लागत।

बड़े ठंडे पानी की खपत

बड़े उत्पादन क्षेत्र। आइसोटोप पृथक्करण कार्यशालाएँ कई हेक्टेयर के विशाल क्षेत्रों पर कब्जा कर लेती हैं, और परिचारक साइकिल पर कार्यशाला के चारों ओर घूमते हैं।

इन सभी कमियों को देखते हुए, वर्तमान में अधिकांश पृथक्करण संयंत्र आइसोटोप पृथक्करण - सेंट्रीफ्यूजेशन के लिए एक नई तकनीक पर स्विच कर रहे हैं।

.2 थर्मल प्रसार

थर्मल प्रसार गैस या तरल चरणों में एक काउंटर-करंट कॉलम में किया जाता है, जिसके अक्ष के साथ एक गर्म धातु का धागा (या ट्यूब) स्थित होता है, और बाहरी दीवार को ठंडा किया जाता है। तापमान अंतर एक प्रसार प्रवाह का कारण बनता है, जो एक एकाग्रता अंतर की उपस्थिति की ओर जाता है<#"655758.files/image007.gif">

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में गैस का दबाव उसके आणविक भार, माप बिंदु से ऊपर की दूरी और गुरुत्वाकर्षण त्वरण पर निर्भर करता है।

आइए इस समीकरण को केंद्रापसारक क्षेत्र के लिए फिर से लिखें। आइए दबाव को एकाग्रता से बदलें, फ्री फॉल का त्वरण सेंट्रिपेटल त्वरण के साथ, ऊंचाई त्रिज्या के साथ।

तब पृथक्करण कारक को भारी समस्थानिक की सांद्रता के प्रकाश समस्थानिक के अनुपात के रूप में लिखा जाएगा:

इस प्रकार, यदि प्रसार मशीनों में पृथक्करण कारक यूरेनियम -235 और यूरेनियम -238 हेक्साफ्लोराइड के द्रव्यमान अनुपात पर निर्भर करता है, तो सेंट्रीफ्यूज में यह द्रव्यमान अंतर पर निर्भर करता है। यह गणना करना आसान है कि सेंट्रीफ्यूज में पृथक्करण कारक 1.3 है। = 1.3

केवल सेंट्रीफ्यूज पर यू 235 से 98% तक समृद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड प्राप्त करना संभव है।

पृथक्करण कारक दो कारकों पर निर्भर करता है:

समस्थानिकों के द्रव्यमान अंतर से

अपकेंद्रित्र गति से

एक अपकेंद्रित्र मशीन के उपकरण पर विचार करें।

चावल। 4. आइसोटोप पृथक्करण के लिए अपकेंद्रित्र उपकरण

अपकेंद्रित्र एक सिलेंडर है जिसका व्यास 15 सेमी और ऊंचाई 0.5 मीटर है। एक सीलबंद आवरण में एक घूर्णन रोटर होता है। इस रोटर को गैस (UF6) से आपूर्ति की जाती है। केन्द्रापसारक बल के कारण, पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से सैकड़ों-हजारों गुना अधिक, गैस "भारी" और "प्रकाश" अंशों में अलग होने लगती है। अपकेंद्रित्र के निचले भाग में घर्षण को कम करने के लिए एक कोरन्डम सुई होती है; रोटेशन के दौरान, अपकेंद्रित्र "उठता है" और आवरण के कुछ हिस्सों के संपर्क के बिना घूमता है। रोटेशन की गति 100 हजार आरपीएम तक पहुंच जाती है। प्रकाश और भारी अणु रोटर के विभिन्न क्षेत्रों में समूहित होने लगते हैं, लेकिन केंद्र में और परिधि के साथ नहीं, बल्कि ऊपर और नीचे। यह संवहन धाराओं के कारण होता है - रोटर कवर गर्म होता है और गैस का बैकफ्लो होता है। सिलेंडर के ऊपर और नीचे दो छोटे ट्यूब होते हैं - सेवन। एक खाली मिश्रण निचली ट्यूब में प्रवेश करता है, और 235U परमाणुओं की उच्च सांद्रता वाला मिश्रण ऊपरी ट्यूब में प्रवेश करता है। यह मिश्रण अगले अपकेंद्रित्र में प्रवेश करता है, और इसी तरह, जब तक यूरेनियम 235 की सांद्रता आवश्यक मूल्य तक नहीं पहुंच जाती। सेंट्रीफ्यूज की एक श्रृंखला को कैस्केड कहा जाता है।

1.5 वायुगतिकीय पृथक्करण

दक्षिण अफ्रीका में वायुगतिकीय पृथक्करण विकसित किया गया है (6 बार में भंवर ट्यूबों का उपयोग करके यूसीओआर प्रक्रिया) और जर्मनी (0.25-0.5 बार पर चलने वाले घुमावदार नोजल का उपयोग करके)।

एकमात्र देश जिसने इस पद्धति को व्यवहार में लाया है, वह दक्षिण अफ्रीका है, जहां अस्सी के दशक के अंत में बंद हुए वालिंडाबा में एक संयंत्र में 400 किलोग्राम हथियार-ग्रेड यूरेनियम का उत्पादन किया गया था। पृथक्करण कारक ~ 1.015, ऊर्जा खपत ~ 3300 kWh/MPP-kg।

6 विद्युतचुंबकीय पृथक्करण

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण की विधि विभिन्न द्रव्यमानों के समान विद्युत आवेशित कणों पर चुंबकीय क्षेत्र की विभिन्न क्रियाओं पर आधारित होती है। वास्तव में, ऐसे प्रतिष्ठान, जिन्हें कैलूट्रॉन कहा जाता है, विशाल द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर हैं। अलग किए गए पदार्थों के आयन, एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में चलते हुए, उनके द्रव्यमान के अनुपात में त्रिज्या के साथ मुड़ जाते हैं और रिसीवर में गिर जाते हैं, जहां वे जमा होते हैं। यह विधि आपको आइसोटोप के किसी भी संयोजन को अलग करने की अनुमति देती है, इसमें बहुत उच्च स्तर की जुदाई होती है। दो पास आमतौर पर एक खराब सामग्री (1% से कम वांछित आइसोटोप की प्रारंभिक सामग्री के साथ) से 80% से अधिक संवर्धन प्राप्त करने के लिए पर्याप्त हैं। हालांकि, विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण औद्योगिक उत्पादन के लिए खराब रूप से अनुकूल है: अधिकांश पदार्थ कैलुट्रॉन के अंदर जमा हो जाते हैं, ताकि रखरखाव के लिए इसे समय-समय पर रोकना पड़े। अन्य नुकसान उच्च बिजली की खपत, जटिलता और रखरखाव की उच्च लागत, कम उत्पादकता हैं। विधि का मुख्य क्षेत्र प्रयोगशाला उपयोग के लिए शुद्ध आइसोटोप की थोड़ी मात्रा का उत्पादन है। हालाँकि, द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, Y-12 इकाई का निर्माण किया गया था, जो जनवरी 1945 से, प्रति दिन 80% U-235 के 204 ग्राम की क्षमता तक पहुंच गई थी। उच्च ओवरहेड लागत के कारण, 1946 में Y-12 को बंद कर दिया गया था।

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण उपकरण का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व (चित्र। 5); डॉट्स आकृति के समतल के लंबवत चुंबकीय क्षेत्र की दिशा दिखाते हैं।

वे तरीके जो अभी तक औद्योगिक रूप से लागू नहीं हैं, ध्यान देने योग्य हैं:

लेजर का उपयोग करके वाष्पीकरण

रासायनिक पृथक्करण

हल्के दबाव का उपयोग करके समस्थानिकों का पृथक्करण

इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित कणों की फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं

परमाणुओं और अणुओं की दो-चरणीय उत्तेजना

चयनात्मक photopredissociation

अवरक्त विकिरण द्वारा अणुओं की उत्तेजना

थर्मोडायनामिक रूप से गैर-संतुलन स्थितियों के तहत होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं में आइसोटोप प्रभाव

कंपन से उत्तेजित अणुओं की गैस का संघनन

चुंबकीय क्षेत्र में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं में आइसोटोप प्रभाव

सोखना द्वारा पृथक्करण

लेजर विकिरण द्वारा प्रेरित चयनात्मक प्रसार

लेजर विकिरण द्वारा सतह पर प्रक्रियाओं का गुंजयमान नियंत्रण

दो मीडिया के बीच इंटरफेस में लेजर रसायन विज्ञान

दो तरल पदार्थों के बीच इंटरफेस में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की लेजर उत्तेजना

1.7 एवीएलआईएस (लेजर का उपयोग करके वाष्पीकरण)

विभिन्न समस्थानिक थोड़े अलग तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित करते हैं। एक बारीक ट्यून किया गया लेजर एक विशेष आइसोटोप के परमाणुओं को चुनिंदा रूप से आयनित कर सकता है। परिणामी आयनों को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आसानी से अलग किया जा सकता है। यह तकनीक अत्यंत कुशल है, लेकिन अभी तक इसे औद्योगिक पैमाने पर लागू नहीं किया गया है। प्रौद्योगिकी संयुक्त राज्य अमेरिका में विकसित हुई, लेकिन अभी भी प्रोटोटाइप से आगे विकसित नहीं हुई है। इसकी एक बड़ी खामी है, अर्थात् उपकरण को एक आइसोटोप से दूसरे आइसोटोप के पुनर्निर्माण में कठिनाई।

चित्र 6. आइसोटोप का लेजर पृथक्करण।

1.8 रासायनिक पृथक्करण

रासायनिक पृथक्करण विभिन्न समस्थानिकों के साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर में अंतर का फायदा उठाता है। प्रकाश तत्वों को अलग करते समय यह सबसे अच्छा काम करता है, जहां अंतर महत्वपूर्ण है। औद्योगिक उत्पादन में, प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है जो विभिन्न चरणों (गैस/तरल, तरल/ठोस, अमिश्रणीय तरल पदार्थ) में दो अभिकर्मकों के साथ होते हैं। इससे समृद्ध और दुबली धाराओं को अलग करना आसान हो जाता है। इसके अतिरिक्त चरणों के बीच तापमान अंतर का उपयोग करके, पृथक्करण कारक में अतिरिक्त वृद्धि हासिल की जाती है। यूरेनियम का रासायनिक पृथक्करण जापान और फ्रांस में विकसित किया गया था, लेकिन एवीएलआईएस की तरह, इसका कभी भी उपयोग नहीं किया गया था। फ्रेंच केमेक्स विधि दो अमिश्रणीय तरल पदार्थों के एक लंबे स्तंभ में काउंटरफ्लो का उपयोग करती है, प्रत्येक में भंग यूरेनियम होता है। जापानी असाही विधि एक जलीय घोल और एक बारीक पिसी हुई राल के बीच एक विनिमय प्रतिक्रिया का उपयोग करती है जिसके माध्यम से घोल धीरे-धीरे रिसता है। एकाग्रता प्रक्रिया को तेज करने के लिए दोनों विधियों में उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है। केमेक्स प्रक्रिया को 600 kWh/MPP-kg के स्तर पर बिजली की आवश्यकता होती है।

इराक इस तकनीक को (केमेक्स/असाही मिश्रित उत्पादन के रूप में) U-235 संवर्धन के लिए 6-8% तक विकसित कर रहा था और बाद में कैल्यूट्रॉन में संवर्धन कर रहा था।

