วิธีการแยกไอโซโทปอื่นๆ 9.31. นอกจากวิธีการแยกไอโซโทปที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีการทดสอบวิธีอื่นๆ อีกหลายวิธีด้วย วิธีการเคลื่อนที่ของไอออน ดังที่ชื่อระบุนั้นขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงต่อไปนี้ ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ จะมีไอออนสองตัวที่เหมือนกันทางเคมี

การแยกไอโซโทปและการผลิตพลูโตเนียม 9.44 ที่สุด วิธีการที่สำคัญการแยกไอโซโทปที่ได้รับการอธิบายไว้นั้นทราบกันในหลักการและใช้ในทางปฏิบัติก่อนที่งานแยกไอโซโทปของยูเรเนียมจะมีความสำคัญยิ่ง วิธีการเหล่านี้ไม่ได้

ปัญหาการแยกไอโซโทปในระดับอุตสาหกรรม บทนำ10.9. เมื่อถึงเวลาที่โครงการระเบิดปรมาณูได้รับการจัดระเบียบใหม่ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2484 ทฤษฎีการแยกไอโซโทปด้วยการแพร่กระจายของก๊าซก็ได้รับการพัฒนาอย่างดี ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะกำหนดปัญหาด้านเทคนิคด้วย

บทที่สิบเอ็ด การแยกไอโซโทปยูเรเนียมด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า บทนำ 11.1. ในบทที่ 4 เราได้กล่าวไว้ว่าความเป็นไปได้ของการแยกไอโซโทปยูเรเนียมในขนาดใหญ่โดยวิธีแม่เหล็กไฟฟ้านั้นได้รับการคาดการณ์ไว้ในช่วงปลายปี 1941 โดย E. A. Lawrence (มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย) และ G. D. Smith

ภาคผนวก 3 นิวตรอนล่าช้าระหว่างฟิชชันของยูเรเนียม ดังที่ระบุไว้ในบทที่ 6 การควบคุมหม้อต้มน้ำได้รับความสะดวกอย่างมาก เนื่องจากส่วนหนึ่งของนิวตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างฟิชชันของยูเรเนียมจะถูกปล่อยออกมาหลังจากเวลาผ่านไปมากกว่าหนึ่งวินาทีเท่านั้น ช่วงเวลาแห่งฟิชชัน สำคัญ

จุดเริ่มต้นของพลังงานนิวเคลียร์ การค้นพบไอโซโทป ในช่วงหลังสงคราม การวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ถูกขัดจังหวะด้วยสงครามได้กลับมาดำเนินต่อ ในเคมบริดจ์ ดี. ดี. ทอมสันยังคงค้นคว้าเกี่ยวกับรังสีบวกซึ่งเริ่มต้นก่อนสงคราม D. Thomson ทำงานกับท่อระบายใน

การแยกตัวของยูเรเนียม ให้เราอาศัยประวัติศาสตร์ของการค้นพบนี้ การค้นหาและข้อผิดพลาดทั้งชุดสิ้นสุดลง ไม่นานหลังจากรายงานของ Fermi เกี่ยวกับองค์ประกอบของทรานยูเรเนียม นักเคมีชาวเยอรมัน Ida Noddack ได้ตีพิมพ์บทความในวารสารเคมีซึ่งเธอระบุว่าภายใต้

บทที่ 8 ควันหนาทึบไหลออกมาจากปล่องไฟผสมกับอากาศยามเช้าที่เย็นและชื้น ตุ๊กตาหิมะประจำการอยู่ที่สี่แยกทุกแห่งในใจกลางเมืองหลวงสีขาว พวกเขาดูเหมือนเจ้าหน้าที่บังคับใช้กฎหมายน้อยลง แต่ดูเหมือนกองกำลังอาชีพทริสตัมและทอมมากกว่า

บทที่ 15 พวกเขาเดินเป็นเวลานานอาจจะหลายชั่วโมง Tristam เดินเงียบๆ ไปข้างหลัง Waking และ Myrtil โดยจับตัวอย่างการสนทนาของพวกเขา ดังนั้น เขาได้ยินมาว่านักบินส่วนใหญ่จากเมืองหลวงสีขาวตามความเห็นของผู้หมวด ควรได้รับการช่วยเหลือและไม่ต้องทนทุกข์ทรมานมากเกินไปด้วยซ้ำ พวกเขาทั้งหมด

การแยกตัวของนิวเคลียสของยูเรเนียมที่เกิดขึ้นเองและความเป็นไปได้ของกระบวนการลูกโซ่ ในปี 1934 นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี เอ็นริโก แฟร์มี ฉายรังสียูเรเนียมเป็นครั้งแรกด้วยนิวตรอนที่ค้นพบใหม่โดยหวังว่าจะเพิ่มมวลของนิวเคลียสดั้งเดิมและรับองค์ประกอบที่มีน้ำหนักอะตอมสูงกว่ายูเรเนียม ผลลัพธ์

คุณพูดจริงหรือที่ไม่มีใครต้องการยูเรเนียมธรรมชาติ? มาดูการบริโภคกันบ้าง

ปัจจุบันยูเรเนียมเสริมสมรรถนะประเภทต่อไปนี้เป็นที่ต้องการในโลก:

• 1. ยูเรเนียมธรรมชาติ (0.712%) เครื่องปฏิกรณ์น้ำหนักมาก (PHWR) เช่น CANDU
• 2. ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะอ่อน (2-3%, 4-5%) น้ำ-กราไฟท์-เซอร์โคเนียม, เครื่องปฏิกรณ์น้ำ-น้ำ-เซอร์โคเนียม, VVER, PWR, เครื่องปฏิกรณ์ RBMK
• 3. ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะปานกลาง (15-25%), เครื่องปฏิกรณ์เร็ว, เครื่องปฏิกรณ์ขนส่ง (เรือตัดน้ำแข็ง, โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ลอยน้ำ) โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
• 4. ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง (>50%) โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (เรือดำน้ำ) เครื่องปฏิกรณ์วิจัย

จะมีบทความเกี่ยวกับวิธีการเสริมคุณค่า

วัตถุดิบสำหรับการเสริมสมรรถนะไม่ใช่ยูเรเนียมโลหะบริสุทธิ์ แต่เป็นยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ UF 6 ซึ่งเนื่องจากคุณสมบัติรวมกัน จึงเป็นสารประกอบทางเคมีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเสริมสมรรถนะไอโซโทป สำหรับนักเคมี เราสังเกตว่ายูเรเนียมฟลูออริเนชันเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์พลาสมาแนวตั้ง
แม้จะมีวิธีการเสริมสมรรถนะมากมาย แต่ปัจจุบันมีเพียงสองวิธีเท่านั้นที่ใช้ในระดับอุตสาหกรรม - การแพร่กระจายก๊าซและเครื่องหมุนเหวี่ยง ในทั้งสองกรณีแก๊สที่ใช้คือ UF 6

ใกล้ชิดกับเรื่องของการแยกไอโซโทป สำหรับวิธีการใดๆ ก็ตาม ประสิทธิภาพของการแยกไอโซโทปจะมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์การแยก α - อัตราส่วนของส่วนแบ่งของไอโซโทป "แสง" ใน "ผลิตภัณฑ์" ต่อส่วนแบ่งในส่วนผสมหลัก

