यूरेनियम संवर्धन के क्षेत्र में दुनिया में रूस का कोई सानी नहीं है। देखें अन्य शब्दकोशों में "यूरेनियम संवर्धन" क्या है यूरेनियम कैसे समृद्ध होता है

प्राकृतिक यूरेनियम में, यूरेनियम-235 (एक आइसोटोप जो आधुनिक परमाणु रिएक्टरों में विखंडनीय है) का हिस्सा केवल 0.7% है, शेष 99.3% पर यूरेनियम-238 का कब्जा है, जिसका अभी तक उपयोग नहीं किया गया है। यह 0.7% परमाणु रिएक्टर को शुरू करने और संचालित करने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसलिए, यूरेनियम-235 की हिस्सेदारी को कृत्रिम रूप से 4-5% तक बढ़ाया जाना चाहिए, दूसरे शब्दों में, यूरेनियम को विखंडनीय आइसोटोप में समृद्ध किया जाना चाहिए।

संवर्धन किया जाता है, उदाहरण के लिए, गैस सेंट्रीफ्यूज में, जहां गैसीय यौगिक (यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड) जबरदस्त गति से घूमता है - प्रति सेकंड 1500 चक्कर! इस मामले में, भारी आइसोटोप (यूरेनियम-238) को दीवार की ओर "धक्का" दिया जाता है, जबकि हल्का आइसोटोप (यूरेनियम-235) घूर्णन की धुरी पर रहता है। इस प्रकार, आइसोटोप को अलग करना संभव है। यदि आप हजारों सेंट्रीफ्यूज को जोड़ते हैं, तो आप उच्च उत्पादकता प्राप्त कर सकते हैं।

गैस सेंट्रीफ्यूज एक अद्वितीय, अत्यंत जटिल, उच्च तकनीक वाला उपकरण है। रूस में गैस सेंट्रीफ्यूज का उत्पादन रूसी गैस सेंट्रीफ्यूज इंजीनियरिंग सेंटर द्वारा प्रबंधित किया जाता है। गुणवत्ता के मामले में, हमारे अपकेंद्रित्र उपकरण न केवल हीन हैं, बल्कि सभी आयातित एनालॉग्स से भी बेहतर हैं।

यूरेनियम संवर्धन उद्यम टीवीईएल ईंधन कंपनी का हिस्सा हैं, जो परमाणु ईंधन के उत्पादन से संबंधित सभी उद्यमों और संगठनों को किसी न किसी तरह से एकजुट करता है।

यूरेनियम संवर्धन में चार उद्यम सीधे तौर पर शामिल हैं:

अंगार्स्क इलेक्ट्रोलिसिस केमिकल प्लांट (अंगार्स्क, इरकुत्स्क क्षेत्र)
प्रोडक्शन एसोसिएशन "इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट" (ज़ेलेनोगोर्स्क, क्रास्नोयार्स्क क्षेत्र)
यूराल इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट (नोवोरलस्क, स्वेर्दलोवस्क क्षेत्र)
साइबेरियाई रासायनिक संयंत्र (सेवरस्क, टॉम्स्क क्षेत्र)।

उनकी उत्पादन क्षमता रोसाटॉम द्वारा प्रतिनिधित्व किए गए रूस को यूरेनियम संवर्धन सेवाओं के लिए विश्व बाजार के 40% पर कब्जा करने की अनुमति देती है और इस हिस्सेदारी को बढ़ाने की योजना बना रही है।

रूस के पास यूरेनियम संवर्धन की सबसे उन्नत तकनीक है - गैस सेंट्रीफ्यूज, जिसे तमाम कोशिशों के बावजूद दुनिया का कोई भी देश पार नहीं कर पाया है। उदाहरण के लिए, 2007 में, अंगार्स्क इलेक्ट्रोलिसिस केमिकल प्लांट के आधार पर दो और कंपनियों की स्थापना की गई - ओजेएससी इंटरनेशनल यूरेनियम संवर्धन केंद्र, साथ ही रूसी-कज़ाख संयुक्त उद्यम सीजेएससी यूरेनियम संवर्धन केंद्र (यूईसी)। IUEC को 120 टन की मात्रा में कम समृद्ध यूरेनियम (3-5%) का भंडार संग्रहीत करने का काम सौंपा गया है। यह गारंटी रिजर्व एक ऐसे देश द्वारा खरीदा जा सकेगा जो किसी कारण से ताजा परमाणु ईंधन का उत्पादन करने और अपने परमाणु ऊर्जा उद्योग के निर्बाध संचालन को सुनिश्चित करने के लिए मुक्त बाजार पर यूरेनियम खरीदने के अवसर से वंचित है। इस प्रकार, अंतर्राष्ट्रीय यूरेनियम संवर्धन केंद्र अंतर्राष्ट्रीय सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए एक महत्वपूर्ण साधन है। वर्तमान में, IUEC के सदस्य रूस, कजाकिस्तान, आर्मेनिया और यूक्रेन हैं। रूसी-कज़ाख परियोजना "यूरेनियम संवर्धन केंद्र" (यूईसी), यूआईईसी के विपरीत, प्रकृति में पूरी तरह से वाणिज्यिक है - उद्यम नई यूरेनियम संवर्धन सुविधाओं के निर्माण के लिए बनाया गया था, जो अंगार्स्क इलेक्ट्रोलिसिस केमिकल के उत्पादन स्थल पर स्थित होगा पौधा। परिणामस्वरूप, अंगार्स्क संयंत्र की क्षमता दोगुनी हो जाएगी, और रूस संवर्धन सेवाओं के वैश्विक बाजार में अपनी स्थिति मजबूत कर लेगा।

परमाणु ईंधन चक्र (एनएफसी) का प्रारंभिक चरण अयस्क का निष्कर्षण और यूरेनियम सांद्रण का उत्पादन है, जिसमें मुख्य चरण शामिल हैं:

यूरेनियम युक्त अयस्क का वास्तविक निष्कर्षण;

अपशिष्ट चट्टान को हटाकर इसका यांत्रिक संवर्धन;

परिणामी अयस्क द्रव्यमान को पीसना;

सल्फ्यूरिक एसिड या सोडियम कार्बोनेट का उपयोग करके इससे यूरेनियम का निक्षालन;

यूरेनियम समाधान (निष्कर्षण, सोखना या चयनात्मक अवक्षेपण) से निष्कर्षण द्वारा यूरेनियम सांद्रण प्राप्त करना;

यूरेनियम सांद्रण को सुखाना और उसकी सीलबंद पैकेजिंग (112)।

यूरेनियम अयस्क को पारंपरिक तरीकों और भूमिगत लीचिंग का उपयोग करके खदानों और खुले गड्ढों में निकाला जाता है, जिसमें यूरेनियम को घोलने के लिए भूमिगत जमा में विशेष समाधान पेश किए जाते हैं।

सभी यूरेनियम खनन उद्यमों का पर्यावरण पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। खनन क्षेत्रों में रेडियोधर्मी संदूषण के मुख्य स्रोत खदानें, खदानें, "टेलिंग डंप" ("टेलिंग्स" के भंडारण के लिए एक विशेष रूप से निर्दिष्ट क्षेत्र - यूरेनियम अयस्क से एक उपयोगी घटक निकालने की तकनीकी प्रक्रिया के बाद रॉक डंप), खुले अयस्क गोदाम, डंप हैं। . प्रदूषण वायुमंडल में रेडियोधर्मी गैसों, धूल और एरोसोल के उत्सर्जन, खदान के पानी के निर्वहन, टेलिंग तालाबों और हाइड्रोलिक परिवहन प्रणालियों से रिसाव और आपातकालीन निर्वहन के साथ-साथ स्थानीय निर्माण सामग्री के रूप में अयस्क चट्टानों के उपयोग के कारण होता है (112) . संयुक्त राज्य अमेरिका में, परमाणु हथियारों और बिजली के उत्पादन के सभी चरणों में "टेल्स" की कुल मात्रा सभी रेडियोधर्मी कचरे की कुल मात्रा का 95% से अधिक है। यद्यपि अधिकांश अन्य रेडियोधर्मी कचरे की तुलना में एक ग्राम अवशेष से खतरा कम है, लेकिन इन कचरे की बड़ी मात्रा और 1980 तक उचित विधायी कार्रवाई की कमी के कारण पर्यावरण प्रदूषण में उल्लेखनीय वृद्धि हुई (146)।

चित्र 26. यूरेनियम खदान (145)।

यूरेनियम ऑक्साइड (यू 3 ओ 8) को अयस्क से "पीले केक" के रूप में कुचलकर (शुद्धिकरण) करके निकाला जाता है - यह एक पीला या भूरा पाउडर है जिसमें लगभग 90% यूरेनियम ऑक्साइड होता है।

परमाणु ईंधन का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाने वाला कच्चा माल परमाणु रिएक्टर के प्रकार के आधार पर भिन्न होता है जिसके लिए ईंधन का इरादा है। अधिकांश रिएक्टर संवर्धित यूरेनियम का उपयोग करते हैं, और इसके संवर्धन के लिए प्रारंभिक यौगिक यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड है। प्राकृतिक यूरेनियम में 235U आइसोटोप का 0.8% होता है। रिएक्टर के आकार को कम करने के लिए, ईंधन में 235U सामग्री को प्रारंभिक रूप से 2.0 या 2.4% तक बढ़ाया जाता है।

यूरेनियम (III) ऑक्टोक्साइड यू 3 ओ 8 या सोडियम ड्यूरेनेट Na 2 U 2 O 7 के रूप में प्राकृतिक यूरेनियम के रासायनिक सांद्रता का उत्पादन हाइड्रोमेटालर्जिकल उत्पादन की प्रक्रिया में किया जाता है। प्रौद्योगिकी का चुनाव अयस्क की रासायनिक संरचना और उद्यम की बारीकियों से निर्धारित होता है। कार्बोनेट लीचिंग में, कुचले हुए यूरेनियम अयस्क को यूरेनियम घोल बनाने के लिए सोडियम कार्बोनेट Na 2 CO 3 के साथ उपचारित किया जाता है, जिसमें से, उपयुक्त रासायनिक प्रतिक्रियाओं के माध्यम से, यूरेनियम को सोडियम डाययूरेनेट के रूप में चुनिंदा रूप से अवक्षेपित किया जाता है। उत्पाद के और शुद्धिकरण के बाद, इसे सुखाया जाता है, और परिणामस्वरूप पीले पाउडर को सीलबंद कंटेनरों (112) में पैक किया जाता है।

एक अन्य प्रकार का यूरेनियम सांद्रण - यूरेनियम (III) ऑक्टोक्साइड यू 3 ओ 8 सूखने के बाद एक काला पाउडर होता है और इसे सीलबंद कंटेनरों में भी पैक किया जाता है।

परमाणु ईंधन चक्र के पहले चरण में प्राप्त यूरेनियम सांद्रण को एक रासायनिक प्रसंस्करण इकाई को आपूर्ति की जाती है, जहां सांद्रण के बैचों को औसत किया जाता है और अशुद्धियों से शुद्ध किया जाता है। आइसोटोप संवर्धन प्रक्रिया को अंजाम देने से पहले, यूरेनियम को परमाणु-शुद्ध सामग्री में बदलने के लिए शुद्धिकरण के बाद का ऑपरेशन करना आवश्यक है (इस ऑपरेशन को शोधन कहा जाता है)। बोरान, कैडमियम, हेफ़नियम, जो न्यूट्रॉन-अवशोषित तत्व हैं, साथ ही दुर्लभ पृथ्वी तत्वों (गैडोलिनियम, यूरोपियम और समैरियम) से यूरेनियम के शुद्धिकरण पर विशेष ध्यान दिया जाता है। तकनीकी रूप से, शोधन में नाइट्रिक एसिड (143) में यूरेनियम सांद्रण को घोलने के बाद ट्रिब्यूटाइल फॉस्फेट के साथ यूरेनियम का निष्कर्षण शुद्धिकरण शामिल है।

रासायनिक प्रक्रिया का अंतिम उत्पाद यूरेनियम टेट्राफ्लोराइड है, जिसे रूपांतरण के लिए भेजा जाता है। वर्तमान में, यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड, गुणों की समग्रता के आधार पर, विकसित प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके आइसोटोप संवर्धन के लिए सबसे उपयुक्त रासायनिक यौगिक है। इसमें शुद्ध फ्लोरीन का उत्पादन, टेट्राफ्लोराइड (यूएफ4) या यूरेनियम ऑक्साइड को पीसकर पाउडर बनाना और फिर इसे फ्लोरीन टॉर्च में जलाना शामिल है। फिर यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड (यूएफ 6) को ठंडे जाल प्रणाली में फ़िल्टर और संघनित किया जाता है। यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड यूरेनियम-235 आइसोटोप से समृद्ध है।

यूरेनियम संवर्धन उद्यम टीवीईएल ईंधन कंपनी का हिस्सा हैं, जो किसी न किसी तरह से परमाणु ईंधन (45) के उत्पादन से जुड़े सभी उद्यमों और संगठनों को एकजुट करता है।

यूरेनियम संवर्धन में चार उद्यम सीधे तौर पर शामिल हैं:

अंगार्स्क इलेक्ट्रोलिसिस केमिकल प्लांट (अंगार्स्क, इरकुत्स्क क्षेत्र)

प्रोडक्शन एसोसिएशन "इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट"

(ज़ेलेनोगोर्स्क, क्रास्नोयार्स्क क्षेत्र)

यूराल इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट (नोवोरलस्क, स्वेर्दलोवस्क क्षेत्र)

