غنی سازی اورانیم یعنی چه؟ چگونه اورانیم تبدیل می شود؟
در این مقاله با غنی سازی اورانیم و تبدیل آن به انرژی به همراه نیکل بسیار مفید در این زمینه به زبان ساده آشنا می شوید.ضمن اینکه از این به بیان کلام جذاب یک عکس زیبابینی در متن نوشتارب به شمار می شود.
استفاده اصلی از انرژی هسته ای تقلید انرژی الکتریسیته است. این راهی ساده و کارآمد برای جوشاندن آب و ایجاد بخار برای راه اندازی دوربین های مواد است بدن راکتورهای موجود در نیروگاههای هسته ای این نیروگاه ها شبیه دیگر نیروگاه ها زغال سنگی و سوختی می شود.انرژی هسته ای بهترین کاربرد برای تولید مقیاس متوسط یا از انرژی الکترییکی به طور مداوم است سوخت این گونه ایستگاه ها را اورانیم تشکیل می دهد.
چرخه سوخت هسته ای تعدادی عملیات صنعتی است که تولید الکتریسته را با اورانیوم درراکتورهای هسته ای ممکن می کند اورانیوم عصری نسبتا معمولی وعادی است که در تمام دنیایافت می شود. این جنس به صورت معدنی در بعضی از کشورها موجود دارد که حتما باید قبل از مصرف به صوت روخت در راکتورهای هسته ای فرگری شود.
الکتریسته با استفاده از گرمای تولید شده در راکتورهای هسته ای و با ایجاد بخار برای به کار انداختن توربین هایی که مواد متصل ارز تولید می شود. سوختی که از راکتور خارج شده بعد از این که به پایان عمر مفید خود رسید میتواند به عنوان سوختی جدید استفاده شود.
فعالیت های مختلفی که با تولید الکتریسته از واکنش های هسته ای هم راهند مرتبط به چرخه سوخت هسته ای هستند چرخه سوختی انرژی هسته ای با اورانیوم آغاز می شود و با انهدام پسمانده های هسته ای پایان می یابد. دوبار عمل آوری سوخت های خرج شده به مرحله ای چرخه سوخت هسته ای شکلی صحیح می دهد.
اورانیوم
اورانیوم فلزی رادیواکتیو و پرتور است که در سراسر پوسته سخت زمین موجوداست. این فلز حدودا 500 بار از طلا فراوان تر و به اندازه قوطی حلبی معمولی وعادی است. اورانیوم اکنون به اندازه ای در صخره ها وخاک و زمین وجود دارد که در آب رودخانه ها و دریاها واقیانوس ها موجود است. برای مثال این فلزپا غلظتی در حدود4 قسمت در هر میلیون (ppm4) که گرانیت وجوددارد که ما درصد از کره زمین را عالم می شود رکوردها با غلظتی باید بر 400 ppm و در ته مانده زغال سنگ با غلظتی بیش از 100ppm موجود است. اکثر رادیوالکتریسته مربوط به اورانیوم در طبیعت در حقیقت ناشی از معدن های دیگری است که با عملیات رادیواکتیو به وجود آمده اند و در هنگام استخراج از معدن و آسیاب کردن به جا مانده اند.
چند منطقه در سراسر دنیا وجوددارد که غلظت اورانیوم موجود در آن ها به قدر کافی است که آن برای استفادها ز نظر اقتصادی به صرفه وامکان پذیر است این مواد غلیظ سنگ معدن یا کاله نامیده میشود.
استخراج اورانیوم
هر دو نوع حفاری و تکنیک های موهبتی برای کشف کردن اورانیوم به کار می روند، حفاری ممکن است به صورت زیر زمینی یا چاله های باز وروی زمین انجام شود.
موکل، حفاری های روزمینی در جاهایی استفاده شود که ذخیره معدنی نزدیک به سطح زمین و حفاری های زیرزمینی برای ذخیره های معدنی عمیق تر به کار میرود. به طرو برای حفاری روزمینی بیش از 120 متر عمق، نیاز به گودال های بزرگ بر سطح زمین است اندازه گودال باید بزرگتر از اندازه ذخیره معدنی باشد تا زمانی که دیواره های گودال محکم شوند تا مانع روش آنها شود. در نتیجه تعداد موادی که باید بیرون از معدن انتقال داده شود تا به کانه دسترسی پیدا کند زیاد است.
