טיפים שימושיים

העשרת אורניום

Pin
Send
Share
Send
Send


העשרת אורניום הוא אחד הצעדים העיקריים ביצירת נשק גרעיני. רק סוג מסוים של אורניום עובד בכורים גרעיניים ובפצצות.

הפרדת אורניום מסוג זה ממגוון נרחב יותר דורשת מיומנות הנדסית רבה, למרות העובדה שהטכנולוגיה הנחוצה לכך קיימת כבר עשרות שנים. המשימה היא לא להבין כיצד להפריד אורניום, אלא לבנות ולהפעיל את הציוד הדרוש להשלמת משימה זו.

אטומי אורניום, כמו אטומי יסודות הנמצאים בטבע במגוון, נקראים איזוטופים. (לכל איזוטופ יש מספר שונה של נויטרונים בגרעין שלו.) אורניום -235, איזוטופ המהווה פחות מאחוז מכל האורניום הטבעי, מספק דלק לכורים גרעיניים ופצצות גרעין, ואילו אורניום -238, איזוטופ שמרכיב 99 אחוזים. אורניום טבעי, אין לו שימוש גרעיני.

תואר העשרת אורניום

תגובת שרשרת גרעינית מרמזת שלפחות נויטרון אחד מריקבון אטום אורניום יילכד על ידי אטום אחר ובהתאם לכך יגרום לריקבונו. בקירוב ראשון המשמעות היא שעל הנייטרון "למעוד" על אטום 235 U לפני שהוא עוזב את הכור. המשמעות היא שעיצוב האורניום צריך להיות קומפקטי מספיק כך שההסתברות למצוא את האטום האורניום הבא לנויטרון תהיה גבוהה מספיק. אך כאשר פועל הכור 235 U, הוא שורף בהדרגה, מה שמקטין את הסיכוי שיימצא נויטרון ב אטום 235 U, מה שמאלץ אותם להניח מרווח מסוים של הסתברות זו בכורים. בהתאם לכך, החלק הנמוך של 235 U בדלק גרעיני מחייב:

  • נפח כור גדול יותר כך שהנויטרון נמצא בתוכו יותר
  • חלק גדול יותר מנפח הכור צריך להיות תפוס על ידי דלק על מנת להגדיל את הסבירות להתנגשות של נויטרון ואטום אורניום,
  • לעיתים קרובות יותר נדרש לטעון מחדש דלק לרעננים על מנת לשמור על צפיפות בתפזורת נתונה של 235 U בכור,
  • שיעור גבוה של 235 U בעל ערך דלק מבוזבז.

בתהליך שיפור הטכנולוגיה הגרעינית, נמצאו פתרונות מיטביים מבחינה כלכלית וטכנולוגית הדורשים עלייה בתכולת 235 U בדלק, כלומר העשרת אורניום.

בנשק גרעיני, משימת ההעשרה כמעט זהה: היא נדרשת שבתוך זמן קצר ביותר של פיצוץ גרעיני, המספר המרבי של 235 אטומי U מוצא את הנויטרון שלהם, הריקבון ומשחרר אנרגיה. לשם כך נדרשת צפיפות בתפזורת המרבית האפשרית של אטומים 235 U, דבר שניתן להשיג בעזרת העשרה סופית.

תואר העשרת אורניום [עריכה |

המפתח להפרדה

המפתח להפרדתם הוא שהאטומים של אורניום -2335 שוקלים מעט פחות מאטומי האורניום -238.

על מנת להפריד את הכמות הזעירה של אורניום -235 הקיימת בכל מדגם טבעי של עפרות אורניום, מהנדסים תחילה את האורניום לגז באמצעות תגובה כימית.

לאחר מכן מכניסים את הגז לצינור צנטריפוגה בצורה גלילית בגודל של אדם או יותר. כל צינור מסתובב על צירו במהירויות גבוהות להפליא, מושך מולקולות גז אורניום -238 כבדות יותר למרכז הצינור ומשאיר מולקולות גז קלות יותר אורניום -235 קרוב יותר לקצוות הצינור, שם ניתן לשאוב אותן.

בכל פעם שהסיבוב מסתובב בגז בצנטריפוגה מוציאים מהתערובת רק כמות קטנה של גז אורניום -238, כך שהצינורות משמשים בסדרות. כל צנטריפוגה שולף מעט אורניום -238 ואז מעביר את תערובת הגז המטוהר מעט לצינור הבא וכו '.

המרת גז אורניום

לאחר ההפרדה של אורניום-גזי 235 בשלבים רבים של צנטריפוגות, המהנדסים משתמשים בתגובה כימית שונה כדי להמיר גז אורניום בחזרה למתכת מוצקה. בהמשך ניתן ליצור מתכת זו לשימוש בכורים או בפצצות.

מכיוון שכל שלב מנקה רק את התערובת של גז אורניום בכמות קטנה, מדינות יכולות להרשות לעצמן רק להפעיל צנטריפוגות המיועדות לרמת היעילות הגבוהה ביותר. אחרת, ייצור של אפילו כמות קטנה של אורניום טהור -235 הופך ליקר ביותר.

