Как скрафтить обогащенный уран
Как сделать уран в майнкрафт?
Для того, чтобы получить уран в майнкрафт, нужно сначала установить специальный мод - Industrial Craft2.
Сам уран добывают из урановой руды, которая имеет следующий вид.
Урановая руда - достаточно редкий блок. Генерируется он по несколько блоков, максимум - четыре.
Чтобы добыть уран, нужна минимум железная кирка. Выглядит он вот так.
Данный уран можно обогатить. Для этого используется компрессор.
Обогащенный уран можно получить и из урановой руды, также в компрессоре.
Обогащенный уран используется для крафта различных предметов. Из него можно скрафтить урановый блок. В свою очередь, из уранового блока можно получить обогащенный уран.
Как обогащается уран? | Живая наука
Эта история была обновлена 5 сентября в 18:20 по московскому времени. ПО ВОСТОЧНОМУ ВРЕМЕНИ.
Теперь, когда президент Дональд Трамп вытащил Соединенные Штаты из ядерной сделки с Ираном, люди во всем мире задаются вопросом, вложит ли ближневосточная страна свои силы в создание ядерного оружия.
Но если руководство Ирана все же решит создать атомную бомбу, как исследователи смогут получить достаточно урана, ключевого ингредиента?
Обогащение урана - один из ключевых шагов в создании ядерного оружия.Только определенный вид урана работает в ядерных реакторах и бомбах. Отделение этого типа урана от более распространенного требует большого инженерного мастерства, несмотря на то, что технология, необходимая для этого, существует уже несколько десятилетий. Проблема заключается не в том, чтобы выяснить, как отделить уран, а в создании и эксплуатации оборудования, необходимого для этой задачи. [Судный день: 9 реальных способов, которыми может закончиться Земля]
Атомы урана, как и атомы всех элементов, встречаются в природе в виде разновидностей, называемых изотопами.(Каждый изотоп имеет разное количество нейтронов в своем ядре.) Уран-235, изотоп, составляющий менее 1 процента от всего природного урана, является топливом для ядерных реакторов и ядерных бомб, а уран-238 - изотоп. который составляет 99 процентов природного урана, не имеет ядерного применения, сказал Рассел Нитерт, заместитель директора лаборатории ядерной науки и техники Аргоннской национальной лаборатории в Аргонне, штат Иллинойс.
Ключ к их разделению заключается в том, что атомы урана-235 весят немного меньше, чем атомы урана-238.
Чтобы отделить крошечное количество урана-235, которое присутствует в каждом природном образце урановой руды, инженеры сначала используют химическую реакцию, чтобы превратить уран в газ, сказал Джефф Биндер, менеджер программы по производству изотопов в Национальной лаборатории Ок-Ридж. в Ок-Ридже, штат Теннесси.
Затем газ помещается в центрифужные пробирки - цилиндрические пробирки размером с человека или больше. Каждая трубка вращается вокруг своей оси с невероятно высокой скоростью, притягивая более тяжелые молекулы газа урана-238 к стенке трубки, оставляя более легкие молекулы газа урана-235 ближе к оси или центру трубки, где они могут находиться. откачивается, сказал Биндер Live Science.
Каждый раз, когда газ вращается в центрифуге, из смеси удаляется лишь небольшое количество газообразного урана-238, поэтому пробирки используются последовательно. Каждая центрифуга вытягивает немного урана-238, затем пропускает слегка очищенную газовую смесь в следующую трубку и так далее, пока через многие сотни тысяч вращений газ, оставшийся в трубке, почти полностью не состоит из урана. -235, сказал Биндер.
«Вы знаете конец Индианы Джонса [В поисках утраченного ковчега], где они хранят вещи, и вы не видите конца?» Вот как выглядят эти здания », - сказал Джерри Кляйн, который был коммерческим директором. программы производства изотопов в Национальной лаборатории Ок-Ридж, когда Live Science впервые сообщила об этой истории.«Просто ряд за рядом центрифуг. Всего их сотни и тысячи».
После отделения газообразного урана-235 на многих этапах центрифугирования инженеры используют другую химическую реакцию для превращения газового урана обратно в твердый металл, сказал Кляйн. Затем этому металлу можно придать форму для использования в реакторах или бомбах. [10 лучших способов уничтожить Землю]
Поскольку каждый этап очищает смесь газообразного урана только в небольшом количестве, страны могут позволить себе использовать только центрифуги, спроектированные с максимальной эффективностью, - сказал Нитерт.В противном случае производство даже небольшого количества чистого урана-235 станет непомерно дорогим.