1.9 गैसों का बहाव

आइसोटोप यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड थर्मल डिफ्यूजन

गैसों का बहाव इस तथ्य पर आधारित है कि आणविक बहिर्वाह (प्रवाह) के दौरान

समस्थानिक रूप से प्रतिस्थापित अणुओं का मिश्रण<#"655758.files/image015.gif">

10 आइसोटोप पृथक्करण कैस्केड का संगठन

यह पहले ही कहा जा चुका है कि आइसोटोप के पृथक्करण के लिए बड़ी संख्या में पृथक करने वाली मशीनें (अपकेंद्रित्र या प्रसार) आवश्यक हैं।

एक प्रसार मशीन को आरेख (चित्र 7) में निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

साइड मूल मिश्रण में प्रवेश करती है। प्रकाश समस्थानिक में आंशिक रूप से समृद्ध एक गैस विभाजन से होकर गुजरती है, और प्रकाश समस्थानिक (भारी) में आंशिक रूप से समाप्त होने वाली गैस नीचे जाती है। पर्याप्त पृथक्करण के लिए, ऐसी सैकड़ों मशीनों को कैस्केड करना आवश्यक है (चित्र 8)।

अंजीर। 8 कैस्केड को अलग करना।

कैस्केड के ऊपरी भाग को संवर्धन चरण कहा जाता है, निचले चरण को अवक्षय चरण कहा जाता है।

यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड प्राप्त करने के लिए कम से कम 90% की यू 235 सामग्री के साथ, 600 पृथक्करण चरणों का एक झरना आवश्यक है।

आइसोटोप का पृथक्करण यूरेनियम प्रौद्योगिकी में सबसे महंगे कार्यों में से एक है, यहां अमेरिकी डॉलर में प्रति किलोग्राम यूरेनियम की अनुमानित कीमतें हैं, जो संवर्धन की डिग्री पर निर्भर करती हैं (कीमतें उत्पादन की मात्रा और मांग पर काफी निर्भर करती हैं): प्राकृतिक - 27$2% - 130 $5% - 440$90% - 10000$

कुल मिलाकर, यूएसएसआर के संयंत्रों में आइसोटोप यू 235 में 90% से समृद्ध लगभग 600 टन यूरेनियम प्राप्त किया गया था।

जुदाई के बाद पौधे। नष्ट हुआ यूरेनियम लैंडफिल में चला जाता है। हमारे देश में 100 हजार टन से अधिक घटिया यूरेनियम जमा हो गया है। समाप्त यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को विशेष कंटेनरों में पंप किया जाता है, यदि इन कंटेनरों को रेलवे प्लेटफार्मों पर रखा जाता है, तो ऐसा सोपान मास्को से व्लादिवोस्तोक तक सभी तरह से ले जाएगा। अपशिष्ट यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड कुछ पर्यावरणीय खतरे पैदा करता है, और इसके रूपांतरण के लिए योजनाएं पहले ही विकसित की जा चुकी हैं, क्योंकि यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड हाइड्रोजन फ्लोराइड और फ्लोरीन के बहुत जरूरी उत्पादन का एक बड़ा स्रोत है।

तालिका 3 तीन प्रकार के समस्थानिकों के उदाहरण का उपयोग करके हाइड्रोजन, कार्बन और यूरेनियम के लिए आइसोटोप पृथक्करण विधियों की तुलना करती है।

2. यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड

एमपीसी - 0.015 मिलीग्राम/एम3

यूएफ 6 का उत्पादन परमाणु ईंधन चक्र का मुख्य और अविभाज्य हिस्सा है। आंतों से निकाला गया सारा यूरेनियम UF 6 से होकर गुजरता है। साथ ही सभी पुनर्जीवित यूरेनियम, आरसीपी में प्रसंस्करण के बाद, परमाणु ईंधन चक्र में लौटने के लिए, यह फिर से फ्लोरिनेशन और बाद में पुन: संवर्धन से गुजरता है।

परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया करने के लिए, आइसोटोप U235 की आवश्यकता होती है, जिसमें से केवल 0.72% प्राकृतिक यूरेनियम में निहित है।

चावल। 9. यूएफ 6 राज्य का चरण आरेख।

1 यूएफ 6 गुणवत्ता आवश्यकताएं

यू 235 आइसोटोप में संवर्धन की डिग्री के आधार पर यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के दो ग्रेड हैं। 6 - वाणिज्यिक - प्राकृतिक या 3% तक सामग्री यू 235 6 - समृद्ध (पुनर्जीवित, हथियार)।

3% से कम की एक प्रकाश समस्थानिक सांद्रता पर, यूरेनियम को परमाणु सुरक्षित माना जाता है, अर्थात इसमें एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान नहीं होता है जो सहज श्रृंखला प्रतिक्रिया में सक्षम हो। वाणिज्यिक यूरेनियम एक मुक्त बाजार मूल्य के साथ एक सामान्य रासायनिक अभिकर्मक है। परमाणु अप्रसार अधिनियम के तहत हथियार-ग्रेड यूरेनियम का सभी व्यापार प्रतिबंधित है।

2.2 समृद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का प्रसंस्करण

गैस प्रसार संयंत्र के बाद, U235 आइसोटोप से समृद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को यूरेनियम डाइऑक्साइड में संसाधित किया जाना चाहिए, और परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन की छड़ें डाइऑक्साइड से बनाई जानी चाहिए। ईंधन की छड़ें धातु, ऑक्साइड, सिलिकॉनयुक्त आदि हैं। उनका निर्माण एक बहुत ही जटिल और विज्ञान-गहन प्रक्रिया है, प्रारंभिक सामग्री पर बढ़ी हुई शुद्धता की आवश्यकताएं लगाई जाती हैं। धातु ईंधन छड़ का उपयोग प्लूटोनियम के उत्पादन के लिए किया जाता है; ऑक्साइड - बिजली रिएक्टरों में उपयोग किया जाता है। यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का संवर्धन संपूर्ण परमाणु रासायनिक प्रौद्योगिकी के प्रमुख चरणों में से एक है। समृद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के लिए प्रसंस्करण विधियां दो मानक प्रकारों में आती हैं:

जल उपचार के तरीके

ए) एल्यूमीनियम नाइट्रेट के साथ हाइड्रोलिसिस

b) अमोनियम ड्यूरानेट प्रक्रिया (ADU)

ग) अमोनियम यूरेनियम कार्बोनेट प्रक्रिया (एयूसी)।

निर्जल प्रसंस्करण के तरीके

हाइड्रोजन के साथ यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की कमी।

तथाकथित द्वारा विकसित भी। HEU-LEU एक ऐसी प्रक्रिया है जो हथियार-ग्रेड अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम (HEU) को ऊर्जा-ग्रेड निम्न-समृद्ध यूरेनियम (LEU) में परिवर्तित करती है।

2.3 जल उपचार के तरीके

प्रसंस्करण का पहला चरण यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड का यूरेनियम फ्लोराइड को पानी के साथ हाइड्रोलिसिस है। हाइड्रोलिसिस समीकरण के अनुसार गर्मी की एक बड़ी रिहाई के साथ होता है:

यूएफ 6 + 2 एच 2 ओ \u003d यूओ 2 एफ 2 + 4एचएफ

यह प्रक्रिया पानी के माध्यम से गैसीय यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को बुदबुदाते हुए या पानी के दबाव में तरल यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को मिलाकर किया जा सकता है। दोनों ही मामलों में, हाइड्रोलिसिस उपकरण से गर्मी हटाने की सुविधा प्रदान की जाती है। हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप, यूओ 2 एफ 2 और एचएफ का एक जलीय घोल 100 ग्राम / लीटर की यूरेनियम सांद्रता के साथ प्राप्त होता है। घरेलू संयंत्रों में, एल्यूमीनियम नाइट्रेट का उपयोग करके यूरेनियम हेक्साफ्थॉइड के हाइड्रोलिसिस की विधि का उपयोग किया जाता है। यह विधि प्रारंभिक चरण में एफ-आयन को एक मजबूत यौगिक में बांधना और निष्कर्षण चरण में समाधान से निकालना संभव बनाती है। प्रक्रिया की रसायन शास्त्र निम्नलिखित योजना द्वारा वर्णित है:

यूएफ 6 + 2 एच 2 ओ \u003d यूओ 2 एफ 2 + 4एचएफ 2 एफ 2 + अल (नं 3) 3 \u003d यूओ 2 (नं 3) 2 + एएलएफ 2 नहीं 3

HF + 2Al(NO 3) 2 = 2AlF 2 NO 3 + 4HNO 36 + 3Al(NO 3) 2 + 2H 2 O = UO 2 (NO 3) 2 + AlF 2 NO 3 + 4HNO 3

AlF 2 NO 3 और AlF (NO 3) 2 कॉम्प्लेक्स यूरेनियम निष्कर्षण प्रक्रिया पर F-आयन के विघटनकारी प्रभाव को दबाते हैं और उपकरण को जंग अस्थिरता से बचाते हैं। हाइड्रोलिसिस के परिणामस्वरूप, यूओ 2 एफ 2 और एचएफ का एक जलीय घोल 100 ग्राम / लीटर की यू एकाग्रता के साथ प्राप्त होता है। हाइड्रोलिसिस की प्रक्रिया में, गर्मी का तेजी से विमोचन होता है। हाइड्रोलिसिस के बाद, यू और एचएफ की सामग्री को नियंत्रित करना आवश्यक है।

तालिका 10. एचएफ की एकाग्रता के आधार पर एच 2 ओ में यूएफ 6 की घुलनशीलता

	संक्षिप्त UO2F2%

इंस्ट्रूमेंटेशन के अनुसार, हाइड्रोलिसिस के दो तरीके प्रतिष्ठित हैं: बुदबुदाती और जेट। बुदबुदाहट विधि में एक गैस आपूर्ति ट्यूब के माध्यम से एक स्टिरर के साथ एक उपकरण में समाधान के लिए यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की आपूर्ति होती है। जेट विधि अधिक आधुनिक और उत्पादक है। जेट विधि के अनुसार, यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को ऊर्ध्वाधर उपकरण के ऊपरी भाग में खिलाया जाता है, और जलीय घोल को दीवार के माध्यम से स्पर्शरेखा से पेश किया जाता है और एक पेचदार प्रक्षेपवक्र के साथ उतरता है।

चित्र.10. UF6 sparging Fig.11. जेट विधि

जेट विधि की उत्पादकता: यूएफ 6 पर 25 किग्रा/घंटा, एच 2 ओ पर 50 एल/एच; दबाव: 4 बजे .; टी = 104 डिग्री सेल्सियस। निष्कर्षण बॉक्स-प्रकार के एक्सट्रैक्टर्स में किया जाता है। ऑपरेशन में 8 निष्कर्षण चरण और 4 पुन: निष्कर्षण चरण होते हैं। मिट्टी के तेल में टीबीपी का 30% घोल एक अर्क के रूप में प्रयोग किया जाता है। 20-30 g/l के यूरेनियम सांद्रण और 180-220 g/l के नाइट्रिक एसिड सांद्रण के साथ एक समाधान निष्कर्षण के लिए आपूर्ति की जाती है। जलीय चरण से जलीय 1/(3-4) का अनुपात। कार्बनिक चरण में यूरेनियम की सांद्रता 70-90 g/l है। निष्कर्षण प्रतिधारा विधि द्वारा किया जाता है। पीएच = 1 पर नाइट्रिक एसिड के कमजोर समाधान के साथ स्ट्रिपिंग की जाती है। अमोनियम पॉलीयूरेनेट यूरेनिल नाइट्रेट के प्राप्त समाधानों से अवक्षेपित होता है।

