Wzbogacanie uranu - Polski Serwis Naukowy

Wzbogacony uran – uran, który zawiera znacznie większą ilość izotopu U niż uran występujący naturalnie, uzyskuje się go w procesie wzbogacania uranu naturalnego. Naturalny uran składa się głównie z izotopu U, a U stanowi około 0,72% jego masy. Uran 235 jest jedynym izotopem występującym w naturze zdolnym do rozczepienia pod wpływem neutronów termicznych.

Technologia – całokształt wiedzy dotyczącej konkretnej metody wytworzenia jakiegoś dobra lub uzyskania określonego efektu przemysłowego lub usługowego.

Tlenek uranu – grupa nieorganicznych związków chemicznych uranu z tlenem. Uran tworzy związki na różnym stopniu utlenienia, jednak najczęściej spotykane to:

Wzbogacony uran jest kluczowym elementem reaktora jądrowego i broni jądrowej.

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej kontroluje obrót wzbogaconym uranem oraz technologiami niezbędnymi do jego uzyskania w celach zapewnienia bezpieczeństwa jego produkcji, użytkowania, przetwarzania oraz rozpowszechniania.

Izotop U odrzucany w czasie procesu wzbogacania jest znany jako uran zubożony, zachowujący wysoką gęstość. Używany w zastosowaniach wymagających materiałów wysokiej gęstości np do produkcji podkalibrowych pocisków przeciwpancernych.

Neutrony termiczne to neutrony o energii kinetycznej porównywalnej z energią ruchu cieplnego w temperaturze zbliżonej do pokojowej T = 295 K, jest to energia równa

Masa krytyczna materiału rozszczepialnego, to minimalna masa, w której reakcja rozszczepienia przebiega w sposób łańcuchowy, czyli każde jedno rozszczepienie jądra atomowego inicjuje dokładnie jedno następne rozszczepienie. W masie mniejszej od masy krytycznej reakcja zainicjowana rozszczepieniem spontanicznym zaniknie, w masie większej od masy krytycznej reakcja będzie przebiegała w sposób lawinowy, tzn. jedno rozszczepienie wywoła więcej niż jedno rozszczepienie.

Rodzaje wzbogaconego uranu

Uran wysoko wzbogacony

Blok wysoko wzbogaconego uranu

Uran wysoko wzbogacony posiada większą niż 20% koncentrację izotopów U lub U.

Materiał rozszczepialny w broni jądrowej zwykle zawiera 85% lub więcej U jest określany jako bojowy, w odróżnieniu od surowego, nieefektywnego z punktu widzenia zastosowania militarnego o koncentracji 20% nazywanego użyteczny do zastosowania militarnego. Pomimo znacznie większej masy krytycznej, prawdopodobnie istnieje możliwość wywołania eksplozji jądrowej z użyciem 20% uranu-235 przy zastosowaniu specjalnych technik inicjacji reakcji łańcuchowej (takich jak odpowiednio przeprowadzona implozja oraz efektywny reflektor neutronów). Zaawansowane technologie umożliwiające zastosowanie militarne 20% wzbogaconego uranu dostępne są prawdopodobnie jedynie dla państw posiadających duże doświadczenie w opracowywaniu broni nuklearnych.

Reaktor jądrowy – urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcje jądrowe; na obecnym etapie rozwoju nauki i techniki (rok 2011) są to przede wszystkim reakcje rozszczepienia jąder atomowych. Reakcje te mają charakter łańcuchowy - produkty reakcji (w tym głównie neutrony) mogą zainicjować kilka następnych. Aby uniknąć lawinowego wzrostu szybkości reakcji, reaktor dzieli się na strefy wypełnione na przemian paliwem, chłodziwem oraz moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony. Szybkość reakcji kontrolowana jest m.in. przez zmianę wzajemnego położenia lub proporcji tych składników, a także przez wprowadzanie dodatkowych substancji pochłaniających lub spowalniających neutrony, zawartych w tzw. prętach regulacyjnych (służących do normalnej regulacji parametrów reakcji) oraz prętach bezpieczeństwa (stosowanych do awaryjnego wyłączania reaktora). Substancjami używanymi do pochłaniania neutronów termicznych są m.in. bor i kadm, natomiast jako moderatorów używa się m.in. berylu, grafitu, a także wody, pełniącej równocześnie rolę chłodziwa.

