عمومی و مهندسی

کاهش ارزش

نقطه مقابل غنی سازی ، کاهش ارزش است؛ HEU مازاد را می توان به LEU کاهش داد تا آن را برای استفاده در سوخت هسته ای تجاری مناسب کند.انجام انواع پروژه انجام پروژه دانشجویی انجام پروژه

ماده اولیه HEU می تواند حاوی ایزوتوپ های ناخواسته اورانیوم باشد: 234U یک ایزوتوپ جزئی است که در اورانیوم طبیعی موجود است. در طی فرآیند غنی سازی ، غلظت آن افزایش می یابد اما زیر 1٪ باقی می ماند. غلظتهای بالای 236U محصول جانبی حاصل از تابش در یک راکتور است و بسته به سابقه ساخت آن ممکن است در HEU موجود باشد. پردازش مجدد HEU از راکتورهای تولید مواد سلاح هسته ای (با آزمایش 235U تقریباً 50٪) ممکن است حاوی 236U غلظت 25٪ باشد ، در نتیجه غلظت های تقریباً 1.5٪ در محصول مخلوط LEU وجود دارد. 236U یک سم نوترون است. بنابراین برای جبران وجود 236U باید غلظت واقعی 235U در محصول LEU افزایش یابد.

مخلوط می تواند NU یا DU باشد ، اما بسته به کیفیت مواد خوراکی ، SEU با وزن 1.5٪ وزنی 235U ممکن است به عنوان مخلوط برای رقیق کردن محصولات جانبی ناخواسته که ممکن است در خوراک HEU وجود داشته باشد ، استفاده شود. در صورت استفاده از NU یا DU ، در برخی موارد غلظت این ایزوتوپ ها در محصول LEU می تواند از مشخصات ASTM بیشتر شود. بنابراین ، کاهش ارزش HEU به طور کلی نمی تواند به مشکل مدیریت پسماند ناشی از ذخایر بزرگ موجود اورانیوم تخلیه شده کمک کند. در حال حاضر ، 95 درصد از ذخایر اورانیوم ضعیف شده در جهان در ذخیره سازی امن باقی مانده است.

یک تعهد بزرگ در کاهش نرخ بهره به نام برنامه مگاتون به مگاوات HEU درجه سلاح شوروی سابق را به سوخت راکتورهای قدرت تجاری ایالات متحده تبدیل می کند. از سال 1995 تا اواسط سال 2005 ، 250 تن اورانیوم غنی شده بالا (کافی برای 10 هزار کلاهک کلاهک) در اورانیوم غنی شده کم بازیافت شد. هدف این است که تا سال 2013 500 تن بازیافت شود. برنامه غیرفعال سازی کلاهک های هسته ای روسیه حدود 13٪ از کل نیاز جهانی به اورانیوم غنی شده تا سال 2008 را تشکیل می داد.

شرکت غنی سازی ایالات متحده در دفع بخشی از 174.3 تن اورانیوم بسیار غنی شده (HEU) که ​​دولت ایالات متحده در سال 1996 به عنوان مواد مازاد نظامی اعلام کرد ، نقش داشته است. این مواد HEU از طریق برنامه HEU Downblending ایالات متحده ، از کلاهک های هسته ای متلاشی شده ایالات متحده ، در سوخت اورانیوم غنی شده کم (LEU) بازیافت شد که توسط نیروگاه های هسته ای برای تولید برق استفاده می شود.فتوشاپ انجام پروژه فتوشاپ پروژه های فتوشاپ