2 (NO 3) 2 + NH 4 OH → (NH 4) 2 U 4 O 13 + NH 4 NO 3

अमोनियम पॉलीयूरेनेट को शांत करने से यूरेनियम ऑक्साइड प्राप्त होता है। कैल्सीनेशन क्षैतिज रोटरी भट्टों में किया जाता है। भट्टी में तापमान 690 o -730 o C होता है।

(एनएच 4) 2 यू 4 ओ 13 → यू 3 ओ 8 + एनएच 3 + एन 2 + एच 2 ओ

कमी 650-750 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर क्षैतिज रोटरी भट्टों में हाइड्रोजन की एक बड़ी अतिरिक्तता के साथ की जाती है।

यू 3 ओ 8 + एच 2 → यूओ 2 + एच 2 ओ

एल्यूमीनियम नाइट्रेट का उपयोग कर यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के जलीय हाइड्रोलिसिस की योजना चित्र 12 में दिखाई गई है।

चित्र.12. यूएफ 6 के जलीय हाइड्रोलिसिस की तकनीकी योजना।

घटिया उत्पादित गोलियों के मामले में, उन्हें यू 3 ओ 8 में फिर से कैलक्लाइंड किया जा सकता है। यूरेनियम ऑक्साइड नाइट्रिक एसिड में घुल जाता है, और इस प्रकार प्राप्त यूरेनिल नाइट्रेट को ट्रिब्यूटाइल फॉस्फेट पर निष्कर्षण द्वारा शुद्ध किया जाता है। फिर, अमोनियम पॉलीयूरेनेट शुद्ध यूरेनिल नाइट्रेट से अमोनिया के साथ अवक्षेपित होता है, नाइट्रस ऑक्साइड को कैलक्लाइंड किया जाता है, और फिर से यूरेनियम डाइऑक्साइड में कम किया जाता है।

3.1 ई. प्रक्रिया

AD प्रक्रिया का नाम अमोनियम ड्यूरानेट के नाम पर पड़ा है, जो सिरेमिक UO 2 सहित कई यौगिकों के उत्पादन के लिए शुरुआती उत्पाद है।

आमतौर पर, एडीयू प्रक्रिया को यूएफ 6 से सिरेमिक यूओ 2 प्राप्त करने के लिए शास्त्रीय योजना के रूप में समझा जाता है (पानी में या अमोनिया समाधान में यूएफ 6 का हाइड्रोलिसिस - अमोनियम पॉलीयूरेनेट की वर्षा - सुखाने - कैल्सीनेशन - कमी)।

फ्लोराइड प्रणालियों में कार्यान्वित एएफसी प्रक्रिया यूएफ 6 को संसाधित करने के लिए अभिप्रेत है जिसमें 235 यू की बढ़ी हुई एकाग्रता या 235 यू आइसोटोप में कमी आई है। आइसोटोप 235 यू में समाप्त हो गया है, - फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों के प्रजनन क्षेत्र के ईंधन के लिए।

अमोनियम पॉलीयूरेनेट की वर्षा निम्नलिखित योजना के अनुसार अमोनिया की एक बड़ी मात्रा के साथ की जाती है:

एचएफ + एनएच 4 ओएच = एनएच 4 एफ + एच 2 ओ

यूओ 2 एफ 2 + 6एनएच 4 ओएच \u003d (एनएच 4) 2 यू 2 ओ 7 + 4एनएच 4 एफ + 3एच 2 ओ

अमोनिया की कमी के साथ, प्रतिक्रिया संभव है।

यूओ 2 एफ 2 + 3एनएच 4 ओएच \u003d (एनएच 4) 3 यूओ 2 एफ 5 + 3एचएफ + 3एच 2 ओ

अवक्षेप में यूरेनियम का निष्कर्षण 99.5% से अधिक है। स्टिरर के साथ आंदोलनकारियों का उपयोग वर्षा के लिए किया जा सकता है, और ड्रम वैक्यूम फिल्टर पर निस्पंदन किया जा सकता है। अमोनियम पॉलीयूरेनेट के फिल्टर केक में कुछ प्रतिशत फ्लोरीन होता है। इसके आगे के प्रसंस्करण में यू 3 ओ 8 के थर्मल पृथक्करण और बाद में यूरेनियम डाइऑक्साइड में कमी शामिल है। प्रक्रिया आसानी से द्रवित बिस्तर भट्टियों में की जाती है। यूओ 2 के बाद के प्रसंस्करण में 1750 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर हाइड्रोजन वातावरण में नमूनों को ठंडा दबाने और फिर सिंटरिंग होता है। इस तथ्य के कारण कि अमोनियम पॉलीयूरेनेट से सूक्ष्म रूप से फैला हुआ जिरकोनियम डाइऑक्साइड प्राप्त होता है, दबाए गए नमूनों में बहुत अधिक घनत्व होता है - सैद्धांतिक का कम से कम 95%, यानी ~ 10 ग्राम/सेमी3।

3.2 एयूसी प्रक्रिया

AUK प्रक्रिया का नाम अमोनियम यूरेनिल कार्बोनेट से लिया गया है। UF 6 से सिरेमिक UO 2 के उत्पादन की औद्योगिक प्रक्रिया एक मध्यवर्ती यौगिक (NH 4) 4 UO 2 (CO 3) 3 के माध्यम से होती है।

अमोनियम यूरेनिल कार्बोनेट प्रतिक्रिया द्वारा बनता है:

6 + 5H 2 O + 10NH 3 + 3CO 2 → (NH 4) 4 UO 2 (CO 3) 3 + 6NH 4 F।

(एनएच 4) 4 → 4 एनएच 3 + 3सीओ 2 + 1.75 एच 2 ओ + यूओ 3 ∙ 0.25 एच 2 ओ।

कैल्सीनेशन का अंतिम उत्पाद U3O8 (हवा में) और UO2 (हाइड्रोजन में) है। (एनएच 4) 4 का अपघटन चरणबद्ध तरीके से आगे बढ़ता है, पहले यूरेनियम ट्रायऑक्साइड मोनोहाइड्रेट में भविष्य में पानी की क्रमिक हानि के साथ। निर्जलीकरण प्रक्रिया को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है:

यूओ 3 ∙एच 2 ओ → यूओ 3 ∙0.65 एच 2 ओ → यूओ 3 ∙ 0.5 एच 2 ओ → यूओ 3 ∙ 0.25 एच 2 ओ।

यौगिक UO 3 0.25H 2 O सभी गैसों के वातावरण में कैल्सीनेशन के दौरान एक मध्यवर्ती उत्पाद के रूप में बनता है और 653K के तापमान तक मौजूद रहता है।

3 (यूओ 3 ∙ 0.25 एच 2 ओ) + एच 2 → यू 3 ओ 8 + 1.75 एच 2 ओ + 74.8 केजे।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण के आंकड़ों के अनुसार, इस प्रतिक्रिया के उत्पाद की पहचान यू 3 ओ 8 के रूप में की गई थी। कमी का अंतिम उत्पाद यूओ 2 पाउडर है।

4 समृद्ध यूरेनियम के प्रसंस्करण के लिए निर्जल तरीके

4.1 हाइड्रोजन के साथ UF6 का अपचयन

यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड हाइड्रोजन के साथ टेट्राफ्लोराइड और हाइड्रोजन फ्लोराइड में कम हो जाता है, फिर टेट्राफ्लोराइड कैल्शियम के साथ धातु यूरेनियम और कैल्शियम डिफ्लोराइड में संलयन से कम हो जाता है।

हाइड्रोजन के साथ यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की बातचीत को समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है:

यूएफ 6 + एच 2 \u003d यूएफ 4 + 2एचएफ + 16.5 केजे / मोल

प्रतिक्रिया मुक्त ऊर्जा के एक महत्वपूर्ण नुकसान के साथ आगे बढ़ती है। हालांकि, हाइड्रोजन के साथ यूएफ 6 की कमी प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा बहुत अधिक है, और प्रक्रिया के सफल होने के लिए गर्मी की आपूर्ति आवश्यक है। हाइड्रोजन के साथ हेक्साफ्लोराइड का अपचयन प्रथम कोटि की अभिक्रिया है।

विचाराधीन प्रक्रिया को लागू करने के लिए, गर्मी की आपूर्ति के दो तरीके हैं: या तो दीवार के माध्यम से या रिएक्टर में, थोड़ी मात्रा में फ्लोरीन इंजेक्ट किया जाता है, जो हाइड्रोजन के साथ बातचीत करके पर्याप्त मात्रा में गर्मी जारी करता है। हाइड्रोजन के साथ यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की कमी के लिए उपकरण गर्मी आपूर्ति की विधि के अनुसार दो प्रकारों में बांटा गया है:

गर्म दीवार रिएक्टर;

शीत दीवार रिएक्टर।

नाइट्रोजन के साथ हेक्साफ्लोराइड का पतलापन, इनलेट पर गैसों की समतुल्य संरचना तक, प्रक्रिया की दक्षता को कम नहीं करता है। अतिरिक्त H2 में कमी से UF4 के विशिष्ट गुरुत्व में वृद्धि होती है। एक गर्म दीवार के साथ रिएक्टर में हाइड्रोजन के साथ यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की कमी की प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण नुकसान प्रतिक्रिया गर्मी के कारण दीवारों की अधिकता है, खासकर गैस प्रवाह के साथ पहले क्षेत्रों में। इससे ठोस सामग्री का संलयन होता है, और इसलिए समय-समय पर काम बंद करना और दीवारों को साफ करना आवश्यक है। आमतौर पर, रिएक्टर 78 घंटे तक चलता है और फिर सफाई के लिए रुक जाता है। नरम पाउडर की दीवारों पर यूएफ 4 के संचय को रोकने के लिए रिएक्टर का कंपन आवश्यक है।

रिएक्टर को UF6 और F 2 की संयुक्त आपूर्ति के रूप में बाहर निकलने का रास्ता मिला। फ्लोरीन में हाइड्रोजन के दहन की प्रतिक्रिया की गर्मी के कारण।

एच 2 + एफ 2 \u003d 2एचएफ + 30.6 केजे / मोल

मशाल में, हाइड्रोजन के साथ यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की कमी प्रतिक्रिया उत्साहित है। चित्र 13 गर्म दीवारों के साथ उपकरण के डिजाइन को दर्शाता है।

चावल। 13. यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की कमी के लिए गर्म दीवारों के साथ उपकरण।

रिएक्टर एक ऊर्ध्वाधर पाइप (चित्र 13) है, रिएक्टर के ऊपरी निकला हुआ किनारा में प्रतिक्रिया गैसों को मिलाकर रिएक्टर क्षेत्र में इंजेक्शन लगाने के लिए एक नोजल लगाया जाता है। तीन चरण हीटिंग।

ठंडी दीवारों वाले रिएक्टर में किया गया ऐसा तरीका, परिचालन विशेषताओं और उत्पादित यूरेनियम टेट्राफ्लोराइड की गुणवत्ता के संदर्भ में काफी संतोषजनक है। हालांकि, एफ 2 को बहुत सस्ते एचएफ में जलाने की आवश्यकता इस प्रसंस्करण विधि की आर्थिक दक्षता को कम करती है।

