Zənginləşdirilmiş uran

Təbiətdə təbii olaraq aşkarkanan uran-238 (mavi) və zənginləşdirilmiş uran-235-in (qırmızı) nisbəti.

Zənginləşdirilmiş uran və yaxud uranın zənginləşdirilməsi (ing. Enriched uranium) - izotopların ayrılması prosesi ilə uran-235 izotopunun faiz tərkibinin artırıldığı zənginləşdirilmiş uran növü. Təbiətdə yaranan uran üç əsas izotopdan ibarətdir. Bunlar uran-238, uran-235 və uran-234 izotoplarıdır. Yer kürəsində bu üç izotopa rast gəlinsə də, təbii uranın 99 %-dən çoxunu u-238 izotopu təşkil edir. Bu izotop isə nüvə silahı və reaktorlarında istifadə üçün əlverişsiz hesab edilir. Bu məqsədlər üçün u-235 izotopu istifadə edilir. Bunun səbəbi uran-235-in nüvəsinin rahatlıqla parçalanaraq zəncirvari nüvə reaksiyasını başlatmasıdır.

Mədənlərdən çıxarılan və ya təbiətdən əldə edilən və tərkibində u-235 və u-238 izotopu olan mineral kimyəvi reaksiyalardan istifadə edilərək qaz halına çevirilir daha sonra bu qaz yüksək sürətlə dönən slinderin içində hərəkət etdirilir. Nəticədə daha ağır olan u-238 izotopu slinderin divarına, daha yüngül olan u-235 izotopunu mərkəzi nöqtəyə toplanır. Bununla da zənginləşdirilmiş uran əldə edilir.[1]

Zənginləşdirilmiş uran həm mülki nüvə enerjisi istehsalı, həm də hərbi nüvə silahları üçün mühüm komponentdir. Dünyada uranın zənginləşdirilməsi prosesi ilə bır sıra dövlətlər məşğul olmaqdadırlar. ABŞ, Rusiya, İran, Çin, İsrail və bir sıra Qərbi Avropa dövlətləri buna misal olaraq göstərilə bilər. Konkret olaraq dünyadakı zənginləşdirilmiş uran miqdarı dəqiq olaraq məlum deyil. Mütəxəssislərin ehtimallarına görə 2.000 tondan çox zənginləşdirilmiş uran hazır vəziyyətdə mövcuddur.[2]

Nüvə enerjisi, nüvə silahları, hərbiləşdirilmiş dəniz qüvvələri və tədqiqat reaktorları üçün daha kiçik miqdarda zənginləşdirilmiş urandan istehsal olunur. Zənginləşdirmə prosesindən sonra qalan 238U izotopu tükənmiş uran adlanır və çox sıxdır, ancaq təbii urandan xeyli az radioaktivdir. Tükənmiş uran radiasiyadan qoruyucu material kimi və zirehlərə nüfuz edən silahlar üçün istifadə olunur.

Təbiətdən alınan uranın tərkibində uran-238 izotopu (99,3%), uran-235 izotopunun faiz dərəcəsi isə (0,72) faizdir. Uranın təbii süxurunun içərisində uran-235 izotopunun faizlə miqdarının artırılması prosesinə uranın zənginləşdirilməsi deyilir. Yüksək səviyyədə zənginləşmiş uran üçün daha az material ayırma prosesindən keçirilir. Məsələn, uranı 4%-ə qədər zənginləşdirmək üçün 5.000 pilləli kaskad tələb olunursa, uranı 20%-ə qədər zənginləşdirmək üçün yalnız 1.500 pilləli kaskad lazımdır.

Nüvə bombası üçün lazım olan 90% zənginləşmə üçün isə cəmi bir neçə yüz pilləli kaskad kifayətdir. Yəni 5000 pilləli kaskadın hamısı istifadə edildikdə nüvənin zənginləşdirilməsi prosesi daha sürətlə gedir. Nüvə reaktorlarında istifadə olunan uran adətən təxminən 4% civarında zənginləşdirilmiş olur. Lakin nüvə bombalarında istifadə olunması üçün uran elementi 90%-ə qədər zənginləşdirilməlidir.

Dərəcə

[redaktə | mənbəni redaktə et]

Təbiətdən xam maddə kimi əldə edilmiş uran əksər nüvə reaktorları üçün yanacaq kimi uyğun deyil və onun istifadəyə yararlı olması üçün əlavə proseslər tələb olunur. Uran aşkarlandığı dərinlikdən asılı olaraq ya yeraltı, ya da açıq mədəndə hasil edilir. Uran filizi hasil edildikdən sonra filizdən uranı çıxarmaq üçün frezeləmə prosesindən keçməlidir. Sarı keks kimi tanınmış xüsusiyyətin son vəziyyəti konsentratlaşdırılmış uran oksidi ilə kimyəvi proseslərin birləşməsi ilə həyata keçirilir, orijinal filizdə isə adətən 0,1% uran mövcud olur.[3]