امکانات غنی سازی جهانی

کشورهای زیر برای کارکرد امکانات غنی سازی شناخته شده اند: آرژانتین ، برزیل ، چین ، فرانسه ، آلمان ، هند ، ایران ، ژاپن ، هلند ، کره شمالی ، پاکستان ، روسیه ، انگلستان و ایالات متحده بلژیک ، ایران ، ایتالیا و اسپانیا دارای علاقه سرمایه گذاری در کارخانه غنی سازی Eurodif فرانسه است و سهام ایران 10٪ از اورانیوم غنی شده را به آن اختصاص می دهد. کشورهایی که در گذشته برنامه های غنی سازی داشته اند شامل لیبی و آفریقای جنوبی هستند ، اگرچه تاسیسات لیبی هرگز عملیاتی نبود. استرالیا یک فرآیند غنی سازی لیزر موسوم به SILEX ایجاد کرده است ، که قصد دارد آن را از طریق سرمایه گذاری مالی در یک شرکت تجاری آمریکایی توسط جنرال الکتریک دنبال کند. همچنین ادعا شده است که اسرائیل یک برنامه غنی سازی اورانیوم دارد که در سایت مرکز تحقیقات هسته ای Negev نزدیک دیمونا واقع شده است. .

نام کد

در طول پروژه منهتن ، اورانیوم بسیار غنی شده با درجه اسلحه ، آلیاژ نام رمز ، نسخه کوتاه شده از آلیاژ Oak Ridge ، پس از مکان گیاهانی که اورانیوم غنی شده است ، داده شد. اصطلاح آلیاژ هنوز هم گاهی اوقات برای اشاره به اورانیوم غنی شده استفاده می شود.

مسائل مربوط به هزینه

علاوه بر واحدهای کار تفکیکی ارائه شده توسط یک مرکز غنی سازی ، پارامتر مهم دیگری که باید در نظر گرفته شود ، جرم اورانیوم طبیعی (NU) است که برای تولید توده مورد نظر اورانیوم غنی شده مورد نیاز است. همانند تعداد SWU ها ، مقدار مواد خوراکی مورد نیاز نیز به میزان غنی سازی مورد نظر و مقدار 235U که در اورانیوم تخلیه می شود بستگی دارد. با این حال ، بر خلاف تعداد SWU مورد نیاز در طول غنی سازی ، که با کاهش سطح 235U در جریان تخلیه افزایش می یابد ، مقدار NU مورد نیاز با کاهش سطح 235U که در پایان به DU می رسد ، کاهش می یابد.

به عنوان مثال ، در غنی سازی LEU برای استفاده در یک راکتور آب سبک ، معمولاً جریان غنی شده حاوی 3.6٪ 235U (در مقایسه با 0.7٪ در NU) است در حالی که جریان تخلیه حاوی 0.2٪ تا 0.3٪ 235U است. برای تولید یک کیلوگرم از این LEU تقریباً به 8 کیلوگرم NU و 4.5 SWU نیاز است اگر جریان DU مجاز به داشتن 0.3٪ 235U باشد. از طرف دیگر ، اگر جریان تخلیه شده فقط 0.2٪ 235U داشته باشد ، فقط 6.7 کیلوگرم NU ، اما تقریباً 5.7 SWU غنی سازی نیاز دارد. از آنجا که مقدار NU مورد نیاز و تعداد SWU مورد نیاز در طول غنی سازی در جهت مخالف تغییر می کند ، اگر NU ارزان باشد و خدمات غنی سازی گران تر باشد ، اپراتورها معمولاً اجازه می دهند 235U بیشتر در جریان DU باقی بماند در حالی که اگر NU گران تر و غنی سازی کمتر است ، سپس آنها عکس این را انتخاب می کنند.انجام پروژه دانشجویی انجام پروژه انجام پروژه های مهندسی

جداسازی ایزوتوپ الکترومغناطیسی

مقاله اصلی: کالوترون

نمودار شماتیک جداسازی ایزوتوپ اورانیوم در یک کالوترون نشان می دهد که چگونه از یک میدان مغناطیسی قوی برای هدایت جریان یون های اورانیوم به یک هدف استفاده می شود و در نتیجه غلظت بیشتری از اورانیوم 235 (در اینجا با رنگ آبی تیره نشان داده می شود) در حاشیه داخلی جریان انجام پروژه انجام پروژه های دانشجویی انجام پروژه