सिस्टम में कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर विचार थर्मोडायनामिक विश्लेषण से शुरू होता है, जो हमें रासायनिक परिवर्तनों के सबसे संभावित रूपों, उनके अनुक्रम और गहराई, प्रक्रियाओं के दौरान मुख्य बाहरी कारकों (तापमान, दबाव) के प्रभाव का मूल्यांकन करने की अनुमति देता है।

गैसीय विधियों में, यूएफ 6 का हाइड्रोलिसिस ऊंचे तापमान (आमतौर पर 473-973 के) पर किया जाता है। इसलिए, इस प्रक्रिया को पायरोहाइड्रोलिसिस कहना अधिक सही है। हाइड्रोजन की उपस्थिति में वास्तविक प्रक्रियाओं में, किसी को ठोस मध्यवर्ती यौगिकों के निर्माण के लिए अग्रणी UF6 परिवर्तनों की दो बहु-चरणीय श्रृंखलाओं के अस्तित्व को ध्यान में रखना होता है।

परिवर्तनों की श्रृंखला UF 6 → UO 2 F 2 → UO 2:

6 + 2H 2 O \u003d UO 2 F 2 + 4HF 2 F 2 + H 2 \u003d UO 2 + 2HF 2 F 2 + H 2 O \u003d UO 3 + 2HF 3 + H 2 \u003d UO 2 + H 2 O 2 F 2 + 2/3H 2 O +1/3H 2 = UO 2.67 + 2HF 2.67 + 2/3H 2 = UO 2 + 2/3H 2 O 2 F 2 + H 2 = 1/2UO 2 + 1/2UF 4 + H2O

/ 2यूएफ 4 + एच 2 ओ \u003d 1 / 2यूओ 2 + 2एचएफ

परिवर्तनों की श्रृंखला UF 6 → UF 4 → UO 2:

6 + एच 2 \u003d यूएफ 4 + 2एचएफ, 4 + 2एच 2 ओ \u003d यूओ 2 + 4एचएफ।

हाइड्रोजन और जल वाष्प के मिश्रण के साथ यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड की बातचीत की कुल प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया है:

यूएफ 6 + 2 एच 2 ओ + एच 2 \u003d यूओ 2 + 6एचएफ।

सिस्टम UF 6 - H 2 O - H 2 में बातचीत के थर्मोडायनामिक विश्लेषण में मुख्य थर्मोडायनामिक मापदंडों को निर्धारित करना और प्रक्रिया के लिए शर्तों का निर्धारण करना शामिल है। यूएफ 6 के गैस रूपांतरण की प्रक्रियाओं में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम की सामान्य प्रकृति पर तापमान के प्रभाव का आकलन करते हुए, यह ध्यान दिया जा सकता है कि तापमान में वृद्धि से डीफ्लोरिनेशन को बढ़ावा देना चाहिए और रूपांतरण प्रतिक्रिया के यूरेनिल फ्लोराइड उत्पाद से क्रमिक संक्रमण होना चाहिए। ऑक्साइड सिस्टम के लिए। इस तथ्य के कारण कि सिस्टम की मात्रा में वृद्धि के साथ डिफ्लोरिनेशन प्रतिक्रियाएं आगे बढ़ती हैं, सिस्टम में कुल दबाव में कमी से अवशिष्ट फ्लोरीन की कम सामग्री के साथ यूरेनियम ऑक्साइड के उत्पादन में योगदान करना चाहिए।

यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के ऑक्सीजन-हाइड्रोजन रूपांतरण के दौरान परिवर्तनों की श्रृंखला।

रूपांतरण श्रृंखला:

यूएफ 6 + एच 2 \u003d यूएफ 4 + 2एचएफ,

यूएफ 4 + 2 एच 2 ओ \u003d यूओ 2 + 4 एचएफ,

एच 2 + ओ 2 \u003d 2 एच 2 ओ,

या 6 + 2H 2 O \u003d UO 2 F 2 + 4HF, 2 F 2 + H 2 \u003d UO 2 + 2HF,

या 2 एफ 2 + एच 2 ओ \u003d यूओ 3 + 2एचएफ

यूओ 3 + एच 2 \u003d यूओ 2 + एच 2 ओ

ऑक्सी-हाइड्रोजन ज्वाला में रिडक्टिव हाइड्रोलिसिस की समग्र प्रतिक्रिया निम्नानुसार लिखी जा सकती है:

यूएफ 6 (जी) + एच 2 जी + ओ 2 जी → यूओ 2 टीवी + 6एचएफ + एच 2 ओ अवशिष्ट

बढ़ते तापमान के साथ गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन, जो जल वाष्प के साथ यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के हाइड्रोलिसिस के दौरान होता है, हाइड्रोलिसिस की गहराई और हाइड्रोजन के साथ यूरेनिल फ्लोराइड की बाद की कमी प्रतिक्रिया को अनुकूल रूप से प्रभावित करता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यूरेनिल फ्लोराइड से ट्राइऑक्साइड का हाइड्रोलिसिस प्रतिवर्ती है और अपेक्षाकृत उच्च तापमान पर आगे की दिशा में आगे बढ़ता है।

UО 2 , UO 3 , UF 4 , U(OH) 4 , Н 2 , UО 2 F 2 फ्लेम रिएक्टर (तापमान लगभग 1300°C) के अभिक्रिया उत्पादों में पाए गए। अंतिम उत्पाद को प्रदूषित करने वाला मुख्य तत्व फ्लोरीन था, जिसकी सामग्री 4-8% थी।

फ्लेम पाइरोहाइड्रोलिसिस द्वारा प्राप्त उत्पाद में फ्लोरीन की मात्रा हाइड्रोजन में 1000 डिग्री सेल्सियस पर गर्मी उपचार के दौरान काफी कम हो गई और 3 · 10-3 से कम के मूल्य तक पहुंच गई, जो काफी संतोषजनक है। प्रारंभिक उत्पादों की आपूर्ति निम्नानुसार व्यवस्थित की जाती है। तीन गैसें (यूएफ 6 , ओ 2 और एफ 2) केंद्रीय ट्यूब के माध्यम से प्रवेश करती हैं, और एच 2 - कुंडलाकार अंतराल के माध्यम से; हाइड्रोजन के साथ यूएफ 6 की बातचीत की प्रक्रिया शुरू करने के लिए एफ 2 को शुरुआत में ही परोसा जाता है।

5 HEU-LEU प्रक्रिया

HEU-LEU तकनीक में अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम (HEU) को निम्न-समृद्ध यूरेनियम (LEU) में बदलने के लिए संचालन शामिल हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका और रूस के द्विपक्षीय निरस्त्रीकरण के परिणामस्वरूप 1990 के दशक के मध्य में इस तरह के रूपांतरण की आवश्यकता उत्पन्न हुई। पहले से उत्पादित अत्यधिक समृद्ध (90%) यूरेनियम को कम समृद्ध (1.6 - 4.4%) यूरेनियम में परिवर्तित किया जाना चाहिए जो वीवीईआर के लिए ईंधन तत्वों के निर्माण के लिए शांतिपूर्ण उपयोग के लिए उपयुक्त हो। फ्लोरिनेशन चरण के माध्यम से कम समृद्ध यूरेनियम के साथ अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम को पतला करके समस्या का समाधान किया जाता है। चूंकि यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड एक गैसीय यौगिक है, इस प्रकार मिश्रण का एक समान समरूपीकरण प्राप्त होता है। इस तरह के मिश्रण के फायदे परमाणु सुरक्षा सुनिश्चित करने का कम खर्चीला संगठन और मिश्रित उत्पादों की खुराक की आवश्यक सटीकता, मिश्रण प्रक्रिया को नियंत्रित करने की दक्षता है। इस तरह के उत्पादन की औद्योगिक तकनीकी योजना चित्र 14 में दिखाई गई है।

Fig.14 HEU-LEU प्रक्रिया की तकनीकी योजना।

एलईयू उच्च शुद्धता आवश्यकताओं के अधीन है। विशेष रूप से, इसे सामग्री की गारंटी देनी चाहिए

प्लूटोनियम< 0,05 Бк/г U

नेपच्यूनिया< 0,01 Бк/г U

यूरेनियम -234< 10 000 мкг/г U - 235

यूरेनियम -236< 5 000 мкг/г U - 235

इन आवश्यकताओं के आधार पर, हथियार-ग्रेड यूरेनियम को मौलिक राज्य से हेक्साफ्लोराइड में स्थानांतरित करने और कम समृद्ध यूरेनियम के साथ कमजोर पड़ने के लिए तकनीकी योजना में दो अतिरिक्त संचालन शुरू किए गए थे:

सबसे पहले, प्लूटोनियम, विखंडन उत्पादों और डोपेंट से अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम ऑक्साइड के निष्कर्षण शुद्धिकरण के लिए एक चरण पेश किया गया था।

दूसरे, यूरेनियम -234 और यूरेनियम -236 आइसोटोप की कम सामग्री के साथ यूरेनियम -235 की 1.5% सामग्री के साथ प्राकृतिक मूत्र से यूरेनियम पतला हेक्साफ्लोराइड का उत्पादन आयोजित किया गया था। तालिका 1 से पता चलता है कि हथियार-ग्रेड यूरेनियम को परमाणु ऊर्जा ईंधन में संसाधित करने की तकनीक में सबसे महत्वपूर्ण तत्व अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम ऑक्साइड के फ्लोरीनेशन की प्रक्रिया है। पाउडर यूरेनियम ऑक्साइड (ट्राइयूरेनियम ऑक्टॉक्साइड) और फ्लोरीन, जिसे पहले सोडियम फ्लोराइड ग्रेन्युल पर बाद के चयनात्मक सोखने की विधि द्वारा हाइड्रोजन फ्लोराइड से शुद्ध किया गया था, फ्लोरीनेशन के लिए आपूर्ति की जाती है। फ्लोरिनेशन प्रतिक्रिया 350-400 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर आगे बढ़ती है। अभिकर्मकों के ठोस और गैसीय चरणों के प्रतिप्रवाह के साथ एक बैच के प्रसंस्करण के दौरान फ्लोरीनेशन प्रक्रिया एक सतत मोड में की जाती है। फ्लोरीनेशन से ठोस पाउडर अवशेष, जिसमें रेडियोन्यूक्लाइड क्षय उत्पादों के गैर-वाष्पशील फ्लोराइड, जंग उत्पाद (Fe, Ni, Cu फ्लोराइड), साथ ही गैर-वाष्पशील प्लूटोनियम फ्लोराइड, यूरेनियम में सूक्ष्म मात्रा में मौजूद होते हैं, एक को संसाधित करने के बाद केंद्रित होते हैं। या यूरेनियम ऑक्साइड के अधिक बैच, रिएक्टर से उतारे जाते हैं और यूरेनियम निकालने के लिए भेजे जाते हैं। रिएक्टर से निकलने वाला गैस चरण प्रवेशित ठोस चरण से दो-चरणीय निस्पंदन से होकर गुजरता है और गैस धारा से परिणामी यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के अपक्षरण में प्रवेश करता है। इसके अलावा, पहली तकनीकी श्रृंखला में, desublimation से पहले, गैस प्रवाह एक सोरशन कॉलम से गुजरता है, जिसमें प्लूटोनियम, जो यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के साथ मिलकर उच्च बनाने की क्रिया से गुज़रा है, प्रतिक्रिया के अनुसार चुनिंदा रूप से फंस गया है

यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को डीसब्लिमीटर में एकत्र किया जाता है, जब डीसब्लिमीटर को डीफ्रॉस्ट किया जाता है, तो उसमें से गैर-संघनित गैसों और हाइड्रोजन फ्लोराइड की अशुद्धियों को दूर करने के लिए वैक्यूम प्रशिक्षण के अधीन किया जाता है, जिसके बाद यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड को डिसबलिमीटर से परिवहन कंटेनरों में पुन: संघनित किया जाता है और उपभोक्ता को भेजा जाता है। (आइसोटोप पृथक्करण संयंत्र)।

मुख्य रूप से गैर-संघनक गैसों F2, 02 और अन्य युक्त desublimator के बाद प्रक्रिया गैसों को प्रतिक्रिया के अनुसार सोडियम फ्लोराइड कणिकाओं पर फंसाकर यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड से शुद्ध किया जाता है:

एफ 6 + 2 ना एफ \u003d यू एफ 6 2 ना एफ,

और फिर उन्हें गैस सफाई प्रणाली में फ्लोरीन न्यूट्रलाइजेशन और सैनिटरी सफाई के लिए भेजा जाता है। संयंत्र में तकनीकी प्रक्रियाओं का हार्डवेयर डिजाइन संसाधित सामग्री और अभिकर्मकों के गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिनमें से मुख्य हैं;

प्रक्रिया में शामिल फ्लोरीन, हाइड्रोजन फ्लोराइड, यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड और अन्य अस्थिर और गैर-वाष्पशील फ्लोराइड की उच्च रासायनिक विषाक्तता। रासायनिक खतरों के संदर्भ में, उनमें से अधिकांश वर्ग 1 के पदार्थों से संबंधित हैं;

अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम और उसमें मौजूद अन्य न्यूक्लाइड्स की उच्च रेडियोटॉक्सिसिटी: प्लूटोनियम, यूरेनियम-232 और उनके क्षय उत्पादों की मात्रा; यह प्रसंस्कृत सामग्री को श्रेणी ए के पदार्थों के लिए रेडियोहाजर्ड के रूप में वर्गीकृत करता है;

अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम परमाणु खतरनाक है, अर्थात, कुछ शर्तों के तहत, क्षय की एक सहज श्रृंखला प्रतिक्रिया (एससीआर) हो सकती है।

सुविधा में परमाणु सुरक्षा के मुद्दों को इस तथ्य से हल किया जाता है कि सभी प्रक्रिया और सहायक उपकरण, जिनमें शामिल हैं: एक फ्लोरिनेटर रिएक्टर, एक बंकर, एक डिसबलिमीटर, सॉर्प्शन कॉलम, सैनिटरी फिल्टर, या तो एक परमाणु-सुरक्षित ज्यामिति या मात्रा और लोडिंग पर प्रतिबंध है उपकरण और अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम के एक साथ संसाधित बैच का आकार

निष्कर्ष

जबकि कम समृद्ध यूरेनियम अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम के उत्पादन के लिए एक मूल्यवान कच्चा माल है, कम समृद्ध गैसीय प्रसार संयंत्रों को उच्च समृद्ध यूरेनियम का उत्पादन करने के लिए आसानी से परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। बड़े ब्लॉकों में संवर्धन कारक और महत्वपूर्ण समस्याओं (यूरेनियम के महत्वपूर्ण द्रव्यमान का संचय) में तेज गिरावट के कारण उच्च संवर्धन के लिए कई छोटे चरणों की आवश्यकता होती है।

संवर्धन प्रणाली के विशाल आकार से उत्पाद के बाहर निकलने से पहले इसे सामग्री (समृद्ध पदार्थ) से भरने में लंबा समय लगता है। आमतौर पर, यह संतुलन समय 1-3 महीने है। कई देशों में गैसीय प्रसार तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है, यहां तक कि अर्जेंटीना ने अपने गुप्त हथियार कार्यक्रम (अब बंद) के लिए एक कार्यशील संवर्धन संयंत्र स्थापित किया है। 1979 में, इस प्रक्रिया का उपयोग करके सभी यूरेनियम का 98% से अधिक उत्पादन किया गया था। 1980 के दशक के मध्य तक, सेंट्रीफ्यूजेशन पद्धति की शुरुआत के साथ यह हिस्सा घटकर 95% रह गया था।

नए उद्योगों के लिए आइसोटोप पृथक्करण की प्रमुख विधि, हालांकि मौजूदा सुविधाएं ज्यादातर गैसीय प्रसार हैं। प्रत्येक अपकेंद्रित्र एकल गैस चरण की तुलना में बहुत अधिक पृथक्करण कारक प्रदान करता है। कई कम चरणों की आवश्यकता है, केवल एक हजार के बारे में, हालांकि प्रत्येक अपकेंद्रित्र की लागत बहुत अधिक है।

गैस सेंट्रीफ्यूजेशन के लिए गैसीय प्रसार के लिए आवश्यक ऊर्जा के ~ 1/10 की आवश्यकता होती है (इसकी ऊर्जा खपत 100-250 kWh/MPH-kg है) और आसान स्केलिंग की अनुमति देता है।

विकासशील परमाणु देशों में से, यह बल्कि परिष्कृत तकनीक पाकिस्तान और भारत के स्वामित्व में है।

कई देश परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों का एक बेड़ा बनाने या विकसित करने के लिए कार्यक्रमों की घोषणा करते हैं। वर्ल्ड न्यूक्लियर एसोसिएशन के पूर्वानुमान के अनुसार, 2020 तक दुनिया में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की स्थापित क्षमता वर्तमान 360 GW (2007) से बढ़कर 446 GW हो जाएगी। इसलिए, यूरेनियम संवर्धन की आवश्यकता बढ़ेगी, क्योंकि अधिकांश मौजूदा और नियोजित रिएक्टर 235 यू आइसोटोप में 3.5-4% तक समृद्ध यूरेनियम का उपयोग ईंधन के रूप में करते हैं।

सामान्य तौर पर, यूरोपीय संवर्धन कंपनियों के विकास में विश्वसनीय प्रौद्योगिकी, महत्वपूर्ण मौजूदा क्षमता और एक विश्वसनीय अपकेंद्रित्र निर्माण आधार के रूप में एक ठोस आधार है।

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यूरेनियम समस्थानिकों का औद्योगिक पृथक्करण संयुक्त राज्य अमेरिका में परमाणु हथियारों के निर्माण के लिए मैनहट्टन परियोजना के हिस्से के रूप में शुरू हुआ। नवंबर 1943 में, ओक रिज के पास U-12 विद्युत चुम्बकीय संयंत्र का निर्माण पूरा हुआ। विधि का विचार इस तथ्य पर आधारित है कि एक भारी आयन कम भारी वाले की तुलना में चुंबकीय क्षेत्र में एक बड़े त्रिज्या के चाप का वर्णन करता है। इस प्रकार, एक ही तत्व के विभिन्न समस्थानिकों को अलग किया जा सकता है। काम साइक्लोट्रॉन के आविष्कारक ई. लॉरेंस के मार्गदर्शन में किया गया था। यूरेनियम समस्थानिकों के पृथक्करण की तकनीकी प्रक्रिया दो चरणों वाली थी ( ए- और पी-चरण)। अलग करने वाली इकाई (कैलूट्रॉन) का डिज़ाइन एक बड़े अंडाकार जैसा दिखता था, जिसमें 96 मैग्नेट और 96 रिसीविंग चेंबर (एक रेस ट्रैक, यानी एक रेसिंग ट्रैक) शामिल थे। U-12 प्लांट में पांच "-इंस्टॉलेशन (9 रेसट्रैक में से प्रत्येक), तीन पी-इंस्टॉलेशन के साथ 36 मैग्नेट के आठ रेसट्रैक, रासायनिक और अन्य सहायक भवन शामिल थे। कैलुट्रॉन में एक विशाल विद्युत चुंबक था, जिसकी लंबाई 75 मीटर तक पहुंच गई और इसका वजन लगभग 4000 टन था। इस इलेक्ट्रोमैग्नेट के लिए कई हजार टन चांदी के तार वाइंडिंग में चले गए।

ओक रिज में निर्मित एक और विशाल (इमारतों के अंतर्गत आने वाला क्षेत्र 4000 हेक्टेयर, उस समय - एक छत के नीचे दुनिया की सबसे बड़ी इमारत) संयंत्र K-25 संयंत्र था। गैस प्रसार प्रक्रिया आणविक प्रसार की घटना पर आधारित है। यदि यूरेनियम (यूएफबी) का एक गैसीय यौगिक एक छिद्रपूर्ण विभाजन के माध्यम से पंप किया जाता है, तो 235 यू वाले हल्के अणु 235 यू वाले भारी अणुओं की तुलना में विभाजन में तेजी से प्रवेश करेंगे। प्रसार एक विभाजन के माध्यम से किया जाता है, जो एक झरझरा पतली धातु झिल्ली है जिसमें कई मिलियन छेद (व्यास ~ 0-3 मिमी) प्रति वर्ग सेंटीमीटर होते हैं। प्रक्रिया को कई बार दोहराया जाता है और इसके लिए संवर्धन के 3024 चरणों की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, झिल्ली तांबे से बने होते थे, फिर वे निकल में बदल जाते थे। 1944 के वसंत में, फिल्टर का औद्योगिक उत्पादन शुरू हुआ। इन झिल्लियों को पाइपों में मोड़ा गया और एक भली भांति बंद गुहा में रखा गया - एक प्रसार कक्ष।

36.06 1944 ओक रिज में थर्मल डिफ्यूजन प्लांट 550 लॉन्च किया गया था। तरल थर्मल डिफ्यूजन की प्रक्रिया एक कॉलम में होती है, जो एक लंबा (15 मीटर ऊंचा) ऊर्ध्वाधर पाइप होता है, जो बाहर से ठंडा होता है और अंदर एक गर्म सिलेंडर होता है। ऐसे स्तंभ में समस्थानिक पृथक्करण का प्रभाव इस तथ्य के कारण होता है कि हल्का अंश आंतरिक सिलेंडर की गर्म सतह पर जमा हो जाता है और संवहन के नियम के कारण ऊपर की ओर बढ़ता है। स्तंभों को तीन समूहों में व्यवस्थित किया गया था। प्रत्येक में कुल 2142 स्तंभों के लिए 7 बार थे।

पहले परमाणु बम "किड" के लिए अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का उत्पादन करने के लिए, प्राकृतिक कच्चे माल (0.7%) को पहले गैसीय चरण (यूएफई) में स्थानांतरित किया गया था। प्लांट 55o ने थर्मल डिफ्यूजन विधि का उपयोग करके प्रारंभिक संवर्धन 0.86% किया। पौधा K25थर्मल प्रसार विधि ने संवर्धन को 7% तक बढ़ा दिया। यूरेनियम ठोस में बदल गया यूवी 4, फिर α-calutron का उपयोग करके संवर्धन को 15% तक लाया गया था, और अंत में, UF 4 को p-calutron का उपयोग करके 29$ पर 90% के संवर्धन के साथ प्राप्त किया गया था। इस उत्पाद (तोप योजना) से परमाणु बम का चार्ज बनाया गया था।