Sarı keks nüvə yanacağı istehsalı üçün uyğun olan uranın istənilən formasını əldə etmək üçün daha sonra emal edilir. Üyütmə prosesi başa çatdıqdan sonra uran növbəti dəfə zənginləşdirilmiş uran tələb etməyən reaktorlar üçün yanacaq kimi istifadə edilə bilən uran dioksidə və ya uran heksafloridinə çevrilmə prosesindən keçməlidir. Reaktor növlərinin əksəriyyəti üçün önəmli olan yanacağı istehsal etmək üçün zənginləşdirilmə prosesi aparılmalıdır.[4]

Təbiətdə təbii olaraq formalaşan uran 235U və 238U izotoplarının qarışığından ibarətdir. Yeraltından çıxarılan uran filizlərinin 99%-dən çoxu 238U izotopundan təşkil olunmuşdur. 235U asanlıqla neytronlara parçalana bilmə xüsusiyyətinə malikdir.

Əksər nüvə reaktorları zənginləşdirilmiş uran tələb edir ki, bu da 3,5% ilə 4,5% arasında dəyişən u-235 daha yüksək konsentrasiyalı urandır. Hal-hazırda uranın zənginləşdirilməsi ilə məşğul olan ölkələr bu prosesi qazlı diffuziya və qazın sentrifuqalanması metodlarına əsasən icra etməkdədirlər. Hər iki zənginləşdirmə prosesi uran heksafluoridin istifadəsini özündə ehtifa edir və beləliklə zənginləşdirilmiş uran oksidi yaradır.[5]

Təkrar emal olunmuş uran

[redaktə | mənbəni redaktə et]
Elm ədəbiyyatlarında sarı keks olaraq tanınan zənginləşdirilmiş uran konsentratının tozu. Sarı keks əldə etmək üçün uran filizlərinin növündən asılı olaraq müxtəlif emal və təmizləmə üsulları tətbiq edilməkdədir.

Təkrar emal olunmuş uran əldə etmək üçün istifadə üçün nəzərdə tutulan uran bir sıra kimyəvi və fiziki proseslərdən keçməlidir. Yüngül su reaktorlarında təkrar emal olunmuş uran adətən təbii urandan bir qədər çox u-235 izotopu ehtiva edir. O, həmçinin neytronların tutulmasına məruz qalan, neytronları israf edən və nüvə tullantılarının dərin geoloji anbarlarında daha mobil və problemli radionuklidlərdən biri olan neptunium-237-ni yaradan arzuolunmaz uran-236 izotopunu ehtiva edir. Təkrar emal olunmuş uran tez-tez digər transuran elementlərinin və parçalanma məhsullarının izlərini daşıyır, bu da yanacaq istehsalı və reaktorun istismarı zamanı diqqətli monitorinq və idarəetməni tələb edir.

Az zənginləşdirilmiş uran

[redaktə | mənbəni redaktə et]

Az zənginləşdirilmiş və ya aşağı dərəcədə zənginləşdirilmiş uran 20№%-dən az olmaqla zənginləşdirilmiş u-235 izotopunu özündə ehtiva edir. Dünyada ən çox istifadə edilən güc reaktorlarında u-235 izotopları təxminən 3-5% aralığında az zənginləşdirilmiş uranla fəaliyyət göstərməkdədirlər. Az zənginləşdirilmiş uranın u-235 izotopu 2%-lik konsentrasiya həddinə malikdir.[6]

Yüksək analizli uran

[redaktə | mənbəni redaktə et]

Yüksək analizli uran 5% və ya 20%-lik[7] zənginləşdirmə göstəricisinə sahibdir və əsasən mürəkkəb modul reaktorlarında istifadə edilir. Tədqiqat təyinatlı nüvə reaktorlarında istifadə edilən uranlar adətən yüksək analizli uran formalıdır və 12%-lik göstəricidən başlayır, 19.75%-ə qədər olur.[8]

Yüksək zənginləşdirilmiş uran

[redaktə | mənbəni redaktə et]
Yüksək zənginləşdirilmiş uran metalından hazırlanmış nümunə.

Yüksək zənginləşdirilmiş uran özündə 20% və ya daha yüksək konsentrasiyalı u-235 izotopu ehtiva edən uran formasıdır. Bu tip zənginləşdirilmiş uranlar nüvə silahları və müəyyən ixtisaslaşmış reaktorın fəaliyyəti üçün önəmlidir. Nüvə silahlarında uranın yüksək zənginləşdirilmiş formasından istifadə edilir və həmin silahlarda olan göstərici təxminən 85%-ə yaxındır. Hər hansısa bir nüvə silahını əldə etmək üçün uranın 20%-lik yüksək zənginləşdirilmiş u-235 izotopu yetərli olsa da, adətən bu faiz göstəricisi qat-qat yüksək olur.[9][10] Nüvə silahlarında və bəzi xüsusi reaktorlarda normadan yüksək zənginləşdirilmiş urandan istifadə edilməsinin səbəbi zənginləşdirmə prosesi zamanı nizamlanmamış neytronların sayındakı kütləvi artımla əlaqədardır.

