Language
Country/Area
No result found
Sự khác biệt giữa uranium-235 và uranium-238: Chúng liên quan như thế nào?
Trong thế giới năng lượng hạt nhân, nhiều đồng vị của urani đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là urani-235 (235U) và urani-238 (238U). Uranium trong tự nhiên chủ yếu bao gồm ba đồng vị: urani-238, urani-235 và urani-234. Các đồng vị này có một số khác biệt về cấu trúc và những khác biệt này có ý nghĩa sâu rộng đối với việc ứng dụng năng lượng hạt nhân và vũ khí hạt nhân. Bài viết này sẽ xem xét kỹ hơn các tính chất của uranium-235 và uranium-238 cũng như mối quan hệ giữa chúng.
Uranium-235 là hạt nhân duy nhất có trong tự nhiên có thể trải qua quá trình phân hạch bằng cách sử dụng neutron nhiệt.
Uranium-238 chiếm hơn 99% urani tự nhiên, trong khi urani-235 chỉ chiếm khoảng 0,7%. Điều này làm cho uranium-235 tương đối khan hiếm, nhưng chính vì tính chất phân hạch của nó mà nó là thành phần quan trọng của nhiên liệu hạt nhân. Khi urani-235 hấp thụ nơtron nhiệt, nó sẽ trải qua quá trình phân hạch, giải phóng năng lượng và các nơtron bổ sung, một đặc tính khiến nó trở thành nhiên liệu lý tưởng cho lò phản ứng hạt nhân.
Khai thác và chế biến Uranium
Sau khi khai thác uranium, nó phải trải qua một loạt các bước xử lý để chiết xuất uranium có thể sử dụng trong phản ứng hạt nhân. Quặng uranium đầu tiên được nghiền để tạo ra "bánh vàng", một sản phẩm cô đặc có chứa uranium oxit. Đầu ra của quá trình này là nguyên liệu thô cần thiết cho quá trình xử lý urani tiếp theo.
"Bánh vàng" được chiết xuất từ quặng uranium sau khi nghiền có chứa khoảng 80% uranium, so với hàm lượng uranium trong quặng ban đầu chỉ khoảng 0,1%.
Trong khi đó, quá trình xử lý uranium tiếp theo sẽ khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Uranium có thể được chuyển đổi thành urani dioxit để sử dụng trong các lò phản ứng không cần urani làm giàu, hoặc thành urani florua để làm giàu nhằm sản xuất nhiên liệu urani làm giàu cao. Tuy nhiên, quá trình làm giàu uranium-238, mặc dù không có khả năng phân hạch, vẫn có mặt trong hầu hết các quy trình làm giàu thương mại.
Làm giàu và sử dụng Uranium
Hầu hết các lò phản ứng hạt nhân hiện nay đều cần uranium làm giàu, thường chứa uranium-235 ở nồng độ từ 3,5% đến 4,5%. Các phương pháp chính để sản xuất urani làm giàu là khuếch tán khí và ly tâm khí. Cả hai công nghệ này đều được thiết kế để tăng nồng độ uranium-235 nhằm đáp ứng các điều kiện nhiên liệu cần thiết cho các lò phản ứng khác nhau.
Công nghệ khuếch tán khí từng là phương pháp chính để làm giàu urani, nhưng với sự phát triển của các công nghệ mới, phương pháp ly tâm khí hiện được sử dụng chủ yếu.
Uranium làm giàu cao chuyên dụng (HEU), thường có hơn 20% urani-235, được sử dụng cho mục đích quân sự và trong các lò phản ứng đặc biệt. Nồng độ uranium cao này không chỉ quan trọng đối với việc sản xuất điện hạt nhân mà còn là thành phần quan trọng của vũ khí hạt nhân. Điều đáng chú ý là mặc dù urani-238 không thể phân hạch, nhưng nó vẫn có thể bị phân tách bởi các nơtron nhanh trong một số phản ứng hạt nhân, điều này làm tăng thêm tính ứng dụng của urani.
Tiến bộ trong công nghệ tái chế và làm giàu urani
Uranium tái chế (RepU) có nguồn gốc từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng đã trải qua một loạt các xử lý hóa học và vật lý để chiết xuất lại urani có thể sử dụng được. Loại urani này có nồng độ cao hơn urani tự nhiên. Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp điện hạt nhân ngày nay, sự hiện diện của urani-236 và những thách thức mà nó mang lại phải được xử lý thận trọng vì nó có thể tiêu thụ neutron và ảnh hưởng đến hiệu quả của các phản ứng hạt nhân.
Ứng dụng urani làm giàu thấp và làm giàu cao
Urani làm giàu thấp (LEU) chủ yếu được sử dụng trong hầu hết các lò phản ứng hạt nhân thương mại, với nồng độ urani-235 thường nằm trong khoảng từ 3% đến 5%, trong khi ứng dụng urani làm giàu cao (HEU) chủ yếu tập trung trong quân sự và nghiên cứu cụ thể. nhu cầu. Việc sử dụng urani làm giàu cao cho phép thiết kế đáp ứng các yêu cầu về thông lượng neutron nhiệt cao và kiểm soát chặt chẽ động lực học của lò phản ứng.
Nhu cầu về urani làm giàu cao của ngành y tế, đặc biệt là để sản xuất các đồng vị y học hạt nhân như molypden-99, có vai trò đặc biệt quan trọng.
Những cân nhắc về phát triển và bảo mật trong tương lai
Khi công nghệ làm giàu uranium tiến bộ, các phương pháp tiết kiệm chi phí hơn, chẳng hạn như công nghệ tách bằng laser, dự kiến sẽ được đưa vào sử dụng trong tương lai, có khả năng giảm nhu cầu năng lượng và giảm thiểu rủi ro cho môi trường. Tuy nhiên, tính an toàn tiềm ẩn của các công nghệ mới này và nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân đòi hỏi phải có nhiều quy định và biện pháp hơn để giải quyết.
Tầm quan trọng của uranium-235 và uranium-238 trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân không thể bị bỏ qua, và các đặc điểm liên quan của chúng khiến chúng ta phải suy nghĩ về một câu hỏi: trong quá trình phát triển bền vững năng lượng hạt nhân, chúng ta nên cân bằng giữa nhu cầu an toàn và năng lượng như thế nào?