สำหรับวิธีการส่วนใหญ่ α จะมีค่ามากกว่าเอกภาพเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ดังนั้นเพื่อให้ได้ความเข้มข้นของไอโซโทปสูง การดำเนินการแยกไอโซโทปเดี่ยวจะต้องทำซ้ำหลายครั้ง (แบบเรียงซ้อน) ตัวอย่างเช่น สำหรับวิธีการแพร่ก๊าซ α = 1.00429 สำหรับเครื่องหมุนเหวี่ยง ค่าจะขึ้นอยู่กับความเร็วรอบนอกอย่างมาก - ที่ 250 ม./วินาที α = 1.026 ที่ 600 ม./วินาที α = 1.233 เฉพาะการแยกด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า α คือ 10-1,000 ต่อ 1 รอบการแยก ตารางเปรียบเทียบตามพารามิเตอร์หลายตัวมันจะอยู่ในท้ายที่สุด

เครื่องเสริมสมรรถนะทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นขั้นตอนเสมอ ในระยะแรกของการแยกน้ำตกกระแสของส่วนผสมเริ่มต้นจะถูกแบ่งออกเป็นสองสาย: แบบบาง (นำออกจากน้ำตก) และแบบเสริมสมรรถนะ ผู้ที่ได้รับการตกแต่งแล้วจะถูกป้อนเข้าสู่ระยะที่ 2 ในขั้นตอนที่ 2 กระแสน้ำที่ครั้งหนึ่งเคยอุดมสมบูรณ์แล้วจะถูกแยกออกเป็นครั้งที่สอง:
การไหลที่สมบูรณ์ของระยะที่ 2 จะเข้าสู่ระยะที่ 3 และการไหลที่หมดลงจะกลับสู่ขั้นตอนก่อนหน้า (ที่ 1) เป็นต้น จากขั้นตอนสุดท้ายของน้ำตก จะมีการเลือกผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่มีความเข้มข้นตามที่ต้องการของไอโซโทปที่กำหนด

ฉันจะบอกคุณสั้น ๆ เกี่ยวกับวิธีการแยกหลักที่เคยใช้ในโลก

การแยกแม่เหล็กไฟฟ้า

เนื่องจากการแยกยูเรเนียมสามารถทำได้ด้วยไอออนของยูเรเนียม การแปลงยูเรเนียมเป็น UF 6 ตามหลักการจึงไม่จำเป็น วิธีนี้ให้ความบริสุทธิ์สูงแต่ให้ผลผลิตต่ำหากใช้พลังงานสูง สารที่จำเป็นต้องแยกไอโซโทปจะถูกวางไว้ในเบ้าหลอมของแหล่งกำเนิดไอออน จากนั้นระเหยและแตกตัวเป็นไอออน ไอออนจะถูกดึงออกจากห้องไอออไนเซชันด้วยแรงสูง สนามไฟฟ้า- ลำแสงไอออนจะเข้าสู่ห้องแยกสุญญากาศในสนามแม่เหล็ก H ซึ่งตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของไอออน เป็นผลให้ไอออนเคลื่อนที่ไปตามวงกลมโดยมีรัศมีความโค้งที่แตกต่างกัน (ขึ้นอยู่กับมวล) แค่ดูภาพก็จำได้แล้ว บทเรียนของโรงเรียนโดยที่เราทุกคนคำนวณรัศมีที่อิเล็กตรอนหรือโปรตอนจะลอยไปในสนามแม่เหล็ก

แผนภาพแสดงหลักการแยกแม่เหล็กไฟฟ้า

ข้อดีของวิธีนี้คือการใช้เทคโนโลยีที่ค่อนข้างง่าย (แคลลูตรอน: แคลิฟอร์เนียไอฟอร์เนีย คุณมหาวิทยาลัย).
ใช้สำหรับการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมที่โรงงาน Y-12 (สหรัฐอเมริกา) มีห้องแยก 5184 ห้อง - "คาลูตรอน" และเป็นครั้งแรกที่ทำให้สามารถรับปริมาณกิโลกรัมที่ได้รับการเสริมสมรรถนะสูง 235U - 80% หรือสูงกว่า

ในโครงการแมนฮัตตัน มีการใช้คาลูตอนหลังจากการแพร่กระจายความร้อน - วัตถุดิบ 7% ถูกส่งไปยังอัลฟ่าคาลูตรอน (โรงงาน Y-12) และเสริมสมรรถนะเป็น 15% ยูเรเนียมเกรดอาวุธ (มากถึง 90%) ผลิตโดยใช้เบต้าคาลูตรอนที่โรงงาน Y-12 คาลูตรอนอัลฟ่าและเบตาไม่เกี่ยวข้องกับอนุภาคอัลฟ่าและเบตา พวกมันเป็นเพียง "เส้น" สองเส้นของคาลูตรอน เส้นหนึ่งสำหรับการเสริมสมรรถนะเบื้องต้น และเส้นที่สองสำหรับการเสริมสมรรถนะขั้นสุดท้าย

วิธีการนี้ทำให้สามารถแยกไอโซโทปที่รวมกันใดๆ ออกมาได้ และมีค่ามาก ระดับสูงหน่วยงาน การผ่านสองครั้งเพียงพอที่จะเพิ่มคุณค่าให้มากกว่า 80% จากวัสดุไร้มันที่มีปริมาณเริ่มต้นน้อยกว่า 1% ผลผลิตถูกกำหนดโดยค่าของกระแสไอออนและประสิทธิภาพของการจับไอออน - ไอโซโทปสูงถึงหลายกรัมต่อวัน (รวมสำหรับไอโซโทปทั้งหมด)

หนึ่งในโรงงานแยกแม่เหล็กไฟฟ้าในโอ๊คริดจ์ (สหรัฐอเมริกา)

อัลฟ่าคาลูตรอนยักษ์จากต้นเดียวกัน

วิธีการแพร่

หากคุณส่งก๊าซที่ประกอบด้วยโมเลกุลสองประเภท (ในกรณีของเราคือสองไอโซโทป) ผ่านรูเล็ก ๆ หรือผ่านตาข่ายที่ประกอบด้วยรูเล็ก ๆ จำนวนมาก ปรากฎว่าโมเลกุลของก๊าซที่เบากว่าจะผ่านเข้าไปในปริมาณที่มากกว่าของหนัก คน สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลผ่านรูโดยไม่ชนกัน... กล่าวคือ เมื่อเส้นทางอิสระเฉลี่ยของโมเลกุลมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรู ด้วยเหตุนี้ ก๊าซที่ไหลผ่านกริดจึงหมดไปในโมเลกุลเบา เกือบตลอดเวลามีการรั่วไหลของก๊าซแบบย้อนกลับผ่านตาข่ายซึ่งเป็นผลมาจากการที่ในความเป็นจริงความเข้มข้นของไอโซโทปแสง (การเสริมสมรรถนะ) ที่เพิ่มขึ้นนั้นค่อนข้างเล็กลง

รายละเอียดเพิ่มเติมภายใต้สปอยเลอร์จากรายงานเดียวกัน

“เกี่ยวกับสถานะของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และ งานภาคปฏิบัติห้องปฏิบัติการที่ 2 เพื่อผลิตยูเรเนียม-235 โดยวิธีแพร่"

