Uraanin väkevöinti

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Korkeaväkevöityä uraania kiekkona
Uraanin väkevöintiin käytettyjä kaasusentrifugeja. Piketon, Ohio, 1984.

Uraanin väkevöinti on uraanin isotooppirikastusta, jossa suurennetaan U-235:n osuutta suhteessa U-238:n osuuteen. Uraanirikastetta väkevöidään, jotta siitä saadaan ydinreaktoriin tai ydinaseeseen sopivaa ydinpolttoainetta. Väkevöintilaitosta ei pidä sekoittaa uraanirikastamoon, jossa tuotetaan uraanipitoisesta malmista uraanirikastetta, joka ei ilman väkevöintiä kelpaa esimerkiksi ydinpolttoaineeksi useimpiin ydinreaktoreihin. Yleiskielessä väkevöinnistä puhutaan usein kuitenkin "rikastamisena".

Uraani koostuu kahdesta isotoopista, jotka ovat normaalioloissa halkeamaton U-238 ja U-235, joka halkeaa helposti hitailla neutroneilla. Luonnonuraanissa on vain noin 0,72 % halkeamiskelpoista U-235:tä. Uraanin väkevöinti helpottaa olosuhteita, joita vaaditaan uraanissa tapahtuvan ketjureaktion aikaansaamiseksi. Ydinreaktoriin väkevöidään uraani noin 2–5 %:ksi, ydinaseeseen yli 90 %:sti. Yli 20 %:sti väkevöityä uraania sanotaan korkearikasteiseksi uraaniksi eli HEU:ksi (Highly Enriched Uranium) ja alle 20 %:sta vastaavasti LEU:ksi (Low Enriched Uranium). Jotkut ydinreaktorit, kuten raskaalla vedellä hidastettu CANDU, eivät tarvitse toimiakseen väkevöityä uraania vaan toimivat luonnonuraanilla.

Luonnonuraani syötetään väkevöintiin ja prosessin seurauksena toisesta päästä tulee väkevöityä uraania ja toisesta köyhdytettyä. Köyhdytetyssä uraanissa on perinteisesti ollut 0,2 %:a tai enemmän U-235:ttä, koska pitoisuuden pienentyessä erotustyö suurenee koko ajan tehden tarkemman erotuksen epätaloudelliseksi. Tämän hukkaan menevän osan taloudellinen pitoisuus riippuu kuitenkin uraanin markkinahinnan suhteesta erotustyön hintaan.

Uraanin väkevöintimenetelmät[1][muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaasudiffuusio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Uraania väkevöidään muun muassa kaasudiffuusiomenetelmällä, jossa kaasumainen uraaniheksafluoridi nostetaan korkeaan paineeseen ja ohjataan ohuiden kalvojen rajaamaan tilaan. Kevyemmän U-235:n keskimääräinen nopeus on suurempi ja se menee helpommin kalvojen läpi. Tämän jälkeen väkevöitynyt kaasu nostetaan taas korkeaan paineeseen ja siirretään seuraavaan vaiheeseen. Kalvojen läpi menemättä jäänyt hieman köyhdytetty osa siirretään edelliseen vaiheeseen. Menetelmä on varsin tehoton ja vaatii huomattavan määrän vaiheita tuottaakseen riittävästi väkevöityä uraania. Uusia laitoksia ei enää rakenneta, mutta vanhoja käytetään edelleen.

Kaasusentrifugi[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Zippe-tyypin kaasusentrifugi

Kaasusentrifugimenetelmässä uraaniheksafluoridi laitetaan nopeasti pyörivän sylinterin sisälle, joka kerrostaa eri painoiset uraanin isotoopit hieman eri kohtiin sentrifugin sylinterin akselin ympärille. Menetelmä tehostuu lämmön aikaansaamasta vaikutuksesta ja sopivasta kohdasta otetaan väkevöitynyt osa kaasusta kaskadin seuraavaan vaiheeseen. Tarvitsee noin kuudeskymmenesosan siitä energiasta mitä kaasudiffuusiolla kuluu vastaavan väkevöintiastetta olevan määrän tuottamiseen. Yhden sentrifugin käsittelemä massavirta on pieni, joten niitä tarvitaan tuhansittain riittävän kapasiteetin aikaansaamiseksi.

Lasermenetelmät[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lisäksi on kehitetty erilaisia laserväkevöintimenetelmiä, jotka eivät ole laajassa käytössä. AVLIS-menetelmässä (Atomic Vapor Laser Isotope Separation) uraani höyrystetään tyhjiöön elektronisuihkulla ja käytetty laser ionisoi vain toisen isotoopeista, joka saadaan erotettua sähkökentän avulla. Tätä menetelmää ei ole todettu kovin käytännölliseksi. Muitakin menetelmiä on kehitetty, joista SILEX voi edetä kaupalliseen mittakaavaan.[2]

Massaspektrometri[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sähkömagneettinen menetelmä erottelee hiukkaskiihdyttimen avulla eri painoisia uraaniatomeja siten, että niiden liikeradat taipuvat eri tavoin magneettikentässä. Tällaisia massaspektrometriin perustuvia laitteita (engl. calutron) ei useinkaan käytetä niiden suuren energiankulutuksen takia. Tosin esimerkiksi toisessa maailmansodassa sitä käytettiin parempien menetelmien puuttuessa Yhdysvalloissa ja Irakin jo keskeytyneessä ydinohjelmassa.

Muut menetelmät[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Monia muitakin uraanin väkevöintimenetelmiä on kehitetty, kuten aerodynaaminen erotus, mutta ne on hylätty epäkäytännöllisinä tai epätaloudellisina.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Uranium Enrichment (2. Edition) Kesäkuu 2003. Urenco Deutschland GmbH. Viitattu 6.1.2008. en
  2. SILEX - Separation of Isotopes by Laser EXcitation (HTML) Silex Systems Limited. Viitattu 6.1.2008. en