غنی سازی اورانیوم

● ایزوتوپهای قابل دسترس اورانیوم
سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۴ به مقدار ۰.۷ درصد و اورانیوم ۲۳۸ ‏به مقدار ۳.۹۹ درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و ‏بعد از تخلیص فلز، اورانیوم را به صورت ترکیب با اتم فلور (F۹) و به صورت مولکول ‏اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل می کنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط ‏مولکول های گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد. ‏
● غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی
گراهان در سال ۱۸۶۴ پدیده ای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای ‏گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود. از این پدیده که به نام دیفوزیون ‏گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می کنند. در عمل اورانیوم ‏هکزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستون هایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می دهند. سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود ۲.۵ آنگسترم (-۷‏۲۵x۱۰ سانتیمتر) باشد.
ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکول ها است. روش غنی سازی ‏اورانیوم تقریباً مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این ‏می توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین ‏مرحله غنی سازی ایزوتوپ ها است زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏۱۴۰ کیلوگرم اورانیوم طبیعی به دست می آید که فقط یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ ‏خالص در آن وجود دارد. ‏
● غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی
یکی از روش های غنی سازی اورانیم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی می باشد. در این روش ابتدا اورانیم هگزا فلوئورید را حرارت می دهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر، اتم های اورانیم و فلوئورید از هم تفکیک می شوند. در این حالت، اتم های اورانیم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می کنند. میدان مغناطیسی بر هسته های باردار اورانیم نیرو وارد می کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می باشد)، و اتم های اورانیم را از مسیر مستقیم خود منحرف می کند. اما هسته های سنگین اورانیم (اورانیم۲۳۸) نسبت به هسته های سبک تر(اورانیم ۲۳۵) انحراف کمتری دارند، و درنتیجه از این طریق می توان اورانیم ۲۳۵ را از اورانیم طبیعی تفکیک کرد.
● کاربردهای اورانیوم غنی شده
شرایطی ایجاد کرده اند که نسبت اورانیوم ۲۳۵ به اورانیوم ۲۳۸ را به ۵ درصد می ‏رساند. برای این کار و تخلیص کامل اورانیوم از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده ‏می کنند.برای ساختن نیروگاه اتمی، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین ۱ تا ۵ ‏درصد کافی است.
برای تهیه بمب اتمی حداقل ۵ تا ۶ کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ صددرصد خالص نیاز ‏است. در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی شود و بمب های اتمی را از ‏پلوتونیوم ۲۳۹ که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده تر است تهیه ‏می کنند.
● نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیواکتیو
این عنصر ناپایدار را در نیروگاه های بسیار قوی می سازند که تعداد نوترون های ‏موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز ‏می کند. عملاً کلیه بمب های اتمی موجود در زراد خانه های جهان از این عنصر ‏درست می شود.‏
روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاه های هسته ای به این صورت است که ‏ایزوتوپ های اورانیوم ۲۳۸ شکست پذیر نیستند ولی جاذب نوترون کم انرژی ‏‏(نوترون حرارتی) هستند.
تعدادی از نوترون های حاصل از شکست اورانیوم ۲۳۵ را ‏جذب می کنند و تبدیل به اورانیوم ۲۳۹ می شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ‏ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتم های به وجود آمده تخریب ‏می شوند. در درون هسته پایدار اورانیوم ۲۳۹ یکی از نوترون ها خودبه خود به ‏پروتون و یک الکترون تبدیل می شود.
بنابراین تعداد پروتون ها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که ۹۳ پروتون دارد ‏نپتونیم می نامند که این عنصر نیز ناپایدار است که یکی از نوترون های آن خود به ‏خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتون ها یکی اضافه شده و عنصر ‏جدید پلوتونیم را که ۹۴ پروتون دارد ایجاد می کنند. این کار حدودا در مدت یک هفته ‏صورت می گیرد.

منبع : پایگاه اطلاع‌رسانی فرهنگ توسعه