Nüvə reaktorunun işində kritiklik nüvə zəncirvari reaksiyasının öz-özünə davam etdiyi vəziyyəti göstərən ifadədir. Kritiklik üzrə aparılmış sınaqlar zamanı 97%-lik göstərici yüksək halda zənginləşdirilmiş uran əldə edilmişdir.[11]

1945-ci ilin avqust ayında Amerika Birləşmiş Ştatları tərəfindən Yaponiyanın Xirosima şəhərinə atılmış ilk atom bombası Little Boy özündə 80%-lik yüksək zənginləşdirilmiş urandan ibarət idi. Bombanın parçalana bilən nüvəsini neytron reflektoru ilə örtməklə kritik kütləni kəskin şəkildə azaltmaq mümkündür. Nüvə yüksək keyfiyyətli neytron reflektoru ilə əhatə olunduğunda, partlayış zamanı 2,5 kritik kütləyə sahib olur.

Sonrakı ABŞ nüvə silahları adətən ilkin mərhələdə plutonium-239-dan istifadə edir, lakin ilkin nüvə partlayışı ilə sıxılmış gödəkçə və ya müdaxilənin ikinci mərhələsində tez-tez 40% ilə 80% arasında zənginləşdirmə urandan istifadə edilməkdədir.[12] Yüksək zənginləşdirilmiş uran çoxmərhələli nüvə silahlarının səmərəliliyini və effektivliyini artırır, partlayış zamanı enerjinin buraxılmasına daha çox nəzarət etməyə imkan verir.

İstinadlar

[redaktə | mənbəni redaktə et]
  1. ↑ OECD Nuclear Energy Agency. Nuclear Energy Today. OECD Publishing. 2003. səh. 25. ISBN 9789264103283.
  2. ↑ Cochran (Natural Resources Defense Council), Thomas B. "Safeguarding Nuclear Weapon-Usable Materials in Russia" (PDF). Proceedings of international forum on illegal nuclear traffic. 12 June 1997. 22 July 2012 tarixində orijinalından (PDF) arxivləşdirilib.
  3. ↑ Nuclear Fuel Cycle Overview Arxivləşdirilib 2024-04-09 at the Wayback Machine, Uranium milling. World Nuclear Association, update April 2021
  4. ↑ "Radiological Sources of Potential Exposure and/or Contamination". U.S. Army Center for Health Promotion and Preventive Medicine. June 1999. səh. 27. 31 July 2020 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 1 July 2019.
  5. ↑ Olander, Donald R. "The theory of uranium enrichment by the gas centrifuge". Progress in Nuclear Energy. 8 (1). 1981-01-01: 1–33. doi:10.1016/0149-1970(81)90026-3. ISSN 0149-1970.
  6. ↑ Carter, John P.; Borrelli, R.A. "Integral molten salt reactor neutron physics study using Monte Carlo N-particle code". Nuclear Engineering and Design. 365. August 2020: 110718. doi:10.1016/j.nucengdes.2020.110718.
  7. ↑ Herczeg, John W. "High-assay low enriched uranium" (PDF). energy.gov. 28 March 2019. 2022-10-09 tarixində arxivləşdirilib (PDF).
  8. ↑ Glaser, Alexander. About the Enrichment Limit for Research Reactor Conversion : Why 20%? (PDF). The 27th International Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors (RERTR. Princeton University. 6 November 2005. 2022-10-09 tarixində arxivləşdirilib (PDF). İstifadə tarixi: 18 April 2014.
  9. ↑ Forsberg, C. W.; Hopper, C. M.; Richter, J. L.; Vantine, H. C. "Definition of Weapons-Usable Uranium-233" (PDF). ORNL/TM-13517. Oak Ridge National Laboratories. March 1998. 2 November 2013 tarixində orijinalından (PDF) arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 30 October 2013.
  10. ↑ Sublette, Carey. "Nuclear Weapons FAQ, Section 4.1.7.1: Nuclear Design Principles – Highly Enriched Uranium". Nuclear Weapons FAQ. 4 October 1996. İstifadə tarixi: 2 October 2010.
  11. ↑ Mosteller, R.D. "Detailed Reanalysis of a Benchmark Critical Experiment: Water-Reflected Enriched-Uranium Sphere" (PDF). Los Alamos Technical Paper (LA–UR–93–4097). 1994: 2. doi:10.2172/10120434. 2022-10-09 tarixində arxivləşdirilib (PDF). İstifadə tarixi: 19 December 2007. The enrichment of the pin and of one of the hemispheres was 97.67 w/o, while the enrichment of the other hemisphere was 97.68 w/o.
  12. ↑ "Nuclear Weapons FAQ". İstifadə tarixi: 26 January 2013.