Amunicja przeciwpancerna - termin określający ogół pocisków artyleryjskich, rakiet, min, granatów oraz pocisków wystrzeliwanych z broni strzeleckiej przeznaczonych do rażenia celów opancerzonych - czołgów, opancerzonych wozów bojowych oraz umocnień. Celem tego rodzaju pocisków jest przebicie jak najmocniejszego pancerza. Głównym czynnikiem rażącym większości rodzajów amunicji przeciwpancernej jest ich energia kinetyczna.

Uran wysokowzbogacony jest także stosowany jako paliwo w reaktorach szybkich neutronów a także jako paliwo do reaktorów okrętów podwodnych, zawierających 50%-90% U. Pierwszy prototypowy reaktor szybkich neutronów do zastosowań komercyjnych "Fermi-1" wymaga paliwa wzbogaconego do poziomu 26,5% U.

Pocisk podkalibrowy – pocisk przeciwczołgowy zbudowany z osłony, która odpada po opuszczeniu lufy oraz z rakietokształtnego rdzenia z zubożonego uranu lub wolframu. Pociski podkalibrowe najczęściej używane są przez czołgi do niszczenia pojazdów pancernych. Osiągają one prędkość nawet do 1800 m/s (6480 km/h), a zgromadzona w związku z tym ich energia kinetyczna pozwala na przebicie pancerza rdzeniem pocisku. Wewnątrz kadłuba pocisk rozpryskuje się rażąc załogę atakowanego pojazdu.

Yellowcake (dosł. żółte ciastko) – potoczna nazwa półproduktu otrzymywanego w trakcie obróbki rud uranu. Nazwa pochodzi od charakterystycznego zabarwienia sproszkowanego produktu uzyskiwanego tradycyjnymi metodami.

Uran niskowzbogacony

Uran niskowzbogacony ma koncentrację izotopu U poniżej 20%, stosowany jest w najbardziej rozpowszechnionych reaktorach wodnych. Wzbogacenie paliwa waha się w granicach między 3 a 5% U. W reaktorach badawczych koncentracja wynosi 12% – 19.75%.

"Yellowcake" – preparat uranu nisko wzbogaconego zawierający tlenki uranu – paliwo do reaktora LWR

Uran nieznacznie wzbogacony

Uran nieznacznie wzbogacony ma koncentrację izotopu U w zakresie 0,9% – 2%. Jest to nowy rodzaj, wprowadzony w miejscu uranu naturalnego używanego w niektórych reaktorach ciężkowodnych. Koszty uzyskania takiego paliwa są niższe z powodu konieczności małego wzbogacenia uranu. Pozwala to obniżyć ogólny koszt paliwa oraz zagospodarowania niewielkich ilości powstających odpadów.

Broń jądrowa – rodzaj broni masowego rażenia wykorzystującej wewnątrz jądrową energię wydzielaną podczas łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (uranu i plutonu - broń atomowa) lub reakcji termojądrowej syntezy lekkich pierwiastków z wodoru - bomba wodorowa – o sile wybuchu znacznie większej od broni atomowej. Dzięki istnieniu tej broni powstało przekonanie o możliwości pokonania przeciwnika bez użycia ogromnych armii, do zadania dużych zniszczeń na obszarze przeciwnika wystarczy samolot bombowy, pocisk artyleryjski lub rakieta przenosząca atomowe głowice bojowe.

Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA), International Atomic Energy Agency (IAEA) – organizacja pracująca na rzecz bezpiecznego i pokojowego wykorzystania energii jądrowej.

Uran odzyskany

Uran odzyskany – rodzaj nieznacznie wzbogaconego uranu uzyskanego w wyniku przetwarzania wypalonego paliwa stosowanego w reaktorach wodnych. Zużyte paliwo zawiera więcej U niż uran naturalny i może być tym samym używany w reaktorach wymagających uranu naturalnego.

Produkcja - wszelka działalność ludzka, której celem jest wytwarzanie określonych dóbr materialnych, przynoszących zyski producentowi i zaspokajająca potrzeby społeczne. Natomiast produkcja wyrobów jest to działalność polegająca na wydobywaniu surowców mineralnych bądź przetwarzaniu surowców i materiałów na wyroby gotowe.

Reaktor wodny ciśnieniowy, w skrócie PWR (ang. Pressurized Water Reactor) – reaktor jądrowy, w którym moderatorem jest zwykła (lekka) woda pod ciśnieniem ok. 15 MPa. Woda spełnia jednocześnie funkcję czynnika roboczego – chłodziwa rdzenia reaktora.