ยิ่งแรงดันตกคร่อมกริดมากเท่าใด สมรรถนะก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ความแตกต่างของแรงดันมักจะถูกสร้างขึ้นโดยคอมเพรสเซอร์ (ปั๊ม) ที่เคลื่อนย้ายก๊าซระหว่างกริด ระบบดังกล่าวประกอบด้วยกริดและคอมเพรสเซอร์ที่เคลื่อนย้ายแก๊ส ถือเป็นขั้นตอนการแยก

เราใช้ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์เป็นก๊าซ นี่คือเกลือที่มีความดันไอค่อนข้างสูงที่อุณหภูมิห้อง สำหรับกริดนั้น กริดจะต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางช่องเปิดน้อยกว่าเส้นทางอิสระของโมเลกุลยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ อย่างหลังดังที่ทราบกันดีว่าแปรผกผันกับแรงดันแก๊ส ที่ความดันบรรยากาศ วิถีอิสระของโมเลกุลจะอยู่ที่ประมาณ 1/10,000 มม. ดังนั้นหากเราสร้างตาข่ายละเอียดที่มีรูเล็กกว่า 1/10,000 มม. เราก็สามารถทำงานกับแก๊สที่ความดันบรรยากาศได้

ปัจจุบันเราได้เรียนรู้การทำตาข่ายที่มีรูขนาดประมาณ 5/1000 มม. เช่น มากกว่าเส้นทางอิสระของโมเลกุลที่ความดันบรรยากาศถึง 50 เท่า ดังนั้นความดันก๊าซที่จะเกิดการแยกไอโซโทปบนกริดดังกล่าวจะต้องน้อยกว่า 1/50 ของความดันบรรยากาศ ในทางปฏิบัติ เราถือว่าทำงานที่ความกดดันประมาณ 0.01 บรรยากาศ กล่าวคือ ภายใต้สภาวะสุญญากาศที่ดี การเพิ่มปริมาณก๊าซหลายครั้งในระหว่างกระบวนการต่อเนื่องสามารถดำเนินการได้โดยใช้การติดตั้งแบบคาสเคดซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนจำนวนมากที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม การคำนวณแสดงให้เห็นว่าเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่อุดมด้วยความเข้มข้น 90% ด้วยไอโซโทปแสง (ความเข้มข้นนี้เพียงพอที่จะทำให้เกิดการระเบิด) จำเป็นต้องรวมขั้นตอนดังกล่าวประมาณ 2,000 ขั้นตอนในน้ำตก ในเครื่องจักรที่เรากำลังออกแบบและผลิตบางส่วน คาดว่าจะผลิตยูเรเนียม-235 ได้ 75-100 กรัมต่อวัน การติดตั้งจะประกอบด้วย “คอลัมน์” ประมาณ 80-100 “คอลัมน์” แต่ละคอลัมน์จะมีการติดตั้ง 20-25 ขั้นตอน พื้นที่รวมของกริด (พื้นที่ของกริดกำหนดประสิทธิภาพของการติดตั้งทั้งหมด) จะอยู่ที่ประมาณ 8,000 ตารางเมตร พลังงานทั้งหมดที่ใช้โดยคอมเพรสเซอร์จะอยู่ที่ 20,000 กิโลวัตต์

มันถูกใช้เป็นหนึ่งในขั้นตอนแรกของการตกแต่ง ในโครงการแมนฮัตตัน โรงงาน K-25 เสริมสมรรถนะยูเรเนียมจาก 0.86% เป็น 7% จากนั้นจึงนำวัตถุดิบไปใช้สำหรับแคลลูตรอน ในสหภาพโซเวียต - พืช D-1 ที่ต้องทนทุกข์ทรมานมายาวนานเช่นเดียวกับพืช D-2 และ D-3 ที่ตามมาเป็นต้น

นอกจากนี้บางครั้งวิธีการ "แพร่" ของการแยกยังถูกเข้าใจว่าเป็นการแพร่กระจายของของเหลว - เฉพาะในเฟสของเหลวเท่านั้น หลักการทางกายภาพคือโมเลกุลที่เบากว่าจะรวมตัวกันในบริเวณที่ร้อนกว่า โดยทั่วไปแล้ว คอลัมน์แยกจะประกอบด้วยท่อสองท่อที่วางตำแหน่งโคแอกเชียล โดยจะรักษาอุณหภูมิที่แตกต่างกันไว้ มีการแนะนำส่วนผสมที่จะแยกระหว่างกัน ความแตกต่างของอุณหภูมิ ΔT นำไปสู่การไหลเวียนของกระแสแนวตั้งที่มีการพาความร้อน และการแพร่กระจายของไอโซโทปถูกสร้างขึ้นระหว่างพื้นผิวของท่อ ซึ่งนำไปสู่การปรากฏของความเข้มข้นของไอโซโทปที่แตกต่างกันในส่วนตัดขวางของคอลัมน์ เป็นผลให้ไอโซโทปที่เบากว่าสะสมที่พื้นผิวร้อนของท่อด้านในและเลื่อนขึ้น วิธีการแพร่กระจายความร้อนช่วยให้สามารถแยกไอโซโทปในเฟสก๊าซและของเหลวได้

ในโครงการแมนฮัตตัน นี่คือโรงงาน S-50 ซึ่งเสริมสมรรถนะยูเรเนียมธรรมชาติเป็น 0.86% เช่น เพิ่มสมรรถนะยูเรเนียมที่ 5 เพียง 1.2 เท่า ในสหภาพโซเวียต งานเกี่ยวกับการแพร่กระจายของของเหลวดำเนินการโดยสถาบันเรเดียมในช่วงหลังสงคราม แต่ทิศทางนี้ไม่ได้รับการพัฒนาใด ๆ

น้ำตกของเครื่องแยกไอโซโทปการแพร่กระจายก๊าซ
ลายเซ็นในสิทธิบัตร - F. Simon, K. Fuchs, R. Peierls

การแยกแอโรไดนามิก

ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับการแยกตามหลักอากาศพลศาสตร์อยู่ในภาพนี้

ตัวเลือกหัวฉีด

การหมุนเหวี่ยงแก๊ส

หลักการทำงานคือการแยกออกจากกันเนื่องจากแรงเหวี่ยงขึ้นอยู่กับความแตกต่างสัมบูรณ์ของมวล เมื่อหมุน (สูงถึง 1,000 rps ความเร็วรอบนอก - 100 - 600 ม./วินาที) โมเลกุลที่หนักกว่าจะไปที่บริเวณรอบนอก ส่วนโมเลกุลที่เบากว่า - อยู่ตรงกลาง (ที่โรเตอร์) วิธีนี้มีประสิทธิผลมากที่สุดและถูกที่สุดในปัจจุบัน (อิงจากราคา $/EPP)

Google เต็มไปด้วยรูปภาพแผนผังของอุปกรณ์หมุนเหวี่ยง ฉันจะให้รูปถ่ายสองสามรูปว่าน้ำตกที่ประกอบกันนั้นเป็นอย่างไร อย่างไรก็ตามในห้องดังกล่าวค่อนข้างร้อน - ยูเรเนียมเฮกซาฟอสฟอไรด์นั้นอยู่ไกลจากอุณหภูมิห้องและน้ำตกทั้งหมดนี้ก็ต้องได้รับการระบายความร้อนด้วย

การเรียงซ้อนของเครื่องหมุนเหวี่ยงจาก URENCO ขนาดใหญ่สูงประมาณ 3 เมตร

นอกจากนี้ยังมีอันที่เล็กกว่าประมาณครึ่งเมตร ของบ้านเรา.

