Pengayaan uranium
Proses pengayaan > Proses laser

Proses pengayaan laser telah menjadi fokus perhatian selama beberapa waktu. Proses ini merupakan teknologi generasi ketiga yang menjanjikan input energi yang lebih rendah, biaya modal yang lebih rendah, dan uji tail yang lebih rendah, sehingga memberikan keuntungan ekonomi yang signifikan. Salah satu proses ini hampir siap untuk penggunaan komersial. Proses laser terbagi dalam dua kategori: atomik dan molekuler.
Pengembangan Pemisahan Isotop Laser Uap Atom (AVLIS, dan SILVA Prancis) dimulai pada tahun 1970-an. Pada tahun 1985, Pemerintah AS mendukungnya sebagai teknologi baru untuk menggantikan pabrik difusi gasnya karena pabrik tersebut telah mencapai akhir masa ekonomisnya di awal abad ke-21. Namun, setelah menghabiskan sekitar US$ 2 miliar untuk R&D, teknologi tersebut ditinggalkan di AS dan digantikan oleh SILEX, sebuah proses molekuler. Pekerjaan Prancis pada SILVA dihentikan setelah program selama 4 tahun hingga tahun 2003 untuk membuktikan kelayakan ilmiah dan teknis dari proses tersebut. Sekitar 200 kg uranium yang diperkaya 2,5% diproduksi dalam proses ini.
Proses uap atom bekerja berdasarkan prinsip foto-ionisasi, di mana laser yang kuat digunakan untuk mengionisasi atom-atom tertentu yang terdapat dalam uap logam uranium. (Sebuah elektron dapat dikeluarkan dari sebuah atom dengan cahaya pada frekuensi tertentu. Teknik laser untuk uranium menggunakan frekuensi yang disetel untuk mengionisasi atom U-235 tetapi tidak untuk atom U-238.) Ion-ion U-235 yang bermuatan positif kemudian tertarik ke pelat yang bermuatan negatif dan dikumpulkan. Teknik laser atom juga dapat memisahkan isotop plutonium.
Sebagian besar proses molekuler yang telah diteliti bekerja berdasarkan prinsip fotodisosiasi UF 6 menjadi padatan UF 5 +, menggunakan radiasi laser yang disetel seperti di atas untuk memutus ikatan molekul yang mengikat salah satu dari enam atom fluorin ke atom U-235. Hal ini kemudian memungkinkan UF 5 yang terionisasi dipisahkan dari molekul UF 6 yang tidak terpengaruh yang mengandung atom U-238, sehingga tercapai pemisahan isotop.* Setiap proses yang menggunakan UF 6 lebih mudah masuk ke dalam siklus bahan bakar konvensional daripada proses atomik. Prinsip serupa dapat digunakan dalam memperkaya litium atom, dengan pemisahan magnetik atom-atom terionisasi, menghasilkan Li-7 murni.
Proses laser molekuler utama untuk memperkaya uranium adalah SILEX, yang menggunakan UF 6 dan sekarang dikenal sebagai Global Laser Enrichment (GLE). Pada tahun 2006 GE Energy menjalin kemitraan dengan Silex Systems Australia untuk mengembangkan proses SILEX generasi ketiga. Proses ini memungkinkan GE (sekarang GE Hitachi) untuk membangun di AS sebuah loop uji skala rekayasa, kemudian pabrik percontohan atau lead cascade, sebelum pindah ke pabrik komersial penuh. GLE sekarang akan memutuskan berdasarkan pertimbangan komersial apakah akan melanjutkan dengan fasilitas pengayaan skala penuh di Wilmington. Proyek ini dilisensikan untuk memperkaya hingga 8% U-235; pengayaan hingga hampir 20% U-235 direncanakan tetapi belum dilisensikan.
