Zenginleştirilmiş uranyum
Zenginleştirilmiş uranyum, uranyum-235'in (yazıyla 235U) yüzde bileşiminin izotop ayırma işlemiyle artırıldığı bir uranyum türüdür. Doğal olarak oluşan uranyum, üç ana izotoptan oluşur: uranyum-238 (%99,2732-99,2752 doğal bolluğa sahip 238U), uranyum-235 (%0,7198-0,7210) ve uranyum-234 (%0,0049-0,0059). 235U, doğada (belirgin miktarda) bulunan ve termal nötronlarla parçalanabilen tek nükleittir.[1]
Zenginleştirilmiş uranyum, hem sivil nükleer enerji üretimi hem de askeri nükleer silahlar için kritik bir bileşendir. Düşük zenginleştirilmiş uranyum (%20'nin altında 235U), nükleer elektrik üretiminin neredeyse %90'ını oluşturan hafif su reaktörlerini çalıştırmak için gereklidir.[2] Yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum (%20'nin üzerinde 235U), birçok nükleer silahın çekirdeğinde, deniz tahriki ve araştırma için kompakt reaktörlerde ve ayrıca üretken reaktörlerde kullanılır. Dünyada yaklaşık 2.000 ton yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum bulunmaktadır.[3]
Zenginleştirme yöntemleri ilk olarak Manhattan Projesi ile büyük ölçekte geliştirilmiştir. Gaz difüzyon yöntemi, Sovyetler Birliği'nde gaz santrifüj yönteminin geliştirildiği 1940'lar ve 1950'lerde kullanılmış ve yaygınlaşmıştır.[4]
Zenginleştirmeden sonra kalan 238U, zayıflatılmış uranyum olarak bilinir ve doğal uranyumdan önemli ölçüde daha az radyoaktif olmasına rağmen yine de çok yoğundur. Zayıflatılmış uranyum, radyasyon kalkanı malzemesi olarak ve zırh delici mermilerde kullanılır.
Sınıflandırma
[değiştir | kaynağı değiştir]Doğrudan Dünya'dan çıkarılan uranyum, çoğu nükleer reaktör için yakıt olarak uygun değildir ve kullanılabilir hale getirilmesi için ek işlemler gerektirir (CANDU tasarımı dikkate değer bir istisnadır). Uranyum, bulunduğu derinliğe bağlı olarak yer altında veya açık ocakta çıkarılır. Uranyum cevheri çıkarıldıktan sonra, cevherden uranyumu çıkarmak için bir öğütme işleminden geçmesi gerekir.
Bu, kimyasal işlemlerin bir kombinasyonu ile elde edilir ve nihai ürün, "sarı kek" olarak bilinen ve yaklaşık %80 uranyum içeren konsantre uranyum oksittir; orijinal cevher ise tipik olarak sadece %0,1 uranyum içerir.[5]
Bu sarı kek, nükleer yakıt üretimi için uygun istenen uranyum formunu elde etmek üzere daha fazla işlenir. Öğütme işlemi tamamlandıktan sonra, uranyumun bir sonraki aşamada, "zenginleştirilmiş uranyum gerektirmeyen reaktör tipleri için yakıt olarak kullanılabilen uranyum dioksite veya çoğu reaktör tipi için yakıt üretmek üzere zenginleştirilebilen uranyum hekzaflorüre" dönüştürülmesi gerekir.[6] Doğal olarak oluşan uranyum, 235U ve 238U karışımından oluşur. 235U bölünebilirdir, yani nötronlarla kolayca parçalanırken, geri kalanı 238U'dur; ancak doğada çıkarılan cevherin %99'undan fazlası 238U'dur. Çoğu nükleer reaktör, %3,5 ile %4,5 arasında değişen 235U gibi daha yüksek konsantrasyonlara sahip zenginleştirilmiş uranyum gerektirir (RBMK ve CANDU gibi grafit veya ağır su moderatörü kullanan birkaç reaktör tasarımı, yakıt olarak doğal uranyumla çalışabilir). İki ticari zenginleştirme işlemi vardır: gaz difüzyonu ve gaz santrifüjü. Her iki zenginleştirme işlemi de uranyum hekzaflorür kullanımını içerir ve zenginleştirilmiş uranyum oksit üretir.[7]
Yeniden işlenmiş uranyum (Reprocessed uranium, RepU)
[değiştir | kaynağı değiştir]Yeniden işlenmiş uranyum (RepU), kullanılmış nükleer yakıttan kullanılabilir uranyum çıkarmak için bir dizi kimyasal ve fiziksel işlemden geçer. RepU, kullanılmış yakıtın nükleer olarak yeniden işlenmesini içeren nükleer yakıt döngülerinin bir ürünüdür. Hafif su reaktörü (Light Water Reactor) kullanılmış yakıtından geri kazanılan RepU, genellikle doğal uranyumdan biraz daha fazla 235U içerir ve bu nedenle CANDU reaktörleri gibi yakıt olarak doğal uranyum kullanan reaktörlerde yakıt olarak kullanılabilir. Ayrıca, nötron yakalayarak nötronları boşa harcayan (ve daha yüksek 235U zenginleştirmesi gerektiren) ve nükleer atıkların derin jeolojik depolarda bertaraf edilmesinde en hareketli ve sorunlu radyonüklitlerden biri olan neptünyum-237'yi oluşturan istenmeyen izotop uranyum-236'yı da içerir. Yeniden işlenmiş uranyum genellikle diğer transuranik elementlerin ve fisyon ürünlerinin izlerini taşır ve bu da yakıt üretimi ve reaktör işletimi sırasında dikkatli izleme ve yönetim gerektirir.