เพื่อให้เข้าใจถึงขนาดหรือว่า “ร้านค้าจากขอบฟ้าถึงขอบฟ้า” คืออะไร

การเพิ่มคุณค่าด้วยเลเซอร์

วิธีการนี้ใช้ไอยูเรเนียมและเลเซอร์ที่ได้รับการปรับให้เข้ากับความยาวคลื่นเฉพาะอย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นอะตอมที่น่าตื่นเต้นของยูเรเนียมลำดับที่ 235 อย่างแม่นยำ จากนั้นอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนจะถูกกำจัดออกจากส่วนผสมโดยสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก

เทคโนโลยีนี้ง่ายมาก และโดยทั่วไปแล้ว ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์กลไกที่ซับซ้อนเป็นพิเศษใดๆ เช่น กริดแพร่หรือเครื่องหมุนเหวี่ยง มีปัญหาอยู่อย่างหนึ่ง
ในเดือนกันยายน 2012 Global Laser Enrichment LLC (GLE) ซึ่งเป็นกลุ่มบริษัท General Electric, Hitachi และ Cameco ได้รับใบอนุญาตจาก US Nuclear Regulatory Commission (NRC) เพื่อสร้างโรงแยกเลเซอร์ที่มีความจุสูงถึง 6 ล้าน SWU ที่ ที่ตั้งของกิจการร่วมค้าที่มีอยู่ของ GE, Toshiba และ Hitachi ผู้ผลิตเชื้อเพลิงในเมืองวิลมิงตัน รัฐนอร์ทแคโรไลนา การเพิ่มคุณค่าตามแผนสูงถึง 8% อย่างไรก็ตาม ใบอนุญาตถูกระงับเนื่องจากปัญหาการแพร่กระจายของเทคโนโลยี เทคโนโลยีสมัยใหม่การเสริมสมรรถนะ (การแพร่กระจายและการหมุนเหวี่ยง) ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว หากต้องการ โดยผ่านการตรวจสอบสัญญาระหว่างประเทศ เราสามารถสรุปได้โดยอ้อมว่าใครจะ "เงียบ" (โดยปราศจากความรู้เกี่ยวกับ IAEA) เสริมสมรรถนะยูเรเนียมหรือดำเนินงานในเรื่องนี้ ทิศทาง. และกำลังดำเนินการติดตามดังกล่าวอยู่จริง หากวิธีการเสริมสมรรถนะด้วยเลเซอร์พิสูจน์ให้เห็นถึงความเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ การทำงานกับยูเรเนียมเกรดอาวุธอาจเริ่มดำเนินการได้ในที่ที่ไม่จำเป็นจริงๆ ดังนั้นขณะนี้กำลังถูกบดขยี้วิธีเลเซอร์

วิธีการเลเซอร์ยังรวมถึงวิธีการระดับโมเลกุลโดยอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าที่ความถี่อินฟราเรดหรืออัลตราไวโอเลตการดูดซึมสเปกตรัมอินฟราเรดแบบเลือกโดยก๊าซ 235 UF 6 เกิดขึ้นซึ่งต่อมาอนุญาตให้ใช้วิธีการแยกตัวของโมเลกุลที่ตื่นเต้นหรือการแยกสารเคมี
เนื้อหาสัมพัทธ์ของ U-235 สามารถเพิ่มได้ตามลำดับความสำคัญในระยะแรก ดังนั้น การส่งผ่านเพียงครั้งเดียวก็เพียงพอที่จะเสริมสมรรถนะยูเรเนียมให้เพียงพอสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

คำอธิบายวิธี “โมเลกุล” พร้อมการแยกสารเคมี

ข้อดีของการเสริมสมรรถนะด้วยเลเซอร์:

• ปริมาณการใช้ไฟฟ้า: น้อยกว่าการแพร่กระจายถึง 20 เท่า
• การเรียงซ้อน: จำนวนการเรียงซ้อน (จาก 0.7% ถึง 3-5% สำหรับ U-235) น้อยกว่า 100 เมื่อเทียบกับเครื่องหมุนเหวี่ยง 150,000 เครื่อง
• ต้นทุนของโรงงานลดลงอย่างมาก
• เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม: ใช้โลหะยูเรเนียมที่เป็นอันตรายน้อยกว่าแทนยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์
• ความต้องการยูเรเนียมธรรมชาติลดลง 30%
• พื้นที่จัดเก็บกากแร่น้อยลง 30% (พื้นที่เก็บข้อมูลแบบดัมพ์)

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวิธีการต่างๆ

การเสริมสมรรถนะยูเรเนียมในรัสเซีย

• JSC "โรงงานเคมี Angarsk Electrolysis" (Angarsk ภูมิภาค Irkutsk)
• JSC "PO "โรงงานไฟฟ้าเคมี" (Zelenogorsk, ดินแดนครัสโนยาสค์)
• JSC "โรงงานเคมีไฟฟ้าอูราล" (Novouralsk, ภูมิภาค Sverdlovsk),
• JSC "โรงงานเคมีไซบีเรีย" (Seversk ภูมิภาค Tomsk)

สำหรับปี 2000 ความสามารถในการเพิ่มปริมาณในรัสเซียมีการกระจายดังนี้: 40% สำหรับความต้องการภายใน, 13% สำหรับการประมวลผลการทิ้งขยะของผู้ใช้ต่างประเทศ, 30% สำหรับการประมวลผล HEU และ LEU และ 17% สำหรับคำสั่งซื้อภายนอก ทั้งหมดนี้เป็นอะตอมที่สงบสุข การผลิตยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหารได้ยุติลงตั้งแต่ปี 1989 ภายในปี 2547 HEU (ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง) 170 ตัน (จากประมาณ 500 ตัน) ได้รับการประมวลผลภายใต้ข้อตกลง HEU-LEU

นั่นคือทั้งหมดที่ ขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ

การแยกไอโซโทป — กระบวนการซึ่งแต่ละไอโซโทปขององค์ประกอบนั้นจะถูกแยกออกจากวัสดุที่ประกอบด้วยส่วนผสมของไอโซโทปที่แตกต่างกันขององค์ประกอบทางเคมีชนิดเดียว การแยกไอโซโทปมักเกี่ยวข้องกับปัญหาที่สำคัญเสมอ เนื่องจากไอโซโทปซึ่งเป็นการแปรผันของธาตุหนึ่งซึ่งมีมวลต่างกันเพียงเล็กน้อย จะมีพฤติกรรมทางเคมีแทบจะเหมือนกัน แต่ - ความเร็วของปฏิกิริยาบางอย่างจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับไอโซโทปของธาตุ นอกจากนี้คุณสามารถใช้ความแตกต่างใน คุณสมบัติทางกายภาพ- ตัวอย่างเช่นในมวล ความแตกต่างในพฤติกรรมของไอโซโทปนั้นน้อยมากจนในระหว่างขั้นตอนหนึ่งของการแยกสารจะเสริมสมรรถนะขึ้นหนึ่งในร้อยเปอร์เซ็นต์และต้องทำซ้ำกระบวนการแยกซ้ำแล้วซ้ำอีก - เป็นจำนวนมาก ประสิทธิภาพของระบบคาสเคดดังกล่าวได้รับอิทธิพลจากปัจจัยสองประการ ได้แก่ ระดับของการเสริมสมรรถนะในแต่ละขั้นตอน และการสูญเสียไอโซโทปที่ต้องการในกระแสของเสีย