והתכנון והייצור של צינורות הצנטריפוגה הללו דורשים רמת השקעה וידע טכניים מסוימים מעבר להישג ידם של מדינות רבות. צינורות דורשים סוגים מיוחדים של פלדה או תערובות שעומדים בלחץ משמעותי במהלך סיבוב, חייבים להיות גליליים לחלוטין ועשויים על ידי מכונות ייעודיות שקשה לבנות.

להלן דוגמא לפצצה שארצות הברית הטילה על הירושימה. על מנת לייצר פצצה דרוש 62 ק"ג אורניום -235, על פי "בניית פצצה אטומית" (סיימון ושוסטר, 1995).

ההפרדה של 62 ק"ג אלה מכמעט 4 טונות של עפרות אורניום התרחשה בבניין הגדול בעולם והשתמשה ב -10 אחוז מהחשמל במדינה. "דרשו 20,000 איש כדי לבנות את המתקן, 12,000 איש הפעילו את המתקן ובשנת 1944 הצטיידו בו יותר מ- 500 מיליון דולר." זה בערך 7.2 מיליארד דולר בשנת 2018.

מדוע אורניום מועשר כל כך נורא?

פלוטוניום אורניום או נשק מסוכן בצורתו הטהורה מסיבה אחת פשוטה: מתוכם, עם בסיס טכני מסוים, ניתן ליצור מכשיר גרעיני נפץ.

באיור נראה ייצוג סכמטי של ראש נפץ גרעיני פשוט. כרטיסים 1 ו -2 של דלק גרעיני נמצאים בתוך הקליפה. כל אחד מהם הוא אחד מחלקי הכדור כולו ומשקלו מעט פחות מהמסה הקריטית של מתכת הנשק ששימשה בפצצה.

כאשר מטען הפיצוץ של TNT מתפוצץ, מטילי האורניום 1 ו -2 משולבים לאחד, המסה הכוללת שלהם בוודאי עולה על המסה הקריטית עבור חומר זה, מה שמוביל לתגובת שרשרת גרעינית, וכתוצאה מכך, לפיצוץ אטומי.

נראה שזה שום דבר מסובך, אבל במציאות זה כמובן לא כך. אחרת, תהיה סדר בסדר גודל גדול יותר של מדינות עם נשק גרעיני על פני כדור הארץ. יתרה מזאת, הסיכון של טכנולוגיות מסוכנות כאלה ליפול בידי קבוצות טרור מספיק חזקות ומפותחות יגדל מאוד.

החוכמה היא שרק כוחות עשירים מאוד עם תשתית מדעית מפותחת מסוגלים להעשיר אורניום, אפילו עם ההתפתחות הטכנולוגית הנוכחית. קשה עוד יותר, שבלעדיה המכשיר האטומי לא יעבוד, הפרד בין איזוטופים אורניום 235 ו- 238.

מכרות אורניום: אמת ובדיה

בברית המועצות, ברמה הפיליסטית, הייתה השערה לפיה פושעים שנדונו עובדים במכרות אורניום ובכך חשפו את אשמתם בפני המפלגה והעם הסובייטי. זה כמובן לא נכון.

כריית אורניום היא ענף כריית היי-טק, ולא סביר שמישהו היה מודה שעבד עם ציוד מתוחכם ויקר מאוד והורג רוצחים עם שודדים. יתרה מזאת, השמועות כי כורי אורניום לבושים בהכרח מסכת גז ותחתוני עופרת הם גם לא יותר ממיתוס.

האורניום ממוקש במוקשים לעיתים בעומק של עד קילומטר. השמורות הגדולות ביותר של אלמנט זה נמצאות בקנדה, רוסיה, קזחסטן ואוסטרליה. ברוסיה טונה של עפרות מייצרת בממוצע בערך קילוגרם וחצי אורניום. זה בשום אופן לא המדד הגדול ביותר. בכמה מוקשים אירופאים מספר זה מגיע ל 22 ק"ג לטון.

רקע הקרינה במכרה זהה לגבול הסטרטוספרה, שם טלאים מטוסי נוסעים אזרחיים.

עפרות אורניום

העשרת האורניום מתחילה מיד לאחר הכרייה, ישירות ליד המכרה. בנוסף למתכת, כמו כל עפרות אחרות, אורניום מכיל סלע פסולת. שלב ההעשרה הראשוני מסתכם במיון אבני המרצפה שהועלו מהמכרה: אלה העשירים באורניום ועניים. פשוטו כמשמעו, כל יצירה נשקלת, נמדדת על ידי מכונות, ובהתאם לתכונות, נשלחת לזרם מסוים.

ואז טחנה נכנסת לתמונה, וטוחנת את העפרות העשירה באורניום לאבקה דקה. עם זאת, זה לא אורניום, אלא רק תחמוצתו. השגת מתכת טהורה היא השרשרת המסובכת ביותר של תגובות כימיות וטרנספורמציות.

עם זאת, זה לא מספיק רק כדי לבודד מתכת טהורה מהתרכובות הכימיות המתחילות. מכלל האורניום הכלול בטבע, 99% תפוסים על ידי האיזוטופ 238, והמקבילה ה 235 שלו היא פחות מאחוז אחד. הפרדתם היא משימה קשה מאוד, שלא כל מדינה יכולה לפתור אותה.