Düşük oranda zenginleştirilmiş uranyum (Low Enriched Uranium)
[değiştir | kaynağı değiştir]Düşük oranda zenginleştirilmiş uranyum (LEU) %20'den daha düşük 235U konsantrasyonuna sahiptir; örneğin, dünyadaki en yaygın güç reaktörleri olan ticari LWR'de uranyum %3 ila 5 235U'ya kadar zenginleştirilmiştir. Hafif oranda zenginleştirilmiş uranyum (Slightly Enriched Uranium) %2'nin altında 235U konsantrasyonuna sahiptir.[8]
Yüksek analizli LEU (HALEU)
[değiştir | kaynağı değiştir]Yüksek analizli LEU (HALEU) %5 ile %20 arasında zenginleştirilir[9] ve birçok küçük modüler reaktör (Small Modular Reactor) tasarımında kullanılır.[10] Araştırma reaktörlerinde kullanılan taze LEU genellikle %12 ile %19,75 235U arasında zenginleştirilir; ikinci konsantrasyon LEU'ya dönüştürülürken HEU yakıtlarının yerine kullanılır.[11]
Yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum (Highly Enriched Uranium)
[değiştir | kaynağı değiştir]
Yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum (HEU) %20 veya daha yüksek 235U konsantrasyonuna sahiptir. Bu yüksek zenginleştirme seviyesi nükleer silahlar ve bazı özel reaktör tasarımları için gereklidir. Nükleer silah primerlerindeki bölünebilir uranyum genellikle silah sınıfı olarak bilinen %85 veya daha fazla 235U içerir. Teorik olarak bir patlama tasarımı için en az %20 yeterli olabilir (silahta kullanılabilir olarak adlandırılır) ancak yüzlerce kilogram malzeme gerektirir ve "tasarımı pratik olmaz".[12][13] Daha da düşük zenginleştirme varsayımsal olarak mümkündür ancak zenginleştirme yüzdesi azaldıkça modere edilmemiş hızlı nötronlar için kritik kütle hızla artar, örneğin sonsuz bir kütleye sahip %5.4 235U gereklidir.[12] Kritiklik deneyleri için uranyumun %97'nin üzerinde zenginleştirilmesi başarılmıştır.[14]
Kod adı
[değiştir | kaynağı değiştir]Manhattan Projesi sırasında, silah sınıfında yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyuma, uranyumun zenginleştirildiği tesislerin konumuna atfen Oak Ridge alaşımının kısaltılmış bir versiyonu olan oralloy kod adı verildi.[15] Oralloy terimi hâlâ ara sıra zenginleştirilmiş uranyumu ifade etmek için kullanılmaktadır.
Ayrıca bakınız
[değiştir | kaynağı değiştir]Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ OECD Nuclear Energy Agency (2003). Nuclear Energy Today. OECD Publishing. s. 25. ISBN 9789264103283.
- ^ IAEA (29 Ağustos 2024). "In Operation & Suspended Operation". PRIS. 10 Eylül 2025 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Ağustos 2024.