रूस में, यूरेनियम समस्थानिकों के पृथक्करण के लिए पहले संयंत्र गैस प्रसार सिद्धांत पर आधारित थे, फिर अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन विधि पर स्विच किया गया।

1945 में, यूरेनियम संवर्धन के लिए प्लांट नंबर 813 (अब यूराल इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट, यूईआईपी) के वर्ख-नेविंस्क (मध्य यूराल, सेवरडलोव्स्क क्षेत्र, अब नोवोरलस्क) में निर्माण शुरू हुआ। ओके सीरीज मशीनों से लैस डी-1 गैस डिफ्यूजन प्लांट को 1949 में चालू किया गया था, डी-3 प्लांट, टी सीरीज मशीनों से लैस, 1951 में और डी-4 प्लांट (एक अलग डिफ्यूजन कैस्केड जो स्वतंत्र रूप से सक्षम था) 90% उत्पादन) - 1953 में। 1949 में, एक अत्यधिक समृद्ध (75%) 2 ग$ग)पहले सोवियत प्लूटोनियम परमाणु बम में चार्ज के हिस्से के रूप में यूरेनियम का इस्तेमाल किया गया था। 1957 में, यूईआईपी में एक अपकेंद्रित्र संयंत्र शुरू किया गया था, 1960 में सेंट्रीफ्यूज तकनीक पर आधारित दुनिया के पहले यूरेनियम प्रसंस्करण संयंत्र का निर्माण शुरू हुआ, जिसके बाद 1964 में संयंत्र को पूरी क्षमता में लाया गया, 1980 में पहला औद्योगिक संयंत्र वाणिज्यिक में लगाया गया। संचालन छठी पीढ़ी के गैस सेंट्रीफ्यूज का बैच। 1987 में, समृद्ध यूरेनियम के औद्योगिक उत्पादन का गैस प्रसार चरण पूरी तरह से पूरा हो गया था। 1995 में, यूईआईपी तकनीक का उपयोग करते हुए, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए कम समृद्ध यूरेनियम (एलईयू) में अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम (एचईयू) का औद्योगिक प्रसंस्करण शुरू किया गया था, जिसे परमाणु हथियारों से निकाला जा रहा था।

यूरेनियम के समस्थानिक संवर्धन के लिए एक अन्य उद्यम अंगारस्क इलेक्ट्रोकेमिकल कंबाइन, एईसीसी था। अंगार्स्क के दक्षिण-पश्चिम में इसका निर्माण 10 अप्रैल, 1954 को शुरू हुआ। इस शक्तिशाली पृथक्करण संयंत्र ने देश में समृद्ध यूरेनियम के उत्पादन में नाटकीय रूप से वृद्धि की। (समृद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड के उत्पादन के लिए)। 21 अक्टूबर, 1957 को, पहला चरण 308 में से गैस प्रसार मशीनों को चालू किया गया और पहला समृद्ध यूरेनियम प्राप्त किया गया। 12/14/1990 को यूरेनियम समस्थानिकों को अलग करने के लिए गैस सेंट्रीफ्यूज का प्रक्षेपण हुआ। वर्तमान में, संयंत्र की मुख्य गतिविधियां यूरेनियम ऑक्साइड के यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड में रूपांतरण के लिए सेवाएं हैं; यूरेनियम टेट्राफ्लोराइड को यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड में परिवर्तित करके; ग्राहक द्वारा उपलब्ध कराए गए कच्चे माल से यूरेनियम का संवर्धन; हेक्साफ्लोराइड के रूप में समृद्ध यूरेनियम की आपूर्ति। अप्रसार व्यवस्था की आवश्यकताओं के विश्वसनीय अनुपालन के लिए, JSC AECC ने IAEA सुरक्षा उपायों के तहत दुनिया का पहला अंतर्राष्ट्रीय यूरेनियम संवर्धन केंद्र और एक परमाणु ईंधन बैंक की स्थापना की।

तीसरा प्रसंस्करण संयंत्र साइबेरियन केमिकल प्लांट (SCC) का हिस्सा है, जिसे 1950 के दशक की शुरुआत में टॉम्स्क क्षेत्र (सेवरस्क) में बनाया गया था। SCC - विखंडनीय सामग्री के आधार पर परमाणु हथियार घटकों के निर्माण के लिए परमाणु तकनीकी चक्र का एक एकल परिसर। आइसोटोप पृथक्करण संयंत्र परमाणु ऊर्जा के लिए समृद्ध यूरेनियम का उत्पादन करता है। 1973 तक, गैस-प्रसार पृथक्करण किया गया था, बाद में - अपकेंद्रित्र। क्सीनन, टिन, सेलेनियम और अन्य के कई स्थिर समस्थानिकों का भी उत्पादन किया जाता है। उच्च बनाने की क्रिया संयंत्र यूरेनियम युक्त उत्पादों का उत्पादन करता है, जिसमें अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम, ईंधन छड़ के लिए यूरेनियम ऑक्साइड और आइसोटोप संवर्धन के लिए shch> शामिल हैं।

चौथा संवर्धन संयंत्र ओएओ पीओ इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट (पूर्व में क्रास्नोयार्स्क -45, अब ज़ेलेनोगोर्स्क, क्रास्नोयार्स्क क्षेत्र) है। 30 अक्टूबर, 1962 को इस उद्यम में यूरेनियम आइसोटोप के उत्पादन के लिए गैस प्रसार मशीनों के पहले चरण को चालू किया गया था। 1964 में, गैस सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करके यूरेनियम संवर्धन की तकनीक पेश की गई थी। 1988 के बाद से, संयंत्र का मुख्य उत्पाद कम समृद्ध यूरेनियम रहा है जिसका उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में ईंधन के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, 1972 ईसीपी, गैस सेंट्रीफ्यूज तकनीक का उपयोग करते हुए, आइसोटोप उत्पादों और अत्यधिक शुद्ध पदार्थों का उत्पादन कर रहा है।

4 अक्टूबर 1957 को पहले सोवियत उपग्रह के प्रक्षेपण के बारे में पूरी दुनिया को पता था। और उसी साल 4 नवंबर को वेरख-नेविंस्क में हुई घटना लंबे समय तक दुनिया की सर्वश्रेष्ठ बुद्धि के लिए एक रहस्य बनी रही। वहां एक पायलट प्लांट लगाया गया था, जिस पर यूरेनियम को अपकेंद्रित्र आइसोटोप पृथक्करण द्वारा समृद्ध किया गया था।

एलेक्ज़ेंडर एमेलियानेंकोव

परमाणु हथियारों के निर्माण की शुरुआत में, मुख्य प्रमुख समस्याओं में से एक यूरेनियम समस्थानिकों का पृथक्करण था। यह भारी रेडियोधर्मी धातु स्वाभाविक रूप से दो प्रमुख समस्थानिकों के मिश्रण के रूप में पाई जाती है। मुख्य हिस्सा (99.3% से थोड़ा कम) यूरेनियम -238 है। लाइटर आइसोटोप - यूरेनियम -235 - की सामग्री केवल 0.7% है, लेकिन यह वह है जो परमाणु हथियारों के निर्माण और रिएक्टरों के संचालन के लिए आवश्यक है।

आइसोटोप को अलग करना आसान नहीं है। उनके रासायनिक गुण समान हैं (आखिरकार वे एक ही रासायनिक तत्व हैं), और परमाणु द्रव्यमान में अंतर सिर्फ 1% से अधिक है, इसलिए पृथक्करण के लिए भौतिक तरीकों में बहुत अधिक चयनात्मकता होनी चाहिए। 1950 के दशक में यह मुद्दा सोवियत परमाणु उद्योग की सफलता को निर्धारित करने वाले निर्णायक क्षणों में से एक बन गया और विश्व बाजार में रूसी परमाणु उद्योग की आधुनिक प्रतिस्पर्धा की नींव रखी।

एक चलनी के माध्यम से

पृथक्करण की सबसे सरल विधि गैसीय प्रसार है - एक सूक्ष्म छिद्रपूर्ण झिल्ली के माध्यम से गैसीय कच्चे माल (यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड) को "मजबूर" करना, जबकि विभिन्न समस्थानिक अलग-अलग गति से छिद्रों के माध्यम से फैलते हैं। यह गैस प्रसार था जो पहले संवर्धन संयंत्रों में यूरेनियम -235 की व्यावसायिक मात्रा प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली पहली विधि बन गई थी। संयुक्त राज्य अमेरिका में, मैनहट्टन परियोजना के लिए गैसीय प्रसार के क्षेत्र में विकास का नेतृत्व नोबेल पुरस्कार विजेता हेरोल्ड उरे ने किया था। यूएसएसआर में, 1954 तक, इस दिशा का नेतृत्व शिक्षाविद बोरिस कोंस्टेंटिनोव ने किया था, फिर उन्हें इसहाक किकोइन द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था।

सबसे पहले, जैसा कि अक्सर होता है, गैसीय प्रसार विधि लागू करने के लिए अधिक सुलभ लगती थी। लेकिन इसके लिए बिजली के भारी खर्च की आवश्यकता थी - सयानो-शुशेंस्काया पनबिजली स्टेशन और बेलोयार्स्क परमाणु ऊर्जा संयंत्र का पहला चरण, जैसा कि अब पता चला है, मुख्य रूप से इन उद्देश्यों के लिए बनाए गए थे। सामान्य उच्च लागत और कम दक्षता के अलावा, गैस प्रसार विधि श्रमिकों के लिए असुरक्षित थी - मुख्य रूप से उच्च तापमान और दुकानों में शोर के कारण। साथ ही, दबाव में रासायनिक रूप से सक्रिय मिश्रणों की बड़ी मात्रा, और ये संभावित उत्सर्जन और पर्यावरण प्रदूषण हैं। इस बीच, 19 वीं शताब्दी के अंत से गैस प्रसार विधि का एक विकल्प जाना जाता है - यह एक अपकेंद्रित्र विधि है जो बहुत महत्वपूर्ण बचत का वादा करती है: जब 1958 में वेरख-नेविंस्क में संयंत्र डिजाइन मोड में पहुंच गया, तो यह पता चला कि प्रति पृथक्करण इकाई ऊर्जा की खपत प्रसार विधि से 20 (!) गुना कम थी, और लागत आधी है। सच है, सेंट्रीफ्यूज बनाने के रास्ते में कई तकनीकी कठिनाइयों ने डिजाइनरों का इंतजार किया।

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण। चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कणों (आयनों) की गति के आधार पर। कणों के द्रव्यमान के आधार पर, उनके प्रक्षेपवक्र की वक्रता भिन्न होती है, और यूरेनियम समस्थानिकों के नाभिक के परमाणु द्रव्यमान में एक छोटा सा अंतर भी उन्हें अलग करना संभव बनाता है। कैलुट्रॉन नामक ऐसी सुविधाओं का उपयोग अमेरिकी मैनहट्टन परियोजना में किया गया था, क्योंकि उन्होंने कुछ ही दर्रों में बहुत उच्च स्तर के यूरेनियम संवर्धन को प्राप्त करना संभव बना दिया था। हालांकि, कैलुट्रॉन बहुत भारी हैं, बनाए रखने के लिए महंगे हैं, बहुत अधिक ऊर्जा की खपत करते हैं और कम उत्पादकता रखते हैं, इसलिए वर्तमान में उनका उपयोग औद्योगिक यूरेनियम संवर्धन के लिए नहीं किया जाता है।