حفاری های زیرزمینی دارای خرابی واخلال های کمتری در سطح زمین هستند وتعداد موادی که باید برای دسترسی به سنگ معدن یا کانه بدبین و از معدن انتقال داده شوند به طور قابل ملاحظه ای کمتر از حفاری نوع روزمینی است.
مقداری زیادی اورانیوم جهانی از (ISL) می آید. جایی که آب های اکسیژنه زیر زمینی در معدن های کانه ای پرسنتز به گردش می افتد تا اورانیوم موجود در معدن رادر خود حل کننده آن را به سطح زمین آورند. (ISL) شاید با اسید رقیق یابا محلول های قلیایی همراه باشد تا اورانیوم را محلول نگهدارد. سپس اورانیوم در کارخانه ای آسیاب سازی اورانیوم، از محلول خود جدا می شود.
درنتیجه انتخاب روش حفاری برای ته نشین کردن اورانیوم بستگی به جنس دیواره معدن کان دسنگ، امنیت وملاحظات اقتصادی دارد.
در غالب معدن های زیرزمینی اورانیوم، پیشگیری مخصوصی که شامل افزایش تهویه ها میشود، لازم است تا از پرتو افشانی جلوگیری شود.
آسیاب کردن اورانیوم
محل آسیاب کردن معمولا به معدن استخراج اورانیوم م نزدیک است. بیشتر امکانات استخراجی شامل یک آسیاب می شود.
هر چه جایی که معدن ها قرا ردارند به هم نزدیک تر باشند یک آسیاب میتواند عمل آسیاب سازی چندمعدنی را انجام دهد. عمل آسیاب سازی اکسید اورانیوم غلیظی تولید می کرد که از آسیاب حمل می شود. گاهی اوقات به این اکسیدها کیک زرد میگویند که شامل 80درصد اورانیوم میب اشد. سنگ معدن اصل شاید دارای چیزی در حدود 1/0 درصد اورانیوم باشد.
اسیاب اورانیوم باعمل سنگ شویی از سنگ های معدنی خرد شده جداری شود که با اسید قوی و یا با محلول قلیایی قوی حل می شود و به صورت محلول در می آید. سپس اورانیوم با ته نشین کرد و از محلول جدا می شود و بعد از خشک کمی ومعمولا حرارت دادن به صورت اشباع شده وغلیظ در استوانه ای 200 لیتری بسته بندی می شود.
باقیمانده سنگ معدن که بیشتر شامل مواد پرتوزا وسنگ معدن می شود در محلی معین به دور از محیط معدن در امکانات مهندسی نگه داری می شود.(معمولا در گودال هایی روی زمین)
پس مانده های دارای مواد رادیواکتیو عمری طولانی دارند وغلظت آن ها کم خاصیتی سمی دارند. هر چند مقدار کلی عناصر پرتوزا کمتر از سنگ معدن اصلی است ضمیمه عمر آنها کوتاه خواهد بود این مواد باید از محیط زیست دور بماند.
تبدیل وتغییر
محلول آسیباب شده اورانیوم مستقیما قابل استفاده به عنوان سوخت در راکتورهای هسته ای نیست. پردازش اضافی به غنی سازی اورانیوم ول است که برای تمام راکتورها لازم است این عمل اورانیوم را به نوع گازی تبدیل می کند وراه بدست آوردن آن تبدیل کردنه به هگزا فلورید که در دمای نسبتا پایین گاز است. در وسیله ای تبدیل کن اورانیوم به اورانیوم دی اکسید تبدیل می شود که در راکتورهایی که نیاز به اورانیوم غنی شده ندارد استفاده میشود.
