Obohacování uranu

Rozbalit box

Obsah boxu

Obohacování uranu je proces, při kterém se zvyšuje koncentrace štěpitelného izotopu uranu-235 (235U) v přírodním uranu. Přírodní uran obsahuje pouze asi 0,72 % izotopu 235U, zatímco zbytek tvoří převážně neštěpitelný uran-238 (238U). Pro většinu aplikací, zejména pro výrobu jaderného paliva do jaderných elektráren a jaderných zbraní, je vyšší koncentrace 235U nezbytná.

Šablona:Infobox Průmysl

---

⚛️ Proč se uran obohacuje?

Izotop 235U je jediný přirozeně se vyskytující izotop, který je štěpitelný pomalými neutrony a je schopen udržet řetězovou reakci.

Jaderné elektrárny: Většina komerčních jaderných reaktorů (např. lehkovodní reaktory) vyžaduje uran obohacený na 3–5 % 235U (tzv. nízko obohacený uran, LEU). S přírodním uranem by se tyto reaktory s lehkou vodou jako moderátorem nerozběhly.
Jaderné zbraně: Pro výrobu jaderných zbraní je nutné dosáhnout velmi vysoké koncentrace 235U, typicky nad 85 % (tzv. vysoce obohacený uran, HEU).

---

⚙️ Princip obohacování

Základní princip obohacování spočívá v tom, že se využívá velmi malého rozdílu v hmotnosti mezi izotopy 235U a 238U. Chemické vlastnosti obou izotopů jsou prakticky identické, proto je nutné využít fyzikálních metod pro jejich separaci.

Před samotným obohacováním se uranová ruda nejprve zpracuje na oxid uranu (tzv. yellowcake) a poté se převede na fluorid uranový (UF6). Ten je za normálních teplot v pevném skupenství, ale snadno sublimuje na plyn, což je klíčové pro procesy obohacování.

---

🧪 Metody obohacování uranu

V průběhu historie bylo vyvinuto několik metod obohacování, z nichž některé jsou komerčně využívány, zatímco jiné jsou stále ve fázi výzkumu nebo jsou zastaralé:

1. Plynová difúze:
- Princip: Tato metoda využívá toho, že molekuly plynného UF6 obsahující lehčí izotop 235U procházejí porézními membránami o něco rychleji než molekuly obsahující těžší 238U.
- Proces: Plyn UF6 je opakovaně protlačován tisíci difúzními stupni s porézními membránami. V každém stupni se mírně zvýší koncentrace 235U v propuštěném plynu.
- Charakteristika: Je to energeticky velmi náročná metoda, která vyžaduje obrovské komplexy a spotřebuje velké množství elektrické energie. Byla používána v počátcích jaderného programu (např. Projekt Manhattan) a ve velkém měřítku i v SSSR a USA.

2. Plynová centrifugace (Odstřeďování):
- Princip: Využívá odstředivé síly k oddělení lehčích a těžších molekul plynného UF6.
- Proces: Plyn UF6 je vháněn do vysokorychlostních válcových odstředivek, které se točí extrémními otáčkami (desítky tisíc otáček za sekundu). Těžší molekuly 238UF6 se hromadí u stěn válce, zatímco lehčí 235UF6 se koncentruje blíže středu. Obohacený plyn je odebírán zevnitř, ochuzený z okrajů.
- Charakteristika: Je výrazně energeticky úspornější než plynová difúze a modernější. Jedna odstředivka má sice malou separační schopnost, ale propojuje se do velkých kaskád, které dosahují požadovaného stupně obohacení. Tato metoda je dnes nejpoužívanější komerční metodou.

3. Laserové obohacování (AVLIS / SILEX):
- Princip: Využívá rozdílné absorpce světla (laserového záření) izotopy uranu na specifických vlnových délkách.
- Proces: Kovový uran se odpaří a následně se laserem selektivně excitují (energizují) atomy 235U. Tyto excitované atomy jsou pak ionizovány a mohou být odděleny pomocí elektrického nebo magnetického pole.
- Charakteristika: Je považována za nejúčinnější a potenciálně nejlevnější metodu obohacování, s mnohem menší energetickou náročností a menšími nároky na prostor než předchozí metody. Je však technologicky velmi náročná a citlivá z hlediska šíření jaderných zbraní, protože by mohla teoreticky umožnit rychlejší a snazší výrobu vysoce obohaceného uranu. Vyvinuto bylo několik variant (např. AVLIS v USA, SILEX v Austrálii).

Další metody (méně rozšířené / experimentální):
- Elektromagnetická separace (Calutron): Původní metoda používaná v Projektu Manhattan, velmi účinná, ale extrémně energeticky náročná a neefektivní pro velkoprůmyslovou výrobu.
- Aerodynamická separace (trysková metoda): Využívá mechaniku proudění plynů a rozdílné chování izotopů v proudění, například v Lavalových dýzách.
- Chemická separace: Využívá velmi malých rozdílů v chemických reakčních rychlostech izotopů. Výzkum probíhal, ale komerční využití je omezené.

---

♻️ Produkty obohacování

Proces obohacování vytváří dva hlavní produkty:

Obohacený uran (enriched uranium): Uran se zvýšenou koncentrací 235U, určený pro jaderné reaktory (LEU) nebo jaderné zbraně (HEU).
Ochuzený uran (depleted uranium, DU): Vedlejší produkt s nižší koncentrací 235U než přírodní uran (většinou 0,2–0,3 %). Má vysokou hustotu a nachází využití například v průmyslu (vyrovnávací závaží), v medicíně (stínění radiace) a ve vojenství (protipancéřová munice).

---

🚨 Rizika a bezpečnost

Obohacování uranu je velmi citlivá technologie z hlediska šíření jaderných zbraní. Země, které disponují technologií obohacování uranu, mají potenciální možnost vyrábět vysoce obohacený uran pro jaderné zbraně. Proto je tato oblast pod přísnou kontrolou Mezinárodní agentury pro atomovou energii (MAAE) a je předmětem mezinárodních smluv, jako je Smlouva o nešíření jaderných zbraní.

---

🔗 Související články

---

🌐 Externí odkazy

---

📁 Kategorie