روش الکترومغناطیس در فرآیند غنی سازی اورانیوم

روش الكترو مغناطيس به علت آسان بودن فرآيند و نيز در دسترس بودن آن ، در سالهاي جنگ جهاني دوم مورد استفاده قرار گرفت . اين روش براساس جدا نمودن مسير هگزا فلوئوريد اورانيوم يونيزه شده در يك ميدان مغناطيسي ، استوار شده است .
در ابتدا گاز UF6 توسط الكترودهاي ميدان الكتريكي سرعت مي گيرد و سپس با عبور از يك ميدان مغناطيسي بسيار قوي كه عمود بر صفحه وجود دارد ، مولكولهاي 235 كه سبكتر از 238 هستند مسير دايره اي كوچك تري را طي خواهند نمود و بدين صورت مولكولهاي حاوي 235 و 238 در قسمتهاي جداگانه اي از يكديگر جمع آوري خواهند گردید .

اين روش به دليل كم بودن بازده و هزينة زياد مقرون به صرفه نبوده و در كاربردهاي پزشكي و كشاورزي مورد استفاده قرار مي گيرند .





مقدمه ای بر فرآیند های موجود در غنی سازی اورانیوم

فرآيندهاي موجود و معروف در غني سازي اورانيوم شامل :

• الكترومغناطيس
• پخش گازي
• شيميايي
• فتوشیمیایی
• و سانتريفوژ مي با شد .

هر كشوري بنا به موقعيت خود از لحاظ تكنولوژي و صنعت مربوطه و دست يابي به امكانات لازم ، روش خاص خود را بر گزيده است ، لذا برآورد اقتصادي و مقايسة روشهاي مختلف كمي دشوار به نظر مي رسد . در ابتداي اين قسمت به تعريف دو اصطلاح متداول در روش غني سازي مي پردازيم سپس توضيحاتي در مورد فرآيندهاي مختلف آورده خواهد شد:

 • آبشار(Cascade) : در اغلب فر آيندها در هر مرحله از جداسازي تفاوت بسيار ناچيزي در تركيب درصد ايزوتوپ در محصول بـدست مي آيد . لذا بديهي است جهت اصول نتيجة مناسب و دلخواه بايد مراحل زيادي بصورت سري كه آبشار ناميده مي شود صورت گيرد . حتي اين مراحل براي غناي كم مثل 4 درصد در فرآيند پخش گازي 1200 مرحله را شامل مي شود .
شکل ( 2-2 )- نمایی از یک فرآیند آبشار

• آبشار ايده آل : در كارخانجات غني سازي اورانيوم ، معمولا از جريان مخالف براي فرآيند استفاده مي شود . بدين صورت كه پسماند هر مرحله به مرحلة پايين تر انتقال داده مي شود . اين روش باعث افزايش بازده و هزينة كمتر جداسازي خواهد گردید . چنانچه توليد هر مرحله به مرحلة بعدي و پسماند به مرحلة قبلي منتقل شود يك آبشار با جهت مخالف قرينه نام دارد . حال آنكه اگر محصول هر مرحله به چند مرحلة بعدي و پسماند به چند مرحلة قبلي انتقال يابد ، اين آبشار را پرشي مي نامند . در آبشار ايده آل مواد با درصد مختلف با يكديگر مخلوط نخواهند شد و چون عملا اين كار ممكن نيست ، لذا آبشار ايده آل به مفهوم واقعي خود وجود نخواهد داشت .

برگرفته از كتاب : ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



مقدمه ای بر فرآیند غنی سازی اورانیوم

غني سازي اورانيوم يك فرآيند اصلاحي براي ايزوتوپهاي اورانيوم از يكديگر مي باشد . . .

