우라늄 농축 방법

콘텐츠

단계
방법 1/7: 기본 수혜 절차
방법 2/7: 가스 확산 공정
방법 3/7: 가스 접합 프로세스
방법 4/7: 공기역학적 분리 공정
방법 5/7: 액체 열확산 공정
방법 6/7: 전자기 동위원소 분리 공정
방법 7/7: 레이저 동위원소 분리 공정
팁
경고

우라늄은 원자로의 연료로 사용되며 1945년 히로시마에 투하된 최초의 원자폭탄 제조에도 사용되었습니다. 우라늄은 원자량과 방사능 수준이 다른 여러 동위 원소를 포함하는 우라늄 수지 광석에서 채굴됩니다. 붕괴 반응에 사용하려면 U 동위원소의 양이 일정 수준까지 증가해야 합니다. 이 과정을 우라늄 농축이라고 합니다. 이를 수행하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

단계

방법 1/7: 기본 수혜 절차

1 우라늄을 사용할 목적을 결정하십시오. 일반적으로 우라늄 광석에는 0.7% U만 포함되어 있고 나머지는 비교적 안정한 U 동위원소로 구성되어 있습니다. 우라늄을 사용하려는 반응 유형에 따라 우라늄을 사용하기 위해 광석을 농축해야 하는 U 수준이 결정됩니다. 가능한 한 효율적으로 사용 가능한 우라늄....
- 원자력에 사용되는 우라늄은 3-5% U 수준으로 농축되어야 합니다(일부 원자로는 비농축 우라늄을 사용해야 함).
- 핵무기를 만드는 데 사용되는 우라늄은 90% U까지 농축되어야 합니다.
2 우라늄 광석을 가스로 변환합니다. 대부분의 우라늄 농축 방법은 광석을 저온 가스로 전환해야 합니다. 불소 가스는 광석 변환 장치로 펌핑됩니다. 산화우라늄은 불소와 상호작용하여 육불화우라늄(UF)을 생성합니다.₆). 그 후, 동위 원소 U가 가스에서 분리됩니다.
3 우라늄 농축. 이 텍스트의 나머지 부분에서는 우라늄을 농축하는 다양한 방법을 설명합니다. 가장 일반적인 것은 가스 확산과 가스 원심 분리기이지만 레이저 동위원소 분리가 곧 이를 대체해야 합니다.
4 육불화우라늄을 이산화우라늄(UO)으로 변환₂). 농축 후, 우라늄은 추가 사용을 위해 안정적이고 강한 형태로 전환되어야 합니다.
- 이산화우라늄은 4미터 막대를 형성하는 금속 튜브에 배치된 과립 형태로 원자로의 연료로 사용됩니다.

방법 2/7: 가스 확산 공정

1 UF 펌핑₆ 파이프를 통해.
2 다공성 필터 또는 멤브레인을 통해 가스를 통과시킵니다. 동위원소 U가 U보다 가볍기 때문에 UF₆더 가벼운 동위원소를 포함하는 것은 무거운 동위원소보다 더 빨리 막을 통과할 것입니다.
3 U를 충분히 모을 때까지 확산 과정을 반복합니다. 반복적인 확산을 캐스케이드라고 합니다. 충분한 U가 수집되기 전에 멤브레인을 통과하는 데 최대 1400번까지 걸릴 수 있습니다.
4 응축 UF₆ 액체로. 가스가 농축된 후 액체로 응축되어 용기에 넣은 후 냉각되고 응고되어 운송 및 과립으로 변환됩니다.
- 많은 수의 가스가 필터를 통과하기 때문에 이 프로세스는 에너지를 소비하므로 사용하지 않게 됩니다.

방법 3/7: 가스 접합 프로세스

1 고속으로 회전하는 여러 실린더를 수집합니다. 이 실린더는 원심 분리기입니다. 원심 분리기는 병렬 및 직렬로 조립됩니다.
2 UF 업로드₆ 원심분리기에서. 원심 분리기는 원심력을 사용하여 그것을 포함하는 더 무거운 가스를 실린더 벽에, U가 있는 더 가벼운 가스는 중앙에 유지하도록 합니다.
3 분리된 가스를 분리합니다.
4 다른 원심 분리기에서 이러한 가스로 과정을 반복합니다. U 함량이 높은 가스는 원심분리기를 통과하여 더 많은 U를 회수하고, U 함량이 낮은 가스는 압착하여 나머지 U를 회수합니다.따라서 가스 확산보다 더 많은 U가 얻어집니다.
- 가스 원심분리기를 사용하는 방법은 1940년대에 발명되었지만 낮은 에너지 소비가 문제가 되기 시작한 1960년대까지 많이 사용되지 않았습니다. 현재 이 공정을 사용하는 시설은 미국 유니스에 있다. 러시아, 일본, 중국에 4개 기업이 있습니다. 영국, 네덜란드, 독일에 각각 2개, 각각 1개입니다.