در فرآیند جداسازی ایزوتوپ الکترومغناطیسی (EMIS) ، اورانیوم فلزی ابتدا بخار می شود ، و سپس یون می شود و به یون های بار مثبت می رسد. سپس کاتیونها شتاب گرفته و متعاقباً توسط میدانهای مغناطیسی به سمت اهداف جمع آوری شده خود منحرف می شوند. طیف سنج جرمی در مقیاس تولید به نام Calutron در طول جنگ جهانی دوم ساخته شد که بخشی از 235U مورد استفاده برای بمب هسته ای Little Boy را که در سال 1945 بر فراز هیروشیما رها شده بود ، تهیه کرد. به طور مناسب اصطلاح "Calutron" برای یک دستگاه چند مرحله ای که در یک بیضی بزرگ در اطراف آهنربا الکتریکی قدرتمند. جداسازی ایزوتوپ الکترومغناطیسی تا حد زیادی به نفع روشهای موثرتر کنار گذاشته شده است.

روشهای شیمیایی

یک فرآیند شیمیایی برای مرحله آزمایشی کارخانه نشان داده شده است اما برای تولید استفاده نمی شود. فرآیند CHEMEX فرانسه با استفاده از فازهای آلی و آلی غیر قابل تجزیه ، تفاوت بسیار کمی در میل دو ایزوتوپ به تغییر ظرفیت اکسیداسیون / کاهش را مورد سو استفاده قرار داد. یک فرآیند تبادل یونی توسط شرکت شیمیایی Asahi در ژاپن ایجاد شد که شیمی مشابهی را اعمال می کند اما جداسازی را روی یک ستون تبادل یونی رزین اختصاصی اعمال می کند.

جداسازی پلاسما

فرآیند جداسازی پلاسما (PSP) تکنیکی را توصیف می کند که از مغناطیس های ابررسانا و فیزیک پلاسما استفاده می کند. در این فرآیند ، از اصل تشدید سیکلوترون یونی برای انرژی انتخابی ایزوتوپ 235U در یک پلاسما حاوی مخلوط یون استفاده می شود. فرانسوی ها نسخه اختصاصی PSP خود را تهیه کردند که آن را RCI نامیدند. بودجه RCI در سال 1986 به شدت کاهش یافت و این برنامه در حدود سال 1990 به حالت تعلیق درآمد ، اگرچه RCI هنوز برای جداسازی پایدار ایزوتوپ استفاده می شود.

جداسازی ایزوتوپ لیزر مولکولی (MLIS)

جداسازی ایزوتوپ لیزر مولکولی از لیزر مادون قرمز استفاده شده به سمت UF6 استفاده می کند ، مولکول های مهیج حاوی یک اتم 235U. لیزر دوم باعث آزاد شدن یک اتم فلوئور می شود و پنتا فلوراید اورانیوم را ترک می کند و سپس از گاز رسوب می کند.

جداسازی ایزوتوپها توسط تحریک لیزر (SILEX)انجام پروژه انجام پروژه های دانشجویی انجام انواع پروژه

جداسازی ایزوتوپ ها توسط تحریک لیزر یک پیشرفت استرالیایی است که از UF6 نیز استفاده می کند. پس از طولانی شدن فرآیند توسعه که شامل شرکت غنی سازی USEC و کسب حقوق تجاری این فناوری توسط شرکت USEC بود ، انرژی هسته ای GE Hitachi (GEH) در سال 2006 با Silex Systems توافق نامه تجاری سازی امضا کرد. GEH از آن زمان حلقه آزمایش نشان داده و برنامه های خود را برای ساخت یک تسهیلات اولیه تجاری. جزئیات فرآیند با توافق نامه های بین دولتی بین ایالات متحده ، استرالیا و نهادهای تجاری طبقه بندی و محدود می شود. پیش بینی شده است که SILEX به منظور کارآیی کارآمدتر از تکنیک های موجود تولید شده است ، اما باز هم ، رقم دقیق طبقه بندی شده است. در آگوست سال 2011 ، Global Laser Enrichment ، یکی از شرکت های تابعه GEH ، به کمیسیون تنظیم مقررات هسته ای ایالات متحده (NRC) درخواست اجازه ساخت یک کارخانه تجاری را داد. در سپتامبر 2012 ، NRC مجوز ساخت GEH را برای ساخت و بهره برداری از یک کارخانه تجاری غنی سازی SILEX صادر کرد ، اگرچه این شرکت هنوز تصمیم نگرفته بود که آیا این پروژه برای شروع ساخت به اندازه کافی سودآور است یا خیر ، و علی رغم نگرانی ها از اینکه این فناوری می تواند به گسترش هسته ای کمک کند .

