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ウランの謎: なぜ天然ウランの 0.7% しか発電に使用できないのか?
クリーン エネルギーに対する世界的な需要が高まるにつれ、ウランは原子力発電の重要な燃料として再び注目を集めています。しかし、ウランというと、自然界から抽出されるウランの含有量が非常に高いのに、発電に使用できるのはわずか0.7％である理由を理解できない人も多いかもしれません。ウランの同位体組成とその濃縮プロセスを理解することで、原子力エネルギーの動作メカニズムをより深く理解できるようになります。
ウランの同位体組成
天然ウランは主に 3 つの同位体で構成されています: ウラン 238 (238U、99.27% を占める)、ウラン 235 (235U、わずか 0.7%)そしてウラン - 234。効率的な核分裂反応は 235U によってのみ開始されます。天然ウランの中で 235U が占める割合がこれほど小さいのは不思議です。にもかかわらず、私たちはそれを原子力エネルギーに使用しています。発電の鍵。
ウラン濃縮のプロセス
ウランを発電に使用するには、まずウランを濃縮する必要があります。ウランが採掘された後、ウラン鉱石からウランを抽出するために粉砕プロセスが行われます。 「イエローケーキ」として知られるこのプロセスからの生成物には約80パーセントのウランが含まれているが、それは依然として効果的な核分裂に必要な濃度よりはるかに低い。
ウラン濃縮プロセスには、ウランを元の低濃度状態から原子炉での使用により適した高濃度状態に変換することが含まれます。
必要に応じて、さらなるステップで、ウランは二酸化ウランまたは六フッ化ウランに変換され、さらに濃縮することができます。現在、商業的に利用されている主な濃縮方法は、ガス拡散とガス遠心分離の 2 つですが、どちらも非常にエネルギーを消費します。
ウラン再処理の課題
原子力エネルギーの利用が増えるにつれ、別の技術である再処理ウラン (RepU) も注目を集めています。このプロセスでは使用済み核燃料から使用可能なウランを抽出しますが、ウラン 236 などの好ましくない同位体が含まれており、追加の管理と監視が必要です。
さまざまなグレードのウラン
ウランは、濃縮度に応じて、低濃縮ウラン (LEU)、高濃縮ウラン (HEU) など、多くの種類に分類できます。産業ごとに異なる濃度のウランが必要であり、ほぼすべての商用および軍用原子炉では濃縮ウランが使用されています。
実際、低濃縮ウランには通常 3% ～ 5% が含まれていますが、高濃縮ウランには軍事目的の中核部品である
235Uが 20% 以上含まれています。
ウラン濃縮方法
ウラン濃縮プロセスは、同位体がほぼ同一の化学的性質を持ち、従来の方法では分離できないため、非常に困難です。現在主流の濃縮技術はガス拡散とガス遠心分離ですが、それぞれに長所と短所があります。
その中で、ガス遠心分離法は、その高効率と低エネルギー消費により、ガス拡散法に代わって主流の選択肢となりつつありますが、ガス拡散法は時代遅れの技術であると考えられています。エネルギーコストの上昇に伴い、レーザー分離方法などの新技術を開発する必要性が高まっています。
ウランの未来
将来に向けて、ウランの使用は更新され、変更され続ける可能性があります。新エネルギーや原子力の研究が深まるにつれ、ウラン濃縮や再処理の技術も革新を続けるだろう。これは原子力エネルギーの供給と安全保障に関わるだけでなく、世界のエネルギーパターンと環境の持続可能な発展にも影響を与えます。
ウランの濃縮と使用のすべての段階は、人間や環境に潜在的な脅威を与えないよう慎重に処理する必要があります。
エネルギー安全保障と持続可能な技術開発を確保しながら、私たちは常に次のことについても考える必要があります。低炭素エネルギー転換を世界的に推進する過程において、ウランは依然として原子力発電に理想的な選択肢となるでしょうか?