بیشتر آن ها بعد از ان که به هگزا فلورید تبدیل شد برای غنی سازی در کارخانه آماده هستند ودر کانتینرهایی که از جنس فلز مقاوم ومحکم است حمل میشود. خطر اصلی این طبقه از چرخه سوختی هیدروژن فلورید است.
چگونه اورانیوم به انرژی تبدیل می شود؟
غنی سازی:
اورانیوم طبیعی اصولا شالم مخلوطی از دو ایزوتوپ (نوع اتمی) اورانیوم است. تنها 7/0 درصد از اورانیوم طبیعی شکاف پذیر و یا دارای قابلیت شکاف پذیری است که با شکافته شدن ریال در راکتورهای هسته ای انرژی تولید می کنند. ایزوتوپ اورانیوم شکاف پذیر اورانیوم نوع 235 است وپس مانده آن اورانیوم 238 است.
در بیشتر انواع راکتورهای معمولی هسته ای به اورانیوم 235 نیاز دارند. عملیات غنی سازی، غلظت اورانیوم را بیشتر می کند.
عموما بین 5/3تا 5 درصد اورانیوم 235 با بیرون آوردن 8درصد از اورانیوم 238.این عمل با جداسازی گازی هگزا فلورید اورانیوم و دد وجریان انجام می گیرد.یکی به اندازه لازم غنی سازی می شود و اورانیوم غنی شده ضعیف نامیده می شود و دیگری به اورانیوم 235 منتهی می شود که به پس مانده معروف است.
در عملیات غنی سازی در مقیاس های بزرگ تجاری وجود دارد که هر کدام هگزا فلورید اورانیوم را به عنوان منبع استفاده می کنند.
نفوذ گازی و تفکیک گازی وهر دوی آنان از خواص فیزیکی مولکولی استفاده می کنند. مخصوصا با 10 درصد اختلاف جرم، برای جداسازی ایزوتوپ ها محصول این مرحله از چرخه سوختی هسته ای، اورانیوم هگزافلورید غنی شده است که برای تولید اورانیوم اکسید غنی شده تغییر حال مجدد می یابد.
تولید وساخت سوخت
سوخت راکتور غالبا به شکل گلوله ای سرامیکی است. این گلوله ها از اورانیوم اکسید که در دمایی بسیار بالا( بیش از 1400 درجه سانتی گراد) پخته شده است شکل می گیرد. سپس گلوله ها در لوله های فلزی از میله سوختی پوشانده می شوند که در مجتمع های سوختی برای استفاده در راکتورها آماده هستند دیماستیون گلوله های سوختی واجرای دیگر مجتمع سوختی به دقت کنترل می شوند تا از پایداری ودارا بودن آنان از خصوصیات دسته های سوختی اطمینان حاصل می شود.
در تاسیسات تولید ساخت درجه زیادی به شکل مخزن های عملیاتی شود تا از اتفاقات خطرناکی جلوگیری شود. با سوخت غنی شده ضعیف امکان اتفاق افتادن این حوادث بعید به نر می رسد. اما در تاسیسات هسته ای بررسی سوخت های مخصوصی برای تحقیقات راکتورها عملی حیاتی است.
تولید نیرو
درون یک راکتور هسته ای اتم های اورانیوم 235 شکافته میشود و در جریان عملیات پردازش انرژی آزاد می کنند. این انرژی اغلب برای حرارت دادن آب و تبدیل کردن آن به بخار استفاده میشود.
بخار توربینی که به ژنراتور متصل است به حرکت می اندازد و باعث تولید الکتریسیته می شود. شکافتن اورانیوم به عنوان منبع حرارت در راکتورها استفاده می شود.
پس مانده ها
پس مانده های حاصل از چرخه سوختی هسته ای در رده های :شدید، متوسط و کم دسته بندی می شوند و این تقسیم بندی براساس تشعشعات رادیواکتیوی که از خود ساطع کننده است.
کیک زرد
ترکیب بر معیار اورانیومی که قابل عرضه به بازارباشد را کیک زرد می گویند. این مادهاز اجزای مهم تشکیل دهنده چرخه سوخت هسته ای است.کیک زرد در واقع اکسید اورانیوم آسیاب شده است که برای شیمی دانان با فرمول U3O18 شناخته می شود.