سایر تکنیک ها

فرآیندهای آیرودینامیکی

نمودار شماتیک نازل آیرودینامیکی. هزاران هزار از این ورقه های کوچک در یک واحد غنی سازی ترکیب می شوند.

فرآیند تولید LIGA مبتنی بر اشعه ایکس در اصل در Forschungszentrum Karlsruhe ، آلمان برای تولید نازل برای غنی سازی ایزوتوپ ساخته شد.

مجری ساختمان مهندس مجری ساختمان مجری ذیصلاح

فرآیندهای غنی سازی آیرودینامیکی شامل تکنیک های نازل جت بکر است که توسط E. W. Becker و همکارانش با استفاده از فرایند LIGA و فرایند جداسازی لوله گرداب ساخته شده است. این فرایندهای جداسازی آیرودینامیکی ، همانطور که سانتریفیوژ گاز انجام می شود ، به انتشار هدایت شده توسط شیب فشار بستگی دارد. به طور کلی این ضرر را دارد که نیاز به سیستم پیچیده آبشار از عناصر جدا کننده جداگانه برای به حداقل رساندن مصرف انرژی است. در واقع ، فرآیندهای آیرودینامیکی را می توان به عنوان سانتریفیوژهای غیر چرخان در نظر گرفت. افزایش نیروهای گریز از مرکز با رقت شدن UF6 با هیدروژن یا هلیوم به عنوان گاز حامل با دستیابی به سرعت جریان بسیار بیشتر برای گاز حاصل از آن است که می توان با استفاده از هگزا فلورید اورانیوم خالص به دست آورد. شرکت غنی سازی اورانیوم در آفریقای جنوبی (UCOR) آبشار مداوم جداسازی گرداب هلیکون را برای نرخ تولید بالا غنی سازی کم و قابل توجهی متفاوت نیمه دسته ای پلساکون با سرعت تولید کم آبشار غنی سازی بالا هر دو با استفاده از یک طراحی جدا کننده لوله گرداب خاص ، و هر دو مستقر کرد. در کارخانه صنعتی تجسم یافته است. یک کارخانه نمایشی توسط NUCLEI ، کنسرسیومی به رهبری Industrias Nucleares do Brasil در برزیل ساخته شد که از فرایند نازل جداسازی استفاده می کرد. با این حال ، تمام روش ها دارای مصرف انرژی بالا و نیازهای قابل توجهی برای حذف گرمای اتلاف هستند. در حال حاضر هیچ یک از آنها هنوز استفاده نمی شود.

روشهای غنی سازی

جداسازی ایزوتوپ دشوار است زیرا دو ایزوتوپ از یک عنصر دارای خواص شیمیایی تقریباً یکسانی هستند و فقط با استفاده از اختلافات جرمی کوچک می توان به تدریج از هم جدا شد. (235U تنها 1.26٪ سبک تر از 238U است.) این مشکل افزایش می یابد زیرا اورانیوم به ندرت در شکل اتمی خود جدا می شود ، اما در عوض به عنوان یک ترکیب (235UF6 فقط 0.852٪ سبک تر از 238UF6 است.) آبشار مراحل مشابه غلظت های متوالی بالاتر تولید می کند از 235U. هر مرحله کمی محصول غلیظتر به مرحله بعدی منتقل می کند و باقیمانده کمی غلیظ کمتر به مرحله قبل برمی گرداند.

در حال حاضر دو روش تجاری عمومی برای غنی سازی در بین المللی به کار رفته است: انتشار گاز (به عنوان نسل اول) و سانتریفیوژ گاز (نسل دوم) که فقط 2٪ تا 2.5٪ به اندازه انتشار گاز (حداقل عامل " 20 "کارآمد تر). برخی از کارها در حال انجام است که می تواند از تشدید هسته ای استفاده کند. با این وجود هیچ شواهد موثقی مبنی بر افزایش مقیاس تولید فرآیندهای تشدید هسته ای وجود ندارد.