И проектирование и изготовление этих центрифужных пробирок требует уровня инвестиций и технических ноу-хау, недоступных для многих стран, - сказал Нитерт. По словам Нитерта, трубы требуют специальных типов стали или композитов, чтобы выдерживать экстремальное давление вращения, должны быть идеально цилиндрическими для максимальной эффективности и производятся на специализированных машинах, которые почти так же сложны в изготовлении, как и сами трубы.
Чтобы представить себе попытку отделения урана в перспективе, возьмем пример создания бомбы, которую Соединенные Штаты сбросили на Хиросиму. Согласно «Создание атомной бомбы» (Simon & Schuster, 1995), Соединенным Штатам требовалось 137 фунтов (62 кг) урана-235 для изготовления бомбы.
Отделение этих 137 фунтов из почти 4 тонн урановой руды происходило в самом большом здании в мире и потребляло 10 процентов электроэнергии всей страны, сказал Нитерт.Для строительства сооружения потребовалось 20 000 человек, для эксплуатации объекта - 12 000 человек, а в 1944 году его оснащение обошлось более чем в 500 миллионов долларов, согласно «Создание атомной бомбы». По данным Бюро статистики труда, это примерно 7,2 миллиарда долларов в долларах 2018 года.
Примечание редактора : Эта история была обновлена, чтобы прояснить, как работает процесс центрифуги. Эта история была первоначально опубликована 18 мая 2010 г. и обновлена 8 мая 2018 г. Оригинальная статья о Live Science.
,Как уран превращается в ядерное топливо
Уран является основным топливом для ядерных реакторов, и его можно найти во многих местах по всему миру. Для производства топлива уран добывается и проходит очистку и обогащение перед загрузкой в ядерный реактор.
Таблетки ядерного топлива, каждая гранула - размером не больше кубика сахара - содержит столько же энергии, сколько тонна угля (Изображение: Казатомпром)
Добыча урана
Уран содержится в небольших количествах в большинстве горных пород и даже в морской воде.Урановые рудники работают во многих странах, но более 85% урана добывается в шести странах: Казахстане, Канаде, Австралии, Намибии, Нигере и России.
Исторически традиционные шахты (например, открытый или подземный) были основным источником урана. После добычи руда измельчается в мельнице, куда добавляется вода для получения суспензии из мелких частиц руды и других материалов. Суспензию выщелачивают серной кислотой или щелочным раствором для растворения урана, оставляя нерастворенными оставшуюся породу и другие минералы.
Однако более половины урановых рудников в мире сейчас используют метод, называемый выщелачиванием на месте, когда добыча осуществляется без какого-либо серьезного нарушения грунта. Вода, вводимая с кислородом (или щелочью, кислотой или другим окислительным раствором), циркулирует через урановую руду, извлекая уран. Затем урановый раствор перекачивается на поверхность.
Раствор урана из шахт затем отделяется, фильтруется и сушится с получением концентрата оксида урана, который часто называют «желтым кеком».
«Yellowcake» - один из первых шагов на пути к производству ядерного топлива (Изображение: Казатомпром)
Обогащение
Подавляющее большинство ядерных энергетических реакторов используют в качестве топлива изотоп уран-235; однако он составляет всего 0,7% от добытого природного урана, и поэтому его необходимо увеличивать с помощью процесса, называемого обогащением. Это увеличивает концентрацию урана-235 с 0,7% до 3–5%, что является уровнем, используемым в большинстве реакторов.
Небольшое количество реакторов, в первую очередь реакторы CANDU из Канады, работают на природном уране, который не требует обогащения.
Для процесса обогащения уран должен находиться в газообразной форме. Это достигается за счет процесса, называемого конверсией, когда оксид урана превращается в другое соединение (гексафторид урана), которое представляет собой газ при относительно низких температурах.
Гексафторид урана подается в центрифуги с тысячами быстро вращающихся вертикальных трубок, которые отделяют уран-235 от немного более тяжелого изотопа урана-238.Центрифуги разделяют уран на два потока: один поток обогащается ураном-235; другой состоит из «хвостов», содержащих более низкую концентрацию урана-235 и известных как обедненный уран (DU).