साइबेरियाई रासायनिक संयंत्र (सेवरस्क, टॉम्स्क क्षेत्र)।

रूस के पास यूरेनियम संवर्धन की सबसे उन्नत तकनीक - गैस सेंट्रीफ्यूज है। घूमते हुए सेंट्रीफ्यूज के अंदर, U-238 परमाणुओं वाले भारी अणु अधिमानतः सिलेंडर के बाहर की ओर बढ़ते हैं, जबकि U-235 वाले हल्के अणु केंद्रीय अक्ष के करीब रहते हैं। इस सिलेंडर में गैस फिर नीचे से ऊपर की ओर घूमना शुरू कर देती है, क्षीण यूरेनियम को, जो बाहरी दीवार के करीब है, ऊपर की ओर धकेलती है, और U-235 में समृद्ध गैस को केंद्र से नीचे की ओर धकेलती है। दो धाराएँ, एक समृद्ध और दूसरी क्षीण, फिर सेंट्रीफ्यूज से निकाली जा सकती हैं और गैसीय प्रसार "कैस्केड" (144) में अलग हो सकती हैं।

यूरेनियम डाइऑक्साइड पाउडर समृद्ध यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड से बनाया जाता है। U-235 से समृद्ध UF 6 को 2.5-टन स्टील कंटेनर में संयंत्र को आपूर्ति की जाती है। इससे, हाइड्रोलिसिस द्वारा यूओ 2 एफ 2 प्राप्त किया जाता है, जिसे बाद में अमोनियम हाइड्रॉक्साइड से उपचारित किया जाता है। अवक्षेपित अमोनियम ड्यूरेनेट को यूरेनियम डाइऑक्साइड यूओ 2 का उत्पादन करने के लिए फ़िल्टर और जलाया जाता है, जिसे दबाया जाता है और छोटे सिरेमिक छर्रों में डाला जाता है। गोलियों की श्रेणी (आकार और संवर्धन के आधार पर) में 40 से अधिक किस्में शामिल हैं। उन्हें बैचों में पूरा किया जाता है और तकनीकी आवश्यकताओं के अनुपालन के लिए जाँच की जाती है।

गोलियों को ज़िरकोनियम मिश्र धातु (ज़िरकालॉय) से बने ट्यूबों में रखा जाता है और ईंधन छड़ें प्राप्त की जाती हैं - ईंधन तत्व (ईंधन छड़ें) (चित्र 27), जो लगभग 200 टुकड़ों में पूर्ण ईंधन असेंबलियों में संयुक्त होते हैं, जो परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग के लिए तैयार होते हैं। .

चित्र 27. व्यक्तिगत प्रकार की ईंधन छड़ों का सामान्य दृश्य (147)।

इसी तरह की तकनीकों का उपयोग आरबीएमके रिएक्टरों के ईंधन कैसेट के लिए यूरेनियम-एर्बियम छर्रों के उत्पादन के लिए किया जाता है, साथ ही जलने योग्य अवशोषक रिएक्टरों के साथ ईंधन असेंबलियों के लिए यूरेनियम-गैडोलिनियम छर्रों के उत्पादन के लिए भी किया जाता है। यूरेनियम-गैडोलीनियम ईंधन ने परमाणु रिएक्टरों की परिचालन सुरक्षा को बढ़ाना और उनके ईंधन चक्र (VVER-1000 के लिए 4 वर्ष तक और VVER-440 के लिए 5 वर्ष तक) को बढ़ाना संभव बना दिया है।

चित्र 28. ईंधन संयोजन (148)।

वीवीईआर-प्रकार के रिएक्टर के लिए ईंधन, ज़िरकोनियम मिश्र धातु आवरण और यूरेनियम डाइऑक्साइड छर्रों के साथ ईंधन तत्वों का एक बंडल है। वीवीईआर रिएक्टरों के लिए ईंधन असेंबली (एफए) में एक हेक्सागोनल क्रॉस-सेक्शन है (चित्र 28)। ईंधन छड़ों के अलावा, इसके तत्व एक सिर, एक टांग, स्पेसर ग्रिड और, कुछ मामलों में, एक आवरण हैं।

हेड को लोडिंग और अनलोडिंग के दौरान युग्मन के लिए डिज़ाइन किया गया है, और शैंक रिएक्टर में ईंधन असेंबलियों की स्थापना सुनिश्चित करता है और शीतलक की आपूर्ति के लिए एक पथ का आयोजन करता है जो ईंधन छड़ों को ठंडा करता है। VVER-440 ईंधन असेंबली में 126 ईंधन छड़ें शामिल हैं। VVER-1000 रिएक्टर के लिए ईंधन असेंबली में 311-312 ईंधन छड़ें हैं। इस प्रकार के रिएक्टरों के लिए ईंधन के विभिन्न संशोधन हैं, जिन्हें तीन-, चार- और पांच-वर्षीय ईंधन चक्रों के लिए डिज़ाइन किया गया है।

वीवीईआर रिएक्टर की परिचालन विशेषताओं में सुधार करने का एक तरीका सेरमेट ईंधन पर स्विच करना है, यानी। मैट्रिक्स संरचना के साथ सेरमेट ईंधन पर आधारित क्लैडिंग ईंधन छड़ों का निर्माण।

सेरमेट ईंधन यूरेनियम डाइऑक्साइड ग्रैन्यूल (यूओ2 का आयतन अंश 70% तक) है, जो एक धातु मैट्रिक्स में स्थित होता है, जो आमतौर पर ज़िरकोनियम-आधारित मिश्र धातु से बना होता है। ऐसे ईंधन की विशेषता धातु मैट्रिक्स में उनके समान वितरण के कारण ईंधन कणों के बीच सीधे संपर्क की अनुपस्थिति है। यह मैट्रिक्स सामग्री के साथ पूर्व-लेपित गोलाकार ईंधन कणों का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है, जिन्हें कोर (143) में दबाया जाता है।

ऊपर चर्चा की गई यूरेनियम ईंधन के उत्पादन की योजना के अलावा - खदान से ईंधन तत्वों तक मामूली संवर्धन के माध्यम से - पिछले दशक में, रिएक्टर ईंधन को अत्यधिक समृद्ध हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम को पतला करके बनाया गया है।

रूस को यूएसएसआर से 25-30 हजार सामरिक और रणनीतिक परमाणु हथियार विरासत में मिले। रणनीतिक और सामरिक परमाणु हथियारों को कम करने के अंतरराष्ट्रीय समझौतों के अनुसार, देश को 16-18 हजार परमाणु हथियार नष्ट करने होंगे। एक बार जब हथियार नष्ट कर दिए जाते हैं, तो सैकड़ों टन अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम (एचईयू) और दसियों टन प्लूटोनियम निकलते हैं। 21वीं सदी की शुरुआत में, रूस में HEU भंडार 900 टन अनुमानित किया गया था।

परमाणु हथियारों को उन्हीं कारखानों में नष्ट किया जाता है जहां उन्हें बनाया गया था। विखंडन के परिणामस्वरूप, परमाणु सामग्री की एक गोली, तथाकथित "गड्ढा" (दुर्दम्य धातु के खोल में यूरेनियम धातु), को वारहेड से हटा दिया जाता है। टॉम्स्क-7 में यूरेनियम धातु को छीलन में परिवर्तित किया जाता है, जिसे यूराल इलेक्ट्रोकेमिकल प्लांट में भेजा जाता है। वहां अत्यधिक संवर्धित यूरेनियम धातु को यूएफ 6 में परिवर्तित किया जाता है। मिक्सिंग यूनिट में, 235 यूएफ 6 पहले पाइप से प्रवाहित होता है। तनुकरण प्राकृतिक यूरेनियम-238 के साथ नहीं, बल्कि कमजोर रूप से समृद्ध यूरेनियम के साथ किया जाता है (यूरेनियम-235 में 1.5% संवर्धन के साथ यूएफ 6 दूसरे पाइप के माध्यम से जाता है)। परिणामस्वरूप, तीसरे पाइप के निकास पर 4-5% तक समृद्ध यूएफ 6 है - जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर ईंधन के लिए एक विशिष्ट संवर्धन है। फिर हेक्साफ्लोराइड को सामान्य तरीके से यूरेनियम डाइऑक्साइड (144) में बदल दिया जाता है।

एक किलोग्राम अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम को पतला करने के लिए लगभग 300 किलोग्राम प्राकृतिक यूरेनियम की आवश्यकता होती है। एक किलोग्राम अत्यधिक संवर्धित यूरेनियम से लगभग 30 किलोग्राम निम्न-संवर्धित यूरेनियम प्राप्त होता है। 6 वर्षों में, 125 टन रूसी अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम, जो लगभग 5,000 हथियारों के बराबर है, पतला कर दिया गया। 1999 से, उन्होंने प्रति वर्ष 30 टन का प्रसंस्करण शुरू किया। 20 वर्षों के दौरान, रूसी हथियारों से निकाले गए 500 टन यूरेनियम को संसाधित करने की योजना है।

वर्तमान में, यूरेनियम-235 भंडार (अयस्क और भंडारित दोनों) की कमी के कारण, प्लूटोनियम-239 भविष्य के रिएक्टर ईंधन के आधार के रूप में अधिक से अधिक ध्यान आकर्षित कर रहा है, क्योंकि एक ग्राम प्लूटोनियम खर्च किए गए परमाणु ईंधन से निकाले गए 100 ग्राम यूरेनियम के बराबर है। , 1500-3000 घन मीटर प्राकृतिक गैस, 2-4 टन कोयला या एक टन तेल। वहीं, प्लूटोनियम एक खतरनाक रेडियोधर्मी पदार्थ है जिसका उपयोग परमाणु चार्ज बनाने के लिए भी किया जा सकता है। इसलिए इसका संचय न केवल फिजूलखर्ची है, बल्कि खतरनाक भी है। प्लूटोनियम को संभालने की समस्या परमाणु निरस्त्रीकरण की सामान्य प्रक्रिया का हिस्सा है, जिसके दौरान रूस और संयुक्त राज्य अमेरिका में महत्वपूर्ण मात्रा में हथियार-ग्रेड विखंडनीय सामग्री - अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम और प्लूटोनियम - जारी की जा रही हैं।

परमाणु ईंधन की तैयारी में आमतौर पर प्लूटोनियम डाइऑक्साइड, यूरेनियम कार्बाइड के साथ प्लूटोनियम कार्बाइड का मिश्रण और धातुओं के साथ प्लूटोनियम की मिश्रधातु का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, अधिक बार इसका उपयोग प्राकृतिक यूरेनियम या 235U (तथाकथित मिश्रित ऑक्साइड ईंधन या MOX ईंधन) में थोड़ा समृद्ध यूरेनियम के साथ मिश्रण के रूप में किया जाता है।

मिश्रित ऑक्साइड (MOX) एक रिएक्टर ईंधन है जिसमें यूरेनियम और प्लूटोनियम ऑक्साइड का मिश्रण होता है। MOX का उपयोग धीमे परमाणु रिएक्टरों (थर्मल पुनर्जनन) में पुनर्संसाधित खर्च किए गए ईंधन (अपशिष्ट पृथक्करण के बाद) और फास्ट ब्रीडर रिएक्टरों (144) के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।

बिजली रिएक्टरों में उपयोग के लिए उपयुक्त प्लूटोनियम खर्च किए गए परमाणु ईंधन को पुन: संसाधित करके या परमाणु हथियारों से प्राप्त किया जा सकता है।

21वीं सदी की शुरुआत में दुनिया में सभी संभावित रूपों में संग्रहीत प्लूटोनियम की कुल मात्रा 1239 टन होने का अनुमान है, जिसमें से दो तिहाई परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से खर्च किए गए परमाणु ईंधन में है। पहले से ही, 120 हजार टन से अधिक प्रयुक्त ईंधन भंडारण सुविधाओं में है, और 2020 तक 450 हजार टन हो जाएगा।

बिजली रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में उपयोग किए जाने पर प्लूटोनियम का सबसे स्वीकार्य रासायनिक रूप प्राकृतिक यूरेनियम डाइऑक्साइड यूओ 2 के साथ मिश्रित प्लूटोनियम डाइऑक्साइड पुओ 2 है।

मिश्रित ऑक्साइड ईंधन का उपयोग आमतौर पर दो प्रकार के रिएक्टरों में किया जाता है - तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर (बीएन) और हल्के पानी रिएक्टर (एलडब्ल्यूआर)। आमतौर पर, 5 से 8% प्लूटोनियम सामग्री वाले MOX का उपयोग दबाव वाले पानी रिएक्टरों और उबलते पानी रिएक्टरों में किया जाता है।

UO 2 -PuO 2 का "मास्टर मिश्रण" बनाने के लिए शुरुआती यूरेनियम और प्लूटोनियम डाइऑक्साइड पाउडर को यांत्रिक रूप से मिलाकर MOX छर्रों को बनाया जा सकता है। फिर मिश्रण की प्लूटोनियम सामग्री को यूओ 2 जोड़कर रिएक्टर में उपयोग के लिए समायोजित किया जाता है। यह तकनीक बढ़े हुए घनत्व के साथ गोलियों की एक सजातीय संरचना प्रदान करती है। फिर पाउडर को संपीड़ित किया जाता है और दाने बनाने के लिए सिंटर किया जाता है, जिसे ईंधन की छड़ों (143, 144) में दबाया जाता है।

हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम को "जल" रसायन विधियों का उपयोग करके संसाधित करना संभव है, जो प्लूटोनियम उत्पादक संयंत्रों में अच्छी तरह से विकसित होते हैं - एसिड में धातु प्लूटोनियम को भंग करना (एचएनओ 3 + एचएफ का मिश्रण या एचएनओ 3 + एचसीओओएच या एचसीएल का मिश्रण) का पालन किया जाता है नाइट्रेट घोल के रूप में प्लूटोनियम के शुद्धिकरण द्वारा। शुद्ध नाइट्रेट से, पुओ2 को ऑक्सालेट अवक्षेपण के माध्यम से, या मिश्रित ऑक्साइड (यू, पु)ओ2 को सर्फेक्टेंट की उपस्थिति में यूरेनेट और अमोनियम प्लूटोनेट के सह-वर्षा द्वारा, या प्लाज्मा डेनाइट्रेशन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। यह तकनीक कम धूल वाले कण उत्पन्न करती है। गोलियों को दबाते समय, एक सूखे बाइंडर का उपयोग किया जाता है - जिंक स्टीयरेट, जो तकनीकी प्रक्रिया में काफी सुधार कर सकता है और गोलियों की गुणवत्ता में सुधार कर सकता है। जल विधियों को उनकी बहु-चरणीय प्रकृति और तकनीकी चक्र की अवधि के साथ-साथ उपकरणों की बोझिलता से अलग किया जाता है। समाधानों की उच्च आक्रामकता संरचनात्मक सामग्रियों पर गंभीर प्रतिबंध लगाती है। जल प्रौद्योगिकी की मुख्य समस्या प्रसंस्करण के दौरान भारी मात्रा में अत्यधिक विषैले, लंबे समय तक रहने वाले रेडियोधर्मी कचरे का निर्माण रही है और बनी हुई है।

तेज रिएक्टर ईंधन घटकों के निर्माण के लिए उपयुक्त यौगिकों में हथियार-ग्रेड धातु प्लूटोनियम को संसाधित करने के लिए अधिक प्रगतिशील तरीके "गैर-जलीय" हैं - पाइरोकेमिकल और पाइरोइलेक्ट्रोकेमिकल प्रौद्योगिकियां।

पाइरोकेमिकल विधि - धात्विक प्लूटोनियम का हाइड्रोजनीकरण जिसके बाद एक रिएक्टर में पुओ 2 में ऑक्सीकरण होता है; पाइरोएलेट्रोकेमिकल - पिघले हुए क्लोराइड (NaCl + KCl) में धात्विक प्लूटोनियम का विघटन जिसके बाद एक इलेक्ट्रोलाइज़र में पुओ 2 का अवक्षेपण क्रिस्टलीकरण होता है।

प्रौद्योगिकी का सार संचालन की संख्या और पर्यावरण पर प्रभाव के स्तर को कम करना है। यह धात्विक प्लूटोनियम को पिघले हुए नमक वातावरण में पेश करके प्राप्त किया जाता है, जहां इसे भंग कर दिया जाता है और ईंधन छड़ों को सुसज्जित करने के लिए एक तैयार संरचना प्राप्त की जाती है। पर्यावरण पर प्रभाव को कम करना दो दिशाओं में होता है: पिघले हुए नमक में, इसके घटक परिसरों के निर्माण के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। इससे एरोसोल निर्माण का स्तर 1000 गुना कम हो जाता है; MOX ईंधन के उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले क्रिस्टलीय ऑक्साइड, गीली प्रक्रिया का उपयोग करके उत्पादित पाउडर की तुलना में 15,000 गुना कम एयरोसोल को पुनर्जीवित करते हैं। इसका मतलब है कि सुरक्षात्मक बाधाएं सस्ती और अधिक विश्वसनीय हैं (156)।

उच्च उत्पादन क्षमता के साथ, इनका पर्यावरण पर न्यूनतम प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है। प्लूटोनियम के पाइरोकेमिकल प्रसंस्करण की प्रक्रिया जल-आधारित प्रौद्योगिकियों की तुलना में हजारों गुना कम रेडियोधर्मी कचरा पैदा करती है। इसके अलावा, अतिरिक्त परमाणु आरोपों को नष्ट करने की अपरिवर्तनीयता की निगरानी और परमाणु हथियारों के अप्रसार की निगरानी के दृष्टिकोण से पाइरोकेमिकल प्रौद्योगिकियां अधिक पारदर्शी हैं।

एमओएक्स के साथ काम करते समय सुरक्षा और स्वास्थ्य संबंधी समस्याएं यूरेनियम ईंधन की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण हैं। प्लूटोनियम समस्थानिक अपने परमाणु गुणों में यूरेनियम समस्थानिक से काफी भिन्न होते हैं। इन अंतरों के MOX (156) रिएक्टर की सुरक्षा के लिए निम्नलिखित निहितार्थ हैं:

बढ़ी हुई गंभीरता - प्लूटोनियम के प्रबंधन और उत्पादन के दौरान गंभीरता से जुड़ा जोखिम यूरेनियम के मामले की तुलना में बहुत अधिक है।

प्रकाश जल रिएक्टरों की नियंत्रण छड़ों की अवशोषण क्षमता को कम करना (ये छड़ें अतिरिक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करती हैं, अनियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया में संक्रमण को रोकती हैं)। ऐसा इसलिए है क्योंकि MOX कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन (धीमे न्यूट्रॉन) को अपेक्षाकृत अच्छी तरह से अवशोषित करता है, इसलिए औसत न्यूट्रॉन ऊर्जा अधिक होती है, और नियंत्रण छड़ें धीमी न्यूट्रॉन की तुलना में तेज़ न्यूट्रॉन को कम अच्छी तरह से अवशोषित करती हैं। इसी कारण से, दबाव वाले पानी रिएक्टर (और, आपातकालीन स्थितियों में, उबलते पानी रिएक्टर) के शीतलक में जोड़े गए बोरॉन की अवशोषण क्षमता कम हो जाती है। इस वजह से, एमओएक्स ईंधन असेंबलियों को इसके तत्काल आसपास के क्षेत्र में रखना अस्वीकार्य है नियंत्रण छड़ें (मूल रूप से, इसकी वजह यह है कि रिएक्टर में लोड किए गए एक तिहाई से अधिक यूरेनियम ईंधन को MOX से बदलना असंभव है। MOX का उपयोग करते समय, थर्मल रिएक्टर कम स्थिर होता है और इसे रोकना अधिक कठिन होता है) यह। रिएक्टर की त्वरण अवधि आधी कर दी गई है, जिसे VVER प्रकार के मानक रिएक्टर नियंत्रण प्रणालियों द्वारा डिज़ाइन नहीं किया गया है।

प्लूटोनियम संवर्धन के निम्न स्तर पर कुछ प्रतिक्रियाशीलता गुणांकों की बढ़ी हुई नकारात्मकता: प्रतिक्रियाशीलता गुणांक कोर में स्थिति में विभिन्न परिवर्तनों के परिणामस्वरूप विखंडन प्रतिक्रिया दरों (और इसलिए शक्ति) में परिवर्तन का वर्णन करता है, जैसे शीतलक में रिक्तियों की उपस्थिति , मॉडरेटर (पानी), तापमान ईंधन, आदि के तापमान में परिवर्तन।

चरम शक्ति वृद्धि. प्लूटोनियम द्वारा धीमे न्यूट्रॉन के गहन अवशोषण के कारण, कोर में शक्ति को असमान रूप से वितरित करने की प्रवृत्ति होती है, अधिकतम यूओ 2 और एमओएक्स के बीच की सीमा पर, और विशेष रूप से पानी और एमओएक्स ईंधन के बीच की सीमा पर। इस प्रभाव को कम करने के लिए, ईंधन असेंबली के भीतर विशेष रूप से चयनित धीरे-धीरे बदलते संवर्धन स्तरों के साथ विशेष कोर कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग किया जाता है। यह ईंधन छड़ों के उत्पादन और उनके संयोजन को बहुत जटिल बना देता है; गलती होने पर दुर्घटना का खतरा रहता है।

विलंबित न्यूट्रॉन के अनुपात को कम करना। कुछ न्यूट्रॉन नाभिक के क्षय के दौरान तुरंत उत्सर्जित होते हैं (तब वे औसतन एक और माइक्रोसेकंड के लिए मौजूद रहते हैं), और कुछ परमाणु विखंडन के परिणामस्वरूप नाभिक से उत्सर्जित होते हैं, एक सेकंड के दसवें हिस्से से दसियों सेकंड की देरी के साथ। यद्यपि विलंबित न्यूट्रॉन का अनुपात छोटा है (0.7% या उससे कम), नियंत्रण छड़ों को घुमाकर श्रृंखला प्रतिक्रिया की प्रगति का नियंत्रण, जो बहुत तेज़ी से नहीं चल सकता है, केवल इन विलंबित न्यूट्रॉन के कारण ही संभव है। 239Pu के लिए, विलंबित न्यूट्रॉन का अंश 235U की तुलना में लगभग तीन गुना कम है, जो नियंत्रण कार्य को जटिल बनाता है (विशेषकर 239Pu की उच्च सांद्रता पर)।

रिएक्टर सामग्री के घिसाव में तेजी लाना। चूँकि, जैसा कि ऊपर कहा गया है, MOX के उपयोग से औसत न्यूट्रॉन ऊर्जा में वृद्धि होती है, जो बदले में "न्यूट्रॉन द्वारा रिएक्टर सामग्री के विकिरण विनाश की प्रक्रियाओं को तेज करती है। परिणामस्वरूप, रिएक्टर भागों का सेवा जीवन कम हो जाता है, जो कुछ शर्तों के तहत दुर्घटना का खतरा पैदा कर सकता है।

MOX का उपयोग करते समय, कोर में प्लूटोनियम की मात्रा बढ़ जाती है, और रेडियोलॉजिकल परिणाम अधिक खतरनाक होते हैं। यह उल्लेख करना पर्याप्त होगा कि ताजा एमओएक्स ईंधन से उत्पन्न विकिरण खतरा ताजा यूरेनियम ईंधन के खतरे से कहीं अधिक है। इसी तरह, खर्च किया गया एमओएक्स ईंधन खर्च किए गए यूरेनियम ईंधन की तुलना में कहीं अधिक खतरनाक है (प्लूटोनियम और अन्य ट्रांसयूरेनियम तत्वों की बढ़ी हुई सामग्री के कारण)

गर्मी और न्यूट्रॉन विकिरण के उच्च स्तर से एमओएक्स ईंधन के परिवहन, भंडारण और उपयोग में चुनौतियां बढ़ जाती हैं।

इस सामग्री के अंतिम निपटान से जुड़ी तकनीकें विकसित नहीं की गई हैं; केवल प्लूटोनियम को स्थिर करने (उच्च स्तरीय अपशिष्ट और तरल ग्लास/सिरेमिक के साथ मिश्रण) का विकल्प है। प्लूटोनियम का अंतिम निपटान उच्च ताप उत्पादन, न्यूट्रॉन विकिरण और गंभीरता के कारण चुनौतियों का सामना करता है। प्लूटोनियम और अन्य ट्रांसयूरेनियम तत्वों की बढ़ी हुई सामग्री के कारण, एमओएक्स का निपटान पारंपरिक खर्च किए गए ईंधन (156) के निपटान की तुलना में कहीं अधिक कठिन, खतरनाक और महंगा है।

परमाणु हथियार, चाहे हम इसे पसंद करें या नहीं, एक वास्तविकता है जिसके साथ मानवता पिछली शताब्दी के मध्य से जी रही है। परमाणु रिएक्टर, चाहे परमाणु ऊर्जा के आलोचक कुछ भी कहें, विभिन्न देशों की ऊर्जा प्रणालियों में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं। दोनों ही मामलों में, रेडियोधर्मी सामग्री का उपयोग किया जाता है। यह मुख्यतः यूरेनियम है, जो आवर्त सारणी का 92वाँ तत्व है।

विभिन्न समाचार स्रोत नियमित रूप से अपने पृष्ठों से प्रसारित करते हैं कि इस या उस राज्य ने यूरेनियम को समृद्ध करना शुरू कर दिया है। इससे विश्व समुदाय इतना चिंतित क्यों है, इसमें डरावना क्या है और यह संवर्धन कैसे होता है?

संवर्धित यूरेनियम इतना डरावना क्यों है?

यूरेनियम या हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम अपने शुद्ध रूप में एक साधारण कारण से खतरनाक हैं: एक निश्चित तकनीकी आधार के साथ, उनका उपयोग विस्फोटक परमाणु उपकरण बनाने के लिए किया जा सकता है।

यह चित्र एक साधारण परमाणु हथियार का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व दिखाता है। परमाणु ईंधन रिक्त स्थान 1 और 2 शेल के अंदर स्थित हैं। उनमें से प्रत्येक पूरी गेंद का एक हिस्सा बनाता है और बम में प्रयुक्त हथियार-ग्रेड धातु के महत्वपूर्ण द्रव्यमान से थोड़ा कम वजन का होता है।

जब एक टीएनटी विस्फोट चार्ज को विस्फोटित किया जाता है, तो यूरेनियम सिल्लियां 1 और 2 को एक में जोड़ दिया जाता है, उनका कुल द्रव्यमान निश्चित रूप से किसी दिए गए सामग्री के लिए महत्वपूर्ण द्रव्यमान से अधिक हो जाता है, जो एक परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की ओर जाता है और तदनुसार, एक परमाणु विस्फोट होता है।

ऐसा प्रतीत होता है कि इसमें कुछ भी जटिल नहीं है, लेकिन वास्तव में ऐसा नहीं है। अन्यथा, ग्रह पर परमाणु हथियार रखने वाले देशों की संख्या बहुत अधिक हो जाएगी। इसके अलावा, ऐसी खतरनाक तकनीकों के पर्याप्त रूप से शक्तिशाली और विकसित आतंकवादी समूहों के हाथों में पड़ने का जोखिम बहुत बढ़ जाएगा।

चाल यह है कि विकसित वैज्ञानिक बुनियादी ढांचे वाली केवल बहुत समृद्ध शक्तियां ही प्रौद्योगिकी के वर्तमान विकास के साथ भी यूरेनियम को समृद्ध करने में सक्षम हैं। यूरेनियम के 235 और 238 आइसोटोप को अलग करना और भी कठिन है, जिसके बिना परमाणु उपकरण काम नहीं करेगा।