- ^ Cochran (Natural Resources Defense Council), Thomas B. (12 Haziran 1997). "Safeguarding Nuclear Weapon-Usable Materials in Russia" (PDF). Proceedings of international forum on illegal nuclear traffic. 22 Temmuz 2012 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi.
- ^ "Project MUSE - The End of Manhattan: How the Gas Centrifuge Changed the Quest for Nuclear Weapons".
- ^ Nuclear Fuel Cycle Overview 9 Nisan 2024 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., Uranium milling. World Nuclear Association, update April 2021
- ^ "Radiological Sources of Potential Exposure and/or Contamination". U.S. Army Center for Health Promotion and Preventive Medicine. June 1999. s. 27. 7 Ağustos 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Temmuz 2019.
- ^ Olander, Donald R. (1 Ocak 1981). "The theory of uranium enrichment by the gas centrifuge". Progress in Nuclear Energy. 8 (1): 1-33. doi:10.1016/0149-1970(81)90026-3. ISSN 0149-1970.
- ^ Carter, John P.; Borrelli, R.A. (August 2020). "Integral molten salt reactor neutron physics study using Monte Carlo N-particle code". Nuclear Engineering and Design. 365: 110718. doi:10.1016/j.nucengdes.2020.110718
.
- ^ Herczeg, John W. (28 Mart 2019). "High-assay low enriched uranium" (PDF). energy.gov. 9 Ekim 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF).
- ^ "HALEU UF6 and SMR fuel fabrication". Nuclear Engineering International. 30 Haziran 2024. Erişim tarihi: 16 Temmuz 2024.
- ^ Glaser, Alexander (6 Kasım 2005). About the Enrichment Limit for Research Reactor Conversion : Why 20%? (PDF). The 27th International Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors (RERTR. Princeton University. 9 Ekim 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF). Erişim tarihi: 18 Nisan 2014.
- ^ a b Forsberg, C. W.; Hopper, C. M.; Richter, J. L.; Vantine, H. C. (March 1998). "Definition of Weapons-Usable Uranium-233" (PDF). ORNL/TM-13517. Oak Ridge National Laboratories. 2 Kasım 2013 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Ekim 2013.
- ^ Sublette, Carey (4 Ekim 1996). "Nuclear Weapons FAQ, Section 4.1.7.1: Nuclear Design Principles – Highly Enriched Uranium". Nuclear Weapons FAQ. 29 Ocak 2025 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2 Ekim 2010.
- ^ Mosteller, R.D. (1994). "Detailed Reanalysis of a Benchmark Critical Experiment: Water-Reflected Enriched-Uranium Sphere" (PDF). Los Alamos Technical Paper (LA–UR–93–4097): 2. doi:10.2172/10120434. 9 Ekim 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi (PDF)19 Aralık 2007.
The enrichment of the pin and of one of the hemispheres was 97.67 w/o, while the enrichment of the other hemisphere was 97.68 w/o.
- ^ Burr, William (22 Aralık 2015). "Strategic Air Command Declassifies Nuclear Target List from 1950s". nsarchive2.gwu.edu. 25 Temmuz 2025 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Kasım 2020.
Oralloy [Oak Ridge alloy] was a term of art for highly enriched uranium.
Dış bağlantılar
[değiştir | kaynağı değiştir]- Annotated bibliography on enriched uranium from the Alsos Digital Library for Nuclear Issues
- Silex Systems Ltd
- Uranium Enrichment 2 Aralık 2010 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., World Nuclear Association
- Overview and history of U.S. HEU production
- News Resource on Uranium Enrichment
- Nuclear Chemistry-Uranium Enrichment 15 Ekim 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- A busy year for SWU (a 2008 review of the commercial enrichment marketplace), Nuclear Engineering International, 1 September 2008
- Uranium Enrichment and Nuclear Weapon Proliferation, by Allan S. Krass, Peter Boskma, Boelie Elzen and Wim A. Smit, 296 pp., published for SIPRI by Taylor and Francis Ltd, London, 1983
- Poliakoff, Martyn (2009). "How do you enrich Uranium?". The Periodic Table of Videos. University of Nottingham. 25 Şubat 2025 tarihinde kaynağından arşivlendi.
- Gilinsky, V.; Hoehn, W. (December 1969). "The Military Significance of Small Uranium Enrichment Facilities Fed with Low-Enrichment Uranium (Redacted)". Defense Technical Information Center. RAND Corporation. OCLC 913595660. Şablon:DTIC. 7 Aralık 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi.
| |||||||||||||||||||||||||||||||