اورانيوم طبيعي داراي سه نوع ايزوتوپ به نامهاي اورانيوم 234 و اورانيوم 235 و در نهايت اورانيوم 238 است ، كه به ترتيب داراي 0058/0 و 711 /0 و نيز 28/ 99 درصد وزني ميباشد . اورانيوم 235 برخلاف اورانيوم 238 شكافت پذير بوده و مي تواند در واكنش زنجيره اي هسته اي بكار گرفته شود .
واحدهاي هسته اي قدرت كه با آب سبك كار مي كنند معمولا با 2 تا 5 درصد اورانيوم 235 مشغول به بهره برداري مي باشند . در يك راكتور معمولا 3 غناي مقاومت براي يكسان نمودن شار نوترون و نيز توليد حرارت و انرژي يكنواخت ، بطور همزمان استفاده خواهد گردید . بطوريكه در هنگام سوخت گذاري در حين كاركرد راكتور ، سوخت با غناي بيشتر در طرف بيروني مجموعه هاي سوخت قلب راكتور قرار مي گيرد و پس از حدود 12 تا 18 ماه ، سوخت گيري بعدي انجام شده و با قرار دادن اورانيوم تازه مجموعة مصرف شده را از مركز قلب راكتور خارج نموده و سوخت جديد از محيط بيروني به وسط و سوخت با غناي متوسط جاي سوخت با غناي كمتر را اشغال خواهد نمود .
بهرحال قبل از استفادة سوخت در راكتور ، اورانيوم مربوطه بايد با فرآيند غني سازي اصلاح شود . فرآيند افزايش درصد ايزوتوپ 235 در محصول را غني سازي اورانيوم مي نامند . تاريخ غني سازي از جنگ جهاني دوم آغاز مي شود و در آن زمان از اورانيوم غني شده بيش از 90 % براي ساخت سلاح اتمي استفاده مي گرديد . فرآيندهاي مختلفي جهت غني سازي بكار مي رود كه در اينجا مختصرا هر كدام توضيح داده خواهد شد و از آنجائيكه روش سانتريفوژ مبحث اصلي اين كتاب است ، لذا در مورد اين روش توضيحات جامع تري ارائه خواهد گرديد .

برگرفته از كتاب : ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



تولید هگزا فلوئورید اورانیوم

اگر بخواهيم از اورانيوم طبيعي در راكتورها استفاده نماييم ، پس از توليد دي اكسيد اورانيوم كه در مراحل قبل ذكر شد ، آنرا براي تهية ميله هاي سوخت به قسمت مربوطه منتقل مي نمايند و در غير اينصورت چنانچه هدف ، بكارگيري اورانيوم غني شده مي باشد ، مي بايست درصد ايزوتوپ 235 در سوخت بالا رود و لذا بايد مراحل زير را پس از توليد UO2 انجام داد . . .

 در ضمن بررسي خواص UF6 و ساير تركيبات اورانيومي و نيز اثر آلودگي آنها در محيط ، در قسمتهاي بعد بطور كامل مورد بررسي قرار خواهد گرفت و در اين فصل صرفا به مسئلة چرخة توليد سوخت هسته اي و نيز مواد موجود در كارخانه بطور مختصر پرداخته شده است . براي تبديل پودر دي اكسيد اورانيوم به هگزا فلوئوريد اورانيوم ، ابتدا پودر بدست آمده در مراحل قبل را با اسيد فلوئوريدريك تركيب مي نمايند تا نمك سبز رنگ UF4 بدست آيد .
 UF4بدست آمده جامد بوده و نقطة ذوب آن حدود oC 960 مي باشد . واكنش انجام گرفته بينUO2 و HF ، ضمن اينكه با افزايش حجم مادة جامد به ميزان حدود 27% همراه است ، شديدا حرارت زا نيز مي باشد . لذا بايد براي كنترل دماي برج راكتور ، درجه حرارت را حدود 450 تا 600 درجة سانتيگراد خنك نگه داشت . توليد UF4 از پودر UO2 ، در داخل راكتور بستر سيال و يا كوره گردان صورت مي گيـرد و پس از بدست آمـدن UF4 ، آنرا توسط گاز فلوئور ، فلوريناسيون كرده و مادة UF6 توليد خواهد گرديد . جهت بهبود انتقال حرارت و نيز ايجاد جريان درهم از CaF2 استفاده خواهد شد :
 ( 2-5 )
در برخي از كارخانجات ممكن است از راكتورهاي مشتعل براي تبديل UF4 به UF6 استفاده شود و در اين روش UF4 و گاز فلوئور هر دو از بالاي راكتور به آن وارد شده و در داخل راكتور و در حضور فلوئور اضافي در دماي 1100 درجة سانتيگراد ، گاز فلوئور با UF4 واكنش داده ، محصول دلخواه بدست خواهد آمد . براي تنظيم دما ، از خنك كننده اطراف راكتور استفاده مي گردد . پس از خروج UF6 گازي شكل بطور تناوبي از برج و سردسازي ، به UF6 جامد تبديل مي شود .
همچنين مي توان از فرآيند خشك هيدرور براي توليد UF6 استفاده نمود . در اين فرآيند ابتدا U3O8 ، سايش داده شده و سپس در دو راكتور بستر سيال به ترتيب در دماهاي 480 تا 540 درجه سانتيگراد و 540 تا 650 درجه سانتيگراد باHF بدون آب تركيب مي شود تا UF4 بدست آيد ، سپس UF4 جامد در 340 تا 480 درجة سانتيگراد با گاز فلوئور تركيب شده و توليد هگزا فلوئوريد اورانيوم را مي نمايد . اما دليل اصلي اينكه از تركيب UF6 براي فرآيند غني سازي استفاده مي شود آن است كه : فلوئور تنها داراي يك ايزوتوپ پايدار مي باشد و گرنه اختلاف وزني سه نوترونی در دو ايزوتوپ مفهومي نداشت .