यूरेनियम खदानें: सच्चाई और कल्पना

यूएसएसआर में, परोपकारी स्तर पर, एक परिकल्पना थी कि मौत के लिए अभिशप्त अपराधी यूरेनियम खदानों में काम कर रहे थे, इस प्रकार पार्टी और सोवियत लोगों के सामने अपने अपराध का प्रायश्चित कर रहे थे। निःसंदेह, यह सच नहीं है।

यूरेनियम खनन खनन उद्योग की एक उच्च तकनीक शाखा है, और यह संभावना नहीं है कि कोई भी कट्टर हत्यारों और लुटेरों को जटिल और बहुत महंगे उपकरणों के साथ काम करने की अनुमति देगा। इसके अलावा, अफवाहें कि यूरेनियम खनिकों को गैस मास्क और सीसा अंडरवियर पहनना आवश्यक है, भी एक मिथक से ज्यादा कुछ नहीं हैं।

यूरेनियम का खनन कभी-कभी एक किलोमीटर तक गहरी खदानों में किया जाता है। इस तत्व का सबसे बड़ा भंडार कनाडा, रूस, कजाकिस्तान और ऑस्ट्रेलिया में पाए जाते हैं। रूस में एक टन अयस्क से औसतन लगभग डेढ़ किलोग्राम यूरेनियम निकलता है। यह किसी भी तरह से सबसे बड़ा संकेतक नहीं है. कुछ यूरोपीय खानों में यह आंकड़ा 22 किलोग्राम प्रति टन तक पहुँच जाता है।

खदान में विकिरण की पृष्ठभूमि लगभग समताप मंडल की सीमा के समान है, जहां नागरिक यात्री विमानों को पैच किया जाता है।

यूरेनियम अयस्क

खनन के तुरंत बाद, खदान के ठीक बगल में यूरेनियम संवर्धन शुरू हो जाता है। धातु के अलावा, किसी भी अन्य अयस्क की तरह, यूरेनियम में अपशिष्ट चट्टान होती है। संवर्धन का प्रारंभिक चरण खदान से निकाले गए कोबलस्टोन को यूरेनियम-समृद्ध और यूरेनियम-गरीब में क्रमबद्ध करने के लिए नीचे आता है। वस्तुतः प्रत्येक टुकड़े का वजन किया जाता है, स्वचालित मशीनों द्वारा मापा जाता है और, उसके गुणों के आधार पर, एक धारा या दूसरे में भेजा जाता है।

फिर मिल काम में आती है, यूरेनियम से भरपूर अयस्क को पीसकर बारीक पाउडर बनाती है। हालाँकि, यह अभी तक यूरेनियम नहीं है, बल्कि केवल इसका ऑक्साइड है। शुद्ध धातु प्राप्त करना रासायनिक प्रतिक्रियाओं और परिवर्तनों की एक जटिल श्रृंखला है।

हालाँकि, शुद्ध धातु को मूल रासायनिक यौगिकों से अलग करना ही पर्याप्त नहीं है। प्रकृति में पाए जाने वाले सभी यूरेनियम में से, 99% पर आइसोटोप 238 का कब्ज़ा है, इसके 235वें भाई के लिए एक प्रतिशत से भी कम बचा है। इन्हें अलग करना सबसे कठिन कार्य है, जिसे हर देश हल नहीं कर सकता।

गैस प्रसार संवर्धन विधि

यह पहली विधि है जिसके द्वारा यूरेनियम का संवर्धन किया गया। यह अभी भी संयुक्त राज्य अमेरिका और फ्रांस में उपयोग किया जाता है। 235 और 238 आइसोटोप के बीच घनत्व में अंतर के आधार पर। ऑक्साइड से अलग की गई यूरेनियम गैस को उच्च दबाव के तहत एक झिल्ली द्वारा अलग किए गए कक्ष में पंप किया जाता है। 235 आइसोटोप के परमाणु हल्के होते हैं, इसलिए, गर्मी के परिणामी हिस्से से, वे यूरेनियम 238 के "धीमे" परमाणुओं की तुलना में तेजी से आगे बढ़ते हैं, और तदनुसार, वे झिल्ली से अधिक बार और अधिक तीव्रता से टकराते हैं। संभाव्यता सिद्धांत के नियमों के अनुसार, उनके माइक्रोप्रोर्स में से एक में गिरने और उसी झिल्ली के दूसरी तरफ समाप्त होने की अधिक संभावना है।

इस विधि की प्रभावशीलता कम है, क्योंकि आइसोटोप के बीच अंतर बहुत, बहुत महत्वहीन है। लेकिन आप उपयोग योग्य समृद्ध यूरेनियम कैसे बनाते हैं? इसका उत्तर इस पद्धति का कई-कई बार उपयोग करना है। बिजली संयंत्र रिएक्टर ईंधन के निर्माण के लिए उपयुक्त यूरेनियम प्राप्त करने के लिए, गैस प्रसार शुद्धिकरण प्रणाली को कई सौ बार दोहराया जाता है।

इस पद्धति के बारे में विशेषज्ञों की समीक्षाएँ मिश्रित हैं। एक ओर, गैस प्रसार पृथक्करण विधि संयुक्त राज्य अमेरिका को उच्च गुणवत्ता वाला यूरेनियम प्रदान करने वाली पहली विधि थी, जिससे यह कुछ समय के लिए सैन्य क्षेत्र में अग्रणी बन गया। दूसरी ओर, यह माना जाता है कि गैसीय प्रसार से कम अपशिष्ट उत्पन्न होता है। इस मामले में एकमात्र चीज जो हमें निराश करती है वह है अंतिम उत्पाद की ऊंची कीमत।

अपकेंद्रित्र विधि

यह सोवियत इंजीनियरों का विकास है। वर्तमान में, रूस के अलावा, ऐसे कई देश हैं जहां वे यूएसएसआर में खोजी गई विधि का उपयोग करके यूरेनियम को समृद्ध करते हैं। ये ब्राज़ील, ग्रेट ब्रिटेन, जर्मनी, जापान और कुछ अन्य राज्य हैं। यह विधि गैसीय प्रसार तकनीक के समान है जिसमें यह 235 और 238 आइसोटोप के द्रव्यमान में अंतर का उपयोग करती है।

यूरेनियम गैस को 1500 आरपीएम तक सेंट्रीफ्यूज में घुमाया जाता है। विभिन्न घनत्वों के कारण, विभिन्न परिमाण के केन्द्रापसारक बल आइसोटोप पर कार्य करते हैं। यूरेनियम 238, भारी होने के कारण, सेंट्रीफ्यूज की दीवारों के पास जमा हो जाता है, जबकि 235वां आइसोटोप केंद्र के करीब जमा हो जाता है। गैस मिश्रण को सिलेंडर के शीर्ष में पंप किया जाता है। अपकेंद्रित्र के निचले भाग तक पहुंचने के बाद, आइसोटोप को आंशिक रूप से अलग होने का समय मिलता है और अलग से चुना जाता है।

इस तथ्य के बावजूद कि यह विधि आइसोटोप का 100% पृथक्करण प्रदान नहीं करती है, और संवर्धन की आवश्यक डिग्री प्राप्त करने के लिए इसे कई बार उपयोग किया जाना चाहिए, यह गैस प्रसार की तुलना में आर्थिक रूप से बहुत अधिक कुशल है। इस प्रकार, सेंट्रीफ्यूज तकनीक का उपयोग करके रूस में समृद्ध यूरेनियम अमेरिकी झिल्ली का उपयोग करके प्राप्त की तुलना में लगभग 3 गुना सस्ता है।

संवर्धित यूरेनियम का उपयोग

शुद्धिकरण, ऑक्साइड से धातु को अलग करने, आइसोटोप को अलग करने के मामले में यह सब जटिल और महंगी लालफीताशाही क्यों है? परमाणु ऊर्जा (छड़ - ईंधन छड़) में उपयोग किए जाने वाले समृद्ध यूरेनियम 235 का एक पैकेट ऐसे "टैबलेट" से इकट्ठा किया जाता है, जिसका वजन 7 ग्राम होता है, जो लगभग तीन 200-लीटर बैरल गैसोलीन या लगभग एक टन कोयले की जगह लेता है।

235 और 238 आइसोटोप की शुद्धता और अनुपात के आधार पर, समृद्ध और क्षीण यूरेनियम का अलग-अलग उपयोग किया जाता है।

आइसोटोप 235 एक अधिक ऊर्जा गहन ईंधन है। 235 आइसोटोप की मात्रा 20% से अधिक होने पर यूरेनियम को समृद्ध माना जाता है। यही परमाणु हथियारों का आधार है.

इसके अलावा, सीमित द्रव्यमान और आकार के कारण समृद्ध ऊर्जा से भरपूर कच्चे माल का उपयोग पनडुब्बियों और अंतरिक्ष यान में परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।

क्षीण यूरेनियम, जिसमें मुख्य रूप से 238 आइसोटोप होता है, नागरिक उपयोग के लिए स्थिर परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन है। प्राकृतिक यूरेनियम का उपयोग करने वाले रिएक्टर कम विस्फोटक माने जाते हैं।

वैसे, रूसी अर्थशास्त्रियों की गणना के अनुसार, यदि आवर्त सारणी के 92 तत्वों के उत्पादन की वर्तमान दर को बनाए रखा जाता है, तो 2030 तक दुनिया भर में खोजी गई खदानों में इसका भंडार ख़त्म होने लगेगा। इसीलिए वैज्ञानिक इसे भविष्य में सस्ती और सुलभ ऊर्जा के स्रोत के रूप में देख रहे हैं।

यूरेनियम कहाँ से आया?सबसे अधिक संभावना है, यह सुपरनोवा विस्फोटों के दौरान प्रकट होता है। तथ्य यह है कि लोहे से भारी तत्वों के न्यूक्लियोसिंथेसिस के लिए न्यूट्रॉन का एक शक्तिशाली प्रवाह होना चाहिए, जो सुपरनोवा विस्फोट के दौरान ठीक होता है। ऐसा प्रतीत होता है कि तब, इसके द्वारा निर्मित नए तारा प्रणालियों के बादल से संघनन के दौरान, यूरेनियम, एक प्रोटोप्लेनेटरी बादल में एकत्रित हो गया और बहुत भारी होने के कारण, ग्रहों की गहराई में डूब जाना चाहिए। लेकिन यह सच नहीं है. यूरेनियम एक रेडियोधर्मी तत्व है और जब इसका क्षय होता है तो यह ऊष्मा छोड़ता है। गणना से पता चलता है कि यदि यूरेनियम को ग्रह की पूरी मोटाई में समान रूप से वितरित किया जाता है, कम से कम सतह पर समान एकाग्रता के साथ, तो यह बहुत अधिक गर्मी उत्सर्जित करेगा। इसके अलावा, यूरेनियम के उपभोग के कारण इसका प्रवाह कमजोर हो जाना चाहिए। चूँकि ऐसा कुछ भी नहीं देखा गया है, भूवैज्ञानिकों का मानना है कि कम से कम एक तिहाई यूरेनियम, और शायद यह पूरा, पृथ्वी की पपड़ी में केंद्रित है, जहाँ इसकी सामग्री 2.5∙10 –4% है। ऐसा क्यों हुआ इस पर चर्चा नहीं की गई.

यूरेनियम का खनन कहाँ होता है?पृथ्वी पर यूरेनियम इतना कम नहीं है - बहुतायत की दृष्टि से यह 38वें स्थान पर है। और इस तत्व का अधिकांश भाग तलछटी चट्टानों - कार्बोनेसियस शेल्स और फॉस्फोराइट्स में पाया जाता है: क्रमशः 8∙10 –3 और 2.5∙10 –2% तक। कुल मिलाकर, पृथ्वी की पपड़ी में 10 14 टन यूरेनियम है, लेकिन मुख्य समस्या यह है कि यह बहुत फैला हुआ है और शक्तिशाली जमाव नहीं बनाता है। लगभग 15 यूरेनियम खनिज औद्योगिक महत्व के हैं। यह यूरेनियम टार है - इसका आधार टेट्रावैलेंट यूरेनियम ऑक्साइड, यूरेनियम अभ्रक है - विभिन्न सिलिकेट, फॉस्फेट और हेक्सावलेंट यूरेनियम पर आधारित वैनेडियम या टाइटेनियम के साथ अधिक जटिल यौगिक।

बेकरेल किरणें क्या हैं?वोल्फगैंग रोएंटगेन द्वारा एक्स-रे की खोज के बाद, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एंटोनी-हेनरी बेकरेल को यूरेनियम लवण की चमक में रुचि हो गई, जो सूर्य के प्रकाश के प्रभाव में होती है। वह समझना चाहता था कि क्या यहां एक्स-रे भी होते हैं। दरअसल, वे मौजूद थे - नमक ने काले कागज के माध्यम से फोटोग्राफिक प्लेट को रोशन कर दिया। हालाँकि, एक प्रयोग में, नमक रोशन नहीं हुआ था, लेकिन फोटोग्राफिक प्लेट फिर भी काली हो गई थी। जब नमक और फोटोग्राफिक प्लेट के बीच एक धातु की वस्तु रखी गई, तो नीचे का अंधेरा कम हो गया। इसलिए, प्रकाश द्वारा यूरेनियम के उत्तेजना के कारण नई किरणें उत्पन्न नहीं हुईं और आंशिक रूप से धातु से होकर नहीं गुजरीं। उन्हें शुरू में "बेकेरेल की किरणें" कहा जाता था। बाद में यह पता चला कि ये मुख्य रूप से बीटा किरणों के एक छोटे से जोड़ के साथ अल्फा किरणें हैं: तथ्य यह है कि यूरेनियम के मुख्य आइसोटोप क्षय के दौरान एक अल्फा कण उत्सर्जित करते हैं, और बेटी उत्पाद भी बीटा क्षय का अनुभव करते हैं।

