gass-sentrifuge (kjerneenergi)

Diagram som viser oppbyggingen av en gass-sentrifuge med motstrøm, brukt til å skille isotoper av uran.
Av .
Lisens: public domain

Artikkelstart

Gass-sentrifuge er en sentrifuge som er konstruert for å separere gassblandinger. Dens viktigste anvendelse er å anrike uran for bruk i kjernereaktorer eller til produksjon av kjernevåpen.

Naturlig uran inneholder rundt 0,7 prosent ²³⁵U som er den uranisotopen som er fissil og dermed kan inngå i en fisjonsprosess. De resterende 99,3 prosent inneholder for det vesentlig uranisotopen ²³⁸U som betegnes som fertilt. For å få en kjedereaksjon i gang vil det normalt være behov for å øke andelen ²³⁵U. Da to isotoper har identiske kjemiske egenskaper, kan de bare separeres fra hverandre med bruk av mekaniske hjelpemidler. Fysisk skiller de seg fra hverandre ved at de har ulik masse. Begge atomkjernene har 92 protoner, men ²³⁸U blir noe tyngre siden denne isotopen har tre flere nøytroner enn ²³⁵U. Avviket i atommassen ligger til grunn for alle de anrikningsmetoder som er i bruk.

Før anrikning kan utføres i en gass-sentrifuge må uranoksidet fra urangruvene i et innledende trinn konverteres til et fluorid (uranheksafluorid – UF₆) slik at uran kan opptre i gassform ved lav temperatur. Da vil molekyler med ²³⁵U atomer bli rundt en prosent lettere enn resten og det er denne forskjellen i massen som utnyttes i en gass-sentrifuge.

Oppbygging og virkemåte

Kaskade av gass-sentrifuger som brukes til å produsere anriket uran

Av .
Lisens: public domain

En gass-sentrifuge består av et sylindrisk rør med en diameter på 20 cm og en høyde på 3-5 meter. Røret roteres med en hastighet på 50 000 til 70 000 rpm. Når gassblandingen mates inn i rørene, vil de tyngre molekylene med ²³⁸U øke i konsentrasjon mot sylinderens ytterkant. Tilsvarende øker konsentrasjonen av ²³⁵U molekyler nær senteret av sylinderen.

For å oppnå ønsket anrikning skjer prosessen i flere trinn ved at flere slike sentrifuger koples sammen i kaskade. Den anrikede delen av gassen trekkes ut aksielt for bruk i neste trinn for ytterligere anrikning, mens den utarmede delen ledes tilbake til foregående trinn. Når ønsket anrikning er nådd, typisk etter 10-20 trinn, trekkes den anrikede gassen ut av prosessen. Den gjenværende gassen vil fremdeles ha et restinnhold av ²³⁵U. Anrikning ved hjelp av sentrifuger er tilrettelagt slik at restinnholdet av ²³⁵U normalt være mellom 0,1 og 0,22 prosent. Dette blir behandlet som utarmet uran.

Kapasiteten til hver enkelt sentrifuge er svært lav. Ønsket kapasitet oppnås ved å etablere et stort antall kaskader av sentrifuger i parallell.

Bruk av gass-sentrifuger er langt mer energieffektivt enn tidligere anrikningsteknikker, som for eksempel gassdiffusjon, og krever bare rundt 40-50 kWh per SWU. Teknikken er derfor i dag enerådende innen kommersiell anrikning av uran.

Anvendelse

Kommersiell anrikning av uran ved hjelp av sentrifuger foregår i stor skala i Russland og Europa. De russiske anleggene i Seversk, Zelenogorsk, Angarsk og Novouralsk står for nær 40 prosent av verdens samlede anrikningskapasitet. I Europa utføres anrikning i regi av Urenco som er et industrikonsern etablert av den britiske, tyske og nederlandske regjering. Urenco har anrikningsanlegg i Storbritannia, Nederland, Tyskland og en i USA. For øvrig finnes det gass-sentrifuger for urananrikning i Frankrike, Japan, Kina, Brasil, Pakistan, Nord-Korea og Iran.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg