Fasilitas laboratorium untuk pemisahan sistem isotop. Pemisahan isotop uranium

Pemisahan isotop

Pemisahan isotop- proses teknologi di mana isotop individu dari elemen ini diisolasi dari bahan yang terdiri dari campuran isotop yang berbeda dari satu elemen kimia. Aplikasi utama dari proses pemisahan isotop adalah produksi bahan bakar nuklir, bahan radioaktif tingkat senjata, dan aplikasi lain yang melibatkan penggunaan zat radioaktif. Dalam kasus seperti itu, pemisahan biasanya ditujukan untuk memperkaya atau menghabiskan bahan dengan isotop radioaktif tertentu.

Prinsip-prinsip umum

Pemisahan isotop (misalnya, ekstraksi , 235 U , ) selalu dikaitkan dengan kesulitan yang signifikan, karena isotop, yang merupakan variasi dari satu unsur yang massanya sedikit berbeda, berperilaku kimia dengan cara yang hampir sama. Tetapi - laju perjalanan beberapa reaksi berbeda tergantung pada isotop elemen, di samping itu, Anda dapat menggunakan perbedaan dalam sifat fisiknya - misalnya, dalam massa.

Kinerja sistem kaskade tersebut dipengaruhi oleh dua faktor: tingkat pengayaan pada setiap tahap dan hilangnya isotop yang diinginkan dalam aliran limbah.

Mari kita jelaskan faktor kedua. Pada setiap tahap pengayaan, aliran dibagi menjadi dua bagian - diperkaya dan dikuras dalam isotop yang diinginkan. Karena tingkat pengayaan sangat rendah, massa total isotop dalam batuan bekas dapat dengan mudah melebihi massanya di bagian yang diperkaya. Untuk mencegah hilangnya bahan mentah yang berharga seperti itu, aliran yang habis dari setiap tahap berikutnya dimasukkan lagi ke dalam masukan dari tahap sebelumnya.

Bahan sumber tidak memasuki tahap pertama kaskade. Ini diperkenalkan ke dalam sistem segera ke beberapa tahap ke-n. Karena itu, bahan yang sangat terkuras dalam isotop utama dikeluarkan dari tahap pertama.

Metode utama yang digunakan untuk pemisahan isotop

pemisahan elektromagnetik
Difusi gas
Difusi termal cair
Sentrifugasi gas
Pemisahan aerodinamis
Pemisahan isotop laser
Pengayaan kimia
Pemisahan fotokimia

Bagaimanapun, jumlah bahan yang diperkaya yang dihasilkan tergantung pada tingkat pengayaan dan lean yang diinginkan dari aliran keluaran. Jika zat awal tersedia dalam jumlah besar dan murah, maka kinerja kaskade dapat ditingkatkan dengan membuang bersama dengan limbah sejumlah besar elemen berguna yang tidak diekstraksi (misalnya, produksi deuterium dari air biasa). Jika perlu, ekstraksi isotop tingkat tinggi dari bahan baku dicapai (misalnya, saat memperkaya uranium atau plutonium).

pemisahan elektromagnetik

Metode ini memungkinkan Anda untuk memisahkan kombinasi isotop apa pun, memiliki tingkat pemisahan yang sangat tinggi. Dua lintasan biasanya cukup untuk memperoleh pengayaan di atas 80% dari bahan yang buruk (dengan kandungan awal isotop yang diinginkan kurang dari 1%). Namun, pemisahan elektromagnetik kurang cocok untuk produksi industri: sebagian besar zat disimpan di dalam calutron, sehingga harus dihentikan secara berkala untuk pemeliharaan. Kerugian lainnya adalah konsumsi daya yang tinggi, kompleksitas dan biaya perawatan yang tinggi, produktivitas yang rendah. Ruang lingkup utama dari metode ini adalah produksi sejumlah kecil isotop murni untuk penggunaan laboratorium. Namun pada masa Perang Dunia II dibangun instalasi Y-12 yang mulai Januari 1945 mencapai kapasitas 204 gram 80% U-235 per hari.

Difusi gas

Metode ini menggunakan perbedaan kecepatan pergerakan molekul gas dengan massa yang berbeda. Jelas bahwa itu hanya akan cocok untuk zat dalam keadaan gas.

Untuk beberapa elemen ringan, tingkat pemisahan bisa sangat besar, tetapi untuk uranium hanya 1,00429 (aliran keluaran setiap tahap diperkaya dengan faktor 1,00429). Oleh karena itu, perusahaan pengayaan difusi gas berukuran cyclopean, terdiri dari ribuan tahap pengayaan.

Difusi termal cair

Dalam hal ini, sekali lagi, perbedaan kecepatan molekul digunakan. Yang lebih ringan, dengan adanya perbedaan suhu, cenderung berakhir di daerah yang lebih panas. Faktor pemisahan tergantung pada rasio perbedaan massa isotop dengan massa total dan lebih besar untuk elemen ringan. Meskipun sederhana, metode ini membutuhkan banyak energi untuk menciptakan dan mempertahankan pemanasan. Oleh karena itu, tidak banyak digunakan.

Sentrifugasi gas

Teknologi ini pertama kali dikembangkan di Jerman selama Perang Dunia Kedua, tetapi tidak digunakan secara industri di mana pun sampai awal 50-an. Jika campuran gas isotop dilewatkan melalui sentrifugal gas berkecepatan tinggi, maka gaya sentrifugal akan memisahkan partikel yang lebih ringan atau lebih berat ke dalam lapisan, di mana mereka dapat dikumpulkan. Keuntungan besar sentrifugasi adalah bahwa faktor pemisahan tergantung pada perbedaan mutlak dalam massa, dan bukan pada rasio massa. Centrifuge bekerja sama baiknya dengan elemen ringan dan berat. Derajat pemisahan sebanding dengan kuadrat rasio kecepatan rotasi dengan kecepatan molekul dalam gas. Dari sini sangat diinginkan untuk memutar centrifuge secepat mungkin. Kecepatan linier khas dari rotor yang berputar adalah 250-350 m/s, dan lebih dari 600 m/s pada sentrifugal canggih.

Faktor pemisahan yang khas adalah 1,01 - 1,1. Dibandingkan dengan instalasi difusi gas, metode ini memiliki konsumsi daya yang lebih rendah, kemudahan yang lebih besar dalam meningkatkan daya. Saat ini, sentrifugasi gas adalah metode industri utama pemisahan isotop di Rusia.

Pemisahan aerodinamis

Metode ini dapat dianggap sebagai varian dari sentrifugasi, tetapi alih-alih memutar gas dalam centrifuge, gas berputar ketika keluar dari nosel khusus, di mana ia disuplai di bawah tekanan. Teknologi berbasis efek vortex ini telah digunakan oleh Afrika Selatan dan Jerman.

Pemisahan isotop laser (LIS)

Isotop yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang sedikit berbeda. Laser yang disetel dengan baik dapat secara selektif mengionisasi atom dari isotop tertentu. Ion yang dihasilkan dapat dengan mudah dipisahkan, katakanlah, oleh medan magnet. Teknologi ini sangat efisien dan telah digunakan di Afrika Selatan (MLIS), Cina (CRISLA), Amerika Serikat (AVLIS) dan Prancis (SILVA). Teknologi ini memiliki kelemahan besar, yaitu kesulitan dalam membangun kembali peralatan dari satu isotop ke isotop lainnya. AVLIS digantikan oleh SILEX (Pemisahan Isotop oleh Laser EXcitation) yang dikembangkan oleh General Electric dan Hitachi. Konstruksi telah dimulai di pabrik di Wilmington, North Carolina.

Pengayaan kimia

Pengayaan kimia memanfaatkan perbedaan laju reaksi kimia dengan isotop yang berbeda. Ini bekerja paling baik saat memisahkan elemen ringan, di mana perbedaannya signifikan. Dalam produksi industri, digunakan reaksi yang berlangsung dengan dua reagen dalam fase yang berbeda (gas/cair, cair/padat, cairan yang tidak dapat bercampur). Hal ini memudahkan untuk memisahkan aliran kaya dan ramping. Dengan menggunakan tambahan perbedaan suhu antara fase, peningkatan tambahan dalam faktor pemisahan dicapai. Saat ini, pemisahan bahan kimia adalah teknologi paling hemat energi untuk memproduksi air berat. Selain produksi deuterium, digunakan untuk mengekstrak 6 Li. Di Prancis dan Jepang, metode pengayaan uranium secara kimia dikembangkan, yang tidak pernah mencapai perkembangan industri.

Distilasi

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Pemisahan Isotop" di kamus lain:

pemisahan isotop- - [AS Goldberg. Kamus Energi Bahasa Inggris Rusia. 2006] Topik energi secara umum EN pemisahan isotop fraksinasi isotop …

pemisahan isotop- izotopų atskyrimas status sebagai T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. pemisahan isotop vok. Isotopentrennung, f rus. pemisahan isotop, n pranc. pemisahan d isotop, f … Terminal radioelektronika odynas

Karena perbedaan fisikokimia. sifat-sifat yang terkait dengan massanya dan menentukan tingkat yang berbeda dari difusi, penguapan, dll. Fitur termodinamika isotop dan senyawanya agak berbeda, yang menjelaskan perbedaannya ... ... Ensiklopedia Geologi

pemisahan isotop dalam medan magnet gradien tinggi- - [AS Goldberg. Kamus Energi Bahasa Inggris Rusia. 2006] Topik energi secara umum EN pemisahan isotop magnetik gradien tinggi … Buku Pegangan Penerjemah Teknis

pemisahan isotop online- - [AS Goldberg. Kamus Energi Bahasa Inggris Rusia. 2006] Topik energi secara umum pemisahan isotop EN on lineISOL … Buku Pegangan Penerjemah Teknis

pemisahan isotop dengan penguapan menggunakan laser- - [AS Goldberg. Kamus Energi Bahasa Inggris Rusia. 2006] Topik energi secara umum EN pemisahan isotop laser uap atomAVLIS … Buku Pegangan Penerjemah Teknis

pemisahan isotop dengan pertukaran kimia- - [AS Goldberg. Kamus Energi Bahasa Inggris Rusia. 2006] Topik energi secara umum EN CHEMEX (pertukaran kimia) proses … Buku Pegangan Penerjemah Teknis

pemisahan isotop pada tingkat molekuler menggunakan laser- - [AS Goldberg. Kamus Energi Bahasa Inggris Rusia. 2006] Topik energi secara umum EN pemisahan isotop laser molekulerMLIS … Buku Pegangan Penerjemah Teknis

Pemisahan isotop berdasarkan isotop. menggeser tingkat energi atom dan molekul dan menggunakan efek resonansi radiasi laser. Radiasi laser monokromatik yang intens, menyebabkan transisi antara energi yang sesuai ... ... Ensiklopedia Fisik

Pemisahan isotop- proses teknologi untuk mengubah komposisi isotop suatu zat, yang terdiri dari campuran isotop yang berbeda dari satu unsur kimia. Dari satu campuran isotop, dua campuran diperoleh pada keluaran proses: satu dengan peningkatan kandungan isotop yang diperlukan (campuran yang diperkaya), yang lain dengan kandungan yang dikurangi (campuran tanpa lemak).

Aplikasi utama dari proses pemisahan isotop adalah pengayaan uranium dengan isotop 235 U untuk produksi bahan bakar nuklir, bahan radioaktif tingkat senjata dan aplikasi lain yang terkait dengan penggunaan zat radioaktif.

Kerja industri pemisahan isotop diukur dalam satuan kerja-separasi (SWU). Untuk perubahan tertentu dalam komposisi isotop dari campuran awal tertentu, jumlah SWU yang sama diperlukan, terlepas dari teknologi pemisahan isotop.

YouTube ensiklopedis

1 / 5

NEPTUNIUM 237 - PRODUKSI NEPTUNIUM DARI GARAM URANIUM. PUBUH RADIOAKTIF NEPTUNE NITRAT

SCC menerima kontrak untuk produksi isotop stabil

Kimia 8 Zat sederhana dan zat kompleks Komposisi zat

10. Unsur kimia

pelajaran 2. Metode pengetahuan dalam kimia. Tindakan pencegahan keamanan dalam pelajaran kimia.

Subtitle

Prinsip-prinsip umum

Pemisahan isotop (misalnya, ekstraksi 6 Li, 235 U,) selalu dikaitkan dengan kesulitan yang signifikan, karena isotop, yang merupakan variasi dari satu unsur yang sedikit berbeda massanya, secara kimiawi berperilaku hampir sama. Tetapi - laju perjalanan beberapa reaksi berbeda tergantung pada isotop elemen, di samping itu, Anda dapat menggunakan perbedaan dalam sifat fisiknya - misalnya, dalam massa.

Bagaimanapun, perbedaan dalam perilaku isotop sangat kecil sehingga dalam satu tahap pemisahan, zat diperkaya dengan seperseratus persen dan proses pemisahan harus diulang lagi dan lagi - berkali-kali. Secara teknologi, ini dilakukan dengan melewatkan volume isotop secara berurutan untuk dipisahkan melalui sel-sel dari jenis yang sama yang menghasilkan pemisahan - kaskade. Untuk mendapatkan pemisahan yang diperlukan, kaskade dapat beberapa ribu seri, dan untuk mendapatkan volume yang diperlukan, puluhan dan ratusan ribu kelompok kaskade berurutan tersebut dihubungkan secara paralel.

Kinerja sistem kaskade tersebut dipengaruhi oleh dua faktor: tingkat pengayaan pada setiap tahap dan hilangnya isotop yang diinginkan dalam aliran limbah.

Metode utama yang digunakan untuk pemisahan isotop

pemisahan elektromagnetik
Difusi gas
Difusi termal gas atau cair
Pemisahan aerodinamis
Pemisahan isotop laser
Pengayaan kimia
Pemisahan fotokimia

pemisahan elektromagnetik

Metode pemisahan elektromagnetik didasarkan pada gaya interaksi yang sama antara medan magnet dan partikel bermuatan listrik yang sama. Namun, dengan gaya aksi yang sama, partikel dengan massa yang berbeda akan berperilaku berbeda. Misalnya, lintasan ion bermuatan sama yang bergerak dalam medan magnet akan bergantung pada massanya. Dengan menempatkan perangkap di lokasi pemasangan yang sesuai, isotop yang sesuai dapat dikumpulkan. Faktanya, instalasi semacam itu, yang disebut calutron, adalah spektrometer massa yang sangat besar. Di dalamnya, ion-ion dari zat yang dipisahkan, bergerak dalam medan magnet yang kuat, berputar dengan jari-jari yang sebanding dengan massanya dan jatuh ke penerima, di mana mereka menumpuk.

Efisiensi. Sebuah pabrik yang memproduksi 50 kg uranium yang diperkaya tinggi per tahun melalui pemisahan elektromagnetik ( calutron) diperkirakan mengkonsumsi lebih dari 50 MW listrik.

Difusi gas

Metode ini menggunakan perbedaan kecepatan pergerakan molekul gas dengan massa yang berbeda. Jelas bahwa itu hanya akan cocok untuk zat dalam keadaan gas.

Pada kecepatan gerakan yang berbeda dari molekul, jika mereka dipaksa untuk bergerak melalui tabung tipis, yang lebih cepat dan lebih ringan akan menyusul yang lebih berat. Untuk melakukan ini, tabung harus sangat tipis sehingga molekul-molekul bergerak melaluinya satu per satu. Jadi, poin kuncinya di sini adalah pembuatan membran pemisahan berpori dengan ukuran pori tipikal puluhan hingga ratusan nanometer. Mereka harus anti bocor, tahan terhadap tekanan berlebih yang tinggi dan tahan terhadap media yang mengandung fluor. Ada beberapa metode untuk mendapatkan membran berpori, misalnya:

Sintering serbuk logam atau polimer dalam kondisi sedemikian sehingga celah yang dinormalisasi tetap ada di antara butiran serbuk.
Etsa satu logam dari paduan dua logam, dalam kondisi tertentu, memberikan struktur berpori.
Oksidasi elektrolit aluminium membentuk struktur berpori aluminium oksida.

Membran biasanya dibuat dalam bentuk tabung hingga beberapa meter panjangnya. Dari beberapa ratus tabung, satu kaskade pemisahan dirakit.

Untuk beberapa elemen ringan, tingkat pemisahan bisa sangat besar, tetapi untuk uranium hanya 1,00429 (aliran keluaran setiap tahap diperkaya dengan faktor 1,00429). Untuk mendapatkan tingkat pengayaan yang tinggi, terkadang beberapa ribu tahap pemisahan dihubungkan secara seri. Mengingat bahwa satu kaskade industri khas menempati area hingga 100 m 2 atau lebih, perusahaan pengayaan difusi gas berukuran cyclopean. Kehilangan tekanan yang relatif besar pada membran dan ukuran instalasi menentukan konsumsi energi kompresor yang sangat besar. Selain itu, pabrik mengandung sejumlah besar heksafluorida teknologi: kadang-kadang beberapa minggu berlalu dari permulaan pabrik hingga penerimaan produk keluaran pertama, di mana heksafluorida secara berurutan mengisi volume semua kaskade. Keadaan ini membuat tuntutan yang sangat serius pada keandalan peralatan, karena kegagalan bahkan satu kaskade dapat menyebabkan seluruh rantai berhenti. Untuk meminimalkan kerusakan akibat penghentian teknologi, kaskade dilengkapi dengan pemantauan kinerja otomatis dan melewati kaskade yang bermasalah.

Difusi termal

Sentrifugasi gas

Gagasan pemisahan sentrifugal mulai aktif dikembangkan selama Perang Dunia Kedua. Namun, kesulitan mengoptimalkan teknologi menunda perkembangannya, dan di negara-negara Barat putusan bahkan dikeluarkan tentang kesia-siaan ekonomi dari metode tersebut. Di Uni Soviet, pengenalan industri teknologi centrifuge juga dimulai hanya setelah pengembangan industri difusi gas.

Jika campuran gas isotop dilewatkan melalui sentrifugal gas berkecepatan tinggi, maka gaya sentrifugal akan memisahkan partikel yang lebih ringan atau lebih berat menjadi lapisan, di mana partikel tersebut dapat dikumpulkan. Keuntungan besar sentrifugasi adalah bahwa faktor pemisahan tergantung pada perbedaan mutlak dalam massa, dan bukan pada rasio massa. Centrifuge bekerja sama baiknya dengan elemen ringan dan berat. Derajat pemisahan sebanding dengan kuadrat rasio kecepatan rotasi dengan kecepatan molekul dalam gas. Dari sini sangat diinginkan untuk memutar centrifuge secepat mungkin. Kecepatan linier khas dari rotor yang berputar adalah 250-350 m/s, dan lebih dari 600 m/s pada sentrifugal canggih. Perbedaan tekanan pada sumbu centrifuge dan di dinding luar dapat mencapai puluhan ribu kali, sehingga cascades centrifuge beroperasi pada tekanan rendah untuk menghindari kondensasi heksafluorida. Untuk meningkatkan pemisahan dengan difusi termal dalam sentrifugal, gradien suhu beberapa puluh derajat di sepanjang sumbu sentrifugal dibuat.

Pemisahan aerodinamis

Metode ini dapat dianggap sebagai varian dari sentrifugasi, tetapi alih-alih memutar gas dalam centrifuge, itu berputar ketika keluar dari nosel khusus, di mana ia disuplai di bawah tekanan. Teknologi berbasis efek vortex ini digunakan oleh Afrika Selatan dan Jerman.

Masalah teknologi adalah bahwa jari-jari nozzle sekitar 100 mikron, sedangkan panjang total nozzle pada setiap tahap pemisahan industri adalah ratusan dan ribuan meter. Panjang ini dikumpulkan dalam potongan beberapa puluh hingga ratusan sentimeter. Selain kesulitan dalam pembuatan nozel, ada masalah gas pengencer, seperti helium. Pengencer memungkinkan untuk menjaga uranium heksafluorida dalam fase gas pada tekanan tinggi di saluran masuk ke nozel yang diperlukan untuk menciptakan aliran kecepatan tinggi di nosel. Pengencer dan heksafluorida harus dipisahkan pada keluaran produksi. Tekanan tinggi menentukan konsumsi energi yang signifikan.

Pemisahan isotop laser (LIS)

Pemisahan laser bukanlah metode independen, tetapi digunakan untuk meningkatkan kinerja metode pemisahan elektromagnetik atau kimia. Metode ini didasarkan pada ionisasi selektif salah satu isotop oleh radiasi elektromagnetik (misalnya, dengan sinar laser). Selektivitas ionisasi didasarkan pada penyerapan resonansi (pita sempit) cahaya oleh atom; isotop yang berbeda memiliki spektrum penyerapan radiasi yang berbeda. Ini berarti bahwa dimungkinkan untuk memilih parameter iradiasi di mana atom-atom dari isotop tertentu sebagian besar terionisasi. Atom terionisasi lebih lanjut dapat dipisahkan, misalnya, dalam medan magnet (AVLIS (Bahasa inggris) Rusia). Selain itu, ionisasi atom dapat mengubah laju reaksi kimia, misalnya dengan memfasilitasi penguraian senyawa kimia tertentu (MLIS). (Bahasa inggris) Rusia).

Teknologi pemisahan laser telah dikembangkan sejak tahun 1970-an oleh banyak negara dan dianggap menjanjikan, namun belum melampaui lingkup penelitian. Pada 1990-an, ada program di Amerika Serikat untuk mempelajari pengayaan laser dengan pemisahan elektromagnetik di fasilitas eksperimental, tetapi ditutup. Sebuah program penelitian saat ini sedang berlangsung di Amerika Serikat di pabrik demonstrasi untuk salah satu varian pengayaan laser dengan pemisahan kimia yang disebut SILEX. (Bahasa inggris) Rusia. Teknologi ini dikembangkan pada tahun 1992 oleh perusahaan Australia Silex. Sejak tahun 2006, pengerjaan teknologi Silex telah dilakukan oleh Global Laser Enrichment LLC. Menerima lisensi untuk membangun pabrik di Wilmington (North Carolina).

Pengayaan kimia

Distilasi

Destilasi (penyulingan) menggunakan perbedaan titik didih isotop-isotop yang massanya berbeda. Biasanya, semakin kecil massa atom, semakin rendah titik didih isotop ini. Sekali lagi, ini bekerja paling baik pada elemen ringan. Distilasi telah berhasil digunakan sebagai langkah terakhir dalam produksi air berat.

Komite Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Wilayah Kursk Cabang Kurchatov dari Lembaga Pendidikan Anggaran Daerah Pendidikan Kejuruan Menengah "Kursk State Polytechnic College"

Tugas kursus

disiplin: "Pengoperasian peralatan" dengan topik: "Pemisahan isotop uranium. Pemrosesan uranium heksafluorida yang diperkaya"

Kurchatov 2013

pengantar

Pemisahan isotop uranium

1 Pemisahan difusi gas

2 Pemisahan difusi termal

3 Difusi termal cair

4 Pemisahan sentrifugal

5 Pemisahan aerodinamis

6 Pemisahan elektromagnetik

7 AVLIS (penguapan menggunakan laser)

8 Pemisahan kimia

9 Efusi gas

10 Organisasi kaskade pemisahan isotop

Uranium heksafluorida

1 Persyaratan kualitas untuk uranium heksafluorida

2 Pemrosesan uranium heksafluorida yang diperkaya

3 Metode berair untuk memproses uranium yang diperkaya

3.1 proses AD

3.2 proses AUC

4 Metode anhidrat untuk memproses uranium yang diperkaya

4.1 Reduksi uranium heksafluorida dengan hidrogen

Proses 5 HEU-LEU

Kesimpulan

literatur

pengantar

Pemisahan isotop uranium adalah dasar dari siklus bahan bakar nuklir. Uranium alam mengandung 0,71% dari isotop 235 U. Untuk reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir, uranium yang diperkaya dengan isotop 235 U hingga (2,7-5)% diperlukan, dan uranium tingkat senjata mengandung 235 U - 90%. Biaya ekstraksi uranium dari cadangan yang dapat dipulihkan, di mana kandungan uranium setidaknya 10 3 kali lebih tinggi dari rata-rata di litosfer, adalah $80 per kilogram uranium unsur. Dibutuhkan ~6 kg uranium alam ($480) untuk menghasilkan 1 kg uranium yang diperkaya 3,2% dan menghabiskan limbah hingga 0,2%. Pada saat yang sama, biaya layanan pengayaan ($350-400) per 4,3 kg SWU (unit kerja pemisahan konvensional) dan menyumbang 45% dari biaya uranium yang diperkaya. Skala produksi di AS adalah ribuan ton uranium yang diperkaya per tahun dengan biaya layanan pengayaan ~ $ 1 miliar per tahun. Dengan produksi uranium yang diperkaya dalam skala besar, peningkatan metode pemisahan isotop uranium adalah tugas yang mendesak dan sangat sulit.Rusia menempati posisi terdepan dalam teknologi sentrifugal pengayaan uranium. Mesin generasi baru telah dikembangkan dan sedang diperkenalkan ke dalam produksi. Saat ini, tidak ada masalah dengan bahan bakar nuklir di Rusia, dan dalam waktu dekat itu tidak diharapkan. Hal ini memungkinkan untuk mengembangkan teknologi pengayaan baru tanpa tergesa-gesa dan menghindari kesalahan yang mahal dalam menentukan teknologi yang optimal dengan mempelajari proses fisika dan kimia secara hati-hati, mengerjakan dasar unsur untuk mendapatkan data yang dapat diandalkan tentang prospek metode baik dari segi biaya. unit kerja pemisahan dan dalam hal investasi dalam pembangunan perusahaan industri, dan dengan kedalaman ekstraksi 235 U.