यूरेनियम कितना रेडियोधर्मी है?यूरेनियम में कोई स्थिर आइसोटोप नहीं है; वे सभी रेडियोधर्मी हैं। सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला यूरेनियम-238 है जिसका आधा जीवन 4.4 अरब वर्ष है। इसके बाद यूरेनियम-235 आता है - 0.7 अरब वर्ष। वे दोनों अल्फा क्षय से गुजरते हैं और थोरियम के समस्थानिक बन जाते हैं। यूरेनियम-238 सभी प्राकृतिक यूरेनियम का 99% से अधिक बनाता है। इसके विशाल आधे जीवन के कारण, इस तत्व की रेडियोधर्मिता कम है, और इसके अलावा, अल्फा कण मानव शरीर की सतह पर स्ट्रेटम कॉर्नियम में प्रवेश करने में सक्षम नहीं हैं। वे कहते हैं कि यूरेनियम के साथ काम करने के बाद, आई.वी. कुरचटोव ने बस अपने हाथों को रूमाल से पोंछ लिया और रेडियोधर्मिता से जुड़ी किसी भी बीमारी से पीड़ित नहीं हुए।

शोधकर्ताओं ने बार-बार यूरेनियम खदानों और प्रसंस्करण संयंत्रों में श्रमिकों की बीमारियों के आंकड़ों की ओर रुख किया है। उदाहरण के लिए, यहां कनाडाई और अमेरिकी विशेषज्ञों का एक हालिया लेख है, जिसमें 1950-1999 के दौरान कनाडाई प्रांत सस्केचेवान में एल्डोरैडो खदान में 17 हजार से अधिक श्रमिकों के स्वास्थ्य डेटा का विश्लेषण किया गया था ( पर्यावरण अनुसंधान, 2014, 130, 43-50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002)। वे इस तथ्य से आगे बढ़े कि विकिरण का तेजी से बढ़ने वाली रक्त कोशिकाओं पर सबसे मजबूत प्रभाव पड़ता है, जिससे संबंधित प्रकार के कैंसर होते हैं। आंकड़ों से पता चला है कि खदान श्रमिकों में औसत कनाडाई आबादी की तुलना में विभिन्न प्रकार के रक्त कैंसर की घटना कम है। इस मामले में, विकिरण का मुख्य स्रोत स्वयं यूरेनियम नहीं माना जाता है, बल्कि इसके द्वारा उत्पन्न गैसीय रेडॉन और इसके क्षय उत्पाद, जो फेफड़ों के माध्यम से शरीर में प्रवेश कर सकते हैं।

यूरेनियम हानिकारक क्यों है?? यह, अन्य भारी धातुओं की तरह, अत्यधिक विषैला होता है और गुर्दे और यकृत की विफलता का कारण बन सकता है। दूसरी ओर, यूरेनियम, एक फैला हुआ तत्व होने के कारण, पानी, मिट्टी में अनिवार्य रूप से मौजूद होता है और खाद्य श्रृंखला में केंद्रित होकर मानव शरीर में प्रवेश करता है। यह मानना उचित है कि विकास की प्रक्रिया में, जीवित प्राणियों ने प्राकृतिक सांद्रता में यूरेनियम को बेअसर करना सीख लिया है। यूरेनियम पानी में सबसे खतरनाक है, इसलिए WHO ने एक सीमा तय की: शुरुआत में यह 15 µg/l थी, लेकिन 2011 में मानक को बढ़ाकर 30 µg/g कर दिया गया। एक नियम के रूप में, पानी में बहुत कम यूरेनियम होता है: संयुक्त राज्य अमेरिका में औसतन 6.7 µg/l, चीन और फ्रांस में - 2.2 µg/l। लेकिन मजबूत विचलन भी हैं। तो कैलिफ़ोर्निया के कुछ क्षेत्रों में यह मानक से सौ गुना अधिक है - 2.5 मिलीग्राम/लीटर, और दक्षिणी फ़िनलैंड में यह 7.8 मिलीग्राम/लीटर तक पहुँच जाता है। शोधकर्ता जानवरों पर यूरेनियम के प्रभाव का अध्ययन करके यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि क्या WHO का मानक बहुत सख्त है। यहाँ एक विशिष्ट कार्य है ( बायोमेड रिसर्च इंटरनेशनल, 2014, आईडी 181989; डीओआई:10.1155/2014/181989)। फ्रांसीसी वैज्ञानिकों ने चूहों को नौ महीने तक घटे हुए यूरेनियम के मिश्रण और अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता में - 0.2 से 120 मिलीग्राम/लीटर तक पानी पिलाया। निचला मूल्य खदान के पास का पानी है, जबकि ऊपरी मूल्य कहीं भी नहीं पाया जाता है - फिनलैंड में मापी गई यूरेनियम की अधिकतम सांद्रता 20 मिलीग्राम/लीटर है। लेखकों को आश्चर्य हुआ - लेख का नाम है: "शारीरिक प्रणालियों पर यूरेनियम के ध्यान देने योग्य प्रभाव की अप्रत्याशित अनुपस्थिति ..." - चूहों के स्वास्थ्य पर यूरेनियम का व्यावहारिक रूप से कोई प्रभाव नहीं पड़ा। जानवरों ने अच्छा खाया, वजन ठीक से बढ़ा, बीमारी की शिकायत नहीं की और कैंसर से नहीं मरे। यूरेनियम, जैसा कि होना चाहिए, मुख्य रूप से गुर्दे और हड्डियों में और यकृत में सौ गुना कम मात्रा में जमा किया गया था, और इसका संचय अपेक्षित रूप से पानी में सामग्री पर निर्भर करता था। हालाँकि, इससे गुर्दे की विफलता या यहाँ तक कि सूजन के किसी भी आणविक मार्कर की ध्यान देने योग्य उपस्थिति नहीं हुई। लेखकों ने सुझाव दिया कि WHO के सख्त दिशानिर्देशों की समीक्षा शुरू होनी चाहिए। हालाँकि, एक चेतावनी है: मस्तिष्क पर प्रभाव। चूहों के मस्तिष्क में जिगर की तुलना में कम यूरेनियम था, लेकिन इसकी सामग्री पानी में मात्रा पर निर्भर नहीं थी। लेकिन यूरेनियम ने मस्तिष्क की एंटीऑक्सीडेंट प्रणाली के कामकाज को प्रभावित किया: खुराक की परवाह किए बिना, कैटालेज़ की गतिविधि 20% बढ़ गई, ग्लूटाथियोन पेरोक्सीडेज़ 68-90% बढ़ गई, और सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ की गतिविधि 50% कम हो गई। इसका मतलब यह है कि यूरेनियम स्पष्ट रूप से मस्तिष्क में ऑक्सीडेटिव तनाव का कारण बना और शरीर ने इस पर प्रतिक्रिया की। यह प्रभाव - यूरेनियम के संचय के अभाव में मस्तिष्क पर इसका तीव्र प्रभाव, वैसे, साथ ही जननांगों में भी - पहले देखा गया था। इसके अलावा, 75-150 मिलीग्राम/लीटर की सांद्रता में यूरेनियम वाला पानी, जिसे नेब्रास्का विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने छह महीने तक चूहों को खिलाया ( न्यूरोटॉक्सिकोलॉजी और टेराटोलॉजी, 2005, 27, 1, 135-144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), ने मैदान में छोड़े गए जानवरों, मुख्य रूप से नर, के व्यवहार को प्रभावित किया: उन्होंने रेखाओं को पार किया, अपने पिछले पैरों पर खड़े हुए और नियंत्रण वाले पैरों की तुलना में अपने बालों को अलग तरह से काटा। इस बात के प्रमाण हैं कि यूरेनियम जानवरों में स्मृति क्षीणता का कारण भी बनता है। व्यवहारिक परिवर्तन मस्तिष्क में लिपिड ऑक्सीकरण के स्तर से संबंधित थे। यह पता चला कि यूरेनियम के पानी ने चूहों को स्वस्थ, बल्कि बेवकूफ बना दिया। ये डेटा तथाकथित खाड़ी युद्ध सिंड्रोम के विश्लेषण में हमारे लिए उपयोगी होंगे।

क्या यूरेनियम शेल गैस विकास स्थलों को दूषित करता है?यह इस बात पर निर्भर करता है कि गैस युक्त चट्टानों में यूरेनियम कितना है और यह उनके साथ कैसे जुड़ा है। उदाहरण के लिए, बफ़ेलो विश्वविद्यालय के एसोसिएट प्रोफेसर ट्रेसी बैंक ने मार्सेलस शेल का अध्ययन किया, जो पश्चिमी न्यूयॉर्क से पेंसिल्वेनिया और ओहियो से पश्चिम वर्जीनिया तक फैला हुआ है। यह पता चला कि यूरेनियम रासायनिक रूप से हाइड्रोकार्बन के स्रोत से सटीक रूप से संबंधित है (याद रखें कि संबंधित कार्बोनेसियस शेल्स में यूरेनियम सामग्री सबसे अधिक है)। प्रयोगों से पता चला है कि फ्रैक्चरिंग के दौरान इस्तेमाल किया गया घोल यूरेनियम को पूरी तरह से घोल देता है। “जब इन पानी में यूरेनियम सतह पर पहुंचता है, तो यह आसपास के क्षेत्र को प्रदूषित कर सकता है। इससे विकिरण का ख़तरा नहीं है, लेकिन यूरेनियम एक ज़हरीला तत्व है,'' ट्रेसी बैंक ने 25 अक्टूबर, 2010 को एक विश्वविद्यालय प्रेस विज्ञप्ति में कहा। शेल गैस उत्पादन के दौरान यूरेनियम या थोरियम से पर्यावरण प्रदूषण के खतरे पर अभी तक कोई विस्तृत लेख तैयार नहीं किया गया है।

यूरेनियम की आवश्यकता क्यों है?पहले, इसका उपयोग चीनी मिट्टी की चीज़ें और रंगीन कांच बनाने के लिए रंगद्रव्य के रूप में किया जाता था। अब यूरेनियम परमाणु ऊर्जा और परमाणु हथियारों का आधार है। इस मामले में, इसकी अनूठी संपत्ति का उपयोग किया जाता है - नाभिक की विभाजित करने की क्षमता।

परमाणु विखंडन क्या है? एक नाभिक का दो असमान बड़े टुकड़ों में टूटना। इस गुण के कारण ही न्यूक्लियोसिंथेसिस के दौरान न्यूट्रॉन विकिरण के कारण यूरेनियम से भारी नाभिक बड़ी कठिनाई से बनते हैं। घटना का सार इस प्रकार है. यदि नाभिक में न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की संख्या का अनुपात इष्टतम नहीं है, तो यह अस्थिर हो जाता है। आमतौर पर, ऐसा नाभिक या तो एक अल्फा कण - दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन, या एक बीटा कण - एक पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करता है, जो न्यूट्रॉन में से एक के प्रोटॉन में परिवर्तन के साथ होता है। पहले मामले में, आवर्त सारणी का एक तत्व प्राप्त होता है, दो कोशिकाओं को पीछे की ओर, दूसरे में - एक कोशिका को आगे की ओर। हालाँकि, अल्फा और बीटा कणों को उत्सर्जित करने के अलावा, यूरेनियम नाभिक विखंडन में सक्षम है - आवर्त सारणी के मध्य में दो तत्वों के नाभिक में क्षय, उदाहरण के लिए बेरियम और क्रिप्टन, जो यह एक नया न्यूट्रॉन प्राप्त करने के बाद करता है। इस घटना की खोज रेडियोधर्मिता की खोज के तुरंत बाद हुई, जब भौतिकविदों ने नए खोजे गए विकिरण को हर उस चीज के संपर्क में लाया जो वे कर सकते थे। घटनाओं में भाग लेने वाले ओटो फ्रिस्क इस बारे में लिखते हैं ("भौतिक विज्ञान में प्रगति," 1968, 96, 4)। बेरिलियम किरणों - न्यूट्रॉन - की खोज के बाद एनरिको फर्मी ने उनके साथ यूरेनियम को विकिरणित किया, विशेष रूप से, बीटा क्षय का कारण बनने के लिए - उन्होंने इसका उपयोग अगले, 93 वें तत्व को प्राप्त करने के लिए करने की आशा की, जिसे अब नेपच्यूनियम कहा जाता है। यह वह था जिसने विकिरणित यूरेनियम में एक नए प्रकार की रेडियोधर्मिता की खोज की, जिसे उसने ट्रांसयूरेनियम तत्वों की उपस्थिति से जोड़ा। उसी समय, न्यूट्रॉन को धीमा करने से, जिसके लिए बेरिलियम स्रोत को पैराफिन की एक परत से ढक दिया गया था, इस प्रेरित रेडियोधर्मिता में वृद्धि हुई। अमेरिकी रेडियोकेमिस्ट एरिस्टाइड वॉन ग्रोसे ने सुझाव दिया कि इन तत्वों में से एक प्रोटैक्टीनियम था, लेकिन वह गलत था। लेकिन ओटो हैन, जो उस समय वियना विश्वविद्यालय में काम कर रहे थे और 1917 में खोजे गए प्रोटैक्टीनियम को अपने दिमाग की उपज मानते थे, ने फैसला किया कि वह यह पता लगाने के लिए बाध्य हैं कि कौन से तत्व प्राप्त किए गए थे। 1938 की शुरुआत में, लिस मीटनर के साथ, हैन ने प्रयोगात्मक परिणामों के आधार पर सुझाव दिया कि रेडियोधर्मी तत्वों की पूरी श्रृंखला यूरेनियम -238 और उसके सहयोगी तत्वों के न्यूट्रॉन-अवशोषित नाभिक के कई बीटा क्षय के कारण बनती है। ऑस्ट्रिया के एंस्क्लस के बाद नाज़ियों के संभावित प्रतिशोध के डर से, जल्द ही लिसे मीटनर को स्वीडन भागने के लिए मजबूर होना पड़ा। हैन ने फ्रिट्ज़ स्ट्रैसमैन के साथ अपने प्रयोगों को जारी रखते हुए पाया कि उत्पादों में बेरियम, तत्व संख्या 56 भी था, जिसे किसी भी तरह से यूरेनियम से प्राप्त नहीं किया जा सकता था: यूरेनियम के अल्फा क्षय की सभी श्रृंखलाएं बहुत भारी सीसे के साथ समाप्त होती हैं। शोधकर्ता परिणाम से इतने आश्चर्यचकित थे कि उन्होंने इसे प्रकाशित नहीं किया; उन्होंने केवल दोस्तों को पत्र लिखे, विशेष रूप से गोथेनबर्ग में लिसे मीटनर को। वहां, क्रिसमस 1938 में, उनके भतीजे, ओटो फ्रिस्क ने उनसे मुलाकात की, और, शीतकालीन शहर के आसपास घूमते हुए - वह स्की पर, चाची पैदल - उन्होंने यूरेनियम के विकिरण के दौरान बेरियम की उपस्थिति की संभावना पर चर्चा की परमाणु विखंडन का परिणाम (लिसे मीटनर के बारे में अधिक जानकारी के लिए, "रसायन विज्ञान और जीवन", 2013, संख्या 4 देखें)। कोपेनहेगन लौटकर, फ्रिस्क ने सचमुच नील्स बोहर को संयुक्त राज्य अमेरिका के लिए प्रस्थान करने वाले जहाज के गैंगवे पर पकड़ा और उसे विखंडन के विचार के बारे में बताया। बोह्र ने अपने माथे पर थप्पड़ मारते हुए कहा: “ओह, हम कितने मूर्ख थे! हमें इस पर पहले ही ध्यान देना चाहिए था।" जनवरी 1939 में, फ्रिस्क और मीटनर ने न्यूट्रॉन के प्रभाव में यूरेनियम नाभिक के विखंडन पर एक लेख प्रकाशित किया। उस समय तक, ओटो फ्रिस्क ने पहले ही एक नियंत्रण प्रयोग कर लिया था, साथ ही कई अमेरिकी समूहों ने भी, जिन्हें बोह्र से संदेश प्राप्त हुआ था। वे कहते हैं कि 26 जनवरी, 1939 को वाशिंगटन में सैद्धांतिक भौतिकी पर वार्षिक सम्मेलन में उनकी रिपोर्ट के दौरान ही भौतिकविदों ने अपनी प्रयोगशालाओं में तितर-बितर होना शुरू कर दिया था, जब उन्होंने इस विचार का सार समझ लिया था। विखंडन की खोज के बाद, हैन और स्ट्रैसमैन ने अपने प्रयोगों को संशोधित किया और अपने सहयोगियों की तरह पाया कि विकिरणित यूरेनियम की रेडियोधर्मिता ट्रांसयूरेनियम से नहीं, बल्कि आवर्त सारणी के मध्य से विखंडन के दौरान बने रेडियोधर्मी तत्वों के क्षय से जुड़ी है।