کیک زرد اولین قدم به سوی اورانیوم غنی شده است. هر چند راه زیادی تا تبدیل شدن به یک سلاح هسته ای در پیش رو دارد. این پودر قبل از اینکه غنی شود باید به گاز هگزا اورانیوم تبدیل شود. پروسه ای که نوعی اورانیوم مورد استفاده در نیروگاه های هسته بمب اتمی ایجاد می کند.
تهیه کیک زرد به این مورت است که سنگ معدن اورانیوم استخراج شده و آسیاب و آن را به صورت پودر در می آورد.
سپس به این پودر، اسید سولفوریک اضافه می کنند، پس از آن طی فرآیند شیمیایی خاصی،اکسید اورانیوم موجود در پودر اورانیوم با اسید سولفوریک ترکیب می شود و تبدیل به سولفات اورانیوم میشود. به این سولفات اورانیل حلال مخصوصی اضافه می کنند تا سرانجام آن را به ماده ای جاد به هم پیوسته به نام کیک زرد تبدیل شود. این محصول نهایی یک پورد خشن اکسید شده است که گاهی اوقات رنگ زردی دارد اما به رنگ های قرمز وخاکستری نیز دیده می شود که رنگ آن به نوعی ومقدار ناخالص های آن بستگی دارد.
کیک زرد شامل 70 درصد اورانیوم بوده ودارای خواص پرتو زایی( رادیواکتیو) است. این ماده از نظر شیمیایی به مولکول اورانیوم وهشت مولکول اکسیژن درست شده است. از این کیک زرد برای تولید گاز هگزا فلوراید استفاده می کند
راکتورهای هسته ای
راکتورها دارای کاربرد های کاملا دو گانه هستند. در مصارف صلح آمینی با بهره گریی از حرارت تولیدی در شکاف هسته ای کار می کنند. این حرارت جهت گرم کردن آب تبدیل آن به بخار استفاده از بخار برای حرکت توربین بهره گرفته می شود. هم چنین اگر قصد ساخت پلوتونیومی در کار باشد نیز اورانیوم غنی شده را به راکتورهای هسته ای منتقل می کنند. در نوع خاصی از راکتورهای هسته از اورانیوم غنی شده به شکل قرض های به اندازه یک سکه وارتفاع یک اینچ بهره می گیرند. این قرص ها به صورت کپسول های میله ای شکل صورت نیروی شده و درون یک محفظه عایق تحت فشار قرارداده می شود.
اورانیوم تهی شده
اورانیوم عنصری است با جرم اتمی 238 و عدد اتمی 92 او چگالی آن بسیار بال می باشد اولین بار در سال 1841 میلادی این عنصر به صورت فلزی سنگین ونقره ای رنگ به دست آمد.پوسته زمین به طور متوسط حاوی 3 اورانیوم است و میزان آن در آب دریا حدود 13 است.
این عنصر دارای 3 ایزوتوپ پرتو زا است که مهمترین آن 238 با درصد فراوانی 28/99 است. درصد فراوانی 0/23571 و 234 دارای درصد فراوانی بسیار ناچیز است.اورانیوم عنصر ساطح کننده ذرات آلفا و پرتوهای گاما می باشد ونیمه عمر آن یعین مدت زمانی که پرتوزایی آن به میزان نصف اولیه کاهش می یابد بسیار بالا است.
اورانیوم غنی شده به عنوان سوخت هسته ای کاربرد فروانی در نیروگاه های اتمی دارد واورانیوم تهی شده که معمولا از فرآیند غنی سازی اورانیوم به عنوان سیمان هسته ای به دست می آید اورانیومی است که درصد اورانیوم 235 آن تا حدود 2/0 کاهش یافته است در مقایسه با میزان 7/0 درصد اورانیومی 235 در اورانیومی طبیعی که می تواند به صورت فلز و یا اکسید اورانیوم U3O8 یا UO2 می باشد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 28 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله غنی سازی اورانیم و تبدیل ان به انرژی همراه با نیکل