Isotop uranium:

Uranium memiliki 14 isotop, di mana hanya tiga yang terjadi secara alami. Perkiraan komposisi isotop uranium alam adalah sebagai berikut:

U 238 -> (4,51 miliar tahun, peluruhan alfa) -> Th 234

Th 234 -> (24,1 hari, peluruhan beta) -> Pa 234

Pa 234 -> (6,75 jam, peluruhan beta) -> U 234

Biasanya U-234 ada dalam kesetimbangan dengan U-238, meluruh dan membentuk pada tingkat yang sama. Namun, atom U-238 yang membusuk untuk beberapa waktu ada dalam bentuk thorium dan protaktinium, sehingga mereka dapat dipisahkan secara kimia atau fisik dari bijih (tercuci oleh air tanah). Karena U-234 memiliki waktu paruh yang relatif pendek, semua isotop yang ditemukan dalam bijih ini terbentuk dalam beberapa juta tahun terakhir. Sekitar setengah dari radioaktivitas uranium alam disebabkan oleh U-234. Ia memiliki waktu paruh 23,9 juta tahun dan tidak terjadi secara alami dalam jumlah yang signifikan. Ini terakumulasi jika uranium disinari dengan neutron dalam reaktor, dan karena itu digunakan sebagai "sinyal" bahan bakar nuklir uranium bekas.

Dalam uranium alam, hanya satu, relatif jarang, isotop yang cocok untuk membuat inti bom atom atau mendukung reaksi dalam reaktor daya. Tingkat pengayaan U-235 dalam bahan bakar nuklir untuk pembangkit listrik tenaga nuklir berkisar antara 2-4,5%, untuk penggunaan senjata - setidaknya 80%, dan lebih disukai 90%.

U-238 murni memiliki radioaktivitas spesifik 0,333 mikrocurie/g.

Area aplikasi penting untuk isotop uranium ini adalah produksi plutonium-239. Plutonium terbentuk dalam beberapa reaksi yang dimulai setelah penangkapan neutron oleh atom U-238. Setiap bahan bakar reaktor yang mengandung uranium alam atau yang diperkaya sebagian dalam isotop ke-235 mengandung proporsi plutonium tertentu setelah akhir siklus bahan bakar.dan U-232: Isotop uranium dengan waktu paruh 162.000 tahun ini tidak terjadi di alam. Itu dapat diperoleh dari thorium-232 dengan iradiasi neutron, mirip dengan produksi plutonium:

Senyawa uranium yang praktis penting adalah uranium heksafluorida UF 6 . Ini adalah satu-satunya senyawa uranium yang stabil dan sangat mudah menguap yang digunakan dalam pemisahan isotopnya - difusi gas dan sentrifugasi. Dalam aspek penerapannya, penting bahwa fluor hanya memiliki satu isotop (ini tidak menimbulkan perbedaan massa tambahan yang rumit) dan bahwa UF 6 adalah senyawa stoikiometri (terdiri dari tepat 6 atom fluor dan 1 atom uranium).

Pada suhu kamar, itu adalah kristal tidak berwarna, dan ketika dipanaskan hingga 56 ° C, ia menyublim (menguap tanpa masuk ke fase cair).

Perkiraan efisiensi energi dari metode ini dalam kaitannya dengan difusi gas:

1. Pemisahan isotop

Isotop adalah unsur kimia dengan jumlah proton yang sama (muatan yang sama) dan jumlah neutron yang berbeda. Bahkan atom dapat memiliki banyak isotop, yang ganjil biasanya tidak lebih dari dua.

Keunikan uranium heksafluorida terletak pada kenyataan bahwa fluor tidak memiliki isotop yaitu. berat molekul uranium heksafluorida hanya bergantung pada massa isotop uranium itu sendiri. Faktor penting kedua adalah keadaan gas uranium heksafluorida yang sudah pada 56°C pada tekanan atmosfer.

Untuk memperjelas tempat teknologi pemisahan isotop, perlu diingat bahwa teknologi uranium melibatkan konversi bahan baku bijih menjadi uranil nitrat, uranil nitrat diubah menjadi heksafluorida melalui tahap oksida dan tetrafluorida, heksafluorida dipisahkan menjadi uranium-235 heksafluorida dan uranium-238 heksafluorida, dan kemudian dari heksafluorida yang diperkaya dengan isotop U235 dihasilkan uranium dioksida untuk batang bahan bakar.

Heksafluorida uranium-nuklir murni awal mengandung 99,3% uranium-238 heksafluorida dan 0,7% uranium-235 heksafluorida. Hal ini diperlukan untuk mengisolasi uranium-235 isotop heksafluorida dari campuran ini.

Ada banyak metode untuk memisahkan isotop:

difusi gas;

sentrifugasi;

Distilasi (rektifikasi)

elektromagnetik

Difusi termal

pertukaran isotop

pemisahan laser

Ini tidak jauh dari daftar lengkap semua metode pemisahan isotop; dalam praktiknya, hanya tiga metode pertama yang saat ini digunakan. Metode yang tersisa tidak dalam skala industri dan hanya digunakan dalam pekerjaan eksperimental, meskipun seringkali kualitasnya lebih baik daripada metode industri dengan tonase besar.

Metode difusi gas dan sentrifus biasanya memisahkan isotop unsur berat (U 235 dari U2 38), distilasi atau rektifikasi digunakan untuk memisahkan isotop ringan (biasanya H 1 dari H 2 dan H 3 atau Li 6 dari Li 7).

Faktor separasi =1.003 untuk mesin difusi gas, dan =1.3 untuk mesin sentrifugal.

1 Pemisahan isotop difusi gas

Metode sukses pertama yang memungkinkan untuk memperoleh uranium yang diperkaya dalam isotop U 235 adalah metode pemisahan difusi gas.

Secara teoritis, metode pemisahan difusi gas didasarkan pada ketergantungan tingkat difusi molekul individu pada beratnya.

Dari rumus tersebut dapat dilihat bahwa semakin kecil berat molekul maka semakin besar kecepatannya. Itu. molekul ringan berdifusi lebih jauh daripada yang berat. Kemudian kita dapat merepresentasikan faktor pemisahan sebagai rasio laju difusi dalam bentuk berikut:

Mengetahui bahwa massa uranium-238 heksafluorida adalah 352 g/mol dan massa uranium-325 heksafluorida adalah 349, kita dapat menghitung faktor pemisahan teoritis: = 1,0043

Nyata = 1,003

Pertimbangkan perangkat mesin difusi gas. Elemen utama adalah partisi berpori (Gbr. 1) di mana uranium heksafluorida berdifusi. Seperti yang telah dicatat, molekul ringan memiliki rentang difusi yang lebih panjang dan menembus di luar partisi, sedangkan partikel berat tidak melewati partisi.

Gbr.1 Partisi berpori

Separator adalah tabung yang terbuat dari bubuk nikel tekan dengan diameter pori 1-10 m, permukaan luar tabung ditutupi langsung dengan membran pemisah, yang diameter porinya sudah 0,03 m. Ini adalah lapisan membran pemisah yang menahan beberapa molekul berat uranium-238 heksafluorida. Membran adalah film dengan pori-pori yang dibentuk oleh etsa. Misalnya, asam nitrat akan mengasinkan paduan 40/60 Au/Ag (Ag/Zn); atau dengan etsa elektrolitik aluminium foil, membran aluminium rapuh dapat diperoleh. Penghalang komposit dirakit dari elemen kecil dan terpisah yang dikemas menjadi penyekat berpori yang relatif tebal.

Gas - uranium heksafluorida memasuki mesin difusi dan dibagi menjadi dua fraksi. Satu fraksi melewati partisi berpori dan kehilangan beberapa molekul berat, mis. diperkaya dengan paru-paru. Fraksi lainnya tidak melewati partisi berpori, berbeda dengan beberapa molekul ringan, yaitu, fraksi yang terkuras dalam isotop cahaya tetap berada di depan partisi.

Secara skematis, mesin difusi gas dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Gbr.2 Perangkat mesin difusi gas

Gas yang masuk ke mesin difusi gas didorong oleh drum melalui tabung pemisah. Gas dipanaskan terlebih dahulu hingga 75 ° C, tekanan 40-80 mm Hg. Karena difusi terjadi dengan pelepasan panas, mesin harus didinginkan.

Kerugian utama dari metode difusi gas pemisahan isotop:

Tingkat pemisahan yang tidak memadai

Penghancuran penghalang Ni. Uranium heksafluorida bereaksi lambat dengan logam nikel menurut rumus:

Ni + UF 6 = UF 4 + NiF 2

Dalam elemen pemisah, uranium tetrafluorida secara bertahap terakumulasi, yang kemudian dihilangkan dengan mencuci dalam klorin trifluorida:

UF 4 TV + ClF 3 W = UF 6 gas + ClF gas

3. Periodisitas proses karena shutdown untuk regenerasi.

Biaya energi yang besar.

Konsumsi air pendingin yang besar

Area produksi besar. Bengkel pemisahan isotop menempati area yang luas beberapa hektar, dan para petugas berkeliling bengkel dengan sepeda.

Mengingat semua kekurangan ini, saat ini, sebagian besar pabrik pemisahan beralih ke teknologi baru untuk pemisahan isotop - sentrifugasi.

.2 Difusi termal

Difusi termal dilakukan dalam fase gas atau cair dalam kolom arus berlawanan, di sepanjang sumbu di mana benang logam (atau tabung) yang dipanaskan berada, dan dinding luar didinginkan. Perbedaan suhu menyebabkan aliran difusi, yang mengarah pada munculnya perbedaan konsentrasi<#"655758.files/image007.gif">

Tekanan gas dalam medan gravitasi tergantung pada berat molekulnya, jarak di atas titik pengukuran, dan percepatan gravitasi.

Mari kita tulis ulang persamaan ini untuk medan sentrifugal. Mari kita ganti tekanan dengan konsentrasi, Percepatan jatuh bebas dengan percepatan sentripetal, tinggi dengan jari-jari.

Kemudian faktor pemisahan akan ditulis sebagai rasio konsentrasi isotop berat terhadap isotop ringan:

Jadi, jika dalam mesin difusi faktor pemisahan bergantung pada rasio massa uranium-235 dan uranium-238 heksafluorida, maka pada sentrifugal bergantung pada perbedaan massa. Mudah untuk menghitung bahwa dalam sentrifugal faktor pemisahan adalah 1,3. = 1,3

Hanya pada sentrifugal dimungkinkan untuk memperoleh uranium heksafluorida yang diperkaya dengan U 235 hingga 98%.

Faktor pemisahan tergantung pada dua faktor:

Dari perbedaan massa isotop

Dari kecepatan centrifuge

Pertimbangkan perangkat mesin centrifuge.

Beras. 4. Perangkat centrifuge untuk pemisahan isotop

Centrifuge adalah silinder dengan diameter 15 cm dan tinggi 0,5 m. Dalam casing tertutup adalah rotor yang berputar. Rotor ini disuplai dengan gas (UF6). Karena gaya sentrifugal, ratusan ribu kali lebih besar dari medan gravitasi bumi, gas mulai terpisah menjadi fraksi "berat" dan "ringan". Di bagian bawah centrifuge ada jarum korundum untuk mengurangi gesekan; selama rotasi, centrifuge naik "lepas landas" dan berputar tanpa kontak dengan bagian casing. Kecepatan putarannya mencapai 100 ribu rpm. Molekul ringan dan berat mulai mengelompok di zona rotor yang berbeda, tetapi tidak di tengah dan di sepanjang perimeter, tetapi di bagian atas dan bawah. Ini terjadi karena arus konveksi - penutup rotor dipanaskan dan aliran balik gas terjadi. Di bagian atas dan bawah silinder ada dua tabung kecil - saluran masuk. Campuran habis memasuki tabung bawah, dan campuran dengan konsentrasi atom 235U yang lebih tinggi memasuki tabung atas. Campuran ini memasuki centrifuge berikutnya, dan seterusnya, hingga konsentrasi uranium 235 mencapai nilai yang diperlukan. Rantai sentrifugal disebut kaskade.

1.5 Pemisahan aerodinamis

Pemisahan aerodinamis telah dikembangkan di Afrika Selatan (proses UCOR menggunakan tabung vortex pada 6 bar) dan Jerman (menggunakan nozel melengkung yang beroperasi pada 0,25-0,5 bar).

Satu-satunya negara yang menerapkan metode ini adalah Afrika Selatan, di mana 400 kg uranium tingkat senjata diproduksi di sebuah pabrik di Valindaba yang tutup pada akhir tahun delapan puluhan. Faktor pemisahan ~1.015, konsumsi energi ~3300 kWh/MPP-kg.