यूरेनियम में श्रृंखला अभिक्रिया कैसे होती है?यूरेनियम और थोरियम नाभिक के विखंडन की संभावना प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध होने के तुरंत बाद (और पृथ्वी पर किसी भी महत्वपूर्ण मात्रा में कोई अन्य विखंडन तत्व नहीं हैं), नील्स बोह्र और जॉन व्हीलर, जिन्होंने प्रिंसटन में काम किया, साथ ही, उनमें से स्वतंत्र रूप से, सोवियत सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी हां. आई. फ्रेनकेल और जर्मन सिगफ्राइड फ्लुगे और गॉटफ्राइड वॉन ड्रोस्टे ने परमाणु विखंडन का सिद्धांत बनाया। इससे दो तंत्रों का अनुसरण हुआ। एक तेज न्यूट्रॉन के थ्रेशोल्ड अवशोषण से जुड़ा है। इसके अनुसार, विखंडन शुरू करने के लिए, एक न्यूट्रॉन में काफी उच्च ऊर्जा होनी चाहिए, मुख्य आइसोटोप - यूरेनियम -238 और थोरियम -232 के नाभिक के लिए 1 MeV से अधिक। कम ऊर्जा पर, यूरेनियम-238 द्वारा न्यूट्रॉन अवशोषण में एक गुंजयमान चरित्र होता है। इस प्रकार, 25 ईवी की ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन में कैप्चर क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र होता है जो अन्य ऊर्जाओं की तुलना में हजारों गुना बड़ा होता है। इस स्थिति में, कोई विखंडन नहीं होगा: यूरेनियम-238 यूरेनियम-239 बन जाएगा, जो 23.54 मिनट के आधे जीवन के साथ नेपच्यूनियम-239 में बदल जाएगा, जो 2.33 दिनों के आधे जीवन के साथ लंबे समय तक जीवित रहेगा। प्लूटोनियम-239. थोरियम-232 यूरेनियम-233 बन जायेगा।

दूसरा तंत्र न्यूट्रॉन का गैर-दहलीज अवशोषण है, इसके बाद तीसरा कमोबेश सामान्य विखंडनीय आइसोटोप होता है - यूरेनियम-235 (साथ ही प्लूटोनियम-239 और यूरेनियम-233, जो प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं): द्वारा किसी भी न्यूट्रॉन को अवशोषित करना, यहां तक कि धीमी गति से, तथाकथित थर्मल, थर्मल गति में भाग लेने वाले अणुओं के लिए ऊर्जा के साथ - 0.025 ईवी, ऐसा नाभिक विभाजित हो जाएगा। और यह बहुत अच्छा है: थर्मल न्यूट्रॉन का कैप्चर क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र तेज़, मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट न्यूट्रॉन से चार गुना अधिक होता है। परमाणु ऊर्जा के पूरे बाद के इतिहास के लिए यूरेनियम-235 का यही महत्व है: यह वह है जो प्राकृतिक यूरेनियम में न्यूट्रॉन के गुणन को सुनिश्चित करता है। न्यूट्रॉन की चपेट में आने के बाद यूरेनियम-235 नाभिक अस्थिर हो जाता है और तेजी से दो असमान भागों में विभाजित हो जाता है। रास्ते में, कई (औसतन 2.75) नए न्यूट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। यदि वे एक ही यूरेनियम के नाभिक से टकराते हैं, तो वे न्यूट्रॉन को तेजी से गुणा करने का कारण बनेंगे - एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होगी, जिससे भारी मात्रा में गर्मी के तेजी से निकलने के कारण विस्फोट होगा। न तो यूरेनियम-238 और न ही थोरियम-232 इस तरह काम कर सकते हैं: आखिरकार, विखंडन के दौरान, न्यूट्रॉन 1-3 MeV की औसत ऊर्जा के साथ उत्सर्जित होते हैं, अर्थात, यदि 1 MeV की ऊर्जा सीमा है, तो इसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा न्यूट्रॉन निश्चित रूप से प्रतिक्रिया उत्पन्न करने में सक्षम नहीं होंगे, और कोई प्रजनन नहीं होगा। इसका मतलब यह है कि इन आइसोटोप को भुला दिया जाना चाहिए और न्यूट्रॉन को थर्मल ऊर्जा में धीमा करना होगा ताकि वे यूरेनियम -235 के नाभिक के साथ यथासंभव कुशलता से बातचीत कर सकें। साथ ही, यूरेनियम-238 द्वारा उनके गुंजयमान अवशोषण की अनुमति नहीं दी जा सकती: आखिरकार, प्राकृतिक यूरेनियम में यह आइसोटोप 99.3% से थोड़ा कम है और न्यूट्रॉन अधिक बार इसके साथ टकराते हैं, न कि लक्ष्य यूरेनियम-235 के साथ। और एक मॉडरेटर के रूप में कार्य करके, न्यूट्रॉन के गुणन को एक स्थिर स्तर पर बनाए रखना और विस्फोट को रोकना - श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करना संभव है।

1939 के उसी घातक वर्ष में हां बी ज़ेल्डोविच और यू बी खारिटन द्वारा की गई एक गणना से पता चला कि इसके लिए भारी पानी या ग्रेफाइट के रूप में न्यूट्रॉन मॉडरेटर का उपयोग करना और यूरेनियम के साथ प्राकृतिक यूरेनियम को समृद्ध करना आवश्यक है- 235 कम से कम 1.83 बार। तब यह विचार उन्हें कोरी कल्पना प्रतीत हुआ: "यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यूरेनियम की उन महत्वपूर्ण मात्राओं का संवर्धन लगभग दोगुना हो जाता है जो एक श्रृंखला विस्फोट को अंजाम देने के लिए आवश्यक हैं,<...>यह अत्यंत बोझिल कार्य है, जो व्यावहारिक असंभवता के करीब है।” अब यह समस्या हल हो गई है, और परमाणु उद्योग बिजली संयंत्रों के लिए यूरेनियम-235 से 3.5% तक समृद्ध यूरेनियम का बड़े पैमाने पर उत्पादन कर रहा है।

स्वतःस्फूर्त परमाणु विखंडन क्या है? 1940 में, जी.एन. फ्लेरोव और के.ए. पेट्रज़ाक ने पाया कि यूरेनियम का विखंडन बिना किसी बाहरी प्रभाव के, अनायास हो सकता है, हालांकि आधा जीवन सामान्य अल्फा क्षय की तुलना में बहुत लंबा है। चूँकि इस तरह के विखंडन से न्यूट्रॉन भी उत्पन्न होते हैं, यदि उन्हें प्रतिक्रिया क्षेत्र से बाहर निकलने की अनुमति नहीं दी जाती है, तो वे श्रृंखला प्रतिक्रिया के आरंभकर्ता के रूप में काम करेंगे। यह वह घटना है जिसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों के निर्माण में किया जाता है।

परमाणु ऊर्जा की आवश्यकता क्यों है?ज़ेल्डोविच और खारिटन परमाणु ऊर्जा के आर्थिक प्रभाव की गणना करने वाले पहले लोगों में से थे (उस्पेखी फ़िज़िचेस्किख नौक, 1940, 23, 4)। “...फिलहाल, यूरेनियम में अनंत शाखाओं वाली श्रृंखलाओं के साथ परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया करने की संभावना या असंभवता के बारे में अंतिम निष्कर्ष निकालना अभी भी असंभव है। यदि ऐसी प्रतिक्रिया संभव है, तो प्रयोगकर्ता के पास ऊर्जा की भारी मात्रा के बावजूद, इसकी सुचारू प्रगति सुनिश्चित करने के लिए प्रतिक्रिया दर स्वचालित रूप से समायोजित हो जाती है। यह परिस्थिति प्रतिक्रिया के ऊर्जा उपयोग के लिए अत्यंत अनुकूल है। इसलिए आइए प्रस्तुत करते हैं - हालाँकि यह एक अकुशल भालू की त्वचा का एक विभाजन है - कुछ संख्याएँ जो यूरेनियम के ऊर्जा उपयोग की संभावनाओं को दर्शाती हैं। यदि विखंडन प्रक्रिया तेज न्यूट्रॉन के साथ आगे बढ़ती है, तो, प्रतिक्रिया यूरेनियम के मुख्य आइसोटोप (U238) को पकड़ लेती है, तो<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>यूरेनियम के मुख्य आइसोटोप से एक कैलोरी की लागत कोयले की तुलना में लगभग 4000 गुना सस्ती हो जाती है (बशर्ते, निश्चित रूप से, "दहन" और गर्मी हटाने की प्रक्रियाएं यूरेनियम की तुलना में यूरेनियम के मामले में बहुत अधिक महंगी न हों कोयले के मामले में) धीमे न्यूट्रॉन के मामले में, "यूरेनियम" कैलोरी की लागत (उपरोक्त आंकड़ों के आधार पर) होगी, यह ध्यान में रखते हुए कि U235 आइसोटोप की प्रचुरता 0.007 है, जो पहले से ही "कोयला" कैलोरी से केवल 30 गुना सस्ता है, अन्य सभी चीजें समान हैं।”

पहली नियंत्रित श्रृंखला प्रतिक्रिया 1942 में शिकागो विश्वविद्यालय में एनरिको फर्मी द्वारा की गई थी, और रिएक्टर को मैन्युअल रूप से नियंत्रित किया गया था - न्यूट्रॉन प्रवाह में बदलाव के रूप में ग्रेफाइट छड़ों को अंदर और बाहर धकेलना। पहला बिजली संयंत्र 1954 में ओबनिंस्क में बनाया गया था। ऊर्जा पैदा करने के अलावा, पहले रिएक्टरों ने हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का उत्पादन करने के लिए भी काम किया।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे संचालित होता है?आजकल, अधिकांश रिएक्टर धीमे न्यूट्रॉन पर काम करते हैं। धातु के रूप में समृद्ध यूरेनियम, एल्यूमीनियम जैसे मिश्र धातु या ऑक्साइड को लंबे सिलेंडरों में रखा जाता है जिन्हें ईंधन तत्व कहा जाता है। इन्हें रिएक्टर में एक निश्चित तरीके से स्थापित किया जाता है, और उनके बीच मॉडरेटर छड़ें डाली जाती हैं, जो श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रित करती हैं। समय के साथ, रिएक्टर जहर ईंधन तत्व में जमा हो जाता है - यूरेनियम विखंडन उत्पाद, जो न्यूट्रॉन को अवशोषित करने में भी सक्षम हैं। जब यूरेनियम-235 की सांद्रता एक महत्वपूर्ण स्तर से नीचे गिर जाती है, तो तत्व को सेवा से बाहर कर दिया जाता है। हालाँकि, इसमें मजबूत रेडियोधर्मिता वाले कई विखंडन टुकड़े होते हैं, जो वर्षों में कम हो जाते हैं, जिससे तत्व लंबे समय तक महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी उत्सर्जित करते हैं। उन्हें कूलिंग पूल में रखा जाता है, और फिर या तो दफन कर दिया जाता है या संसाधित करने की कोशिश की जाती है - बिना जला हुआ यूरेनियम -235 निकालने के लिए, उत्पादित प्लूटोनियम (इसका उपयोग परमाणु बम बनाने के लिए किया गया था) और अन्य आइसोटोप जिनका उपयोग किया जा सकता है। अप्रयुक्त हिस्से को कब्रिस्तान में भेज दिया जाता है।