วิธีการพื้นฐานของการแยกไอโซโทป

การแยกแม่เหล็กไฟฟ้า

วิธีการแยกแม่เหล็กไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับการกระทำที่แตกต่างกัน สนามแม่เหล็กกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากันและมีมวลต่างกัน เครื่องจักรที่เรียกว่าคาลูตรอนเป็นเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลขนาดใหญ่ ไอออนของสารที่ถูกแยกออกจากกันซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กแรงสูง จะถูกบิดด้วยรัศมีตามสัดส่วนของมวลและตกลงไปในตัวรับซึ่งพวกมันสะสมอยู่

วิธีนี้ทำให้สามารถแยกไอโซโทปที่รวมกันได้และมีการแยกในระดับที่สูงมาก โดยปกติแล้ว การผ่านสองครั้งก็เพียงพอที่จะได้รับระดับการเสริมสมรรถนะที่มากกว่า 80% จากสารไร้มัน (โดยมีปริมาณเริ่มต้นของไอโซโทปที่ต้องการน้อยกว่า 1%) อย่างไรก็ตาม การแยกด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เหมาะกับการผลิตทางอุตสาหกรรม เนื่องจากสารส่วนใหญ่จะสะสมอยู่ในคาลูตรอน จึงต้องหยุดเป็นระยะเพื่อการบำรุงรักษา ข้อเสียอื่นๆ คือ ใช้พลังงานสูง ซับซ้อน และมีค่าใช้จ่ายสูง การซ่อมบำรุง,ประสิทธิภาพต่ำ. ขอบเขตหลักของการประยุกต์ใช้วิธีนี้คือการผลิตไอโซโทปบริสุทธิ์จำนวนเล็กน้อยเพื่อใช้ในห้องปฏิบัติการ

การแพร่กระจายของก๊าซ

วิธีนี้ใช้ความแตกต่างของความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก๊าซที่มีมวลต่างกัน ชัดเจนว่าจะเหมาะกับสารในเท่านั้น สถานะก๊าซ- ด้วยความเร็วที่แตกต่างกันของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล หากคุณบังคับให้พวกมันเคลื่อนที่ผ่านท่อบาง ๆ ท่อที่เร็วกว่าและเบากว่าก็จะแซงหน้าท่อที่หนักกว่า ในการทำเช่นนี้ ท่อจะต้องบางมากจนโมเลกุลเคลื่อนที่ไปทีละอัน ดังนั้นกุญแจสำคัญในที่นี้คือการผลิตเมมเบรนที่มีรูพรุนเพื่อการแยกตัว ต้องป้องกันการรั่วซึมและทนต่อแรงดันส่วนเกิน

สำหรับองค์ประกอบเบาบางชนิด ระดับการแยกตัวอาจค่อนข้างสูง แต่สำหรับยูเรเนียมมีค่าเพียง 1.00429 เท่านั้น (กระแสเอาท์พุตของแต่ละขั้นเสริมสมรรถนะด้วยแฟคเตอร์ 1.00429) ดังนั้น สถานประกอบการเสริมสมรรถนะการแพร่กระจายของก๊าซจึงมีขนาดเป็นไซโคลเปียน ซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนการเสริมสมรรถนะหลายพันขั้นตอน

การหมุนเหวี่ยงแก๊ส

เทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาครั้งแรกในประเทศเยอรมนีในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง แต่ไม่ได้ใช้ในอุตสาหกรรมใดเลยจนกระทั่งต้นทศวรรษที่ 50 ถ้าส่วนผสมของไอโซโทปที่เป็นก๊าซถูกส่งผ่านเครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วสูง แรงเหวี่ยงจะแยกอนุภาคที่เบาหรือหนักกว่าออกเป็นชั้นๆ ซึ่งสามารถรวบรวมได้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการหมุนเหวี่ยงคือค่าสัมประสิทธิ์การแยกขึ้นอยู่กับความแตกต่างสัมบูรณ์ในมวลมากกว่าอัตราส่วนมวล เครื่องหมุนเหวี่ยงทำงานได้ดีพอๆ กันกับทั้งวัตถุที่เบาและหนัก ระดับของการแยกเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของอัตราส่วนของความเร็วในการหมุนต่อความเร็วของโมเลกุลในก๊าซ ดังนั้นจึงขอแนะนำอย่างยิ่งให้หมุนเครื่องหมุนเหวี่ยงให้เร็วที่สุด ความเร็วเชิงเส้นทั่วไปของโรเตอร์หมุนคือ 250-350 ม./วินาที และมากกว่า 600 ม./วินาทีในเครื่องหมุนเหวี่ยงขั้นสูง

ค่าสัมประสิทธิ์การแยกโดยทั่วไปคือ 1.01 - 1.1 เมื่อเปรียบเทียบกับการติดตั้งแบบกระจายก๊าซ วิธีการนี้จะช่วยลดการใช้พลังงานและเพิ่มพลังงานได้ง่ายกว่า ปัจจุบันมีการหมุนเหวี่ยงแก๊ส วิธีการแยกไอโซโทปทางอุตสาหกรรมหลักในรัสเซีย

ผู้ผลิตไอโซโทปเสถียร: Rosatom State Corporation ประกอบด้วยบริษัทที่ดำเนินธุรกิจการผลิตไอโซโทปมวลปานกลางและหนักทางอุตสาหกรรม ตลอดจนไอโซโทปของก๊าซมีตระกูล เทคโนโลยีเครื่องหมุนเหวี่ยงแม่เหล็กไฟฟ้าและแก๊สใช้ในการแยกไอโซโทปทางอุตสาหกรรม เทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้สามารถแยกไอโซโทปขององค์ประกอบเกือบทั้งหมดในตารางธาตุได้ จำนวนบริษัท Rosatom State Corporation ที่ใช้วิธีการแยกไอโซโทปเหล่านี้มีดังต่อไปนี้:

1. โรงงาน Federal State Unitary Enterprise "Electrokhimpribor" - 209 รายการ (วิธีแม่เหล็กไฟฟ้า)
2. โรงงานเคมีไฟฟ้าของสมาคมการผลิต OJSC ผลิตไอโซโทป 95 ชนิด (วิธีการปั่นแยกก๊าซ)
3. OJSC "โรงงานเคมีไซบีเรีย" - 91 ชื่อของไอโซโทป (วิธีการหมุนเหวี่ยงก๊าซ)
4. FSUE "RFNC-VNIIEF" - 24 รายการ (วิธีปั่นแยกแก๊ส)

การแยกไอโซโทป- กระบวนการทางเทคโนโลยีในการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบไอโซโทปของสารที่ประกอบด้วยส่วนผสมของไอโซโทปที่แตกต่างกันขององค์ประกอบทางเคมีหนึ่งองค์ประกอบ จากส่วนผสมหนึ่งของไอโซโทป จะได้สารผสมสองชนิดที่ผลลัพธ์ของกระบวนการ: หนึ่งรายการด้วย เนื้อหาที่เพิ่มขึ้นไอโซโทปที่ต้องการ (ของผสมเสริมสมรรถนะ) อีกอันหนึ่งที่มีไอโซโทปรีดิวซ์ (ของผสมแบบลีน)

การใช้งานหลักของกระบวนการแยกไอโซโทปคือการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมด้วยไอโซโทป 235 U สำหรับการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ วัสดุกัมมันตรังสีเกรดอาวุธ และการใช้งานอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้สารกัมมันตภาพรังสี