Группа центрифуг на обогатительной фабрике (Изображение: Urenco)
Производство ядерного топлива
Обогащенный уран транспортируется на завод по производству топлива, где он превращается в порошок диоксида урана. Затем из этого порошка прессуют маленькие топливные гранулы и нагревают до твердого керамического материала.Затем таблетки вставляются в тонкие трубки, известные как топливные стержни, которые затем группируются вместе, образуя топливные сборки. Количество тепловыделяющих стержней, используемых для изготовления каждой тепловыделяющей сборки, колеблется от 90 до более 200, в зависимости от типа реактора. После загрузки топливо обычно остается в активной зоне реактора в течение нескольких лет.
Ядерное топливо в виде порошка и таблеток (Изображение: Urenco)
Около 27 тонн урана - около 18 миллионов топливных таблеток, размещенных в более чем 50 000 топливных стержнях - требуется каждый год для реактора с водой под давлением мощностью 1000 МВт (эл.).Напротив, угольной электростанции эквивалентного размера требуется более двух с половиной миллионов тонн угля для производства такого же количества электроэнергии.
Топливная сборка, обычно длиной несколько метров, может годами находиться в реакторе, производя огромное количество низкоуглеродной электроэнергии (Изображение: Framatome)
Вас также может заинтересовать
,Обогащение урана - Энергетическое образование
Рисунок 1. Форма урановой руды, известная как уранинит. [1]Обогащение урана - это процесс, необходимый для создания эффективного ядерного топлива из добытого урана путем увеличения процентного содержания урана-235, который подвергается делению тепловыми нейтронами. Хотя для многих реакторов требуется обогащенное урановое топливо, спроектированный в Канаде CANDU, британский реактор Magnox и предлагаемый реактор на расплавленной соли могут использовать в качестве топлива природный уран. [2]
Ядерное топливо добывается из природных месторождений урановой руды, а затем выделяется с помощью химических реакций и процессов разделения. Эти химические процессы, используемые для отделения урана от руды, не следует путать с физическими и химическими процессами, используемыми для обогащения урана. В изолированном виде уран известен как желтый кек и имеет химическую формулу U 3 O 8 . Однако встречающийся в природе уран не имеет достаточно высокой концентрации 235 U только около 0.72% с остатком 238 U. [3] В связи с тем, что уран-238 расщепляется, а не расщепляется, концентрация урана-235 должна быть увеличена до того, как его можно будет эффективно использовать в качестве ядерного топлива. Целью обогащения урана является увеличение процентного содержания изотопа урана-235 по сравнению с другими, с необходимым процентным содержанием около 4% для легководных реакторов. [3]
Процессы обогащения
Рис. 2. Синий атом в центре молекулы - это уран, окруженный шестью атомами фтора.Это вещество превращается в газ при довольно низких температурах.Для обогащения требуется, чтобы уран находился в газообразной форме, и самый простой способ добиться этого - превратить его в другое химическое вещество, известное как гексафторид урана. Уран должен находиться в газообразной форме для обогащения из-за различных химических и физических свойств, которыми обладают различные изотопы (U-235 и U-238). Эти различия легче всего использовать и манипулировать, когда уран находится в газообразной форме.
Процесс преобразования концентрата оксида урана в гексафторид урана происходит на заводе по конверсии, что является первым этапом для урана после того, как он покидает шахту.Основной процесс конверсии, используемый в Канаде, Франции и России, известен как «мокрый процесс» и включает несколько стадий химической конверсии. Сначала концентрат оксида урана растворяется в азотной кислоте (HNO 3 ), в результате чего образуется уранилнитрат (UO 2 (NO 3 ) 2 ). Затем этот уранилнитрат очищают, выпаривают и, наконец, термически разлагают с образованием порошка триоксида урана (UO 3 ). После этого есть два печных процесса, в которых UO 3 превращается в UO 2 , а затем реагирует с фтористым водородом (HF) с получением тетрафторида урана (UF 4 ).Наконец, UF 4 подается в реактор с псевдоожиженным слоем и реагирует с газообразным фтором с образованием UF 6 . После процесса конверсии UF 6 необходимо дополнительно очистить из-за наличия примесей. [4]
Газовая диффузия
- основная статья
В течение многих лет основным процессом была газовая диффузия . Чтобы физически отделить уран, желтый уран сначала химически превратили в гексафторид урана (UF 6 ).Это химическое вещество находится в твердой форме при нормальных условиях, но превращается в газ, если температура немного повышается или давление понижается. [3] Поскольку молекулы 235 UF 6 немного легче, чем молекулы 238 UF 6 , они движутся быстрее как газ за счет диффузии. Таким образом, если гексафторид урана пропускают через очень длинную трубу, газ, выходящий на дальний конец трубы, будет иметь немного более высокое процентное содержание 235 U.Однако труба должна быть очень длинной, так как более легкий 235 UF 6 диффундирует только на 0,43% быстрее, чем 238 UF 6 . [3] Из-за этого метод газовой диффузии не получил широкого распространения.