تکنیک های انتشار

انتشار گاز

در انتشار گاز از غشای نیمه تراوا برای جداسازی اورانیوم غنی شده استفاده می شود

مقاله اصلی: انتشار گاز

نفوذ گازی فناوری است که برای تولید اورانیوم غنی شده با مجبور کردن هگزا فلورید اورانیوم گازی (هگز) از طریق غشاهای نیمه تراوا استفاده می شود. این امر باعث ایجاد جدایی جزئی بین مولکولهای حاوی 235U و 238U می شود. در طول جنگ سرد ، انتشار گاز به عنوان یک روش غنی سازی اورانیوم نقش اصلی را ایفا می کند و از سال 2008 حدود 33٪ از تولید اورانیوم غنی شده را تشکیل می دهد ، اما در سال 2011 یک فناوری منسوخ تلقی می شود که به طور مداوم توسط نسل های بعدی تکنولوژی جایگزین می شود همانطور که گیاهان انتشار به پایان عمر خود می رسند. در سال 2013 ، تأسیسات Paducah در ایالات متحده متوقف شد ، این آخرین کارخانه انتشار گاز 235U در جهان بود.

مجری اراک ساختمان مهندسی ساز مجری ذیصلاح مجری کده

انتشار حرارتی

انتشار حرارتی از انتقال گرما در مایع یا گاز نازک برای انجام جداسازی ایزوتوپ استفاده می کند. این فرآیند از این واقعیت سوits استفاده می کند که مولکول های گاز سبک تر 235U به سمت یک سطح گرم پخش می شوند و مولکول های گاز 238U سنگین تر به سمت یک سطح سرد پخش می شوند. از کارخانه S-50 در اوک ریج ، تنسی در طول جنگ جهانی دوم برای تهیه مواد خوراکی فرآیند EMIS استفاده شد. به نفع انتشار گاز رها شد.

اورانیوم غنی شده کم (LEU)

غلظت اورانیوم غنی شده کم (LEU) کمتر از 20٪ 235U است. به عنوان مثال ، در LWR تجاری ، رایج ترین راکتورهای قدرت در جهان ، اورانیوم به 3 تا 5٪ 235U غنی شده است. LEU با سنجش بالا (HALEU) از 5-20٪ غنی شده است. [5] LEU تازه ای که در راکتورهای تحقیقاتی استفاده می شود معمولاً 12 تا 19.75٪ 235U غنی شده است ، غلظت دوم برای جایگزینی سوخت های HEU هنگام تبدیل به LEU استفاده می شود.

اورانیوم بسیار غنی شده (HEU)

یک شمع فلز اورانیوم بسیار غنی شده

غلظت اورانیوم بسیار غنی شده (HEU) 20٪ یا بالاتر 235U است. اورانیوم شکاف پذیر در مقدماتی سلاح های هسته ای معمولاً حاوی 85٪ یا بیشتر از 235U است که به عنوان درجه سلاح شناخته می شود ، اگرچه از نظر تئوری برای طراحی انفجار ، حداقل 20٪ می تواند کافی باشد (که قابل استفاده از سلاح است) اگرچه به صدها کیلوگرم نیاز دارد مواد و "برای طراحی عملی نخواهد بود" ؛ حتی غنی سازی کمتری از نظر فرضی امکان پذیر است ، اما با کاهش درصد غنی سازی ، جرم بحرانی برای نوترون های سریع اصلاح نشده به سرعت افزایش می یابد ، به عنوان مثال ، یک جرم بی نهایت 5.5٪ 235U مورد نیاز است. برای آزمایش های حساسیت ، غنی سازی اورانیوم به بیش از 97 انجام شده است.

