Urani đã được làm giàu

Urani đã được làm giàu là loại urani có tỉ lệ đồng vị urani-235 cao hơn nhờ vào quá trình tách đồng vị. Trong urani tự nhiên, đồng vị U-235 chỉ chiếm khoảng 0,711% trong khi phần lớn là U-238. U-235 là đồng vị duy nhất có khả năng phân hạch khi tiếp xúc với neutron nhiệt.

Urani đã được làm giàu đóng vai trò quan trọng trong sản xuất điện hạt nhân và trong vũ khí hạt nhân. Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế giám sát và quản lý các nguồn cung cấp urani được làm giàu và quá trình làm giàu để đảm bảo an toàn trong sử dụng năng lượng hạt nhân cho điện năng và kiểm soát sản xuất vũ khí hạt nhân.

Trong dự án Manhattan, urani đã được làm giàu được gọi là oralloy, viết tắt của Oak Ridgealloy, theo tên của nhà máy làm giàu urani. Tên oralloy đôi khi vẫn được dùng để chỉ urani đã được làm giàu. Hiện có khoảng 2.000 tấn urani làm giàu cao trên toàn thế giới, chủ yếu được sản xuất cho vũ khí hạt nhân, tàu ngầm hạt nhân và một phần nhỏ cho các lò phản ứng nghiên cứu.

Urani còn lại sau quá trình làm giàu được gọi là urani nghèo (DU), và có mức phóng xạ thấp hơn so với urani tự nhiên, dù vẫn giữ tính độc hại. Hiện nay, 95% urani nghèo trên toàn thế giới được lưu trữ một cách an toàn.

Các mức độ

Urani ít được làm giàu

Urani ít được làm giàu (SEU) có hàm lượng U từ 0,9% đến 2%. Mức độ này được sử dụng để thay thế urani tự nhiên (NU) trong một số lò phản ứng nước nặng như CANDU. Chi phí cho mức độ này thấp hơn nhờ vào việc yêu cầu ít urani hơn và giảm số lượng nhiên liệu cần thiết, từ đó giảm chi phí quản lý chất thải.

Urani tái chế

Urani tái chế là sản phẩm của quy trình nhiên liệu hạt nhân liên quan đến việc xử lý lại nhiên liệu đã qua sử dụng. RpU được thu hồi từ nhiên liệu đã qua sử dụng của lò phản ứng nước nhẹ (LWR) và chứa nhiều U-235 hơn so với urani tự nhiên, cho phép sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân vốn thường dùng urani tự nhiên. Tuy nhiên, nó cũng chứa urani-236, đồng vị không mong muốn làm tiêu tốn neutron và yêu cầu làm giàu urani-235 cao hơn, đồng thời tạo ra neptuni-237, một chất phóng xạ gây khó khăn trong quản lý chất thải.

Urani làm giàu thấp (LEU)

Urani làm giàu thấp (LEU) có hàm lượng U dưới 20%. Trong các lò phản ứng nước nhẹ thương mại, phổ biến nhất cho phát điện, urani làm giàu có từ 3 đến 5% U. LEU mới thường được làm giàu từ 12% đến 19,75% U trong các lò phản ứng nghiên cứu, với mức 19,75% được sử dụng để thay thế urani làm giàu cao (HEU) khi chuyển sang LEU.

Urani làm giàu cao (HEU)

Urani làm giàu cao (HEU) có hàm lượng U từ 20% trở lên. Urani phân hạch trong lõi của vũ khí hạt nhân thường có hàm lượng U từ 85% trở lên, được gọi là 'urani cấp vũ khí' (weapon-grade). Tuy nhiên, để thiết kế một vụ nổ hạt nhân, hàm lượng U tối thiểu 20% cũng đủ (gọi là 'cấp vũ khí hiệu dụng'), dù vũ khí này sẽ cần hàng trăm kg vật liệu và 'không thực tế để thiết kế'. Về lý thuyết, có thể làm giàu urani thấp hơn nữa, nhưng khi hàm lượng urani làm giàu giảm, khối lượng tới hạn cần thiết cho các neutron nhanh sẽ tăng lên nhanh chóng, ví dụ, urani làm giàu 5,4% U sẽ cần một khối lượng vô hạn để hiệu quả. Trong các thí nghiệm tới hạn, urani có thể được làm giàu lên tới hơn 97%.

Các liên kết ngoài

• Uranium Enrichment and Nuclear Weapon Proliferation, của Allan S. Krass, Peter Boskma, Boelie Elzen và Wim A. Smit, 296 trang, xuất bản cho SIPRI bởi Taylor and Francis Ltd, London, 1983 Lưu trữ 2007-01-09 tại Wayback Machine
• Danh mục tài liệu giải thích về urani làm giàu từ Thư viện Kỹ thuật số Alsos về Các vấn đề Hạt nhân Lưu trữ 2009-05-31 tại Wayback Machine
• Silex Systems Ltd
• Urani làm giàu Lưu trữ 2010-12-02 tại Wayback Machine, World Nuclear Association
• Tổng quan và lịch sử sản xuất HEU của Mỹ
• Tin tức về urani làm giàu Lưu trữ 2007-03-03 tại Wayback Machine
• Hóa học hạt nhân - Urani làm giàu Lưu trữ 2008-10-15 tại Wayback Machine
• Một năm bận rộn cho SWU (đánh giá năm 2008 về thị trường làm giàu thương mại) Lưu trữ 2011-06-13 tại Wayback Machine, Nuclear Engineering International, ngày 1 tháng 9 năm 2008