6 Pemisahan elektromagnetik

Metode pemisahan elektromagnetik didasarkan pada aksi medan magnet yang berbeda pada partikel bermuatan listrik yang sama dengan massa yang berbeda. Faktanya, instalasi semacam itu, yang disebut calutron, adalah spektrometer massa yang sangat besar. Ion-ion dari zat yang dipisahkan, bergerak dalam medan magnet yang kuat, berputar dengan jari-jari yang sebanding dengan massanya dan jatuh ke penerima, di mana mereka menumpuk. Metode ini memungkinkan Anda untuk memisahkan kombinasi isotop apa pun, memiliki tingkat pemisahan yang sangat tinggi. Dua lintasan biasanya cukup untuk memperoleh pengayaan di atas 80% dari bahan yang buruk (dengan kandungan awal isotop yang diinginkan kurang dari 1%). Namun, pemisahan elektromagnetik kurang cocok untuk produksi industri: sebagian besar zat disimpan di dalam calutron, sehingga harus dihentikan secara berkala untuk pemeliharaan. Kerugian lainnya adalah konsumsi daya yang tinggi, kompleksitas dan biaya perawatan yang tinggi, produktivitas yang rendah. Ruang lingkup utama dari metode ini adalah produksi sejumlah kecil isotop murni untuk penggunaan laboratorium. Namun, selama Perang Dunia Kedua, unit Y-12 dibangun, yang mulai Januari 1945 mencapai kapasitas 204 gram 80% U-235 per hari. Karena biaya overhead yang tinggi, Y-12 ditutup pada tahun 1946.

Representasi skema dari perangkat pemisah elektromagnetik (Gbr. 5); titik-titik menunjukkan arah medan magnet tegak lurus terhadap bidang gambar.

Metode yang belum dapat diterapkan secara industri patut mendapat perhatian:

Penguapan menggunakan laser

Pemisahan kimia

Pemisahan isotop menggunakan tekanan ringan

Reaksi fotokimia partikel tereksitasi secara elektronik

Eksitasi dua tahap atom dan molekul

Fotopredissosiasi selektif

Eksitasi molekul oleh radiasi inframerah

Efek isotop dalam reaksi kimia yang terjadi di bawah kondisi termodinamika tidak setimbang

Kondensasi gas dari molekul yang tereksitasi secara vibrasi

Efek isotop dalam reaksi kimia yang terjadi dalam medan magnet

Pemisahan dengan adsorpsi

Difusi selektif dirangsang oleh radiasi laser

Kontrol resonansi proses di permukaan dengan radiasi laser

Kimia laser pada antarmuka antara dua media

Stimulasi laser reaksi kimia pada antarmuka antara dua cairan

1.7 AVLIS (penguapan menggunakan laser)

Isotop yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang sedikit berbeda. Laser yang disetel dengan baik dapat secara selektif mengionisasi atom dari isotop tertentu. Ion yang dihasilkan dapat dengan mudah dipisahkan, katakanlah, oleh medan magnet. Teknologi ini sangat efisien, namun belum diterapkan pada skala industri. Teknologi dikembangkan di AS, tetapi masih belum berkembang lebih jauh dari prototipe. Ini memiliki kelemahan besar, yaitu kesulitan dalam membangun kembali peralatan dari satu isotop ke isotop lainnya.

Gbr.6. Pemisahan laser isotop.

1.8 Pemisahan kimia

Pemisahan kimia memanfaatkan perbedaan laju reaksi kimia dengan isotop yang berbeda. Ini bekerja paling baik saat memisahkan elemen ringan, di mana perbedaannya signifikan. Dalam produksi industri, digunakan reaksi yang berlangsung dengan dua reagen dalam fase yang berbeda (gas/cair, cair/padat, cairan yang tidak dapat bercampur). Hal ini memudahkan untuk memisahkan aliran kaya dan ramping. Dengan menggunakan tambahan perbedaan suhu antara fase, peningkatan tambahan dalam faktor pemisahan dicapai. Pemisahan kimia uranium dikembangkan di Jepang dan Prancis tetapi, seperti AVLIS, tidak pernah digunakan. Metode French Chemex menggunakan aliran balik dalam kolom tinggi dari dua cairan yang tidak bercampur, masing-masing mengandung uranium terlarut. Metode Asahi Jepang menggunakan reaksi pertukaran antara larutan berair dan resin yang digiling halus dimana larutan perlahan meresap. Kedua metode tersebut membutuhkan katalis untuk mempercepat proses pemekatan. Proses Chemex membutuhkan listrik pada level 600 kWh/MPP-kg.

Irak sedang mengembangkan teknologi ini (dalam bentuk produksi campuran Chemex/Asahi) untuk pengayaan U-235 hingga 6-8% dan pengayaan selanjutnya dalam calutron.

1.9 Efusi gas

difusi termal isotop uranium heksafluorida

Efusi gas didasarkan pada fakta bahwa selama aliran keluar molekul (efusi)

campuran molekul yang tersubstitusi secara isotop<#"655758.files/image015.gif">

10 Organisasi kaskade pemisahan isotop

Telah dikatakan bahwa sejumlah besar mesin pemisah (centrifuge atau difusi) diperlukan untuk pemisahan isotop.

Satu mesin difusi dapat digambarkan secara skematis dalam diagram (Gbr. 7) sebagai berikut:

Sisi memasuki campuran asli. Sebuah gas yang sebagian diperkaya dalam isotop ringan melewati partisi, dan gas yang sebagian terkuras dalam isotop ringan (berat) turun. Untuk pemisahan yang cukup, ratusan mesin seperti itu perlu di-cascade (Gbr. 8).

Gbr. 8 Memisahkan kaskade.

Bagian atas kaskade disebut tahap pengayaan, tahap bawah disebut tahap deplesi.

Untuk mendapatkan uranium heksafluorida dengan kandungan U 235 minimal 90%, diperlukan 600 tahap pemisahan.

Pemisahan isotop adalah salah satu operasi paling mahal dalam teknologi uranium, berikut adalah perkiraan harga per kilogram uranium dalam dolar AS, tergantung pada tingkat pengayaan (harga sangat bergantung pada volume produksi dan permintaan): alami - 27$2% - 130 $5% - 440$90% - 10.000$

Secara total, sekitar 600 ton uranium yang diperkaya dengan 90% dalam isotop U 235 diperoleh di pabrik-pabrik Uni Soviet.

Setelah tanaman pemisahan. Uranium yang sudah habis dibuang ke tempat pembuangan akhir. Lebih dari 100 ribu ton depleted uranium telah terakumulasi di negara kita. Depleted uranium hexafluoride dipompa ke dalam wadah khusus, jika wadah ini ditempatkan di peron kereta api, maka eselon semacam itu akan menempuh jarak dari Moskow ke Vladivostok. Limbah uranium heksafluorida menimbulkan beberapa bahaya lingkungan, dan skema untuk konversinya telah dikembangkan, karena uranium heksafluorida adalah sumber yang sangat besar dari produksi hidrogen fluorida dan fluor yang sangat dibutuhkan.

Tabel 3 membandingkan metode pemisahan isotop untuk hidrogen, karbon, dan uranium menggunakan contoh tiga jenis isotop.

2. Uranium heksafluorida

MPC - 0,015 mg/m3

Produksi UF 6 adalah bagian utama dan tak terpisahkan dari siklus bahan bakar nuklir. Semua uranium yang ditambang dari perut melewati UF 6. Sama seperti semua uranium yang diregenerasi, setelah diproses di RCP, untuk kembali ke siklus bahan bakar nuklir, fluorinasi dan pengayaan ulang berikutnya terjadi lagi.

Untuk melakukan reaksi berantai nuklir, diperlukan isotop U235, yang hanya 0,72% terkandung dalam uranium alam.

Beras. 9. Diagram fase keadaan UF 6.

1 persyaratan kualitas UF 6

Ada dua tingkat uranium heksafluorida, tergantung pada tingkat pengayaan dalam isotop U 235. 6 - komersial - alami atau konten hingga 3% U 235 6 - diperkaya (diregenerasi, senjata).

Pada konsentrasi isotop ringan kurang dari 3%, uranium dianggap aman untuk nuklir, yaitu tidak memiliki massa kritis yang mampu melakukan reaksi berantai spontan. Uranium komersial adalah reagen kimia umum dengan nilai pasar bebas. Semua perdagangan uranium tingkat senjata dilarang berdasarkan Undang-Undang Non-Proliferasi Nuklir.

2.2 Pemrosesan uranium heksafluorida yang diperkaya

Setelah pabrik difusi gas, uranium heksafluorida yang diperkaya dengan isotop U235 harus diproses menjadi uranium dioksida, dan elemen bahan bakar reaktor nuklir harus dibuat dari dioksida. Batang bahan bakar adalah logam, oksida, silikat, dll. Pembuatannya adalah proses yang sangat kompleks dan ilmiah, persyaratan kemurnian yang meningkat dikenakan pada bahan awal. Batang bahan bakar logam digunakan untuk memproduksi plutonium; oksida - digunakan dalam reaktor daya. Pengayaan uranium heksafluorida adalah salah satu tahap kunci dari keseluruhan teknologi kimia nuklir. Metode pemrosesan untuk uranium heksafluorida yang diperkaya terbagi dalam dua tipe standar:

Metode pengolahan air

a) Hidrolisis dengan aluminium nitrat

b) Proses amonium diuranat (ADU)

c) Proses amonium uranium karbonat (AUC).

Metode pemrosesan anhidrat

Reduksi uranium heksafluorida dengan hidrogen.

Juga dikembangkan oleh apa yang disebut. HEU-LEU adalah proses yang mengubah uranium yang diperkaya tingkat senjata (HEU) menjadi uranium yang diperkaya tingkat energi (LEU).

2.3 Metode pengolahan air

Tahap pertama pengolahan adalah hidrolisis uranium heksafluorida dengan air menjadi uranil fluorida. Hidrolisis terjadi dengan pelepasan panas yang besar menurut persamaan:

UF 6 + 2H 2 O \u003d UO 2 F 2 + 4HF

Proses ini dapat dilakukan dengan menggelegak gas uranium heksafluorida melalui air, atau dengan mencampurkan uranium heksafluorida cair bertekanan dengan air. Dalam kedua kasus, penghilangan panas dari peralatan hidrolisis disediakan. Sebagai hasil hidrolisis, diperoleh larutan berair UO 2 F 2 dan HF dengan konsentrasi uranium 100 g/l. Di pabrik domestik, metode hidrolisis uranium hexaphthoid menggunakan aluminium nitrat digunakan. Metode ini memungkinkan pada tahap awal untuk mengikat ion F menjadi senyawa kuat dan menghilangkannya dari larutan pada tahap ekstraksi. Kimia dari proses dijelaskan oleh skema berikut:

UF 6 + 2H 2 O \u003d UO 2 F2 + 4HF 2 F 2 + Al (NO 3) 3 \u003d UO 2 (NO 3) 2 + AlF 2 NO 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

Kompleks AlF 2 NO 3 dan AlF(NO 3) 2 menekan efek disosiatif ion F pada proses ekstraksi uranium dan melindungi peralatan dari ketidakstabilan korosi. Sebagai hasil hidrolisis, larutan berair UO 2 F 2 dan HF diperoleh dengan konsentrasi U 100 g/l. Dalam proses hidrolisis, ada pelepasan panas yang cepat. Setelah hidrolisis, perlu untuk mengontrol kandungan U dan HF.

Tabel 10. Kelarutan UF 6 dalam H 2 O tergantung pada konsentrasi HF

	konsentrasi UO2F2%

Menurut instrumentasi, dua metode hidrolisis dibedakan: bubbling dan jet. Metode penggelembungan terdiri dari memasok uranium heksafluorida ke dalam larutan melalui tabung pemasok gas ke dalam peralatan dengan pengaduk. Metode jet lebih modern dan produktif. Menurut metode jet, uranium heksafluorida diumpankan ke bagian atas peralatan vertikal, dan larutan berair dimasukkan secara tangensial melalui dinding dan turun sepanjang lintasan heliks.

Gambar 10. UF6 sparging Gbr.11 Metode jet

Produktivitas metode jet: 25 kg/jam pada UF 6, 50 l/jam pada H 2 O; tekanan: 4 atm.; t=104°C. Ekstraksi dilakukan dalam ekstraktor tipe kotak. Operasi ini terdiri dari 8 langkah ekstraksi dan 4 langkah ekstraksi ulang. Larutan 30% TBP dalam minyak tanah digunakan sebagai ekstraktan. Suatu larutan dengan konsentrasi uranium 20-30 g/l dan konsentrasi asam nitrat 180-220 g/l disediakan untuk ekstraksi. Rasio fase organik dengan air 1/(3-4). Konsentrasi uranium dalam fase organik adalah 70-90 g/l. Ekstraksi dilakukan dengan metode countercurrent. Pengupasan dilakukan dengan larutan asam nitrat lemah pada pH=1. Amonium poliuranat diendapkan dari larutan uranil nitrat yang diperoleh.

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

Dengan mengapur amonium poliuranat, uranium oksida diperoleh. Kalsinasi dilakukan dalam rotary kiln horizontal. Temperatur dalam tungku adalah 690 o -730 o C.