اولین بمب اورانیوم ، Little Boy ، که توسط ایالات متحده در هیروشیما در سال 1945 پرتاب شد ، از 64 کیلوگرم اورانیوم غنی شده 80٪ استفاده کرد. پیچاندن هسته شکاف پذیر سلاح در یک بازتابنده نوترونی (که در تمام مواد منفجره هسته ای استاندارد است) می تواند جرم بحرانی را به طرز چشمگیری کاهش دهد. از آنجا که هسته توسط یک بازتابنده نوترونی خوب احاطه شده بود ، هنگام انفجار تقریباً 2.5 جرم بحرانی را تشکیل می داد. بازتابنده های نوترونی ، فشرده سازی هسته شکاف پذیر از طریق انفجار ، تقویت همجوشی و "دستکاری" ، که باعث گسترش هسته شکاف پذیر با اینرسی می شود ، اجازه می دهد تا طرح های سلاح هسته ای استفاده شود که کمتر از آنچه که یک جرم بحرانی کره برهنه در تراکم نرمال است استفاده شود. وجود مقدار زیادی از ایزوتوپ 238U باعث مهار واکنش زنجیره ای هسته ای فراری می شود که مسئول قدرت سلاح است. جرم بحرانی برای 85٪ اورانیوم بسیار غنی شده حدود 50 کیلوگرم (110 پوند) است که در تراکم طبیعی کره ای با قطر 17 سانتی متر (6.7 اینچ) خواهد بود.

سلاح های هسته ای بعدی ایالات متحده معمولاً از پلوتونیوم 239 در مرحله اولیه استفاده می کنند ، اما در مرحله دوم ژاکت یا دستکاری که توسط انفجار هسته ای فشرده می شود ، اغلب از HEU با غنی سازی بین 40 تا 80 درصد همراه با سوخت همجوشی لیتیوم دوترید استفاده می شود. برای ثانویه یک سلاح هسته ای بزرگ ، جرم بحرانی بالاتر اورانیوم غنی شده کمتر می تواند یک مزیت باشد زیرا به هسته اجازه می دهد در زمان انفجار مقدار بیشتری سوخت داشته باشد. گفته نمی شود 238U شکاف پذیر است اما هنوز توسط نوترون های سریع (> 2 MeV) مانند آنهایی که در هنگام همجوشی D-T تولید می شوند ، قابل شکافت است.

HEU همچنین در راکتورهای سریع نوترونی ، که هسته آنها به حدود 20٪ یا بیشتر ماده شکاف پذیر نیاز دارد ، و همچنین در راکتورهای دریایی ، که اغلب حاوی حداقل 50٪ 235UU است ، استفاده می شود ، اما به طور معمول از 90٪ فراتر نمی رود. نمونه اولیه راکتور سریع تجاری Fermi-1 از HEU با 26.5 23 235U استفاده کرد. مقادیر قابل توجهی از HEU در تولید ایزوتوپ های پزشکی استفاده می شود ، به عنوان مثال مولیبدن 99 برای ژنراتورهای تکنسیوم 99m

درجات

اورانیوم از آنجا که مستقیماً از زمین گرفته می شود به عنوان سوخت اکثر راکتورهای هسته ای مناسب نیست و برای استفاده از آن به فرایندهای اضافی نیاز دارد. اورانیوم بسته به عمقی که پیدا می شود یا در زیر زمین یا در یک گودال باز استخراج می شود. پس از استخراج سنگ معدن اورانیوم ، باید فرآیند فرزکاری برای استخراج اورانیوم از سنگ معدن طی شود.

این امر با ترکیبی از فرآیندهای شیمیایی حاصل می شود که فرآورده نهایی اکسید اورانیوم غلیظ است که به "کیک زرد" معروف است و تقریباً 60٪ اورانیوم دارد در حالی که سنگ معدن معمولاً کمتر از 1٪ اورانیوم و حداقل 0.1٪ اورانیوم دارد.

