دسترسی متن کامل – استخراج نقطه ی ابری اورانیم و اندازه گیری آن در نمونه های آبی به …

فلز اورانیم بسیار سنگین و چگال میباشد از این رو در ساخت محافظ برای تانکها و در قسمتهایی از موشکها و ادوات جنگی استفاده میشود. همچنین از اورانیم غنی شده به عنوان سوخت ناوگان و زیردریاییها و در سلاحهای هستهای استفاده میشود. سوخت استفاده شده در رآکتورهای ناوگان ایالات متحده معمولاً اورانیم U235 غنی شده میباشد. اورانیم موجود در سلاحهای هستهای به شدت غنی میشوند که این مقدار بهصورت تقریبی %۹۰ میباشد.
مهمترین کاربرد اورانیم در بخش غیر نظامی به عنوان سوخت رآکتورهای هستهای است که در آنها سوخت نسبت به U235 به میزان ۲ الی %۳ غنی میشود. همانطور که گفته شد U235 که از ایزتوپهای طبیعی اورانیم به شمار میرود، علاوه بر داشتن ماهیت پرتوزایی، قابل شکافت نیز هست. هنگامی که پدیدهی شکافت هستهای در اثر جذب نوترونهای گرمایی رخ میدهد، میزان قابل ملاحظهای انرژی آزاد میشود که این امر باعث میشود ازسوخت هستهای در رآکتورهای هستهای برای تولید انرژی الکتریکی استفاده شود. نیم عمر طولانی ایزوتوپ U238 آن را برای تخمین سن سنگهای آتشفشانی مناسب میسازد. استات اورانیم در شیمی تحلیلی کاربرد دارد. در برخی از لوازم نور دهنده از اورانیم و در برخی از مواد شیمیایی مورد استفادهی عکاسی، نیترات اورانیم استفاده میشود.
۱-۲-۱۲- روش تهیهی فلز اورانیم
از راههای تهیهی فلز اورانیم میتوان به موارد زیر اشاره نمود.
کاهش اورانیم اکسید در کوره ذوب قوسی[۱۱]،
کاهش اورانیم اکسید بهوسیله منیزیم،
آلومینیم و کلسیم،
کاهش اورانیم هالیدها با فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی،
کاهش الکترولیتی اورانیم هالیدها.
در زیر به تعدادی از ترکیبات اورانیم که در چرخهی سوخت هستهای استفاده میشود اشاره میکنیم:
۱-۲-۱۲-۱- اورانیم اکسید طبیعی[۱۲] (۸O3U)
این ترکیب به صورت معمولی با فرمول (۸O3U) نشان داده میشود. این ترکیب به رنگ سبز بسیار تیره بوده و ساختار حالت جامد آن به صورت دو هرمی پنج ضلعی میباشد. نقطهی ذوب این ترکیب ۱۱۵۰ و ˚C1300 و چگالی آن ۸۳۸۰ ۳m/kg میباشد و بیش از %۷۰ آن را اورانیم تشکیل میدهد. محصول تولیدی در کارخانهی کیک زرد علی رغم داشتن خلوص بالا همچنین دارای ناخالصیهایی مانند:Cd ، Rb، B، Mg، Ag، Co، Cr، Mo، Cu، Fe و غیره بوده و به طور مستقیم نمیتواند برای تولید سوخت هستهای مورد استفاده قرار بگیرد، چرا که بعضی از این عناصر مانندB دارای سطح مقطع جذب نوترونیهای گرمایی بسیار بالا بوده و میتوانند به عنوان جاذب نوترون عمل کنند. لذا وجود بیش از حد این عناصر در سوخت به بروز مشکلات اساسی در فرآیند شکافت هستهای در رآکتور منجر خواهد شد. بنابراین نوع و میزان ناخالصیهای اورانیم طبیعی در چرخهی سوخت هستهای باید با استانداردهای تعیین شده مطابقت داشته باشد.
۱-۲-۱۲-۲- اورانیل نیترات [۱۳]۲(۳NO)2UO)
اورانیل نیترات یکی از ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای است که از اثر مستقیم نیتریک اسید بر اورانیم اکسید طبیعی در محیط آبی بهدست میآید. اورانیل نیترات در محیط آبی کاملاً محلول بوده و برای جداسازی بلورهای تولیدی باید از روش تبلور از طریق کاهش انحلالپذیری در اثر کاهش دما و در نتیجه رسوبگذاری بلورهای تولیدی استفاده شود. تولید اورانیل نیترات در چرخهی سوخت هستهای که عموماً حالت محلول آن بیشتر مد نظر میباشد در حقیقت یک روش تخلیص و یا خالص سازی کیک زرد و حذف بخشی از ناخالصیهای آن میباشد. این ترکیب جامد، بلوری به رنگ زرد درخشان و فلؤرسان متمایل به سبز است. حلالیت آن در آب در دمای ˚C ۲۰ برابر gr/L550 بوده و در الکل و اتر نیز محلول میباشد. چگالی و نقطهی ذوب آن به ترتیب ۳cm/g 81/2و˚C ۶۰ است.
۱-۲-۱۲-۳- آمونیم اورانیل کربنات