जर्मन जड़ें

सोवियत सेंट्रीफ्यूज तकनीक की उत्पत्ति का पता नाजी जर्मनी से लगाया जा सकता है, जहां परमाणु परियोजना यूरेनियम के पृथक्करण के साथ प्रयोग कर रही थी। इस परियोजना में भाग लेने वालों में से एक, भौतिक विज्ञानी गेरोन्ट ज़िप्पे, यूएसएसआर को भेजे गए युद्ध के अन्य जर्मन कैदियों में से थे। मैक्स स्टीनबेक, उनके हमवतन और ससुर के मार्गदर्शन में, Zippe 1954 तक प्रायोगिक अनुसंधान में लगे रहे - पहले सुखुमी में प्रयोगशाला A में (भविष्य के सुखुमी भौतिकी और प्रौद्योगिकी संस्थान), और पिछले दो वर्षों से - में लेनिनग्राद में किरोव प्लांट में एक विशेष डिजाइन ब्यूरो।

जैसा कि प्रतिभागियों और उन घटनाओं के प्रत्यक्षदर्शी गवाही देते हैं, जर्मन वैज्ञानिकों को शोध के लिए सामग्री से इनकार करने का पता नहीं था। और उनका शासन लगभग हमारे गुप्त परमाणु वैज्ञानिकों के समान ही था, जो बेरिया विभाग द्वारा बारीकी से संरक्षित थे। जुलाई 1952 में, एक विशेष सरकारी डिक्री द्वारा, स्टीनबेक और उनके सहायकों को सुखम संस्थान से लेनिनग्राद में किरोव प्लांट के डिजाइन ब्यूरो में स्थानांतरित कर दिया गया था। इसके अलावा, परमाणु अनुसंधान के विशेष विभाग से पॉलिटेक्निक संस्थान के स्नातकों द्वारा समूह को मजबूत किया गया था। कार्य Zippe-Steenbeck योजना के अनुसार दो इकाइयों का निर्माण और परीक्षण करना था। वे उत्साह से व्यापार में उतर गए, लेकिन पहले से ही 1953 की पहली तिमाही में, परीक्षण के बिना काम रोक दिया गया था: यह स्पष्ट हो गया कि प्रस्तावित डिजाइन बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं था।

गैस प्रसार। यूरेनियम (यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड) के विभिन्न समस्थानिकों वाले गैस अणुओं की गति में अंतर का उपयोग करता है। एक अलग द्रव्यमान अणुओं की एक अलग गति का कारण बनता है, जिससे फेफड़े झिल्ली के माध्यम से पतले छिद्रों (अणुओं के आकार के व्यास में तुलनीय) के साथ भारी वाले की तुलना में तेजी से गुजरते हैं। विधि को लागू करना आसान है और इसका उपयोग यूएसएसआर में परमाणु उद्योग की शुरुआत में किया गया था, संयुक्त राज्य अमेरिका में अभी भी इसका उपयोग किया जाता है। प्रत्येक चरण के संवर्धन की डिग्री बहुत छोटी है, इसलिए हजारों चरणों की आवश्यकता है। इसके परिणामस्वरूप भारी ऊर्जा खपत और उच्च पृथक्करण लागत होती है।

Zippe सेंट्रीफ्यूज इस तरह की पहली सोवियत मशीन नहीं थी। ऊफ़ा में युद्ध के दौरान भी, एक अन्य जर्मन, फ़्रिट्ज़ लैंग, जो 1936 में जर्मनी से भाग गया था, ने असर पर एक भारी उपकरण बनाया। हालांकि, यूएसएसआर और यूएसए में परमाणु परियोजना के उलटफेर से परिचित विशेषज्ञ स्टीनबेक समूह की एक पूर्ण उपलब्धि पर ध्यान देते हैं - समर्थन इकाई का मूल डिजाइन: रोटर एक स्टील सुई पर टिकी हुई है, और यह सुई - एक जोर असर पर एक तेल स्नान में सुपरहार्ड मिश्र धातु से बना। और यह सब सरल डिजाइन रोटर के ऊपरी हिस्से में एक विशेष चुंबकीय निलंबन द्वारा आयोजित किया गया था। परिचालन गति में इसका प्रचार भी एक चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से किया गया था।

जबकि स्टीनबेक समूह की परियोजना विफल रही, उसी 1953 के फरवरी में, सोवियत इंजीनियर विक्टर सर्गेव द्वारा डिजाइन किए गए कठोर रोटर के साथ एक गैस सेंट्रीफ्यूज को चालू किया गया था। एक साल पहले, सर्गेव, किरोव प्लांट के विशेष डिजाइन ब्यूरो के विशेषज्ञों के एक समूह के साथ, जहां उन्होंने तब काम किया था, स्टीनबेक और उनकी टीम के प्रयोगों से परिचित होने के लिए सुखुमी को भेजा गया था। टोचमैश प्रोडक्शन एसोसिएशन के अपकेंद्रित्र उत्पादन के एक अनुभवी ओलेग चेर्नोव, जो सर्गेव को अच्छी तरह से जानते थे और उनके साथ काम करते थे, "यह तब था जब उन्होंने स्टीनबेक से पिटोट ट्यूबों के रूप में गैस नमूनाकरण उपकरणों के स्थान के बारे में एक तकनीकी प्रश्न पूछा था।" महत्वपूर्ण विवरण उजागर किया। "प्रश्न विशुद्ध रूप से तकनीकी और निहित था, वास्तव में, सेंट्रीफ्यूज के डिजाइन को कैसे काम करने योग्य बनाया जाए, इस पर एक संकेत।" लेकिन डॉ. स्टीनबेक स्पष्ट थे: "वे प्रवाह को धीमा कर देंगे, अशांति पैदा करेंगे, और कोई अलगाव नहीं होगा!" वर्षों बाद, अपने संस्मरणों पर काम करते हुए, उन्हें इसका पछतावा होगा: “एक विचार जो हमारे पास आने के योग्य है! लेकिन इसने मेरे दिमाग को कभी पार नहीं किया… ”

गैस सेंट्रीफ्यूजेशन, तेजी से घूमने वाले रोटर का उपयोग करते हुए, गैस के प्रवाह को इस तरह से घुमाता है कि भारी यूरेनियम समस्थानिक वाले अणुओं को केन्द्रापसारक बल द्वारा बाहरी किनारों पर फेंक दिया जाता है, और हल्के वाले सिलेंडर की धुरी के करीब होते हैं। सेंट्रीफ्यूज को कैस्केड में जोड़ा जाता है, प्रत्येक चरण के आउटपुट से अगले चरण के इनपुट तक आंशिक रूप से समृद्ध सामग्री की आपूर्ति करता है - इस तरह से यूरेनियम प्राप्त करना संभव है, यहां तक कि बहुत उच्च स्तर का संवर्धन भी। सेंट्रीफ्यूज को बनाए रखना आसान, विश्वसनीय और मध्यम बिजली की खपत है। इस पद्धति का उपयोग रूस और यूरोपीय देशों में किया जाता है।

ओलेग चेर्नोव के अनुसार, Zippe, जर्मनी जाने से पहले, सर्गेयेव के अपकेंद्रित्र के प्रोटोटाइप और इसके संचालन के सरल सरल सिद्धांत से परिचित होने का अवसर मिला। एक बार पश्चिम में, "चालाक ज़िप्पे", जैसा कि उन्हें अक्सर कहा जाता था, ने 13 देशों में अपकेंद्रित्र के डिजाइन का पेटेंट कराया। सोवियत परमाणु विभाग के पहले व्यक्तियों ने, इस तरह के बौद्धिक छल के बारे में जानने के बाद, कोई उपद्रव नहीं किया - यदि आप आधिकारिक संस्करण का पालन करते हैं, "ताकि अमेरिकी सैन्य-तकनीकी खुफिया से इस विषय में संदेह और बढ़ी हुई रुचि पैदा न हो। " वे कहते हैं, उन्हें लगता है कि सोवियत संघ गैर-आर्थिक, जैसे उनकी, गैस प्रसार विधि से संतुष्ट हैं ... 1957 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थानांतरित होने के बाद, Zippe ने स्मृति से सर्गेव के प्रोटोटाइप को पुन: पेश करते हुए, वहां एक कार्यशील स्थापना का निर्माण किया। और उन्होंने इसे बुलाया, इसे इसका हक दिया जाना चाहिए, "रूसी सेंट्रीफ्यूज।" हालांकि, वह अमेरिकियों को बंदी बनाने में विफल रहे। नई मशीन के संबंध में, जैसा कि उस समय और स्टीनबेक के डिजाइन के अनुसार, एक निर्णय पारित किया गया था: औद्योगिक उपयोग के लिए अनुपयुक्त।

एक गैस अपकेंद्रित्र के संवर्धन की डिग्री छोटी है, इसलिए उन्हें क्रमिक कैस्केड में जोड़ा जाता है, जिसमें प्रत्येक अपकेंद्रित्र के उत्पादन से समृद्ध कच्चे माल को अगले एक के इनपुट में खिलाया जाता है, और समाप्त कच्चे माल को खिलाया जाता है पिछले वाले में से एक का इनपुट। कैस्केड में पर्याप्त संख्या में सेंट्रीफ्यूज के साथ, बहुत उच्च स्तर का संवर्धन प्राप्त किया जा सकता है।

सच है, एक सदी के एक चौथाई बाद, संयुक्त राज्य अमेरिका ने फिर भी गैसीय प्रसार से सेंट्रीफ्यूज पर स्विच करने का फैसला किया। पहला प्रयास विफल रहा - 1985 में, जब ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में विकसित पहली 1300 मशीनें स्थापित की गईं, तो अमेरिकी सरकार ने कार्यक्रम को बंद कर दिया। 1999 में, ओहियो के पिकेटन में पुन: सक्रिय साइट पर, कार्बन फाइबर रोटर के साथ अमेरिकी सेंट्रीफ्यूज की एक नई पीढ़ी (रूसी सेंट्रीफ्यूज से 10-15 गुना बड़ी और व्यास में दो से तीन गुना बड़ी) की स्थापना पर फिर से काम शुरू हुआ। योजना के अनुसार, 2005 में 120 "टॉप्स" के 96 कैस्केड माउंट करने की योजना बनाई गई थी, लेकिन 2012 के अंत तक इस परियोजना को अभी तक वाणिज्यिक संचालन में नहीं डाला गया है।

यूरेनियम समस्थानिकों का लेजर पृथक्करण इस तथ्य पर आधारित है कि विभिन्न समस्थानिकों वाले अणुओं में थोड़ी भिन्न उत्तेजना ऊर्जा होती है। कड़ाई से परिभाषित तरंग दैर्ध्य के लेजर बीम के साथ आइसोटोप के मिश्रण को विकिरणित करके, वांछित आइसोटोप के साथ केवल अणुओं को आयनित करना संभव है, और फिर चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके आइसोटोप को अलग करना संभव है। इस विधि की कई किस्में हैं - परमाणु वाष्प AVLIS (परमाणु वाष्प लेजर आइसोटोप पृथक्करण), सिल्वा (AVLIS का फ्रेंच एनालॉग), और अणु - MLIS (आणविक लेजर आइसोटोप पृथक्करण), CRISLA (रासायनिक प्रतिक्रिया आइसोटोप पृथक्करण) और SILEX (पृथक्करण) को प्रभावित करना। आइसोटोप के) लेजर उत्तेजना द्वारा)। वर्तमान में, जनरल इलेक्ट्रिक कॉर्पोरेशन दक्षिण अफ्रीका और ऑस्ट्रेलिया के विशेषज्ञों द्वारा विकसित SILEX तकनीक का व्यवसायीकरण करने का प्रयास कर रहा है। लेजर पृथक्करण कम ऊर्जा, कम लागत और अत्यधिक समृद्ध है (यही कारण है कि अब इसका उपयोग अल्ट्राप्योर आइसोटोप की छोटी मात्रा का उत्पादन करने के लिए किया जाता है), लेकिन प्रक्रिया को बंद किए बिना प्रदर्शन, लेजर जीवन और संवर्धन के साथ अभी भी मुद्दे हैं।