งานอุตสาหกรรมเพื่อแยกไอโซโทปวัดในหน่วยงานแยก (SWU) สำหรับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบไอโซโทปของส่วนผสมเริ่มต้นบางอย่าง จำเป็นต้องใช้ SWU ในปริมาณเท่ากัน โดยไม่คำนึงถึงเทคโนโลยีการแยกไอโซโทป

YouTube สารานุกรม

1 / 5

✪ เนปทูเนียม 237 - การผลิตเนปทูเนียมจากเกลือยูเรเนียม การสลายกัมมันตภาพรังสีของไนเตรตเนปจูน

➤ Siberian Chemical Combine ได้รับสัญญาสำหรับการผลิตไอโซโทปเสถียร

√ เคมี 8 สารที่ง่ายและซับซ้อน องค์ประกอบของสาร

✪ 10. องค์ประกอบทางเคมี

útบทที่ 2 วิธีความรู้ทางเคมี ข้อควรระวังเพื่อความปลอดภัยในบทเรียนเคมี

คำบรรยาย

หลักการทั่วไป

การแยกไอโซโทป (เช่น การสกัด 6 Li, 235 U) มักเกี่ยวข้องกับปัญหาที่สำคัญเสมอ เนื่องจากไอโซโทปซึ่งเป็นการแปรผันขององค์ประกอบเดียวซึ่งมีมวลต่างกันเพียงเล็กน้อย พฤติกรรมทางเคมีแทบจะเหมือนกัน แต่ - ความเร็วของปฏิกิริยาบางอย่างจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับไอโซโทปของธาตุ นอกจากนี้ คุณสามารถใช้ความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพของธาตุได้ เช่น มวล

อาจเป็นไปได้ว่าความแตกต่างในพฤติกรรมของไอโซโทปนั้นมีน้อยมากจนในระหว่างขั้นตอนหนึ่งของการแยกสารจะเสริมสมรรถนะขึ้นหนึ่งในร้อยเปอร์เซ็นต์และต้องทำซ้ำกระบวนการแยกซ้ำแล้วซ้ำอีก - เป็นจำนวนมากครั้ง ในทางเทคโนโลยีสิ่งนี้ดำเนินการโดยการส่งผ่านปริมาตรไอโซโทปที่แยกออกจากกันตามลำดับผ่านเซลล์ประเภทเดียวกันที่ทำการแยก - ลดหลั่น เพื่อให้ได้การแยกที่จำเป็นสามารถมีน้ำตกหลายพันชุดเป็นอนุกรมและเพื่อให้ได้ปริมาตรที่ต้องการกลุ่มน้ำตกที่ต่อเนื่องกันนับหมื่นที่เชื่อมต่อกันแบบขนาน

ประสิทธิภาพของระบบคาสเคดดังกล่าวได้รับอิทธิพลจากปัจจัยสองประการ ได้แก่ ระดับของการเสริมสมรรถนะในแต่ละขั้นตอน และการสูญเสียไอโซโทปที่ต้องการในกระแสของเสีย

ให้เราอธิบายปัจจัยที่สอง ในแต่ละขั้นตอนการเสริมสมรรถนะ การไหลจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน - ทำให้สมบูรณ์และหมดไปในไอโซโทปที่ต้องการ เนื่องจากระดับของการเสริมสมรรถนะต่ำมาก มวลรวมของไอโซโทปในหินเสียจึงสามารถเกินมวลของมันในส่วนที่ได้รับการเสริมสมรรถนะได้อย่างง่ายดาย เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียวัตถุดิบอันมีค่า การไหลที่หมดลงของแต่ละขั้นตอนต่อมาจะกลับไปสู่อินพุตของขั้นตอนก่อนหน้า

วัสดุเริ่มต้นไม่เข้าสู่ขั้นตอนแรกของน้ำตก จะถูกนำเข้าสู่ระบบทันทีอย่างแน่นอน ขั้นที่ n- ด้วยเหตุนี้ ตั้งแต่ขั้นตอนแรก วัสดุที่มีการใช้ไอโซโทปหลักจนหมดไปอย่างมากจึงถูกกำจัดทิ้งไปเป็นของเสีย

วิธีการแยกไอโซโทปหลักที่ใช้

• การแยกแม่เหล็กไฟฟ้า
• การแพร่กระจายของก๊าซ
• การแพร่กระจายความร้อนของก๊าซหรือของเหลว
• การแยกแอโรไดนามิก
• การแยกไอโซโทปด้วยเลเซอร์
• การเพิ่มคุณค่าทางเคมี
• การแยกโฟโตเคมี

ไม่ว่าในกรณีใด ปริมาณของวัสดุเสริมสมรรถนะที่ผลิตขึ้นจะขึ้นอยู่กับระดับของการเพิ่มสมรรถนะและการสิ้นเปลืองกระแสข้อมูลเอาท์พุตที่ต้องการ หากสารต้นทางมีอยู่ในปริมาณมากและมีราคาถูกประสิทธิภาพของน้ำตกสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการทิ้งองค์ประกอบที่มีประโยชน์ที่ไม่ได้สกัดจำนวนมากพร้อมกับของเสีย (เช่นการผลิตดิวทีเรียมจากน้ำธรรมดา) หากจำเป็น จะสามารถสกัดไอโซโทปจากวัตถุดิบได้มากขึ้น (เช่น เมื่อเสริมสมรรถนะยูเรเนียม)

การแยกแม่เหล็กไฟฟ้า

วิธีการแยกแม่เหล็กไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับความแรงที่เท่ากันของอันตรกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กกับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ด้วยแรงเท่ากัน อนุภาคที่มีมวลต่างกันจะมีพฤติกรรมแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น วิถีโคจรของไอออนที่มีประจุเท่ากันซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับมวลของไอออนเหล่านั้น โดยการวางกับดักในตำแหน่งการติดตั้งที่เหมาะสม จะสามารถรวบรวมไอโซโทปที่เหมาะสมได้ ในความเป็นจริง สถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งที่เรียกว่าคาลูตรอนนั้นเป็นเครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลขนาดใหญ่ ในนั้นไอออนของสารที่แยกออกจากกันซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กแรงสูงจะถูกบิดด้วยรัศมีตามสัดส่วนของมวลและตกลงไปในตัวรับซึ่งพวกมันสะสมอยู่

วิธีนี้ทำให้สามารถแยกไอโซโทปที่รวมกันได้และมีการแยกในระดับที่สูงมาก โดยปกติแล้ว การผ่านสองครั้งก็เพียงพอที่จะได้รับระดับการเสริมสมรรถนะที่มากกว่า 80% จากสารไร้มัน (โดยมีปริมาณเริ่มต้นของไอโซโทปที่ต้องการน้อยกว่า 1%) อย่างไรก็ตาม การแยกด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เหมาะกับการผลิตทางอุตสาหกรรม เนื่องจากสารส่วนใหญ่จะสะสมอยู่ในคาลูตรอน จึงต้องหยุดเป็นระยะเพื่อการบำรุงรักษา ข้อเสียอื่นๆ ได้แก่ การใช้พลังงานสูง ความซับซ้อนและค่าบำรุงรักษาสูง และประสิทธิภาพต่ำ ขอบเขตหลักของการประยุกต์ใช้วิธีนี้คือการผลิตไอโซโทปบริสุทธิ์จำนวนเล็กน้อยเพื่อใช้ในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง โรงงาน Y-12 ได้ถูกสร้างขึ้น โดยมีกำลังการผลิต 204 กรัมหรือ 80% U-235 ต่อวันในเดือนมกราคม พ.ศ. 2488