(NH 4) 2 U 4 O 13 → U 3 O 8 + NH 3 + N 2 + H 2 O

Reduksi dilakukan dengan hidrogen berlebih dalam tanur putar horizontal pada suhu 650-750 °C.

U 3 O 8 + H 2 → UO 2 + H 2 O

Skema hidrolisis air uranium heksafluorida menggunakan aluminium nitrat ditunjukkan pada Gambar.12.

Gambar 12. Skema teknologi hidrolisis air UF 6 .

Dalam hal tablet yang diproduksi di bawah standar, tablet tersebut dapat dikalsinasi ulang menjadi U 3 O 8 . Uranium oksida dilarutkan dalam asam nitrat, dan uranil nitrat yang diperoleh dimurnikan dengan ekstraksi pada tributil fosfat. Kemudian, amonium poliuranat diendapkan dari uranil nitrat yang dimurnikan dengan amonia, dikalsinasi menjadi nitro oksida, dan direduksi lagi menjadi uranium dioksida.

3.1 proses AD

Proses AD berutang namanya ke amonium diuranat, yang merupakan produk awal untuk produksi banyak senyawa, termasuk keramik UO 2 .

Biasanya, proses ADU dipahami sebagai skema klasik untuk memperoleh UO 2 keramik dari UF 6 (hidrolisis UF 6 dalam air atau dalam larutan amonia - pengendapan amonium poliuranat - pengeringan - kalsinasi - reduksi).

Proses AFC yang diterapkan dalam sistem fluorida dimaksudkan untuk memproses UF 6 yang mengandung peningkatan konsentrasi 235 U atau habis dalam isotop 235 U. habis dalam isotop 235 U, - untuk bahan bakar zona pembiakan reaktor neutron cepat.

Pengendapan amonium poliuranat dilakukan dengan kelebihan amonia yang besar sesuai dengan skema berikut:

HF + NH 4 OH = NH 4 F + H 2 O

UO 2 F 2 + 6NH 4 OH \u003d (NH 4) 2 U 2 O 7 + 4NH 4 F + 3H 2 O

dengan kekurangan amonia, reaksi mungkin terjadi.

UO 2 F 2 + 3NH 4 OH \u003d (NH 4) 3 UO 2 F 5 + 3HF + 3H 2 O

Ekstraksi uranium ke dalam endapan lebih dari 99,5%. Agitator dengan pengaduk dapat digunakan untuk pengendapan, dan penyaringan dapat dilakukan pada filter vakum drum. Filter cake amonium poliuranat mengandung beberapa persen fluor. Pemrosesan lebih lanjut terdiri dari disosiasi termal menjadi U3O8 dan reduksi selanjutnya menjadi uranium dioksida. Proses ini mudah dilakukan dalam tungku unggun terfluidisasi. Pemrosesan UO 2 selanjutnya terdiri dari pengepresan dingin dan kemudian sintering sampel dalam atmosfer hidrogen pada suhu 1750 ° C. Karena fakta bahwa zirkonium dioksida yang terdispersi halus diperoleh dari amonium poliuranat, sampel yang ditekan memiliki kepadatan yang sangat tinggi - setidaknya 95% dari teori, yaitu ~10 g/cm3.

3.2 proses AUC

Proses AUK mengambil nama dari amonium uranil karbonat.Proses industri untuk memproduksi keramik UO 2 dari UF 6 adalah melalui senyawa antara (NH 4) 4 UO 2 (CO 3) 3 .

Amonium uranil karbonat terbentuk melalui reaksi:

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

(NH 4) 4 → 4 NH 3 + 3CO 2 + 1,75 H 2 O + UO 3 0,25 H 2 O.

Produk akhir dari kalsinasi adalah U3O8 (di udara) dan UO2 (dalam hidrogen). Dekomposisi (NH 4) 4 berlangsung bertahap, pertama-tama menjadi uranium trioksida monohidrat dengan hilangnya air secara bertahap di masa depan. Proses dehidrasi dapat digambarkan sebagai berikut:

UO 3 H 2 O → UO 3 0.65H 2 O → UO 3 0.5H 2 O → UO 3 0.25H 2 O.

Senyawa UO 3 0,25H 2 O terbentuk sebagai produk antara selama kalsinasi di atmosfer semua gas dan ada hingga suhu 653K.

3 (UO 3 0.25H 2 O) + H 2 → U 3 O 8 + 1,75 H 2 O + 74,8 kJ.

Menurut data analisis difraksi sinar-X, produk dari reaksi ini diidentifikasi sebagai U 3 O 8 . Produk akhir reduksi adalah serbuk UO2.

4 Metode anhidrat untuk memproses uranium yang diperkaya

4.1 Reduksi UF6 dengan hidrogen

Uranium heksafluorida direduksi dengan hidrogen menjadi tetrafluorida dan hidrogen fluorida, kemudian tetrafluorida direduksi dengan fusi dengan kalsium menjadi uranium logam dan kalsium difluorida.

Interaksi uranium heksafluorida dengan hidrogen dijelaskan oleh persamaan:

UF 6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF + 16,5 kJ / mol

Reaksi berlangsung dengan kehilangan energi bebas yang signifikan. Namun, energi aktivasi reaksi reduksi UF 6 dengan hidrogen sangat tinggi, dan pasokan panas diperlukan agar proses berhasil. Reduksi heksafluorida dengan hidrogen adalah reaksi orde pertama.

Untuk menerapkan proses yang dipertimbangkan, ada dua metode suplai panas: baik melalui dinding atau ke dalam reaktor, sejumlah kecil fluor disuntikkan, yang, berinteraksi dengan hidrogen, melepaskan sejumlah panas yang cukup. Peralatan untuk mereduksi uranium heksafluorida dengan hidrogen dibagi menjadi dua jenis menurut metode suplai panas:

Reaktor dinding panas;

Reaktor dinding dingin.

Pengenceran heksafluorida dengan nitrogen, hingga komposisi gas yang sama pada saluran masuk, tidak mengurangi efisiensi proses. Penurunan kelebihan H2 menyebabkan peningkatan berat jenis UF4. Kerugian yang signifikan dari proses reduksi uranium heksafluorida dengan hidrogen dalam reaktor dengan dinding panas adalah dinding yang terlalu panas karena panas reaksi, terutama di zona pertama di sepanjang aliran gas. Ini mengarah pada perpaduan bahan padat, dan oleh karena itu perlu untuk menghentikan pekerjaan secara berkala dan membersihkan dinding. Biasanya, reaktor berjalan selama 78 jam dan kemudian berhenti untuk dibersihkan. Getaran reaktor diperlukan untuk mencegah akumulasi UF 4 pada dinding serbuk lunak.

Jalan keluar yang ditemukan berupa joint supply UF6 dan F2 ke reaktor. Karena panasnya reaksi pembakaran hidrogen dalam fluor.

H 2 + F 2 \u003d 2HF + 30,6 kJ / mol

dalam obor, reaksi reduksi uranium heksafluorida dengan hidrogen tereksitasi. Gambar 13 menunjukkan desain peralatan dengan dinding panas.

Beras. 13. Alat dengan dinding panas untuk mereduksi uranium heksafluorida.

Reaktor adalah pipa vertikal (Gbr. 13), nosel dipasang di sayap atas reaktor untuk mencampur gas reaksi dan menginjeksikannya ke dalam zona reaktor. Pemanasan tiga tahap.

Metode seperti itu, yang dilakukan dalam reaktor berdinding dingin, cukup memuaskan, baik dari segi karakteristik operasional maupun dari segi kualitas uranium tetrafluorida yang dihasilkan. Namun, kebutuhan untuk membakar F2 menjadi HF yang jauh lebih murah mengurangi efisiensi ekonomi dari metode pemrosesan ini.

Pertimbangan reaksi kimia tertentu dalam sistem dimulai dengan analisis termodinamika, yang memungkinkan kita untuk mengevaluasi varian paling mungkin dari transformasi kimia, urutan dan kedalamannya, pengaruh faktor eksternal utama (suhu, tekanan) pada jalannya proses.

Dalam metode gas, hidrolisis UF 6 dilakukan pada suhu tinggi (biasanya pada 473-973 K). Oleh karena itu, proses ini lebih tepat disebut pirohidrolisis. Dalam proses nyata dengan adanya hidrogen, kita harus memperhitungkan keberadaan dua rantai bertingkat transformasi UF6 yang mengarah pada pembentukan senyawa antara padat.

Rantai transformasi 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

/ 2UF 4 + H 2 O \u003d 1/2UO 2 + 2HF

Rantai transformasi UF 6 → UF 4 → UO 2:

6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF, 4 + 2H 2 O \u003d UO 2 + 4HF.

Reaksi total interaksi uranium heksafluorida dengan campuran hidrogen dan uap air adalah reaksi:

UF 6 + 2H 2 O + H 2 \u003d UO 2 + 6HF.

Analisis termodinamika interaksi dalam sistem UF 6 - H 2 O - H 2 terdiri dari penentuan parameter termodinamika utama dan penentuan kondisi proses. Menilai pengaruh suhu pada sifat umum jalannya reaksi kimia dalam proses konversi gas UF 6 , dapat dicatat bahwa peningkatan suhu harus meningkatkan defluorinasi dan transisi bertahap dari produk uranil fluorida dari reaksi konversi ke sistem oksida. Karena fakta bahwa reaksi defluorinasi berlanjut dengan peningkatan volume sistem, penurunan tekanan total dalam sistem harus memfasilitasi produksi uranium oksida dengan kandungan residu fluor yang lebih rendah.

Rantai transformasi selama konversi oksigen-hidrogen uranium heksafluorida.

mengubah rantai:

UF 6 + H 2 \u003d UF 4 + 2HF,

UF 4 + 2H 2 O \u003d UO 2 + 4HF,

H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O,

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

atau 2 F 2 + H 2 O \u003d UO 3 + 2HF

UO 3 + H 2 \u003d UO 2 + H 2 O

Reaksi keseluruhan hidrolisis reduktif dalam nyala oksi-hidrogen dapat ditulis sebagai berikut:

UF 6 (g) + H 2 g + O 2 g → UO 2 tv + 6HF + H 2 O sisa

Perubahan energi Gibbs dengan meningkatnya suhu, yang terjadi selama hidrolisis uranium heksafluorida dengan uap air, mempengaruhi kedalaman hidrolisis dan reaksi reduksi selanjutnya dari uranil fluorida dengan hidrogen. Perlu dicatat bahwa hidrolisis uranil fluorida menjadi trioksida adalah reversibel dan berlangsung dalam arah maju pada suhu yang relatif tinggi.

UО 2 , UO 3 , UF 4 , U(OH) 4 , 2 , UО 2 F 2 ditemukan dalam produk reaksi reaktor nyala (suhu sekitar 1300 °C). Unsur utama yang mencemari produk akhir adalah fluor, yang kandungannya 4-8%.

Kandungan fluor dalam produk yang diperoleh dengan pirohidrolisis nyala menurun secara signifikan selama perlakuan panasnya dalam hidrogen pada 1000 °C dan mencapai nilai kurang dari 3·10-3, yang cukup memuaskan. Pasokan produk awal diatur sebagai berikut. Tiga gas (UF 6 , O 2 dan F 2) masuk melalui tabung pusat, dan H 2 - melalui celah annular; F 2 disajikan hanya di awal untuk memulai proses interaksi UF 6 dengan hidrogen.

Proses 5 HEU-LEU

Teknologi HEU-LEU mencakup operasi untuk konversi uranium yang diperkaya tinggi (HEU) menjadi uranium yang diperkaya rendah (LEU). Kebutuhan akan konversi semacam itu muncul pada pertengahan 1990-an sebagai akibat dari perlucutan senjata bilateral Amerika Serikat dan Rusia. Uranium yang sangat diperkaya (90%) yang diproduksi sebelumnya harus diubah menjadi uranium yang diperkaya rendah (1,6 - 4,4%) yang cocok untuk penggunaan damai untuk pembuatan elemen bahan bakar untuk VVER. Masalah ini diselesaikan dengan mengencerkan uranium yang diperkaya tinggi dengan uranium yang diperkaya rendah melalui tahap fluorinasi. Karena uranium heksafluorida adalah senyawa gas, homogenisasi campuran yang seragam dapat dicapai. Keuntungan dari pencampuran tersebut adalah organisasi yang lebih murah untuk memastikan keselamatan nuklir dan akurasi yang diperlukan dari dosis produk campuran, efisiensi pengendalian proses pencampuran. Skema teknologi industri produksi tersebut ditunjukkan pada Gambar.14.

Gbr.14 Skema teknologi dari proses HEU-LEU.