방법 4/7: 공기역학적 분리 공정

1 여러 개의 고정된 좁은 실린더를 구성합니다.
2 UF 입력₆ 고속으로 실린더에 넣습니다. 이러한 방식으로 도입된 가스는 사이클론과 같이 실린더 내에서 회전하게 되며, 그 결과 회전식 원심분리기와 같이 U와 U로 나뉩니다.
- 남아프리카에서는 접선 방향으로 실린더에 가스를 주입하는 방법을 고안했습니다. 현재 실리콘과 같은 가벼운 동위원소에서 테스트되고 있습니다.

방법 5/7: 액체 열확산 공정

1 압력 회전 UF 가스의 밑에₆ 액체로.
2 두 개의 동심원 파이프를 만듭니다. 파이프는 상당히 높아야 합니다. 파이프가 길수록 더 많은 가스를 분리할 수 있습니다.
3 액체 물 덮개로 파이프를 둘러싸십시오. 이것은 외부 튜브를 식힐 것입니다.
4 파이프 사이에 액체 육불화우라늄을 주입합니다.
5 증기로 내부 튜브를 가열하십시오. 열은 UF에서 대류 흐름을 생성합니다.₆, 가벼운 U 동위 원소는 따뜻한 내부 튜브로 이동하고 무거운 U 동위 원소는 차가운 외부 튜브로 이동합니다.
- 이 공정은 맨해튼 프로젝트의 일환으로 1940년에 발명되었지만 보다 효율적인 가스 확산 공정이 개발된 후 조기에 폐기되었습니다.

방법 6/7: 전자기 동위원소 분리 공정

1 이온화 가스 UF₆.
2 강한 자기장을 통해 가스를 통과시킵니다.
3 자기장을 통과할 때 남기는 흔적에서 이온화된 우라늄 동위원소를 분리합니다. U 이온은 U와 다르게 구부러지는 흔적을 남깁니다. 이러한 이온은 농축 우라늄을 생산하기 위해 분리될 수 있습니다.
- 이 방법은 1945년 히로시마에 투하된 원자폭탄의 우라늄 생산에 사용되었으며 1992년 이라크의 핵무기 프로그램에 사용되었습니다. 이 방식은 가스확산방식보다 10배 이상의 에너지를 필요로 하기 때문에 대규모 프로그램에서는 비실용적이다.

방법 7/7: 레이저 동위원소 분리 공정

1 특정 주파수에 레이저를 조정합니다. 레이저 광은 특정 파장(단색)을 가져야 합니다. 주어진 파장에서 레이저는 U 원자만 목표로 삼고 U 원자는 그대로 둡니다.
2 레이저를 우라늄으로 조준하십시오. 다른 우라늄 농축 방법과 달리 이 공정은 육불화우라늄 가스를 사용할 필요가 없습니다. 산업에서 가장 일반적으로 수행되는 우라늄과 철의 합금을 사용할 수 있습니다.
3 여기된 전자와 함께 우라늄 원자를 방출합니다. 이것들은 U 원자가 될 것입니다.

팁

일부 국가에서는 핵폐기물을 재사용하여 붕괴 과정에서 우라늄과 플루토늄을 분리합니다. 재사용 가능한 우라늄은 붕괴 과정에서 얻은 U와 U에서 추출해야 하며 U가 중성자를 흡수하여 붕괴 과정을 늦추기 때문에 이제 우라늄은 초기보다 더 높은 수준으로 농축되어야 합니다. 이 때문에 처음 사용된 우라늄은 재활용 우라늄과 분리하여 보관해야 합니다.

경고

실제로 우라늄은 방사능이 약합니다. 그러나 UF로 변환하면₆ , 물과 접촉하면 불산을 형성하는 독성 화학 물질로 변합니다. 따라서 우라늄 농축 시설은 UF 가스 저장을 포함하여 불소로 운영되는 화학 시설과 동일한 수준의 안전과 보호가 필요합니다.₆ 고압에서 작업할 때 저압 및 추가 밀봉 사용.
재활용 가능한 우라늄은 강력한 감마선을 방출하는 원소로 붕괴되는 U 동위원소를 포함하므로 심각하게 보호해야 합니다.
농축 우라늄은 일반적으로 한 번만 재사용할 수 있습니다.