بعد از اتمام فرآیند آسیاب ، اورانیوم باید در مرحله بعدی تبدیل شود ، "به دی اکسید اورانیوم ، که می تواند به عنوان سوخت برای انواع راکتورهایی که به اورانیوم غنی نشده نیاز ندارند ، یا به هگزا فلوراید اورانیوم استفاده شود ، که می تواند غنی شده برای تولید سوخت برای اکثر انواع راکتورها ". اورانیوم طبیعی از مخلوط 235U و 238U ساخته شده است. 235U شکاف پذیر است ، به این معنی که به راحتی با نوترون تقسیم می شود در حالی که باقیمانده 238U است ، اما در طبیعت ، بیش از 99٪ سنگ معدن استخراج شده 238U است. اکثر راکتورهای هسته ای به اورانیوم غنی شده نیاز دارند که اورانیوم با غلظت بالاتر 235U بین 3.5 3.5 و 4.5 ging است (اگرچه چند طرح راکتور با استفاده از یک گرافیت یا یک واسطه آب سنگین مانند RBMK و CANDU قادر به کار با اورانیوم طبیعی هستند) به عنوان سوخت) دو فرآیند غنی سازی تجاری وجود دارد: انتشار گاز و سانتریفیوژ گاز. هر دو فرآیند غنی سازی شامل استفاده از هگزا فلوراید اورانیوم و تولید اکسید اورانیوم غنی شده است.

طبل کیک زرد (مخلوطی از رسوبات اورانیوم)

اورانیوم فرآوری شده مجدد (RepU)

مقاله اصلی: اورانیوم بازفرآوری شده

اورانیوم فرآوری شده مجدد (RepU) محصولی از چرخه های سوخت هسته ای است که شامل پردازش مجدد هسته ای سوخت مصرف شده است. RepU بازیابی شده از سوخت مصرف شده راکتور آب سبک (LWR) معمولاً حاوی 235U بیشتر از اورانیوم طبیعی است و بنابراین می تواند برای سوخت راکتورهایی که به طور معمول از اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کنند مانند راکتورهای CANDU استفاده شود. همچنین حاوی ایزوتوپ نامطلوب اورانیوم -236 است که تحت ضبط نوترون ، هدر رفتن نوترون ها (و نیاز به غنی سازی 235U بالاتر) و ایجاد نپتونیم -237 قرار می گیرد ، که یکی از رادیونوکلیدهای متحرک و دردسر ساز در ذخیره سازی عمیق مخازن هسته ای زباله های هسته ای است.

اورانیوم غنی شده

نسبت اورانیوم 238 (آبی) و اورانیوم 235 (قرمز) به طور طبیعی در برابر گریدهای غنی شده یافت می شود

اورانیوم غنی شده نوعی اورانیوم است که در آن درصد ترکیب اورانیوم 235 (نوشته شده 235U) از طریق فرایند جداسازی ایزوتوپ افزایش یافته است. اورانیوم طبیعی که از سه ایزوتوپ عمده تشکیل شده است: اورانیوم 238 (238U با 99.2739-99.2752 درصد فراوانی طبیعی) ، اورانیوم 235 (235U ، 0.7198-0.7202٪) و اورانیوم -234 (234U ، 0.0050-0.0059٪). 235U تنها نوکلید موجود در طبیعت است (به هر میزان قابل ملاحظه ای) که با نوترون های گرمایی شکافته می شود.

اورانیوم غنی شده یکی از م nuclearلفه های مهم برای تولید انرژی هسته ای غیرنظامی و سلاح های هسته ای نظامی است. آژانس بین المللی انرژی اتمی تلاش می کند تا منابع و فرآیندهای غنی شده اورانیوم را در تلاش برای اطمینان از ایمنی تولید انرژی هسته ای و جلوگیری از گسترش سلاح های هسته ای کنترل و کنترل کند.

حدود 2000 تن اورانیوم بسیار غنی شده در جهان وجود دارد که بیشتر برای انرژی هسته ای ، سلاح هسته ای ، پیشرانه نیروی دریایی و مقادیر کمتری برای راکتورهای تحقیقاتی تولید می شود.

238U باقیمانده پس از غنی سازی به عنوان اورانیوم ضعیف شده (DU) شناخته می شود و نسبت به اورانیوم طبیعی نیز بسیار رادیواکتیو است ، اگرچه از نظر فرم دانه بندی هنوز بسیار متراکم و بسیار خطرناک است - این گرانول ها یک محصول جانبی طبیعی از عملکرد برشی هستند که باعث می شود مفید برای سلاح های نفوذ زره پوش. اورانیوم تخلیه شده با وجود رادیواکتیو ملایم ، ماده محافظت کننده در برابر اشعه نیز به شمار می رود.