ประสิทธิภาพ- โรงงานที่ผลิตยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง 50 กิโลกรัมต่อปีด้วยการแยกด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า ( แคลลูตรอน) คาดว่าจะใช้ไฟฟ้ามากกว่า 50 เมกะวัตต์

การแพร่กระจายของก๊าซ

วิธีนี้ใช้ความแตกต่างของความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก๊าซที่มีมวลต่างกัน เป็นที่ชัดเจนว่าเหมาะสำหรับสารที่อยู่ในสถานะก๊าซเท่านั้น

ด้วยความเร็วที่แตกต่างกันของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล หากคุณบังคับให้พวกมันเคลื่อนที่ผ่านท่อบาง ๆ ท่อที่เร็วกว่าและเบากว่าก็จะแซงหน้าท่อที่หนักกว่า ในการทำเช่นนี้ ท่อจะต้องบางมากจนโมเลกุลเคลื่อนที่ไปทีละอัน ดังนั้น จุดสำคัญที่นี่คือการผลิตเมมเบรนแยกที่มีรูพรุนโดยมีขนาดรูพรุนทั่วไปตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยนาโนเมตร ต้องไม่มีการรั่วไหล ทนทานต่อแรงดันเกินที่สูง และทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่มีฟลูออรีน มีหลายวิธีในการผลิตเมมเบรนที่มีรูพรุน เช่น:

• การเผาโลหะหรือผงโพลีเมอร์ภายใต้สภาวะดังกล่าวซึ่งมีช่องว่างที่เป็นมาตรฐานยังคงอยู่ระหว่างเม็ดของผง
• การกัดโลหะหนึ่งชิ้นจากโลหะผสมของโลหะสองชนิดภายใต้เงื่อนไขบางประการทำให้เกิดโครงสร้างที่มีรูพรุน
• ออกซิเดชันด้วยไฟฟ้าของอะลูมิเนียมทำให้เกิดโครงสร้างที่มีรูพรุนของอะลูมิเนียมออกไซด์

เมมเบรนมักจะทำในรูปแบบของท่อที่มีความยาวหลายเมตร น้ำตกแยกหนึ่งประกอบจากท่อหลายร้อยหลอด

สำหรับองค์ประกอบเบาบางชนิด ระดับการแยกตัวอาจค่อนข้างสูง แต่สำหรับยูเรเนียมมีค่าเพียง 1.00429 เท่านั้น (กระแสเอาท์พุตของแต่ละขั้นเสริมสมรรถนะด้วยแฟคเตอร์ 1.00429) เพื่อให้ได้ระดับการตกแต่งที่สูง บางครั้งมีการเชื่อมต่อน้ำตกหลายพันชั้นเข้าด้วยกันเป็นอนุกรม เมื่อพิจารณาว่าน้ำตกอุตสาหกรรมทั่วไปแห่งหนึ่งครอบครองพื้นที่สูงถึง 100 ม. 2 หรือมากกว่านั้น องค์กรเสริมสมรรถนะการแพร่กระจายของก๊าซจึงมีขนาดเท่ากับไซโคลเปียน การสูญเสียแรงดันที่ค่อนข้างมากบนเมมเบรนและขนาดของการติดตั้งเป็นตัวกำหนดการใช้พลังงานจำนวนมหาศาลของคอมเพรสเซอร์ นอกจากนี้ โรงงานยังมีเฮกซาฟลูออไรด์ทางเทคโนโลยีในปริมาณมาก บางครั้งผ่านไปหลายสัปดาห์นับตั้งแต่เริ่มต้นโรงงานจนกระทั่งได้รับผลิตภัณฑ์แรกที่ผลผลิต ซึ่งในระหว่างนั้นเฮกซาฟลูออไรด์จะเติมปริมาตรของน้ำตกทั้งหมดตามลำดับ สถานการณ์นี้ทำให้เกิดความต้องการอย่างมากต่อความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ เนื่องจากความล้มเหลวของน้ำตกแม้แต่ครั้งเดียวอาจทำให้โซ่ทั้งหมดหยุดทำงาน เพื่อลดความเสียหายจากการหยุดกระบวนการ คาสเคดได้รับการติดตั้งการตรวจสอบประสิทธิภาพอัตโนมัติและบายพาสคาสเคดที่มีปัญหา

การแพร่กระจายความร้อน

ในกรณีนี้จะใช้ความแตกต่างของความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอีกครั้ง อันที่เบากว่าเมื่อมีอุณหภูมิต่างกันมักจะจบลงในบริเวณที่มีความร้อนมากกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การแยกขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความแตกต่างในมวลของไอโซโทปต่อมวลรวม และจะมีค่ามากกว่าสำหรับองค์ประกอบที่เบา แม้จะเรียบง่าย แต่วิธีนี้ต้องใช้พลังงานมากในการสร้างและรักษาความร้อน ในช่วงรุ่งสางของยุคนิวเคลียร์ มีการติดตั้งทางอุตสาหกรรมโดยอาศัยการกระจายความร้อน ปัจจุบันไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในตัวเอง แต่แนวคิดของการแพร่กระจายความร้อนถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องหมุนเหวี่ยงก๊าซ

การหมุนเหวี่ยงแก๊ส

แนวคิดเรื่องการแยกแบบแรงเหวี่ยงเริ่มได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขันในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง อย่างไรก็ตาม ความยากลำบากในการเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยีทำให้การพัฒนาล่าช้า และใน ประเทศตะวันตกมีการตัดสินถึงความไร้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจของวิธีการนี้ด้วยซ้ำ ในสหภาพโซเวียตการแนะนำเทคโนโลยีเครื่องหมุนเหวี่ยงทางอุตสาหกรรมก็เริ่มขึ้นหลังจากการพัฒนาทางอุตสาหกรรมของการแพร่กระจายของก๊าซเท่านั้น

หากส่วนผสมของไอโซโทปที่เป็นก๊าซถูกส่งผ่านเครื่องหมุนเหวี่ยงก๊าซความเร็วสูง แรงเหวี่ยงจะแยกอนุภาคที่เบากว่าหรือหนักกว่าออกเป็นชั้น ๆ ซึ่งสามารถรวบรวมได้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการหมุนเหวี่ยงคือค่าสัมประสิทธิ์การแยกขึ้นอยู่กับความแตกต่างสัมบูรณ์ในมวลมากกว่าอัตราส่วนมวล เครื่องหมุนเหวี่ยงทำงานได้ดีพอๆ กันกับทั้งวัตถุที่เบาและหนัก ระดับของการแยกเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของอัตราส่วนของความเร็วในการหมุนต่อความเร็วของโมเลกุลในก๊าซ ดังนั้นจึงขอแนะนำอย่างยิ่งให้หมุนเครื่องหมุนเหวี่ยงให้เร็วที่สุด ความเร็วเชิงเส้นทั่วไปของโรเตอร์หมุนคือ 250-350 ม./วินาที และมากกว่า 600 ม./วินาทีในเครื่องหมุนเหวี่ยงขั้นสูง ความแตกต่างของความดันที่แกนเครื่องหมุนเหวี่ยงและที่ผนังด้านนอกอาจสูงถึงหลายหมื่นครั้ง ดังนั้นเครื่องหมุนเหวี่ยงแบบเรียงซ้อนจึงทำงานที่แรงดันต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงการควบแน่นของเฮกซาฟลูออไรด์ เพื่อปรับปรุงการแยกตัวด้วยการแพร่กระจายความร้อน การไล่ระดับอุณหภูมิหลายสิบองศาจะถูกสร้างขึ้นในเครื่องหมุนเหวี่ยงตามแนวแกนของเครื่องหมุนเหวี่ยง