آمونیم اورانیل کربنات (AUC) یکی دیگر از ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای است که از واکنش محلول آبی اورانیل نیترات (UNH) با محلول آمونیم کربنات ]۳CO2(4NH)[ تولید میشود. انحلالپذیری آمونیم اورنیل کربنات به طور کلی به خواص فیزیکی پودر اورانیل کربنات و به مشخصات محلول اورانیل نیترات مورد استفاده برای تولید این محصول وابسته است. به عبارت دیگر تولید پودر AUC با خواص فیزیکی مطلوب مستلزم استفاده از محلول اورانیل نیترات با مشخصات مطلوب و استاندارد میباشد. به طور کلی خواصی از قبیل شارندگی، چگالی تودهای[۱۴]، اندازهی متوسط ذرات، مساحت سطح ویژه، نسبت طول به قطر ذرات از جملهی عوامل بسیار مهمی هستند که خواص فیزیکی و رفتار پودر را تعیین میکنند. این ترکیب به صورت جامد بلوری به رنگ زرد لیمویی با چگالی ۳cm/g 77/2 میباشد.
۱-۲-۱۲-۴- اورانیم تری اکسید (۳UO)
اورانیم تری اکسید از جمله ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای است که از طریق تجزیهی حرارتی بلورهای آمونیم اورانیل کربنات تولید میشود. محصولات حاصل از این تجزیهی حرارتی بستگی به دما دارد بهطوریکه داشته بهطوریکه در دماهای ۲۵۰ تا°C 300 پودر ۲UO و در درجه حرارت حدود°C 50، ۸O3U تولید میگردد.
این ترکیب جامدی بلوری به رنگ نارنجی- زرد است و در اثر حرارت به ۸O3U تبدیل میگردد. چگالی آن ۷۳۰۰ ۳m/kg میباشد. ساختار حالت جامد آن بهصورت چند وجهی است. در این ترکیب، اکسیژن در حالت اکسایشی (۲-) بوده و حالت اکسایشی اورانیم (۶+) است. بهعلاوه مقدار اورانیم در این ترکیب برابر با %۲۲/۸۳ میباشد.
۱-۲-۱۲-۵- اورانیم دیاکسید (۲UO)
اورانیم دیاکسید (۲UO) یکی دیگر از ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای است که از طریق تجزیهی حرارتی بلورهای آمونیم اورانیل کربنات و کاهش متعاقب اورانیم شش ظرفیتی به چهار ظرفیتی (به کمک گاز هیدروژن) تولید میشود. اورانیم دیاکسید به دلیل داشتن مزایای زیر نسبت به سایر اکسیدهای اورانیم برای استفاده شدن به عنوان سوخت در رآکتورهای هستهای ترجیح داده میشود:
۱- بالا بودن مقدار اورانیم در واحد وزن،
۲- بالا بودن نقطهی ذوب بدون هر گونه تغییر فاز،
۳- مقاومت در برابر تابش،
۴- مقاومت حرارتی بالا.
این ترکیب بهصورت جامد بلوری به رنگ قهوهای تیره بوده و نقطهی ذوب و چگالی آن به ترتیب °C2827 و۱۰۹۷۰ ۳m/kg میباشد. بیش از %۸۵ این ترکیب را اورانیم تشکیل میدهد که عدد اکسایش اورانیم در آن (۴+) است. این ترکیب در دماهای بالاتر از °C60 به خودی خود و به آرامی اکسید شده به ۸O3U تبدیل میگردد.
۱-۲-۱۲-۶- اورانیم تترا فلورید (۴UF)
یکی دیگر از ترکیبات مورد استفادهی اورانیم در چرخهی سوخت هستهای اورانیم تترا فلورید است که از اثر مستقیم گاز HF بر پودر اورانیم دی اکسید طی یک فرآیند فلوردارشدن به دست میآید. معمولاً این ترکیب یک محصول میانی در تبدیل اورانیم اکسید (۲UO و ۸O3U) به اورانیم هگزا فلورید (ویا بلعکس) یا اورانیم فلزی است. این ماده از طریق واکنش اورانیم هگزا فلورید با گاز هیدروژن در رآکتورهایی از نوع لولهای عمودی تهیه و یا از واکنش بین اورانیم دی اکسید با هگزا فلورید هیدروژن حاصل میشود.
این ترکیب بهصورت جامد بلوری سبز رنگ است که در دمای °C960 ذوب میشود ودارای فشار بخار قابل ملاحظهای است. میزان انحلال این ماده در آب بسیار اندک است، میزان پایداری آن کمتر از اورانیم اکسید بوده و هنگام واکنش با آب هیدروفلؤریک اسید تولید میکند. اورانیم تترا فلورید با اکسیژن هوا در دماهای بالاتر از °C800 به شدت واکنش میدهد.
(۱-۱) (s)2F2UO + (g)6UF →۲O + (s)4UF2
در صورت وجود بخار آب در سیستم نوع و محصولات واکنش به صورت زیر تغییر خواهد کرد.
(۱-۲) ۸OU+HF 12→(g) O2H6 + (s)4UF3
در نبود اکسیژن، واکنش اورانیم تترا فلورید با بخار آب به صورت زیر خواهد بود.
(۱-۳) HF4 + ۲UO → O2H2 + ۴UF
اورانیم تترا فلورید در دمای محیط به کندی با رطوبت هوا واکنش داده، اورانیم دی اکسید و فلورید هیدروژن تولید می کند، که به شدت خورنده است. لازم به یادآوری است که اورانیل فلورید (۲F2UO) نیز در دماهای کمتر از °C300 پایدار میباشد ولی در دماهای بالاتر از آن شروع به تجزیه شدن به ۸O3U میکند. سرعت این واکنش زیاد نیست. مگر اینکه دما به بیشتر از °C750 برسد که در این صورت واکنش پیرولیز به صورت زیر خواهد بود.
۳UO2F→ UF6 + (۲/۳) U3۸+ (۱/۳) O2 (۱-۴)
۱-۲-۱۲-۷- اورانیم هگزا فلورید (۶UF)

این مطلب را هم بخوانید :  تحقیق - استخراج نقطه ی ابری اورانیم و اندازه گیری آن در نمونه های آبی ...

دانلود کامل پایان نامه در سایت pifo.ir موجود است.