שיטת העשרת דיפוזיה בגז

זוהי השיטה הראשונה בה מועשר האורניום. משתמשים בו עדיין בארצות הברית ובצרפת. בהתבסס על ההבדל בצפיפות של איזוטופים 235 ו- 238. גז אורניום המשתחרר מהתחמוצת מוזרם בלחץ גבוה לתא המופרד על ידי קרום. האטומים 235 של האיזוטופ קלים יותר, לכן, מחלק החום המתקבל הם נעים מהר יותר מאטומי האורניום "האיטיים" 238, בהתאמה, לעתים קרובות יותר ובעוצמה רבה יותר מכים נגד הממברנה. על פי חוקי תורת ההסתברות, יש סיכוי גבוה יותר שהם יכנסו לאחד המיקרופורים ויהיו בצד השני של ממברנה זו.

היעילות של שיטה זו היא קטנה מכיוון שההבדל בין האיזוטופים הוא מאוד מאוד קטן. אך כיצד להפוך אורניום מועשר מתאים לשימוש? התשובה היא ליישם שיטה זו פעמים רבות. על מנת להשיג אורניום המתאים לייצור דלק מכור בתחנת כוח, מערכת הטיפול בפיזור הגז חוזרת על עצמה כמה מאות פעמים.

ביקורות מומחים על שיטה זו מעורבות. מצד אחד, שיטת ההפרדה בין דיפוזיה לגז היא הראשונה לספק לארצות הברית אורניום באיכות גבוהה, מה שהופך אותם למובילים באופן זמני בתחום הצבאי. מצד שני, ההפצה בגז נחשבת לייצר פחות פסולת. הדבר היחיד שנכשל במקרה זה הוא המחיר הגבוה של המוצר הסופי.

שיטת צנטריפוגה

זו התפתחותם של מהנדסים סובייטים. נכון לעכשיו, בנוסף לרוסיה, יש מספר מדינות בהן האורניום מועשר בשיטה שהתגלתה בברית המועצות. אלה הן ברזיל, בריטניה, גרמניה, יפן וכמה מדינות אחרות. השיטה דומה לטכנולוגיית דיפוזיה של גז בכך שהיא משתמשת בהבדל המוני של איזוטופים 235 ו- 238.

גז האורניום מסתובב בצנטריפוגה ל -1,500 סל"ד. בשל צפיפויות שונות, האיזוטופים מושפעים מכוחות צנטריפוגלים בגדלים שונים. אורניום 238, כבד יותר, מצטבר בסמוך לקירות הצנטריפוגה, ואילו האיזוטופ 235 מתכנס קרוב יותר למרכז. תערובת הגז נשאבת לראש הצילינדר. לאחר שעברו את הדרך לתחתית הצנטריפוגה, לאיזוטופים יש זמן להיפרד חלקית ונבחרים בנפרד.

למרות העובדה שהשיטה גם לא מספקת הפרדה של 100% איזוטופים של 100%, וכדי להשיג את מידת ההעשרה הדרושה יש להשתמש בה שוב ושוב, היא יעילה כלכלית בהרבה מפיזור הגזים. לפיכך, אורניום מועשר ברוסיה בטכנולוגיית צנטריפוגה זול פי 3 מזה שמתקבל על קרומים אמריקאים.

יישום אורניום מועשר

מדוע כל הסרט האדום המסובך והיקר הזה עם טיהור, הפרדת מתכות מתחמוצות, הפרדת איזוטופים? מכונת כביסה אחת של אורניום 235 מועשר, מאלו המשמשים באנרגיה גרעינית (מ"גלולות "כאלה הם מוטות מורכבים - מוטות דלק), שמשקלם 7 גרם מחליף כשלושה חביות בנפח 200 ליטר או בערך טון פחם.

אורניום מועשר ומדולדל משמשים באופן שונה בהתאם לטוהר ויחסם של איזוטופים 235 ו- 238.

איזוטופ 235 הוא דלק עתיר אנרגיה. אורניום מועשר נחשב כאשר התוכן של 235 איזוטופים הוא יותר מ 20%. זה הבסיס לנשק גרעיני.

חומרי גלם רוויים אנרגיים מועשרים משמשים גם כדלק לכורים גרעיניים בצוללות ובחלליות בגלל המסה והגודל המוגבלים.

אורניום מורוקן, המכיל בעיקר 238 איזוטופים, הוא דלק לכורים גרעיניים נייחים אזרחיים. כורים אורניום טבעיים נחשבים פחות נפיצים.

אגב, על פי חישוביהם של כלכלנים רוסים, תוך שמירה על קצב הייצור הנוכחי של 92 אלמנטים מהטבלה המחזורית, עתודותיה במכרות שנחקרו ברחבי העולם כבר יאזלו עד 2030. זו הסיבה שמדענים מצפים למיזוג כמקור לאנרגיה זולה ובמחיר סביר בעתיד.

Pin
Send
Share
Send
Send