Selain pembayaran di muka dan pembayaran berikutnya sebesar $20 juta, perjanjian lisensi dengan GE akan menghasilkan royalti abadi sebesar 7-12%, jumlah pastinya bergantung pada biaya penerapan teknologi komersial serta beberapa pembayaran bertahap. Pada pertengahan tahun 2008 Cameco membeli proyek GLE, membayar $124 juta untuk 24% saham, bersama GE (51%) dan Hitachi (25%). (Sebelumnya, pada tahun 1996 USEC telah mengamankan hak untuk mengevaluasi dan mengembangkan SILEX untuk uranium tetapi keluar dari proyek tersebut pada tahun 2003.) Pada bulan April 2016 GE dan Hitachi memberitahukan niat mereka untuk keluar dari GLE, dan selama negosiasi berikutnya Silex mendanai 76% dari R&D GLE di Wilmington, North Carolina. Pada bulan Februari 2019, Silex Systems dan Cameco setuju untuk membeli 76% saham GLE milik GEH seharga US$ 20 juta dengan pembayaran tertunda, sehingga Cameco memegang 49% saham GLE dan Silex 51%. Cameco memiliki opsi untuk membeli tambahan 26% saham GLE. Perjanjian tersebut mengharuskan Silex dan Cameco membayar $300.000 per bulan untuk menyelesaikan pembangunan prototipe fasilitas pengayaan yang sebagian dibangun oleh GEH. Persetujuan akhir pemerintah AS untuk pembelian tersebut diberikan pada bulan Januari 2021. Silex mengatakan bahwa "peluang komersial Paducah merupakan jalur ideal menuju pasar untuk teknologi pengayaan laser SILEX kami yang disruptif."
Sebelumnya pada bulan Agustus 2013 GLE mengajukan proposal kepada DOE untuk membangun pabrik pengayaan laser senilai “$1 miliar” di Paducah, Kentucky untuk memperkaya tail dengan kadar tinggi (di atas 0,34% U-235) yang dimiliki oleh DOE ke tingkat uranium alami (0,7% U-235). Ada sekitar 115.000 ton di Paducah dan Portsmouth (di antara total 550.000 ton tail). Negosiasi dengan DOE berlanjut hingga tahun 2016, dan pada bulan November sebuah perjanjian ditandatangani dengan DOE untuk memasok sekitar 300.000 ton tail dengan kadar tinggi, yang membenarkan pembangunan oleh GLE dari Fasilitas Pengayaan Laser Paducah (PLEF). PLEF akan menjadi fasilitas produksi pengayaan uranium komersial di bawah lisensi NRC AS, yang memproduksi sekitar 100.000 ton uranium tingkat alami selama 40 tahun atau lebih. DOE akan membuang saldo uji yang dikurangi. Ukuran pabrik diperkirakan 0,5 hingga 1,0 juta SWU/tahun, karena pembelian DU tidak boleh melebihi 2000 ton/tahun setara uranium alam.
Pada pertengahan tahun 2009, GEH menyerahkan bagian terakhir dari permohonan lisensi untuk pabrik GLE di Wilmington, dan setelah meninjau ketentuan perlindungan fisik bahan nuklir khusus dan materi rahasia, pengendalian dan akuntansi material, ditambah peninjauan lebih lanjut oleh Dewan Perizinan dan Keselamatan Atom NRC, lisensi penuh untuk membangun dan mengoperasikan pabrik hingga 6 juta SWU/tahun diterbitkan pada bulan September 2012.
Sementara itu, GLE tengah menyelesaikan program uji coba, yang tahap awalnya berhasil memenuhi kriteria kinerja, dan desain rekayasa untuk fasilitas komersial pun dimulai. GLE mengoperasikan uji coba di fasilitas fabrikasi bahan bakar Global Nuclear Fuel di Wilmington, Carolina Utara (GNF merupakan usaha patungan yang dipimpin GE dengan Toshiba dan Hitachi). Pada bulan Oktober 2021, modul sistem laser skala penuh pertama berhasil menyelesaikan pengujian awal di fasilitas Lucas Heights milik Silex di Sydney.
GLE berencana untuk menyelesaikan proyek demonstrasi percontohan komersial pada pertengahan tahun 2020-an, yang setelahnya penilaian kelayakan akan dilakukan untuk Fasilitas Pengayaan Laser Paducah (PLEF) yang diusulkan, yang diharapkan GLE dapat digunakan untuk memproduksi uranium tingkat alam pada tahun 2030.
Aplikasi untuk isotop stabil silikon dan zirkonium juga sedang dikembangkan oleh Silex Systems di dekat Sydney.
CRISLA adalah proses pemisahan isotop laser molekuler lainnya yang merupakan tahap awal pengembangan. Dalam proses ini, gas disinari dengan laser pada panjang gelombang tertentu yang hanya akan mengeksitasi isotop U-235. Seluruh gas mengalami suhu rendah yang cukup untuk menyebabkan kondensasi pada permukaan dingin atau koagulasi dalam gas yang tidak terionisasi. Molekul yang tereksitasi dalam gas tidak mungkin terkondensasi seperti molekul yang tidak tereksitasi. Oleh karena itu, dalam kondensasi dinding dingin, gas yang ditarik keluar dari sistem diperkaya dengan isotop U-235 yang dieksitasi laser. NeuTrek, perusahaan pengembang, bertujuan untuk membangun pabrik percontohan di AS.