Zenginleştirilmiş uranyum

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. 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.

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.

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 
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.Nuclear Fuel Cycle Overview , Uranium milling. World Nuclear Association, update April 2021

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. 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.

küçükresim|Bir kase sarı kek (uranyum çökeltilerinin bir karışımı)

 Yeniden işlenmiş uranyum (Reprocessed uranium, RepU) 

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) 
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.

 Yüksek analizli LEU (HALEU)
Yüksek analizli LEU (HALEU) %5 ile %20 arasında zenginleştirilir ve birçok küçük modüler reaktör (Small Modular Reactor) tasarımında kullanılır. Araştırma reaktörlerinde kullanılan taze LEU genellikle %12 ile %19,75 235U arasında zenginleştirilir; ikinci konsantrasyon LEU'ya dönüştürülürken HEU yakıtlarının yerine kullanılır.

 Yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum (Highly Enriched Uranium) 
küçükresim|Yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum metali barı

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". 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. Kritiklik deneyleri için uranyumun %97'nin üzerinde zenginleştirilmesi başarılmıştır.

 Kod adı
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. Oralloy terimi hâlâ ara sıra zenginleştirilmiş uranyumu ifade etmek için kullanılmaktadır.

 Ayrıca bakınız 
 Lazer konularının listesi
 Nükleer yakıt bankası

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 
 Annotated bibliography on enriched uranium from the Alsos Digital Library for Nuclear Issues
 Silex Systems Ltd
 Uranium Enrichment , World Nuclear Association
 Overview and history of U.S. HEU production
 News Resource on Uranium Enrichment
 Nuclear Chemistry-Uranium Enrichment 
 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



Kategori:İzotop ayrımı
Kategori:Nükleer yakıtlar
Zenginleştirilmiş Uranyum
Kategori:Nükleer silah yapımı
Kategori:Uranyum