راکتور هسته ای چگونه کار می کند؟

APS

راکتورهای هسته ای قلب یک نیروگاه هسته ای هستند.

آنها شامل واکنشهای زنجیره ای هسته ای هستند که از طریق یک فرآیند فیزیکی به نام شکافت ، گرما تولید می کنند. از آن گرما برای ایجاد بخار چرخشی توربین برای ایجاد الکتریسیته استفاده می شود.

با داشتن بیش از 440 راکتور تجاری در سراسر جهان ، از جمله 94 راکتور در ایالات متحده ، انرژی هسته ای همچنان یکی از بزرگترین منابع قابل اطمینان برق بدون کربن موجود است.

شکاف هسته ای باعث ایجاد گرما می شود

کار اصلی یک راکتور قرار دادن و کنترل شکافت هسته ای است - فرایندی که در آن اتم ها تقسیم شده و انرژی آزاد می کنند.

شکافت و همجوشی: تفاوت چیست؟

راکتورها برای سوخت هسته ای از اورانیوم استفاده می کنند. اورانیوم به صورت گلوله های سرامیکی کوچک فرآوری شده و در لوله های فلزی مهر و موم شده به نام میله های سوخت قرار می گیرد. به طور معمول بیش از 200 عدد از این میله ها بهم پیوسته و مونتاژ سوخت را تشکیل می دهند. یک هسته راکتور به طور معمول از دو صد مجموعه تشکیل می شود ، بسته به سطح قدرت.

درون مخزن راکتور ، میله های سوخت در آب غوطه ور می شوند که هم به عنوان خنک کننده و هم به عنوان تعدیل کننده عمل می کند. ناظر کمک می کند تا نوترون های تولید شده توسط شکافت برای حفظ واکنش زنجیره ای کاهش یابد.

سپس می توان میله های کنترل را در هسته راکتور قرار داد تا سرعت واکنش را کاهش دهد یا برای افزایش آن خارج شود.

گرمای ایجاد شده در اثر شکافت ، آب را به بخار تبدیل می کند و باعث چرخش توربین برای تولید برق بدون کربن می شود.

انواع راکتورهای آب سبک در ایالات متحده

همه ی راکتور های هسته ای تجاری در ایالات متحده راکتورهای آب سبک هستند. این بدان معنی است که آنها از آب معمولی به عنوان تعدیل کننده خنک کننده و نوترون استفاده می کنند.

در آمریکا دو نوع راکتور آب سبک کار می کنند.

راکتورهای آب تحت فشار

اینفوگرافیک در مورد نحوه عملکرد راکتور آب سبک تحت فشار.

گرافیک توسط سارا هارمن | وزارت انرژی ایالات متحده

بیش از 65٪ از راکتورهای تجاری در ایالات متحده راکتورهای آب تحت فشار یا PWR هستند. این راکتورها تحت فشار زیاد آب را به هسته راکتور پمپ می کنند تا از جوش آمدن آب جلوگیری کنند.

آب هسته با شکافت هسته ای گرم می شود و سپس درون لوله های مبدل حرارتی پمپ می شود. این لوله ها منبع آب جداگانه ای را گرم می کنند تا بخار ایجاد شود. سپس بخار یک ژنراتور الکتریکی را برای تولید برق می چرخاند.

آب هسته دوباره به راکتور می رود تا دوباره گرم شود و فرآیند تکرار می شود.

راکتورهای آب جوش

نمودار اینفوگرافیک در مورد نحوه عملکرد راکتور آب جوش.

گرافیک توسط سارا هارمن | وزارت انرژی ایالات متحده

تقریباً یک سوم راکتورهای فعال در ایالات متحده راکتورهای آب جوش (BWR) هستند.

BWR آب را گرم می کند و مستقیماً درون رگ راکتور تولید بخار می کند. آب از طریق هسته راکتور پمپ می شود و با شکافت گرم می شود. سپس لوله ها بخار را مستقیماً به یک توربین تغذیه می کنند تا برق تولید کند.

بخار استفاده نشده دوباره به آب متراکم شده و مجدداً در فرآیند گرمایش استفاده می شود.