Газовые центрифуги
- основная статья
Сегодня обогащение достигается с помощью специальной центрифуги, которая называется газовой центрифугой .Процесс разделения здесь основан на разнице масс молекул (см. Газовую диффузию выше). Здесь гексафторид урана подается в откачанный цилиндр, содержащий ротор. Когда эти роторы вращаются с высокой скоростью, более тяжелый 238 UF 6 собирается у стенок цилиндра, а более легкий 235 UF 6 собирается около центральной оси. Затем отводят обогащенный продукт. Этот метод предпочтительнее газовой диффузии, так как для отделения урана требуется всего около 3% мощности. [3] Центробежный метод разделения намного более энергоэффективен, чем диффузионный, так как он требует всего около 50-60 кВтч на ЕРР (единицу работы разделения, которая представляет собой объем разделения, выполненный в процессе обогащения). [2] Кроме того, эти установки могут быть меньше, поскольку им не требуется очень длинная труба. Чтобы произошло эффективное разделение, эти центрифуги должны вращаться быстро - обычно со скоростью 50 000-70 000 об / мин. [6]
Хотя центрифуги содержат меньше урана, чем ступень диффузии, они способны разделять изотопы гораздо более эффективно.Ступени центрифуги обычно состоят из большого количества параллельных центрифуг, образующих каскад.
Лазерное разделение изотопов
- основная статья
Использование лазеров в процессе разделения все еще находится в стадии разработки. Этот метод разделения требует меньших затрат энергии и других экономических преимуществ. В этом процессе лазер с очень определенной частотой взаимодействует с газом или паром. Поскольку с частотой связана энергия, взаимодействие луча с газом позволяет возбуждать или ионизировать определенные изотопы в паре.С таким возбуждением можно разделить молекулы, содержащие определенный изотоп, чтобы собрать только возбужденный изотоп. [6]
Проблемы окружающей среды
В большинстве процессов обогащения используются только природные долгоживущие радиоактивные материалы. Уран слабо радиоактивен, но его химическая токсичность гораздо более значительна. Таким образом, защитные меры, необходимые для установки по обогащению, аналогичны мерам в других химических отраслях. Под воздействием влаги гексафторид урана образует очень коррозионную кислоту, плавиковую кислоту.Любая утечка этого химического вещества нежелательна, и для предотвращения этого почти на всех участках завода по обогащению давление гексафторида урана должно быть ниже атмосферного. [2] Это останавливает любую утечку наружу. Кроме того, двойная изоляция предусмотрена в зонах, где требуется более высокое давление, а отходящие газы собираются и обрабатываются.
На обогащение приходится около половины стоимости ядерного топлива в легководном реакторе (BWR или PWR) и 5% стоимости вырабатываемой электроэнергии.Раньше обогащение было основным источником парниковых газов ядерного топливного цикла, поскольку электричество, используемое для обогащения, производилось с использованием угля. Хотя есть сопутствующие выбросы парниковых газов, они составляют лишь около 0,1% от выбросов эквивалентной угольной электростанции. [2]
Список литературы
- ↑ Wikimedia Commons. (5 мая 2016 г.). Уранинит [Интернет]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Uraninite-usa32abg.jpg
- ↑ 2.0 2,1 2,2 2,3 Всемирная ядерная ассоциация. (17 июня 2015 г.). Обогащение урана [Онлайн]. Доступно: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Джефф К. Брайан. (17 июня 2015 г.). Введение в ядерную науку , 1-е изд. Бока-Ратон, Флорида, США: CRC Press, 2009.
- ↑ Всемирная ядерная ассоциация.(12 мая 2016 г.). Конверсия и деконверсия [Онлайн]. Доступно: http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/conversion-enrichment-and-fabrication/conversion-and-deconversion.aspx
- ↑ Wikimedia Commons. (17 июня 2015 г.). Каскад газовых центрифуг [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gas_centrifuge_cascade.jpg#/media/File:Gas_centrifuge_cascade.jpg
- ↑ 6,0 6,1 Ян Хор-Лейси.(17 июня 2015 г.). Ядерная энергия в XII веке , 1-е изд. Берлингтон, Массачусетс, США: Elsevier Inc, 2006.