LEU tunduk pada persyaratan kemurnian tinggi. Secara khusus, itu harus menjamin konten

plutonium< 0,05 Бк/г U

neptunia< 0,01 Бк/г U

uranium -234< 10 000 мкг/г U - 235

uranium -236< 5 000 мкг/г U - 235

Berdasarkan persyaratan ini, dua operasi tambahan diperkenalkan ke dalam skema teknologi untuk mentransfer uranium tingkat senjata dari keadaan unsur ke heksafluorida dan pengencerannya dengan uranium yang diperkaya rendah:

Pertama, tahap diperkenalkan untuk pemurnian ekstraksi oksida uranium yang sangat diperkaya dari plutonium, produk fisi, dan dopan.

kedua, produksi heksafluorida pengencer uranium dari urin alami dengan kandungan uranium-235 1,5% dengan kandungan uranium-234 dan isotop uranium-236 yang dikurangi diatur. Tabel 1 menunjukkan bahwa elemen terpenting dalam teknologi pengolahan uranium tingkat senjata menjadi bahan bakar tenaga nuklir adalah proses fluorinasi oksida uranium yang sangat diperkaya. Uranium oksida bubuk (triuranium octoxide) dan fluor, yang sebelumnya telah dimurnikan dari hidrogen fluorida dengan metode penyerapan selektif yang terakhir pada butiran natrium fluorida, disuplai untuk fluorinasi. Reaksi fluorinasi berlangsung pada suhu 350-400 °C. Proses fluorinasi dilakukan dalam mode kontinu selama pemrosesan satu batch dengan aliran balik fase padat dan gas dari reagen. Residu bubuk padat dari fluorinasi, di mana fluorida non-volatil dari produk peluruhan radionuklida, produk korosi (Fe, Ni, Cu fluorida), serta plutonium fluorida non-volatil, yang ada dalam jumlah mikroskopis dalam uranium, terkonsentrasi, setelah diproses satu atau lebih batch uranium oksida, diturunkan dari reaktor dan dikirim untuk mengekstrak uranium. Fasa gas, meninggalkan reaktor, melewati penyaringan dua tahap dari fasa padat yang terperangkap dan memasuki desublimasi uranium heksafluorida yang diperoleh dari aliran gas. Selain itu, dalam rantai teknologi pertama, sebelum desublimasi, aliran gas melewati kolom penyerapan, di mana plutonium, yang telah mengalami sublimasi bersama dengan uranium heksafluorida, terperangkap secara selektif, sesuai dengan reaksi.

Uranium heksafluorida yang dikumpulkan dalam desublimator, ketika desublimator dicairkan, dikenai pelatihan vakum untuk menghilangkan gas yang tidak dapat terkondensasi dan pengotor hidrogen fluorida darinya, setelah itu uranium heksafluorida dikondensasikan dari desublimator ke dalam wadah transportasi dan dikirim ke konsumen (pabrik pemisahan isotop).

Gas proses setelah desublimator, yang terutama mengandung gas non-kondensasi F2, 02 dan lainnya, dimurnikan dari uranium heksafluorida dengan menjebaknya pada butiran natrium fluorida sesuai dengan reaksi:

F 6 + 2 Na F \u003d U F 6 2 Na F,

dan kemudian mereka dikirim untuk netralisasi fluor dan pembersihan sanitasi dalam sistem pembersihan gas.Desain perangkat keras proses teknologi di pabrik ditentukan oleh sifat-sifat bahan dan reagen yang diproses, yang utamanya adalah;

toksisitas kimia yang tinggi dari fluor, hidrogen fluorida, uranium heksafluorida dan fluorida volatil dan non-volatil lainnya yang terlibat dalam proses. Dalam hal bahaya kimia, sebagian besar termasuk zat kelas 1;

radiotoksisitas tinggi dari uranium yang sangat diperkaya dan nuklida lain yang ada di dalamnya: sejumlah kecil plutonium, uranium-232 dan produk peluruhannya; ini mengklasifikasikan bahan olahan dalam hal bahaya radio untuk zat kelas A;

uranium yang sangat diperkaya adalah nuklir berbahaya, yaitu, dalam kondisi tertentu, reaksi berantai spontan peluruhan (SCR) dapat terjadi.

Masalah keselamatan nuklir di fasilitas diselesaikan dengan fakta bahwa semua proses dan peralatan tambahan, termasuk: reaktor fluorinator, bunker, desublimator, kolom sorpsi, filter sanitasi, memiliki geometri aman nuklir atau pembatasan volume dan pemuatan peralatan dan ukuran batch uranium yang sangat diperkaya yang diproses secara bersamaan

Kesimpulan

Meskipun uranium pengayaan rendah adalah bahan mentah yang berharga untuk produksi uranium yang diperkaya tinggi, pembangkit difusi gas pengayaan rendah tidak dapat dengan mudah dikonversi untuk menghasilkan uranium yang diperkaya tinggi. Pengayaan tinggi membutuhkan banyak tahap yang lebih kecil, karena penurunan tajam dalam faktor pengayaan dan masalah kekritisan (akumulasi massa kritis uranium) di blok yang lebih besar.

Ukuran besar dari sistem pengayaan menyebabkan waktu yang lama untuk mengisinya dengan bahan (zat yang diperkaya) sebelum produk keluar. Biasanya, waktu ekuilibrasi ini adalah 1-3 bulan. Teknologi difusi gas telah banyak digunakan di banyak negara, bahkan Argentina telah mendirikan fasilitas pengayaan kerja untuk program senjata rahasianya (sekarang dihentikan). Pada tahun 1979, lebih dari 98% dari semua uranium diproduksi menggunakan proses ini. Pada pertengahan 1980-an, pangsa ini turun menjadi 95% dengan diperkenalkannya metode sentrifugasi.

Metode pemisahan isotop yang dominan untuk industri baru, meskipun fasilitas yang ada sebagian besar difusi gas. Setiap centrifuge memberikan faktor pemisahan yang jauh lebih tinggi daripada satu tahap gas. Dibutuhkan lebih sedikit tahapan, hanya sekitar seribu, meskipun biaya setiap sentrifugal jauh lebih tinggi.

Sentrifugasi gas membutuhkan ~1/10 energi yang dibutuhkan untuk difusi gas (konsumsi energinya adalah 100-250 kWh/MPH-kg) dan memungkinkan peningkatan skala yang lebih mudah.

Dari negara-negara berkembang nuklir, teknologi yang agak canggih ini dimiliki oleh Pakistan dan India.

Banyak negara mengumumkan program untuk membuat atau mengembangkan armada reaktor tenaga nuklir. Menurut ramalan Asosiasi Nuklir Dunia, pada tahun 2020 kapasitas terpasang pembangkit listrik tenaga nuklir di dunia akan meningkat dari saat ini 360 GW (2007) menjadi 446 GW. Oleh karena itu, kebutuhan pengayaan uranium akan meningkat, karena sebagian besar reaktor yang ada dan yang direncanakan menggunakan uranium yang diperkaya hingga 3,5-4% dalam isotop 235U sebagai bahan bakar.

Secara umum, pengembangan perusahaan pengayaan Eropa memiliki dasar yang kuat dalam bentuk teknologi yang andal, kapasitas eksisting yang signifikan, dan basis manufaktur centrifuge yang andal.

literatur

1. Gromov B.V. Pengantar Teknologi Kimia Uranium, M. Gosatomizdat, 1978.

Buku pegangan teknologi energi nuklir: per. dari bahasa Inggris / F. Rahn, A. Adamantiades, J. Kenton, C. Brown; ed. V.A. Legasova. -M.: Energoatomizdat, 1989.-752p.

Galkin N.P., Mayorov A.A., Veryatin I.D. Kimia dan teknologi senyawa uranium fluorida, M.: Gosatomizdat, 1961.

Ch. Harrington, teknologi produksi A. Ruele Uranium, M.: Goshimizdat, 1961.

V.S.Emelyanov, A.I.Evstyukhin Metalurgi bahan bakar nuklir, M.: Atomizdat, 1968.

Zhiganov A.N., Guzeev V.V., Andreev G.G. Teknologi uranium dioksida sebagai bahan bakar nuklir keramik, Tomsk, 2003.

Shevchenko V.B., Sudarikov B.N. teknologi uranium. - M.: Gosatomizdat, 1961.

Mayorov A.A., Bravermann I.B. Teknologi untuk memproduksi bubuk uranium dioksida keramik. M.: Energoatomizdat, 1985.

Smiley S. Instrumentasi proses heterogen dalam teknologi uranium.-M.: Gosatomizdat, 1963.

Kimia Aktinida, diedit oleh J. Katz, G. Seaborg, L. Morss. Volume 1. M. "Mir", 1991.

Peterson Z, Wymer R. Kimia dalam industri nuklir.-M.: Atomizdat, 1967.

Pemisahan industri isotop uranium dimulai di Amerika Serikat sebagai bagian dari Proyek Manhattan untuk pembuatan senjata atom. Pada November 1943, pembangunan pabrik elektromagnetik U-12 di dekat Oak Ridge selesai. Ide metode ini didasarkan pada fakta bahwa ion yang lebih berat menggambarkan busur dengan radius lebih besar dalam medan magnet daripada yang lebih ringan. Dengan cara ini, isotop yang berbeda dari unsur yang sama dapat dipisahkan. Pekerjaan itu dilakukan di bawah bimbingan penemu siklotron, E. Lawrence. Proses teknologi pemisahan isotop uranium adalah dua tahap ( sebuah- dan p-tahap). Desain unit pemisah (calutron) tampak seperti oval besar, terdiri dari 96 magnet dan 96 ruang penerima (trek balap, yaitu trek balap). Pabrik U-12 terdiri dari lima "-instalasi (masing-masing dari 9 arena pacuan kuda), tiga instalasi p dengan delapan arena pacuan kuda masing-masing 36 magnet, bahan kimia dan bangunan tambahan lainnya. Kalutron memiliki elektromagnet raksasa, yang panjangnya mencapai 75 m dan beratnya sekitar 4000 ton. Beberapa ribu ton kawat perak masuk ke gulungan untuk elektromagnet ini.

Pabrik raksasa lainnya (area di bawah bangunan 4000 hektar, pada waktu itu - bangunan terbesar di dunia di bawah satu atap) yang dibangun di Oak Ridge adalah pabrik K-25. Proses difusi gas didasarkan pada fenomena difusi molekuler. Jika senyawa gas uranium (UFb) dipompa melalui partisi berpori, maka molekul yang lebih ringan yang mengandung 235U akan menembus partisi lebih cepat daripada molekul yang lebih berat yang mengandung 235U. Difusi dilakukan melalui partisi, yang merupakan membran logam tipis berpori dengan beberapa juta lubang (diameter ~ 0-3 mm) per sentimeter persegi. Proses ini diulang berkali-kali dan membutuhkan 3024 tahap pengayaan. Pada awalnya, membran terbuat dari tembaga, kemudian beralih ke nikel. Pada musim semi 1944, produksi industri filter dimulai. Membran ini ditekuk menjadi pipa dan ditempatkan di rongga kedap udara - ruang difusi.

36.06. 1944 Pabrik difusi termal 550 diluncurkan di Oak Ridge.Proses difusi termal cair terjadi dalam kolom, yang merupakan pipa vertikal panjang (15 m), didinginkan dari luar dan berisi silinder yang dipanaskan di dalamnya. Efek pemisahan isotop dalam kolom seperti itu disebabkan oleh fakta bahwa fraksi yang lebih ringan terakumulasi pada permukaan panas silinder bagian dalam dan bergerak ke atas karena hukum konveksi. Tiang-tiang itu disusun dalam tiga kelompok. Masing-masing memiliki 7 batang, dengan total 2142 kolom.

Untuk menghasilkan uranium yang sangat diperkaya untuk bom atom pertama "Kid", bahan baku alami (0,7%) pertama kali dipindahkan ke fase gas (UFe). Plant 55o melakukan pengayaan awal menjadi 0,86% menggunakan metode difusi termal. Tanaman K25 metode difusi termal meningkatkan pengayaan menjadi 7%. Uranium berubah menjadi padat UV 4 , kemudian pengayaan dibawa ke 15% menggunakan -calutron, dan akhirnya, UF 4 diperoleh dengan pengayaan 90% pada $ 29 menggunakan p-calutron. Muatan bom atom dibuat dari produk ini (skema meriam).

Di Rusia, pabrik pertama untuk pemisahan isotop uranium didasarkan pada prinsip difusi gas, kemudian beralih ke metode ultrasentrifugasi.