ค่าสัมประสิทธิ์การแยกโดยทั่วไปคือ 1.01 - 1.1 เมื่อเปรียบเทียบกับการติดตั้งแบบกระจายก๊าซ วิธีการนี้จะช่วยลดการใช้พลังงานและเพิ่มพลังงานได้ง่ายกว่า ปัจจุบันการปั่นแยกก๊าซเป็นวิธีทางอุตสาหกรรมหลักในการแยกไอโซโทปในรัสเซีย

การแยกแอโรไดนามิก

วิธีการนี้ถือได้ว่าเป็นอีกวิธีหนึ่งของการปั่นแยก แต่แทนที่จะหมุนแก๊สในเครื่องหมุนเหวี่ยง มันจะหมุนวนเมื่อออกจากหัวฉีดพิเศษ ซึ่งจ่ายภายใต้แรงดัน เทคโนโลยีนี้ซึ่งใช้เอฟเฟกต์กระแสน้ำวนนี้ถูกนำมาใช้โดยแอฟริกาใต้และเยอรมนี

ปัญหาเกี่ยวกับเทคโนโลยีคือรัศมีของหัวฉีดอยู่ที่ประมาณ 100 ไมครอน ในขณะที่ความยาวรวมของหัวฉีดในแต่ละขั้นตอนการแยกทางอุตสาหกรรมมีความยาวหลายร้อยหลายพันเมตร ความยาวนี้เพิ่มขึ้นเป็นชิ้นๆ หลายสิบถึงหลายร้อยเซนติเมตร นอกจากความยากในการผลิตหัวฉีดแล้ว ยังมีปัญหาเรื่องก๊าซเจือจาง เช่น ฮีเลียม อีกด้วย สารเจือจางทำให้สามารถเก็บยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์ไว้ในสถานะก๊าซได้ที่แรงดันสูงที่ทางเข้าไปยังหัวฉีด ซึ่งจำเป็นต่อการสร้างการไหลด้วยความเร็วสูงในหัวฉีด ที่ผลผลิตการผลิต จะต้องแยกสารเจือจางและเฮกซาฟลูออไรด์ออก แรงกดดันสูงกำหนดการใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญ

การแยกไอโซโทปด้วยเลเซอร์ (LSI)

การแยกด้วยเลเซอร์ไม่ใช่วิธีการอิสระ แต่ใช้เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของแม่เหล็กไฟฟ้าหรือ วิธีการทางเคมีหน่วยงาน วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการเลือกไอออนไนซ์ของไอโซโทปตัวใดตัวหนึ่ง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า(เช่น แสงเลเซอร์) การเลือกสรรของไอออไนซ์ขึ้นอยู่กับการดูดกลืนแสงด้วยคลื่นความถี่ (แถบแคบ) โดยอะตอม ไอโซโทปที่ต่างกันมีสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถเลือกพารามิเตอร์การฉายรังสีที่อะตอมของไอโซโทปที่กำหนดจะถูกแตกตัวเป็นไอออนเป็นส่วนใหญ่ อะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนเพิ่มเติมสามารถถูกแยกออกได้ ตัวอย่างเช่น ในสนามแม่เหล็ก (AVLIS (ภาษาอังกฤษ)ภาษารัสเซีย- นอกจากนี้การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมสามารถเปลี่ยนอัตราได้ ปฏิกิริยาเคมีเช่นการอำนวยความสะดวกให้เสื่อมสลายไปบ้าง สารประกอบเคมี(มลิส (ภาษาอังกฤษ)ภาษารัสเซีย).

เทคโนโลยีการแยกด้วยเลเซอร์ได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ปี 1970 โดยหลายประเทศ และถือว่ามีแนวโน้มดี แต่ยังไม่ได้ก้าวไปไกลกว่านั้น งานวิจัย- ในช่วงทศวรรษที่ 90 ของศตวรรษที่ผ่านมาในสหรัฐอเมริกามีโครงการวิจัยสำหรับการเสริมสมรรถนะด้วยเลเซอร์ด้วยการแยกแม่เหล็กไฟฟ้าที่ศูนย์ทดลอง แต่ถูกปิด ปัจจุบัน โครงการวิจัยกำลังดำเนินการในสหรัฐอเมริกาที่ศูนย์สาธิตหนึ่งในตัวเลือกสำหรับการเสริมสมรรถนะด้วยเลเซอร์ด้วยการแยกสารเคมีที่เรียกว่า SILEX (ภาษาอังกฤษ)ภาษารัสเซีย- เทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาในปี 1992 โดยบริษัท Silex ของออสเตรเลีย ตั้งแต่ปี 2549 งานเกี่ยวกับเทคโนโลยี Silex ดำเนินการโดย Global Laser Enrichment LLC ได้รับใบอนุญาตให้สร้างโรงงานในเมืองวิลมิงตัน รัฐนอร์ทแคโรไลนา

การเพิ่มคุณค่าทางเคมี

การเพิ่มคุณค่าทางเคมีใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับไอโซโทปที่แตกต่างกัน จะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อแยกองค์ประกอบแสงออกจากกัน โดยที่ความแตกต่างนั้นสำคัญมาก ในการผลิตทางอุตสาหกรรม มีการใช้ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับรีเอเจนต์สองตัวในเฟสที่แตกต่างกัน (ก๊าซ/ของเหลว ของเหลว/ของแข็ง ของเหลวที่ผสมไม่ได้) ทำให้ง่ายต่อการแยกลำธารที่อุดมสมบูรณ์และแบบไร้มัน นอกจากนี้ยังสามารถใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเฟสได้อีกด้วย การเติบโตเพิ่มเติมค่าสัมประสิทธิ์การแยก ปัจจุบัน การแยกสารเคมีเป็นเทคโนโลยีที่ประหยัดพลังงานมากที่สุดสำหรับการผลิตน้ำมวลหนัก นอกจากการผลิตดิวเทอเรียมแล้ว ยังใช้ในการสกัด 6 Li ในฝรั่งเศสและญี่ปุ่น มีการพัฒนาวิธีการเสริมสมรรถนะทางเคมีของยูเรเนียม แต่ก็ไม่สามารถเข้าถึงการพัฒนาทางอุตสาหกรรมได้

การกลั่น

การกลั่น (distillation) ใช้ค่าจุดเดือดของไอโซโทปที่มีมวลต่างกัน โดยปกติแล้ว ยิ่งมวลของอะตอมมีขนาดเล็กลง จุดเดือดของไอโซโทปนี้ก็จะลดลงตามไปด้วย ขอย้ำอีกครั้งว่าวิธีนี้ใช้ได้ผลดีที่สุดกับองค์ประกอบที่มีแสง การกลั่นสามารถใช้เป็นขั้นตอนสุดท้ายในการผลิตน้ำหนักได้สำเร็จ