तथाकथित तेज़ रिएक्टरों, या ब्रीडर रिएक्टरों में, तत्वों के चारों ओर यूरेनियम-238 या थोरियम-232 से बने रिफ्लेक्टर स्थापित किए जाते हैं। वे धीमे हो जाते हैं और बहुत तेज़ गति वाले न्यूट्रॉन को प्रतिक्रिया क्षेत्र में वापस भेज देते हैं। न्यूट्रॉन गुंजयमान गति तक धीमे हो जाते हैं, इन आइसोटोप को अवशोषित करते हैं, क्रमशः प्लूटोनियम -239 या यूरेनियम -233 में बदल जाते हैं, जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र के लिए ईंधन के रूप में काम कर सकते हैं। चूंकि तेज़ न्यूट्रॉन यूरेनियम-235 के साथ खराब प्रतिक्रिया करते हैं, इसलिए इसकी सांद्रता में काफी वृद्धि होनी चाहिए, लेकिन इसका परिणाम एक मजबूत न्यूट्रॉन प्रवाह है। इस तथ्य के बावजूद कि ब्रीडर रिएक्टरों को परमाणु ऊर्जा का भविष्य माना जाता है, क्योंकि वे उपभोग से अधिक परमाणु ईंधन का उत्पादन करते हैं, प्रयोगों से पता चला है कि उन्हें प्रबंधित करना मुश्किल है। अब दुनिया में केवल एक ही ऐसा रिएक्टर बचा है - बेलोयार्स्क एनपीपी की चौथी बिजली इकाई में।

परमाणु ऊर्जा की आलोचना कैसे की जाती है?यदि हम दुर्घटनाओं के बारे में बात नहीं करते हैं, तो आज परमाणु ऊर्जा के विरोधियों के तर्कों में मुख्य बिंदु इसकी दक्षता की गणना में स्टेशन को बंद करने के बाद और ईंधन के साथ काम करते समय पर्यावरण की रक्षा की लागत को जोड़ने का प्रस्ताव है। दोनों ही मामलों में, रेडियोधर्मी कचरे के विश्वसनीय निपटान की चुनौतियाँ उत्पन्न होती हैं, और ये लागत राज्य द्वारा वहन की जाती है। एक राय है कि यदि आप उन्हें ऊर्जा की लागत में स्थानांतरित कर देंगे, तो इसका आर्थिक आकर्षण गायब हो जाएगा।

परमाणु ऊर्जा के समर्थकों में भी विरोध है. इसके प्रतिनिधि यूरेनियम-235 की विशिष्टता की ओर इशारा करते हैं, जिसका कोई प्रतिस्थापन नहीं है, क्योंकि थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित वैकल्पिक आइसोटोप - प्लूटोनियम-239 और यूरेनियम-233 - हजारों वर्षों के उनके आधे जीवन के कारण, प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं। और वे यूरेनियम-235 के विखंडन के परिणामस्वरूप सटीक रूप से प्राप्त होते हैं। यदि यह समाप्त हो जाता है, तो परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया के लिए न्यूट्रॉन का एक अद्भुत प्राकृतिक स्रोत गायब हो जाएगा। इस तरह की बर्बादी के परिणामस्वरूप, मानवता भविष्य में थोरियम-232, जिसका भंडार यूरेनियम से कई गुना अधिक है, को ऊर्जा चक्र में शामिल करने का अवसर खो देगी।

सैद्धांतिक रूप से, कण त्वरक का उपयोग मेगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट ऊर्जा के साथ तेज़ न्यूट्रॉन के प्रवाह का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, अगर हम बात कर रहे हैं, उदाहरण के लिए, परमाणु इंजन पर अंतरग्रहीय उड़ानों के बारे में, तो भारी त्वरक के साथ एक योजना को लागू करना बहुत मुश्किल होगा। यूरेनियम-235 की कमी से ऐसी परियोजनाएं ख़त्म हो जाती हैं।

हथियार-ग्रेड यूरेनियम क्या है?यह अत्यधिक संवर्धित यूरेनियम-235 है। इसका महत्वपूर्ण द्रव्यमान - यह पदार्थ के एक टुकड़े के आकार से मेल खाता है जिसमें एक श्रृंखला प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से होती है - गोला बारूद का उत्पादन करने के लिए काफी छोटा है। ऐसे यूरेनियम का उपयोग परमाणु बम बनाने के लिए और थर्मोन्यूक्लियर बम के लिए फ्यूज के रूप में भी किया जा सकता है।

यूरेनियम के उपयोग से कौन सी आपदाएँ जुड़ी हुई हैं?विखंडनीय तत्वों के नाभिक में संग्रहित ऊर्जा बहुत अधिक होती है। यदि यह लापरवाही के कारण या जानबूझकर नियंत्रण से बाहर हो जाए तो यह ऊर्जा बहुत परेशानी पैदा कर सकती है। दो सबसे खराब परमाणु आपदाएँ 6 और 8 अगस्त, 1945 को हुईं, जब अमेरिकी वायु सेना ने हिरोशिमा और नागासाकी पर परमाणु बम गिराए, जिसमें सैकड़ों हजारों नागरिक मारे गए और घायल हो गए। छोटे पैमाने की आपदाएँ परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और परमाणु चक्र उद्यमों में दुर्घटनाओं से जुड़ी होती हैं। पहली बड़ी दुर्घटना 1949 में यूएसएसआर में चेल्याबिंस्क के पास मायाक संयंत्र में हुई, जहां प्लूटोनियम का उत्पादन किया जाता था; तरल रेडियोधर्मी कचरा टेचा नदी में समा गया। सितंबर 1957 में इस पर एक विस्फोट हुआ, जिससे बड़ी मात्रा में रेडियोधर्मी सामग्री निकली। ग्यारह दिन बाद, विंडस्केल में ब्रिटिश प्लूटोनियम उत्पादन रिएक्टर जल गया, और विस्फोट उत्पादों वाला बादल पश्चिमी यूरोप में फैल गया। 1979 में, पेंसिल्वेनिया में थ्री मेल आइलैंड परमाणु ऊर्जा संयंत्र का एक रिएक्टर जल गया। सबसे व्यापक परिणाम चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र (1986) और फुकुशिमा परमाणु ऊर्जा संयंत्र (2011) में दुर्घटनाओं के कारण हुए, जब लाखों लोग विकिरण के संपर्क में आए। सबसे पहले विशाल क्षेत्रों में गंदगी फैल गई, विस्फोट के परिणामस्वरूप 8 टन यूरेनियम ईंधन और क्षय उत्पाद निकले, जो पूरे यूरोप में फैल गए। दूसरा प्रदूषित और, दुर्घटना के तीन साल बाद, मछली पकड़ने के क्षेत्रों में प्रशांत महासागर को प्रदूषित करना जारी है। इन दुर्घटनाओं के परिणामों को ख़त्म करना बहुत महंगा था, और अगर इन लागतों को बिजली की लागत में विभाजित किया जाए, तो यह काफी बढ़ जाएगी।

एक अलग मुद्दा मानव स्वास्थ्य पर पड़ने वाले परिणामों का है। आधिकारिक आँकड़ों के अनुसार, बहुत से लोग जो बमबारी से बच गए या दूषित क्षेत्रों में रह रहे थे, विकिरण से लाभान्वित हुए - पूर्व में जीवन प्रत्याशा अधिक है, बाद में कैंसर कम है, और विशेषज्ञ सामाजिक तनाव के कारण मृत्यु दर में कुछ वृद्धि का श्रेय देते हैं। दुर्घटनाओं के परिणामस्वरूप या उनके परिसमापन के परिणामस्वरूप मरने वाले लोगों की संख्या सैकड़ों लोगों तक पहुंचती है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के विरोधियों का कहना है कि दुर्घटनाओं के कारण यूरोपीय महाद्वीप पर कई मिलियन लोगों की अकाल मृत्यु हुई है, लेकिन वे सांख्यिकीय संदर्भ में अदृश्य हैं।

दुर्घटना क्षेत्रों में भूमि को मानव उपयोग से हटाने से एक दिलचस्प परिणाम सामने आता है: वे एक प्रकार के प्रकृति भंडार बन जाते हैं जहाँ जैव विविधता बढ़ती है। सच है, कुछ जानवर विकिरण-संबंधी बीमारियों से पीड़ित हैं। यह प्रश्न खुला रहता है कि वे बढ़ी हुई पृष्ठभूमि के प्रति कितनी जल्दी अनुकूलित होंगे। एक राय यह भी है कि क्रोनिक विकिरण का परिणाम "मूर्खों के लिए चयन" है (देखें "रसायन विज्ञान और जीवन", 2010, संख्या 5): भ्रूण अवस्था में भी, अधिक आदिम जीव जीवित रहते हैं। विशेष रूप से, लोगों के संबंध में, इससे दुर्घटना के तुरंत बाद दूषित क्षेत्रों में पैदा होने वाली पीढ़ी में मानसिक क्षमताओं में कमी आनी चाहिए।

क्षीण यूरेनियम क्या है?यह यूरेनियम-238 है, जो यूरेनियम-235 के अलग होने के बाद बचता है। हथियार-ग्रेड यूरेनियम और ईंधन तत्वों के उत्पादन से अपशिष्ट की मात्रा बड़ी है - अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में, 600 हजार टन ऐसे यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड जमा हो गए हैं (इसके साथ समस्याओं के लिए, रसायन विज्ञान और जीवन, 2008, संख्या 5 देखें) . इसमें यूरेनियम-235 की मात्रा 0.2% है। इस कचरे को या तो बेहतर समय तक संग्रहीत किया जाना चाहिए, जब तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर बनाए जाएंगे और यूरेनियम -238 को प्लूटोनियम में संसाधित करना संभव होगा, या किसी तरह इसका उपयोग किया जाएगा।

उन्हें इसका एक उपयोग मिल गया। अन्य संक्रमण तत्वों की तरह यूरेनियम का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है। उदाहरण के लिए, लेख के लेखक एसीएस नैनोदिनांक 30 जून 2014, वे लिखते हैं कि ऑक्सीजन और हाइड्रोजन पेरोक्साइड की कमी के लिए ग्राफीन के साथ यूरेनियम या थोरियम से बने उत्प्रेरक में "ऊर्जा क्षेत्र में उपयोग की भारी संभावना है।" क्योंकि यूरेनियम में उच्च घनत्व होता है, यह जहाजों के लिए गिट्टी और विमानों के लिए काउंटरवेट के रूप में कार्य करता है। यह धातु विकिरण स्रोतों वाले चिकित्सा उपकरणों में विकिरण सुरक्षा के लिए भी उपयुक्त है।

घटते यूरेनियम से कौन से हथियार बनाए जा सकते हैं?कवच-भेदी प्रोजेक्टाइल के लिए गोलियां और कोर। यहां गणना इस प्रकार है. प्रक्षेप्य जितना भारी होगा, उसकी गतिज ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। लेकिन प्रक्षेप्य जितना बड़ा होगा, उसका प्रभाव उतना ही कम केंद्रित होगा। इसका मतलब है कि उच्च घनत्व वाली भारी धातुओं की आवश्यकता है। गोलियां सीसे से बनी होती हैं (यूराल शिकारी एक समय में देशी प्लैटिनम का भी इस्तेमाल करते थे, जब तक उन्हें एहसास नहीं हुआ कि यह एक कीमती धातु है), जबकि शेल कोर टंगस्टन मिश्र धातु से बने होते हैं। पर्यावरणविदों का कहना है कि सीसा सैन्य अभियानों या शिकार के स्थानों में मिट्टी को प्रदूषित करता है और इसे किसी कम हानिकारक चीज़, उदाहरण के लिए, टंगस्टन से बदलना बेहतर होगा। लेकिन टंगस्टन सस्ता नहीं है, और घनत्व में समान यूरेनियम एक हानिकारक अपशिष्ट है। इसी समय, यूरेनियम के साथ मिट्टी और पानी का अनुमेय संदूषण सीसे की तुलना में लगभग दोगुना है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि घटे हुए यूरेनियम (और यह प्राकृतिक यूरेनियम की तुलना में 40% कम है) की कमजोर रेडियोधर्मिता को नजरअंदाज कर दिया जाता है और वास्तव में खतरनाक रासायनिक कारक को ध्यान में रखा जाता है: यूरेनियम, जैसा कि हम याद करते हैं, जहरीला है। वहीं, इसका घनत्व सीसे से 1.7 गुना अधिक है, जिसका अर्थ है कि यूरेनियम गोलियों का आकार आधा किया जा सकता है; यूरेनियम सीसे की तुलना में बहुत अधिक दुर्दम्य और कठोर है - जब इसे जलाया जाता है तो यह कम वाष्पित होता है, और जब यह किसी लक्ष्य से टकराता है तो कम सूक्ष्म कण पैदा करता है। सामान्य तौर पर, यूरेनियम की गोली सीसे की गोली की तुलना में कम प्रदूषणकारी होती है, हालाँकि यूरेनियम का ऐसा उपयोग निश्चित रूप से ज्ञात नहीं है।