Pada tahun 1945, konstruksi dimulai di Verkh-Neyvinsk (Ural Tengah, wilayah Sverdlovsk, sekarang Novouralsk) Pabrik No. 813 (sekarang Pabrik Elektrokimia Ural, UEIP) untuk pengayaan uranium. Pabrik difusi gas D-1, dilengkapi dengan mesin seri OK, dioperasikan pada tahun 1949, pabrik D-3, dilengkapi dengan mesin seri T, pada tahun 1951, dan pabrik D-4 (kaskade difusi terpisah yang mampu berdiri sendiri memproduksi 90% ) - pada tahun 1953. Pada tahun 1949, sangat diperkaya (75% 2 c$c) uranium digunakan sebagai bagian dari muatan dalam bom atom plutonium Soviet pertama. Pada tahun 1957, pabrik centrifuge diluncurkan di UEIP, pada tahun 1960 penciptaan pabrik pengolahan uranium pertama di dunia berdasarkan teknologi centrifuge dimulai, setelah itu pada tahun 1964 pabrik dibawa ke kapasitas penuh, pada tahun 1980 pabrik industri pertama dimasukkan ke dalam komersial operasi batch sentrifugal gas generasi keenam. Pada tahun 1987, tahap difusi gas dari produksi industri uranium yang diperkaya telah selesai sepenuhnya. Pada tahun 1995, dengan menggunakan teknologi UEIP, pemrosesan industri uranium yang diperkaya tinggi (HEU), yang diekstraksi dari senjata nuklir dilikuidasi, menjadi uranium yang diperkaya rendah (LEU) untuk pembangkit listrik tenaga nuklir dimulai.

Perusahaan lain untuk pengayaan isotop uranium adalah Angarsk Electrochemical Combine, AECC. Pembangunannya di barat daya Angarsk dimulai pada 10 April 1954. Pabrik pemisahan yang kuat ini secara dramatis meningkatkan produksi uranium yang diperkaya di negara itu (untuk produksi uranium yang diperkaya heksafluorida).Pada 21 Oktober 1957, tahap pertama dari 308 mesin difusi gas dioperasikan dan uranium yang diperkaya pertama diperoleh. Pada 12/14/1990, peluncuran sentrifugal gas untuk pemisahan isotop uranium terjadi. Saat ini, kegiatan utama pabrik adalah layanan untuk konversi uranium oksida menjadi uranium heksafluorida; dengan konversi uranium tetrafluorida menjadi uranium heksafluorida; pengayaan uranium dari bahan baku yang disediakan oleh pelanggan; pasokan uranium yang diperkaya dalam bentuk heksafluorida. Untuk kepatuhan yang andal terhadap persyaratan rezim non-proliferasi, JSC AECC mendirikan Pusat Pengayaan Uranium Internasional pertama di dunia dan Bank Bahan Bakar Nuklir di bawah perlindungan IAEA.

Pabrik pemrosesan ketiga adalah bagian dari Siberian Chemical Plant (SCC), yang dibangun di wilayah Tomsk (Seversk) pada awal 1950-an. SCC - satu kompleks siklus teknologi nuklir untuk pembuatan komponen senjata nuklir berdasarkan bahan fisil. Pabrik pemisahan isotop menghasilkan uranium yang diperkaya untuk tenaga nuklir. Hingga 1973, pemisahan difusi gas dilakukan, kemudian - centrifuge. Sejumlah isotop stabil xenon, timah, selenium, dan lain-lain juga diproduksi.Pabrik sublimasi menghasilkan produk yang mengandung uranium, termasuk uranium yang diperkaya tinggi, uranium oksida untuk batang bahan bakar, dan shch> untuk pengayaan isotop.

Pabrik pengayaan keempat adalah Pabrik Elektrokimia PO OAO (sebelumnya Krasnoyarsk-45, sekarang Zelenogorsk, Wilayah Krasnoyarsk). Pada 30 Oktober 1962, tahap pertama mesin difusi gas untuk produksi isotop uranium dioperasikan di perusahaan ini. Pada tahun 1964, teknologi pengayaan uranium menggunakan sentrifugal gas diperkenalkan. Sejak 1988, produk utama pabrik adalah uranium yang diperkaya rendah yang digunakan sebagai bahan bakar di pembangkit listrik tenaga nuklir. Selain itu, sejak tahun 1972 ECP, menggunakan teknologi sentrifus gas, telah menghasilkan produk isotop dan zat yang sangat murni.

Peluncuran satelit Soviet pertama pada 4 Oktober 1957 dengan gembira diketahui seluruh dunia. Dan peristiwa yang terjadi pada 4 November tahun yang sama di Verkh-Neyvinsk tetap menjadi misteri bagi intelijen terbaik di dunia untuk waktu yang lama. Sebuah pabrik percontohan dioperasikan di sana, di mana uranium diperkaya dengan pemisahan isotop sentrifugal.

Alexander Emelyanenkov

Pada awal penciptaan senjata nuklir, salah satu masalah utama adalah pemisahan isotop uranium. Logam radioaktif berat ini terjadi secara alami sebagai campuran dua isotop utama. Bagian utama (sedikit kurang dari 99,3%) adalah uranium-238. Kandungan isotop yang lebih ringan - uranium-235 - hanya 0,7%, tetapi itu diperlukan untuk pembuatan senjata nuklir dan pengoperasian reaktor.

Memisahkan isotop tidak mudah. Sifat kimianya identik (bagaimanapun juga, mereka adalah unsur kimia yang sama), dan perbedaan massa atom hanya lebih dari 1%, sehingga metode fisika untuk pemisahan harus memiliki selektivitas yang sangat tinggi. Masalah ini pada 1950-an menjadi salah satu momen menentukan yang menentukan keberhasilan industri nuklir Soviet dan meletakkan dasar bagi daya saing modern industri nuklir Rusia di pasar dunia.

melalui saringan

Metode pemisahan yang paling sederhana adalah difusi gas - "memaksa" bahan baku gas (uranium heksafluorida) melalui membran berpori halus, sementara isotop yang berbeda berdifusi melalui pori-pori pada kecepatan yang berbeda. Itu adalah difusi gas yang menjadi metode pertama yang digunakan untuk mendapatkan uranium-235 dalam jumlah komersial di pabrik pengayaan pertama. Di Amerika Serikat, perkembangan di bidang difusi gas untuk Proyek Manhattan dipimpin oleh pemenang Hadiah Nobel Harold Urey. Di Uni Soviet hingga 1954 arah ini dipimpin oleh akademisi Boris Konstantinov, kemudian digantikan oleh Isaac Kikoin.

Pada awalnya, seperti yang sering terjadi, metode difusi gas tampaknya lebih mudah untuk diterapkan. Tetapi itu membutuhkan pengeluaran listrik yang besar - pembangkit listrik tenaga air Sayano-Shushenskaya dan tahap pertama pembangkit listrik tenaga nuklir Beloyarsk, seperti yang sekarang ternyata, dibangun terutama untuk tujuan ini. Selain biaya tinggi dan efisiensi rendah, metode difusi gas tidak aman bagi pekerja - terutama karena suhu tinggi dan kebisingan di toko. Plus, volume besar campuran kimia aktif di bawah tekanan, dan ini adalah potensi emisi dan pencemaran lingkungan. Sementara itu, alternatif metode difusi gas telah dikenal sejak akhir abad ke-19 - ini adalah metode sentrifugal yang menjanjikan penghematan yang sangat signifikan: ketika pada tahun 1958 pabrik di Verkh-Neyvinsk mencapai mode desain, ternyata konsumsi energi per unit pemisahan adalah 20 (!) kali lebih sedikit daripada metode difusi, dan biayanya setengahnya. Benar, banyak kesulitan teknologi menunggu desainer dalam perjalanan membuat sentrifugal.

Pemisahan elektromagnetik. Berdasarkan pergerakan partikel bermuatan (ion) dalam medan magnet. Bergantung pada massa partikel, kelengkungan lintasannya berbeda, dan bahkan perbedaan kecil dalam massa atom inti isotop uranium memungkinkan untuk memisahkannya. Fasilitas semacam itu, yang disebut calutron, digunakan di Proyek Manhattan Amerika karena memungkinkan untuk memperoleh pengayaan uranium tingkat yang sangat tinggi dalam beberapa lintasan. Namun, calutron sangat besar, mahal perawatannya, mengkonsumsi banyak energi dan memiliki produktivitas rendah, sehingga saat ini tidak digunakan untuk pengayaan uranium industri.

akar Jerman

Asal usul teknologi sentrifugal Soviet dapat ditelusuri kembali ke Nazi Jerman, di mana proyek atom bereksperimen dengan pemisahan uranium. Salah satu peserta dalam proyek ini, fisikawan Geront Zippe, termasuk di antara tawanan perang Jerman yang dikirim ke Uni Soviet. Di bawah bimbingan Max Steenbeck, rekan senegaranya dan ayah mertuanya, Zippe terlibat dalam penelitian eksperimental hingga 1954 - pertama di Laboratorium A di Sukhumi (Institut Fisika dan Teknologi Sukhumi masa depan), dan selama dua tahun terakhir - di biro desain khusus di Kirov Plant di Leningrad.

Sebagai peserta dan saksi mata dari peristiwa tersebut bersaksi, ilmuwan Jerman tidak tahu penolakan bahan untuk penelitian. Dan rezim mereka hampir sama dengan rezim ilmuwan nuklir rahasia kita, yang dijaga ketat oleh departemen Beria. Pada Juli 1952, dengan dekrit khusus pemerintah, Steenbeck dan asistennya dipindahkan dari Institut Sukhum ke Leningrad, ke Biro Desain Pabrik Kirov. Selain itu, kelompok itu diperkuat oleh lulusan Institut Politeknik dari departemen khusus penelitian nuklir. Tugasnya adalah membuat dan menguji dua unit menurut skema Zippe-Steenbeck. Mereka turun ke bisnis dengan giat, tetapi sudah pada kuartal pertama tahun 1953, pekerjaan dihentikan, tanpa mengarah ke tes: menjadi jelas bahwa desain yang diusulkan tidak cocok untuk produksi massal.

Difusi gas. Menggunakan perbedaan kecepatan pergerakan molekul gas yang mengandung berbagai isotop uranium (uranium heksafluorida). Massa yang berbeda menyebabkan kecepatan molekul yang berbeda, sehingga paru-paru melewati membran dengan pori-pori tipis (diameter sebanding dengan ukuran molekul) lebih cepat daripada yang berat. Metode ini mudah diterapkan dan digunakan pada awal industri nuklir di Uni Soviet, di AS masih digunakan. Derajat pengayaan tiap tahapan sangat kecil, sehingga dibutuhkan ribuan tahapan. Ini menghasilkan konsumsi energi yang besar dan biaya pemisahan yang tinggi.

Centrifuge Zippe bukanlah mesin Soviet pertama semacam ini. Bahkan selama perang di Ufa, seorang Jerman lainnya, Fritz Lange, yang melarikan diri dari Jerman pada tahun 1936, membuat peralatan besar pada bantalan. Namun, para ahli yang akrab dengan perubahan-perubahan proyek atom di Uni Soviet dan AS mencatat satu pencapaian mutlak dari kelompok Steenbeck - desain asli unit pendukung: rotor bertumpu pada jarum baja, dan jarum ini - pada bantalan dorong terbuat dari paduan superhard dalam penangas minyak. Dan semua desain yang cerdik ini dipegang oleh suspensi magnetik khusus di bagian atas rotor. Promosinya ke kecepatan operasi juga dilakukan melalui medan magnet.

Sementara proyek kelompok Steenbeck gagal, pada bulan Februari 1953 yang sama, sebuah sentrifugal gas dengan rotor kaku yang dirancang oleh insinyur Soviet Viktor Sergeev dioperasikan. Setahun sebelumnya, Sergeev, dengan sekelompok spesialis dari biro desain khusus Pabrik Kirov, tempat ia kemudian bekerja, dikirim ke Sukhumi untuk berkenalan dengan eksperimen Steenbeck dan timnya. "Saat itulah dia mengajukan pertanyaan teknis kepada Steenbeck tentang lokasi perangkat pengambilan sampel gas dalam bentuk tabung Pitot," Oleg Chernov, seorang veteran produksi sentrifugal dari Asosiasi Produksi Tochmash, yang mengenal Sergeev dengan baik dan bekerja dengannya, mengungkapkan detail penting. "Pertanyaannya murni teknis dan berisi, pada kenyataannya, petunjuk tentang bagaimana membuat desain centrifuge bisa diterapkan." Tetapi Dr. Steenbeck tegas: "Mereka akan memperlambat aliran, menyebabkan turbulensi, dan tidak akan ada pemisahan!" Bertahun-tahun kemudian, mengerjakan memoarnya, dia akan menyesalinya: “Sebuah ide yang layak datang dari kami! Tapi itu tidak pernah terlintas dalam pikiranku…”

Sentrifugasi gas, menggunakan rotor yang berputar cepat, memutar aliran gas sedemikian rupa sehingga molekul yang mengandung isotop uranium yang lebih berat terlempar ke tepi luar oleh gaya sentrifugal, dan yang lebih ringan lebih dekat ke sumbu silinder. Sentrifugal digabungkan menjadi kaskade, memasok bahan yang diperkaya sebagian dari output setiap tahap ke input tahap berikutnya - dengan cara ini dimungkinkan untuk memperoleh uranium bahkan dengan tingkat pengayaan yang sangat tinggi. Sentrifugal mudah dirawat, andal, dan memiliki konsumsi daya sedang. Metode ini digunakan di Rusia dan negara-negara Eropa.