गुप्त सुई

इस बीच, यूएसएसआर में, मध्य उरल्स में वेरख-नेविंस्क के अगोचर स्थान में, गैस सेंट्रीफ्यूज को अलग करने की पहली प्रायोगिक लाइन को सबसे सख्त गोपनीयता में रखा गया था। 1942 में वापस, इसहाक किकोइन लैंग द्वारा डिजाइन किए गए एक गैस सेंट्रीफ्यूज में आए और यहां तक कि सेवरडलोव्स्क में अपनी प्रयोगशाला में इसका परीक्षण किया। तब प्रयोगों ने वांछित परिणाम नहीं दिए, और शिक्षाविद को औद्योगिक गैस सेंट्रीफ्यूज बनाने की संभावना के बारे में संदेह था। बहुत पहले प्रतिष्ठानों की मुख्य परेशानी उनकी नाजुकता थी। और यद्यपि वे शुरू में "केवल" प्रति मिनट 10,000 क्रांतियों की गति से घूमते थे, रोटर की विशाल गतिज ऊर्जा का सामना करना आसान नहीं था।

आपकी कारों को नष्ट किया जा रहा है! - मुख्य कार्यालय अलेक्जेंडर ज्वेरेव के प्रमुख मिंसरेडमाश में एक बैठक में डेवलपर्स को व्यंग्यात्मक रूप से फटकार लगाई, जिनके पास एनकेवीडी के जनरल का पद था।

- और आप क्या चाहते थे? उनके लिए गुणा करते रहना? - अनातोली सफ्रोनोव, जो उस समय परियोजना के प्रभारी थे, ने रक्षात्मक रूप से प्रतिवाद किया।

पृथक्करण की केन्द्रापसारक विधि के साथ, घूर्णन की उच्च गति के कारण, एक केन्द्रापसारक बल बनाया जाता है जो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण बल से सैकड़ों-हजारों गुना अधिक हो जाता है। इसके कारण, यूरेनियम -238 हेक्साफ्लोराइड के भारी अणु घूर्णन सिलेंडर की परिधि पर "दस्तक" देते हैं, और यूरेनियम -235 हेक्साफ्लोराइड के हल्के अणु रोटर अक्ष के पास केंद्रित होते हैं। अलग आउटलेट पाइपलाइनों के माध्यम से (जैसे पिटोट ट्यूब, जिसके बारे में सोवियत इंजीनियर सर्गेव ने जर्मन स्टीनबेक से बात की थी), यू -238 आइसोटोप युक्त गैस को "डंप में" हटा दिया जाता है, और यूरेनियम -235 प्रवाह की बढ़ी हुई सामग्री के साथ समृद्ध अंश को हटा दिया जाता है। अगले अपकेंद्रित्र में। ऐसे सेंट्रीफ्यूज का एक झरना, जिसमें सैकड़ों और हजारों मशीनें होती हैं, प्रकाश समस्थानिक की सामग्री को तेजी से बढ़ाना संभव बनाता है। अपेक्षाकृत बोलते हुए, उन्हें विभाजक कहा जा सकता है, जिस पर यूरेनियम कच्चे माल (यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड, यूएफ 6) यू -235 आइसोटोप की कम सामग्री के साथ गैस में बदल जाता है, क्रमिक रूप से ताजा दूध की स्थिरता से क्रीम और खट्टा क्रीम में स्थानांतरित किया जाता है। और यदि आवश्यक हो, तो वे "तेल" को भी नीचे ला सकते हैं - पनडुब्बी रिएक्टरों और अनुसंधान सुविधाओं में ईंधन के रूप में इसका उपयोग करने के लिए संवर्धन को 45% या 60% तक ला सकते हैं। और हाल ही में, जब बड़ी मात्रा में इसकी आवश्यकता थी, तब तक वे सेंट्रीफ्यूज में बदल गए जब तक कि उन्हें उत्पादन में महंगा "पनीर" नहीं मिला - 90% से अधिक के संवर्धन के साथ हथियार-ग्रेड यूरेनियम। लेकिन 1980 के दशक के अंत तक, चार सोवियत संयंत्रों में इतने अधिक हथियार-ग्रेड यूरेनियम को "अलग" कर दिया गया था कि गोदामों और तैयार परमाणु शुल्कों में इसके स्टॉक को अत्यधिक माना जाता था, और सैन्य उद्देश्यों के लिए अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का उत्पादन होता था। रोका हुआ।

प्रारंभिक गणना के अनुसार, अपकेंद्रित्र निकाय की बाहरी दीवारों की मोटाई 70 मिमी - टैंक कवच की तरह होनी चाहिए। ऐसे महापुरूष को खोलने की कोशिश करें ... लेकिन परीक्षण और त्रुटि से, उन्होंने एक समझौता समाधान ढूंढ लिया। एक विशेष मिश्र धातु बनाई गई - स्टील की तुलना में मजबूत और हल्का। आधुनिक सेंट्रीफ्यूज के मामले, जो लेखकों में से एक ने व्लादिमीर में टोचमैश प्रोडक्शन एसोसिएशन में अपने हाथों में देखे और पकड़े हुए थे, टैंक कवच के साथ किसी भी जुड़ाव को नहीं जगाते हैं: एक चमक के लिए पॉलिश की गई आंतरिक सतह के साथ साधारण दिखने वाले खोखले सिलेंडर। दूर से, उन्हें सिरों पर कनेक्टिंग फ्लैंग्स के साथ पाइप काटने के लिए गलत किया जा सकता है। लंबाई - एक मीटर से अधिक नहीं, व्यास में - बीस सेंटीमीटर। और यूराल इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट में, सैकड़ों मीटर लंबे विशाल कैस्केड उनसे इकट्ठे होते हैं। दीवारों पर संकेत और तकनीकी गलियारों में चित्रित कंक्रीट के फर्श पर विशेष चिह्नों से संकेत मिलता है कि यह साइकिल से घूमने के लिए प्रथागत है। सच है, 5-10 किमी / घंटा से तेज नहीं।

और सेंट्रीफ्यूज के अंदर जो बमुश्किल श्रव्य होते हैं, गति पूरी तरह से अलग होती है - एक चुंबकीय क्षेत्र में "निलंबित" कोरन्डम थ्रस्ट बेयरिंग वाली सुई पर रोटर, प्रति सेकंड 1500 चक्कर लगाता है! 1960 के पहले VT-3F उत्पाद की तुलना में, इसे लगभग दस गुना बढ़ा दिया गया था, और नॉन-स्टॉप ऑपरेशन की अवधि तीन से बढ़ाकर 30 वर्ष कर दी गई थी। एक और उदाहरण खोजना मुश्किल है जब एक तकनीक इस तरह का प्रदर्शन करेगी ऐसे चरम मापदंडों के साथ विश्वसनीयता। जैसा कि सेंट्रीफ्यूज उत्पादन के उप प्रमुख वालेरी लेम्पर्ट ने कहा, 30 साल पहले टोचमाश की आपूर्ति की गई मशीनें अभी भी नोवोरलस्क में संयंत्र में काम कर रही हैं: “यह शायद सेंट्रीफ्यूज की तीसरी पीढ़ी थी, और अब आठवीं का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जा रहा है और नौवें को पायलट प्रोडक्शन में लॉन्च किया जा रहा है। ”

"हमारे अपकेंद्रित्र के डिजाइन में कुछ भी जटिल नहीं है। यह तकनीक को छोटे से छोटे विवरण और सख्त गुणवत्ता नियंत्रण तक पूर्ण करने के बारे में है, "तात्याना सोरोकिना बताती है, जो दशकों से संयंत्र में रोटर के लिए एक समर्थन सुई बनाने की तकनीक का "अग्रणी" रहा है। - ऐसी सुइयां साधारण पियानो तार से बनाई जाती हैं, जिनसे तार खींचे जाते हैं। लेकिन टिप को सख्त करने का तरीका हमारी जानकारी है।"

अपने घटते वर्षों में, इसके मुख्य रचनाकारों में से एक, विक्टर सर्गेव ने रूसी अपकेंद्रित्र के रहस्यों को अपनी व्याख्या दी। इंजीनियर ओलेग चेर्नोव की गवाही के अनुसार, जब सुरक्षा सेवाओं द्वारा पूछा गया कि इस उत्पाद में क्या संरक्षित करने की आवश्यकता है और इसका मुख्य रहस्य क्या है, तो डिजाइनर ने संक्षेप में उत्तर दिया: "लोग।"

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सामान्य सिद्धांतों

आइसोटोप पृथक्करण के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियाँ

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण

गैस प्रसार

तरल थर्मल प्रसार

गैस सेंट्रीफ्यूजेशन

वायुगतिकीय पृथक्करण

लेजर आइसोटोप पृथक्करण (एलआईएस)

रासायनिक संवर्धन

आसवन

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आइसोटोप पृथक्करण के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियाँ

विद्युत चुम्बकीय पृथक्करण

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वायुगतिकीय पृथक्करण

लेजर आइसोटोप पृथक्करण (एलआईएस)

रासायनिक संवर्धन

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.2 थर्मल प्रसार

1.5 वायुगतिकीय पृथक्करण

वे तरीके जो अभी तक औद्योगिक रूप से लागू नहीं हैं, ध्यान देने योग्य हैं:

लेजर का उपयोग करके वाष्पीकरण

रासायनिक पृथक्करण

हल्के दबाव का उपयोग करके समस्थानिकों का पृथक्करण

इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित कणों की फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं

परमाणुओं और अणुओं की दो-चरणीय उत्तेजना

चयनात्मक photopredissociation

अवरक्त विकिरण द्वारा अणुओं की उत्तेजना

थर्मोडायनामिक रूप से गैर-संतुलन स्थितियों के तहत होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं में आइसोटोप प्रभाव

कंपन से उत्तेजित अणुओं की गैस का संघनन

चुंबकीय क्षेत्र में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं में आइसोटोप प्रभाव

सोखना द्वारा पृथक्करण

लेजर विकिरण द्वारा प्रेरित चयनात्मक प्रसार

लेजर विकिरण द्वारा सतह पर प्रक्रियाओं का गुंजयमान नियंत्रण

दो मीडिया के बीच इंटरफेस में लेजर रसायन विज्ञान

दो तरल पदार्थों के बीच इंटरफेस में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की लेजर उत्तेजना

1.9 गैसों का बहाव

आइसोटोप यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड थर्मल डिफ्यूजन

गैसों का बहाव इस तथ्य पर आधारित है कि आणविक बहिर्वाह (प्रवाह) के दौरान

एक चलनी के माध्यम से

जर्मन जड़ें

गुप्त सुई

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