लेकिन यह ज्ञात है कि घटे हुए यूरेनियम से बनी प्लेटों का उपयोग अमेरिकी टैंकों के कवच को मजबूत करने के लिए किया जाता है (यह इसके उच्च घनत्व और पिघलने बिंदु द्वारा सुविधाजनक है), और कवच-भेदी प्रोजेक्टाइल के लिए कोर में टंगस्टन मिश्र धातु के बजाय भी। यूरेनियम कोर इसलिए भी अच्छा है क्योंकि यूरेनियम पायरोफोरिक है: कवच के प्रभाव से बने इसके गर्म छोटे कण भड़क उठते हैं और चारों ओर सब कुछ आग लगा देते हैं। दोनों अनुप्रयोगों को विकिरण सुरक्षित माना जाता है। इस प्रकार, गणना से पता चला कि यूरेनियम गोला-बारूद से भरे यूरेनियम कवच वाले टैंक में एक वर्ष तक बैठने के बाद भी, चालक दल को अनुमेय खुराक का केवल एक चौथाई ही प्राप्त होगा। और वार्षिक अनुमेय खुराक प्राप्त करने के लिए, आपको ऐसे गोला-बारूद को 250 घंटों के लिए त्वचा की सतह पर पेंच करना होगा।

यूरेनियम कोर वाले गोले - 30 मिमी विमान तोपों या तोपखाने उप-कैलिबर के लिए - अमेरिकियों द्वारा हाल के युद्धों में उपयोग किए गए हैं, जो 1991 के इराक अभियान से शुरू हुए थे। उस वर्ष उन्होंने कुवैत में इराकी बख्तरबंद इकाइयों पर हमला किया और उनके पीछे हटने के दौरान, 300 टन ख़त्म हो चुके यूरेनियम, जिनमें से 250 टन, या 780 हज़ार राउंड, विमान बंदूकों पर दागे गए थे। बोस्निया और हर्जेगोविना में, गैर-मान्यता प्राप्त रिपब्लिका सर्पस्का की सेना की बमबारी के दौरान, 2.75 टन यूरेनियम खर्च किया गया था, और कोसोवो और मेटोहिजा के क्षेत्र में यूगोस्लाव सेना की गोलाबारी के दौरान - 8.5 टन, या 31 हजार राउंड। चूँकि WHO उस समय तक यूरेनियम के उपयोग के परिणामों के बारे में चिंतित था, इसलिए निगरानी की गई। उन्होंने दिखाया कि एक सैल्वो में लगभग 300 राउंड होते थे, जिनमें से 80% में ख़त्म हो चुका यूरेनियम होता था। 10% ने लक्ष्य मारा, और 82% उनसे 100 मीटर के भीतर गिरे। बाकी 1.85 किमी के भीतर बिखर गए। एक टैंक से टकराया गोला जल गया और एयरोसोल में बदल गया; यूरेनियम गोला बख्तरबंद कर्मियों के वाहक जैसे हल्के लक्ष्यों को भेद गया। इस प्रकार, इराक में अधिकतम डेढ़ टन गोले यूरेनियम धूल में बदल सकते हैं। अमेरिकी रणनीतिक अनुसंधान केंद्र RAND Corporation के विशेषज्ञों के अनुसार, प्रयुक्त यूरेनियम का 10 से 35% अधिक, एरोसोल में बदल गया। रियाद के किंग फैसल अस्पताल से लेकर वाशिंगटन यूरेनियम मेडिकल रिसर्च सेंटर तक कई संगठनों में काम कर चुके क्रोएशियाई एंटी-यूरेनियम युद्ध सामग्री कार्यकर्ता आसफ दुराकोविक का अनुमान है कि 1991 में अकेले दक्षिणी इराक में 3-6 टन सबमाइक्रोन यूरेनियम कण बने थे, जो एक विस्तृत क्षेत्र में बिखरे हुए थे, यानी वहां यूरेनियम संदूषण चेरनोबिल के बराबर है।

लेख की सामग्री

यूरेनियम उद्योग.यूरेनियम परमाणु ऊर्जा का मुख्य ऊर्जा स्रोत है, जो दुनिया की लगभग 20% बिजली पैदा करता है। यूरेनियम उद्योग अन्वेषण, विकास और अयस्क लाभकारी सहित यूरेनियम उत्पादन के सभी चरणों को कवर करता है। रिएक्टर ईंधन में यूरेनियम के प्रसंस्करण को यूरेनियम उद्योग की एक प्राकृतिक शाखा माना जा सकता है।

संसाधन।

दुनिया भर में यूरेनियम के पर्याप्त रूप से विश्वसनीय रूप से खोजे गए संसाधन, जिन्हें प्रति किलोग्राम 100 डॉलर से अधिक की लागत पर अयस्क से अलग किया जा सकता है, लगभग 3.3 बिलियन किलोग्राम यू 3 ओ 8 का अनुमान है। इसका लगभग 20% (लगभग 0.7 बिलियन किग्रा U 3 O 8, सेमी. चित्र) ऑस्ट्रेलिया पर पड़ता है, इसके बाद संयुक्त राज्य अमेरिका (लगभग 0.45 बिलियन किग्रा यू 3 ओ 8) आता है। दक्षिण अफ्रीका और कनाडा के पास यूरेनियम उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण संसाधन हैं।

यूरेनियम उत्पादन.

यूरेनियम उत्पादन के मुख्य चरण हैं भूमिगत या खुले गड्ढे में खनन द्वारा अयस्क का निष्कर्षण, अयस्क का संवर्धन (छंटाई) और लीचिंग द्वारा अयस्क से यूरेनियम का निष्कर्षण। खदान में, यूरेनियम अयस्क को ड्रिलिंग-विस्फोटक विधि का उपयोग करके चट्टान के द्रव्यमान से निकाला जाता है, कुचले हुए अयस्क को छांटकर कुचल दिया जाता है, और फिर एक मजबूत एसिड समाधान (सल्फ्यूरिक) या एक क्षारीय समाधान (सोडियम कार्बोनेट, जो सबसे बेहतर है) में स्थानांतरित किया जाता है। कार्बोनेट अयस्कों के मामले में)। यूरेनियम युक्त घोल को अघुलनशील कणों से अलग किया जाता है, आयन एक्सचेंज रेजिन पर सोखने या कार्बनिक सॉल्वैंट्स के साथ निष्कर्षण द्वारा केंद्रित और शुद्ध किया जाता है। सांद्रण, आमतौर पर यू 3 ओ 8 ऑक्साइड के रूप में जिसे येलोकेक कहा जाता है, फिर घोल से अवक्षेपित किया जाता है, सुखाया जाता है और लगभग क्षमता वाले स्टील के कंटेनरों में रखा जाता है। 1000 ली.

झरझरा तलछटी अयस्कों से यूरेनियम निकालने के लिए सीटू लीचिंग का उपयोग तेजी से किया जा रहा है। अयस्क निकाय में ड्रिल किए गए कुओं के माध्यम से क्षारीय या अम्लीय घोल को लगातार प्रवाहित किया जाता है। यह घोल, इसमें स्थानांतरित यूरेनियम के साथ, केंद्रित और शुद्ध किया जाता है, और फिर अवक्षेपण द्वारा इससे पीला केक प्राप्त किया जाता है।

यूरेनियम का परमाणु ईंधन में प्रसंस्करण।

प्राकृतिक यूरेनियम सांद्रण-येलोकेक-परमाणु ईंधन चक्र में एक फीडस्टॉक है। प्राकृतिक यूरेनियम को परमाणु रिएक्टर की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले ईंधन में परिवर्तित करने के लिए, तीन और चरणों की आवश्यकता होती है: यूएफ 6 में रूपांतरण, यूरेनियम संवर्धन और ईंधन तत्वों (ईंधन तत्वों) का उत्पादन।

UF6 में रूपांतरण.

यूरेनियम ऑक्साइड यू 3 ओ 8 को यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड यूएफ 6 में परिवर्तित करने के लिए, येलोकेक को आमतौर पर निर्जल अमोनिया के साथ यूओ 2 में कम किया जाता है, जिसमें से हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड का उपयोग करके यूएफ 4 प्राप्त किया जाता है। अंतिम चरण में, शुद्ध फ्लोरीन के साथ यूएफ 4 पर कार्य करने पर, यूएफ 6 प्राप्त होता है - एक ठोस उत्पाद जो कमरे के तापमान और सामान्य दबाव पर उर्ध्वपातित होता है, और ऊंचे दबाव पर पिघल जाता है। पांच सबसे बड़े यूरेनियम उत्पादक (कनाडा, रूस, नाइजर, कजाकिस्तान और उज्बेकिस्तान) मिलकर प्रति वर्ष 65,000 टन यूएफ 6 का उत्पादन कर सकते हैं।

यूरेनियम संवर्धन.

परमाणु ईंधन चक्र के अगले चरण में, यूएफ 6 में यू-235 की सामग्री बढ़ जाती है। प्राकृतिक यूरेनियम में तीन समस्थानिक होते हैं: U-238 (99.28%), U-235 (0.71%) और U-234 (0.01%)। परमाणु रिएक्टर में विखंडन प्रतिक्रिया के लिए U-235 आइसोटोप की उच्च सामग्री की आवश्यकता होती है। यूरेनियम संवर्धन आइसोटोप पृथक्करण की दो मुख्य विधियों द्वारा किया जाता है: गैस प्रसार विधि और गैस सेंट्रीफ्यूजेशन विधि। (यूरेनियम संवर्धन में व्यय की गई ऊर्जा को पृथक्करण कार्य इकाइयों, एसडब्ल्यूयू में मापा जाता है।)

गैस प्रसार विधि के साथ, ठोस यूरेनियम हेक्साफ्लोराइड यूएफ 6 को दबाव कम करके गैसीय अवस्था में परिवर्तित किया जाता है, और फिर एक विशेष मिश्र धातु से बने छिद्रपूर्ण ट्यूबों के माध्यम से पंप किया जाता है, जिसकी दीवारों के माध्यम से गैस फैल सकती है। क्योंकि U-235 परमाणुओं का द्रव्यमान U-238 परमाणुओं की तुलना में कम होता है, वे अधिक आसानी से और तेज़ी से फैलते हैं। प्रसार की प्रक्रिया के दौरान, गैस को U-235 आइसोटोप में समृद्ध किया जाता है, और ट्यूबों से गुजरने वाली गैस समाप्त हो जाती है। समृद्ध गैस को फिर से ट्यूबों के माध्यम से पारित किया जाता है, और यह प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि नमूने में यू-235 आइसोटोप की सामग्री परमाणु रिएक्टर के संचालन के लिए आवश्यक स्तर (3-5%) तक नहीं पहुंच जाती। (हथियार-ग्रेड यूरेनियम को 90% यू-235 से अधिक स्तर तक संवर्धन की आवश्यकता होती है।) यू-235 आइसोटोप का केवल 0.2-0.3% संवर्धन अपशिष्ट में रहता है। गैस प्रसार विधि उच्च ऊर्जा तीव्रता की विशेषता है। इस पद्धति पर आधारित कारखाने केवल संयुक्त राज्य अमेरिका, फ्रांस और चीन में उपलब्ध हैं।

रूस, ग्रेट ब्रिटेन, जर्मनी, नीदरलैंड और जापान में सेंट्रीफ्यूजेशन विधि का उपयोग किया जाता है, जिसमें यूएफ 6 गैस बहुत तेजी से घूमती है। परमाणुओं के द्रव्यमान में अंतर के कारण, और इसलिए परमाणुओं पर कार्य करने वाले केन्द्रापसारक बलों में, प्रवाह के घूर्णन अक्ष के निकट गैस प्रकाश आइसोटोप यू-235 में समृद्ध होती है। समृद्ध गैस को एकत्र किया जाता है और निकाला जाता है।

ईंधन छड़ों का विनिर्माण.

समृद्ध यूएफ 6 2.5-टन स्टील कंटेनर में संयंत्र में आता है। इससे, हाइड्रोलिसिस द्वारा यूओ 2 एफ 2 प्राप्त किया जाता है, जिसे बाद में अमोनियम हाइड्रॉक्साइड से उपचारित किया जाता है। अवक्षेपित अमोनियम ड्यूरेनेट को यूरेनियम डाइऑक्साइड यूओ 2 का उत्पादन करने के लिए फ़िल्टर और जलाया जाता है, जिसे दबाया जाता है और छोटे सिरेमिक छर्रों में डाला जाता है। गोलियाँ ज़िरकोनियम मिश्र धातु (ज़िरकालॉय) से बनी ट्यूबों में रखी जाती हैं और तथाकथित ईंधन छड़ें प्राप्त की जाती हैं। ईंधन तत्व (ईंधन तत्व), जो लगभग 200 टुकड़ों को मिलाकर पूर्ण ईंधन संयोजन बनाते हैं, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उपयोग के लिए तैयार होते हैं।

खर्च किया गया परमाणु ईंधन अत्यधिक रेडियोधर्मी होता है और भंडारण और निपटान के दौरान विशेष सावधानियों की आवश्यकता होती है। सिद्धांत रूप में, शेष यूरेनियम और प्लूटोनियम से विखंडन उत्पादों को अलग करके इसे पुन: संसाधित किया जा सकता है, जिसे परमाणु ईंधन के रूप में पुन: उपयोग किया जा सकता है। लेकिन ऐसी प्रोसेसिंग महंगी है और व्यावसायिक सुविधाएं केवल कुछ ही देशों, जैसे फ्रांस और यूके, में ही उपलब्ध हैं।

उत्पादन की मात्रा.

1980 के दशक के मध्य तक, जैसे ही परमाणु ऊर्जा में तीव्र वृद्धि की उम्मीदें विफल हो गईं, यूरेनियम उत्पादन में तेजी से गिरावट आई। कई नए रिएक्टरों का निर्माण निलंबित कर दिया गया, और मौजूदा उद्यमों में यूरेनियम ईंधन के भंडार जमा होने लगे। सोवियत संघ के पतन के साथ पश्चिम में यूरेनियम की आपूर्ति और बढ़ गई।