Menurut Oleg Chernov, sebelum berangkat ke Jerman, Zippe memiliki kesempatan untuk berkenalan dengan prototipe centrifuge Sergeyev dan prinsip operasinya yang sangat sederhana. Setelah di Barat, "Zippe licik", demikian ia sering dipanggil, mematenkan desain centrifuge di 13 negara. Orang pertama di departemen atom Soviet, setelah mengetahui tentang penipuan intelektual semacam itu, tidak membuat keributan - jika Anda mengikuti versi resmi, "agar tidak menimbulkan kecurigaan dan minat yang meningkat pada topik ini dari intelijen teknis militer AS. " Biarkan mereka, kata mereka, berpikir bahwa Soviet puas dengan metode difusi gas yang tidak ekonomis, seperti milik mereka ... Pada tahun 1957, setelah pindah ke AS, Zippe membangun instalasi yang berfungsi di sana, mereproduksi prototipe Sergeev dari ingatan. Dan dia menyebutnya, itu harus diberikan haknya, "centrifuge Rusia." Namun, ia gagal memikat hati Amerika. Berkenaan dengan mesin baru, seperti pada suatu waktu dan menurut desain Steenbeck, diputuskan: tidak cocok untuk penggunaan industri.

Tingkat pengayaan satu centrifuge gas kecil, oleh karena itu mereka digabungkan menjadi kaskade berturut-turut, di mana bahan baku yang diperkaya dari output setiap centrifuge diumpankan ke input yang berikutnya, dan bahan baku yang habis diumpankan ke masukan dari salah satu yang sebelumnya. Dengan jumlah sentrifugal yang cukup dalam kaskade, tingkat pengayaan yang sangat tinggi dapat diperoleh.

Benar, seperempat abad kemudian, di Amerika Serikat, mereka memutuskan untuk beralih dari difusi gas ke sentrifugal. Upaya pertama gagal - pada tahun 1985, ketika 1300 mesin pertama yang dikembangkan di Laboratorium Nasional Oak Ridge dipasang, pemerintah AS menutup program tersebut. Pada tahun 1999, di lokasi yang diaktifkan kembali di Piketon, Ohio, pekerjaan dimulai lagi pada pemasangan generasi baru sentrifugal Amerika (10–15 kali lebih besar dari sentrifugal Rusia dengan tinggi dan diameter dua hingga tiga kali) dengan rotor serat karbon. Menurut rencana, pada tahun 2005 direncanakan untuk memasang 96 cascades dari 120 “tops”, tetapi pada akhir tahun 2012 proyek tersebut belum dioperasikan secara komersial.

Pemisahan laser isotop uranium didasarkan pada fakta bahwa molekul yang mengandung isotop berbeda memiliki energi eksitasi yang sedikit berbeda. Dengan menyinari campuran isotop dengan sinar laser dengan panjang gelombang yang ditentukan secara ketat, dimungkinkan untuk mengionisasi hanya molekul dengan isotop yang diinginkan, dan kemudian memisahkan isotop menggunakan medan magnet. Ada beberapa jenis metode ini - mempengaruhi uap atom AVLIS (Atomic Vapor Laser Isotop Separation), SILVA (French analogue of AVLIS), dan molekul - MLIS (Molecular Laser Isotope Separation), CRISLA (Chemical Reaction Isotope Separation) dan SILEX (Separation Isotop). dengan Laser EXcitation). Saat ini, General Electric Corporation sedang mencoba untuk mengkomersialkan teknologi SILEX yang dikembangkan oleh spesialis dari Afrika Selatan dan Australia. Pemisahan laser adalah energi rendah, biaya rendah, dan sangat diperkaya (itulah sebabnya sekarang digunakan untuk menghasilkan sejumlah kecil isotop ultra murni), tetapi masih ada masalah dengan kinerja, masa pakai laser, dan pengayaan tanpa mematikan proses.

jarum rahasia

Sementara itu, di Uni Soviet, di tempat Verkh-Neyvinsk yang tidak mencolok di Ural Tengah, jalur eksperimental pertama untuk memisahkan sentrifugal gas dipasang dalam kerahasiaan yang paling ketat. Kembali pada tahun 1942, Isaac Kikoin menemukan centrifuge gas yang dirancang oleh Lange dan bahkan mengujinya di laboratoriumnya di Sverdlovsk. Kemudian eksperimen tidak memberikan hasil yang diinginkan, dan akademisi skeptis tentang kemungkinan menciptakan sentrifugal gas industri. Masalah utama dari instalasi pertama adalah kerapuhannya. Dan meskipun mereka awalnya berputar dengan kecepatan "hanya" 10.000 putaran per menit, itu jauh dari mudah untuk mengatasi energi kinetik yang sangat besar dari rotor.

Mobil Anda sedang dihancurkan! - dengan sinis mencela para pengembang di salah satu pertemuan di Minsredmash, kepala kantor pusat Alexander Zverev, yang berpangkat jenderal NKVD.

— Dan apa yang Anda inginkan? Bagi mereka untuk terus mengalikan? - Anatoly Safronov, yang bertanggung jawab atas proyek pada waktu itu, dengan menantang membalas.

Dengan metode pemisahan sentrifugal, karena kecepatan rotasi yang tinggi, gaya sentrifugal tercipta yang melebihi gaya gravitasi Bumi hingga ratusan ribu kali lipat. Karena ini, molekul uranium-238 heksafluorida yang lebih berat "mengetuk" pinggiran silinder yang berputar, dan molekul uranium-235 heksafluorida yang lebih ringan terkonsentrasi di dekat sumbu rotor. Melalui pipa saluran keluar yang terpisah (seperti tabung Pitot, yang dibicarakan oleh insinyur Soviet Sergeev kepada Steenbeck Jerman), gas yang mengandung isotop U-238 dikeluarkan "ke tempat pembuangan", dan fraksi yang diperkaya dengan peningkatan kandungan uranium-235 mengalir ke centrifuge berikutnya. Rangkaian sentrifugal semacam itu, yang berisi ratusan dan ribuan mesin, memungkinkan peningkatan kandungan isotop ringan dengan cepat. Secara relatif, mereka dapat disebut pemisah, di mana bahan baku uranium (uranium hexafluoride, UF6) berubah menjadi gas dengan kandungan rendah isotop U-235 secara berurutan ditransfer dari konsistensi susu segar ke krim dan krim asam. Dan jika perlu, mereka juga dapat menurunkan "minyak" - membawa pengayaan hingga 45%, atau bahkan 60%, untuk menggunakannya sebagai bahan bakar di reaktor bawah laut dan di fasilitas penelitian. Dan baru-baru ini, ketika dibutuhkan dalam jumlah besar, mereka memutar sentrifugal sampai mereka mendapatkan "keju" mahal pada output - uranium tingkat senjata dengan pengayaan lebih dari 90%. Tetapi pada akhir 1980-an, begitu banyak uranium tingkat senjata telah "dipisahkan" di empat pabrik Soviet sehingga persediaannya di gudang dan dalam muatan nuklir siap pakai dianggap berlebihan, dan produksi uranium yang sangat diperkaya untuk tujuan militer berhenti.

Menurut perhitungan awal, ketebalan dinding luar badan centrifuge seharusnya 70 mm - seperti pelindung tank. Cobalah untuk melepaskan raksasa seperti itu ... Tetapi dengan coba-coba, mereka menemukan solusi kompromi. Paduan khusus dibuat - lebih kuat dan lebih ringan dari baja. Kasing sentrifugal modern, yang kebetulan dilihat dan dipegang oleh salah satu penulis di Asosiasi Produksi Tochmash di Vladimir, tidak menimbulkan asosiasi apa pun dengan pelindung tangki: silinder berongga yang tampak biasa dengan permukaan bagian dalam yang dipoles hingga bersinar. Dari kejauhan, mereka dapat disalahartikan sebagai pemotongan pipa dengan flensa penghubung di ujungnya. Panjangnya - tidak lebih dari satu meter, dengan diameter - dua puluh sentimeter. Dan di Pabrik Elektrokimia Ural, kaskade raksasa sepanjang ratusan meter dirakit darinya. Tanda-tanda di dinding dan tanda-tanda khusus di lantai beton yang dicat di lorong-lorong teknologi menunjukkan bahwa biasanya bergerak dengan sepeda. Benar, tidak lebih cepat dari 5-10 km / jam.

Dan di dalam sentrifugal yang nyaris tidak terdengar, kecepatannya sangat berbeda - sebuah rotor pada jarum dengan bantalan dorong korundum, "ditangguhkan" dalam medan magnet, menghasilkan 1500 putaran per detik! Dibandingkan dengan produk VT-3F pertama tahun 1960, ia di-overclock hampir sepuluh kali lipat, dan periode operasi non-stop ditingkatkan dari tiga menjadi 30 tahun.Mungkin sulit untuk menemukan contoh lain ketika suatu teknik akan menunjukkannya. keandalan dengan parameter ekstrim tersebut. Seperti yang dikatakan Valery Lempert, wakil kepala produksi sentrifugal, mesin yang dipasok Tochmash di sana 30 tahun lalu masih bekerja di pabrik di Novouralsk: “Itu mungkin sentrifugal generasi ketiga, dan sekarang sentrifugal kedelapan diproduksi secara massal dan yang kesembilan diluncurkan ke produksi percontohan.”

“Tidak ada yang super rumit dalam desain centrifuge kami. Ini semua tentang menyempurnakan teknologi hingga ke detail terkecil dan kontrol kualitas yang ketat,” jelas Tatyana Sorokina, yang selama beberapa dekade telah “memimpin” teknologi untuk pembuatan jarum pendukung untuk rotor di pabrik. - Jarum semacam itu terbuat dari kawat piano biasa, dari mana senar ditarik. Tetapi metode pengerasan ujungnya adalah pengetahuan kami.”

Di tahun-tahun kemundurannya, salah satu pencipta utamanya, Viktor Sergeev, memberikan penjelasannya tentang rahasia centrifuge Rusia. Menurut kesaksian insinyur Oleg Chernov, ketika ditanya oleh dinas keamanan apa yang perlu dilindungi dalam produk ini dan apa rahasia utamanya, perancang menjawab dengan singkat: "Orang-orang."

Portal untuk siswa. Latihan mandiri

Prinsip-prinsip umum

Metode utama yang digunakan untuk pemisahan isotop

pemisahan elektromagnetik

Difusi gas

Difusi termal cair

Sentrifugasi gas

Pemisahan aerodinamis

Pemisahan isotop laser (LIS)

Pengayaan kimia

Distilasi

Lihat apa itu "Pemisahan Isotop" di kamus lain:

YouTube ensiklopedis

Subtitle

Prinsip-prinsip umum

Metode utama yang digunakan untuk pemisahan isotop

pemisahan elektromagnetik

Difusi gas

Difusi termal

Sentrifugasi gas

Pemisahan aerodinamis

Pemisahan isotop laser (LIS)

Pengayaan kimia

Distilasi

.2 Difusi termal

1.5 Pemisahan aerodinamis

Pemisahan aerodinamis telah dikembangkan di Afrika Selatan (proses UCOR menggunakan tabung vortex pada 6 bar) dan Jerman (menggunakan nozel melengkung yang beroperasi pada 0,25-0,5 bar).

Satu-satunya negara yang menerapkan metode ini adalah Afrika Selatan, di mana 400 kg uranium tingkat senjata diproduksi di sebuah pabrik di Valindaba yang tutup pada akhir tahun delapan puluhan. Faktor pemisahan ~1.015, konsumsi energi ~3300 kWh/MPP-kg.

Metode yang belum dapat diterapkan secara industri patut mendapat perhatian:

Penguapan menggunakan laser

Pemisahan kimia

Pemisahan isotop menggunakan tekanan ringan

Reaksi fotokimia partikel tereksitasi secara elektronik

Eksitasi dua tahap atom dan molekul

Fotopredissosiasi selektif

Eksitasi molekul oleh radiasi inframerah

Efek isotop dalam reaksi kimia yang terjadi di bawah kondisi termodinamika tidak setimbang

Kondensasi gas dari molekul yang tereksitasi secara vibrasi

Efek isotop dalam reaksi kimia yang terjadi dalam medan magnet

Pemisahan dengan adsorpsi

Difusi selektif dirangsang oleh radiasi laser

Kontrol resonansi proses di permukaan dengan radiasi laser

Kimia laser pada antarmuka antara dua media

Stimulasi laser reaksi kimia pada antarmuka antara dua cairan

1.9 Efusi gas

difusi termal isotop uranium heksafluorida

Efusi gas didasarkan pada fakta bahwa selama aliran keluar molekul (efusi)

Secara umum, pengembangan perusahaan pengayaan Eropa memiliki dasar yang kuat dalam bentuk teknologi yang andal, kapasitas eksisting yang signifikan, dan basis manufaktur centrifuge yang andal.

melalui saringan

akar Jerman

jarum rahasia

ARTIKEL TERKAIT