برگرفته از كتاب : ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



انحلال و استخراج سنگ معدن اورانیوم

براي اين منظور ، كنسانتره U3O8 ابتدا در اسيد نيتريك حل شده و بدين ترتيب محلول آبي نيترات اورانيل بدست مي آيد . اين محلول ناخالص بوده و ( UNH ) ناميده مي شود . . .

براي خالص سازي ، بعد از تنظيم غلظت و اسيديتة محلول بدست آمده ، آنرا در حـلال آبـي 30% نرمال تري بوتيـل فسفات ، در كروزين قرار مي دهند . در اين هنگام پس از تماس يافتن دو محلول فوق با يكديگر ، اورانيوم موجود از فاز آبي نيترات اورانيل جدا شده و به فاز آلي منتقل مي گردد .
با انجام اين جابجايي ناخالصي هاي محلول در فاز آبي باقي خواهند ماند . براي خالص سازي بيشتر و اطمينان از اينكه كلية ناخالصي ها در فاز آبي حل شود و در فاز آلي اثري از آن باقي نماند ، لذا در مرحلة بعدي مقداري اسيد نيتريك و آب به محلول آلي اضافه مي شود تا باقيماندة ناخالصي از آن جدا شده و به فاز آبي محلول آب و اسيد نيتريك انتقال پيدا نمايد .
پس از اينكه اورانيوم از ناخالصي هاي خود جدا شد ، مي بايست براي استخراج به فاز آبي برگشت داده شود . اين كار با افزايش آب مقطر به محلول فوق و در نتيجه رقيق شدن و كم شدن غلظت يون نيترات صورت خواهد گرفت و در اين هنگام اورانيوم از فاز آلي جدا و به فاز آبي هدايت مي شود . آنگاه محلول نيترات اورانيل خالص بوسيلة تبخير كننده ها تا غلظت مورد نياز غليظ خواهد گردید . روابط زير ارتباط بين اين مراحل و واكنشهاي انجام گرفته را نشان مي دهد :
 ( 2-1 )
 (TBP)2 در فرمول فوق ، TBP مخفف تري بوئيل فسفات است و همانگونه كه مشخص شده است در مرحلة اول بدليل زياد بودن غلظت نيترات در محلول ، واكنش به سمت راست هدايت مي شود و پس از اضافه شدن آب مقطر به محلول ، واكنش به سمت چپ برگشت پيدا مي نمايد .
جهت بازيابي حلال و نيز بازيابي اورانيوم باقي مانده بايد حلال آلي موجود در تماس با محلول كربنات سديم قرار گيرد تا كربنات با نيترات اورانيل تشكيل يك كمپلكس داده و فاز حلال آلي خالص جهت استفاده به سيستم بازگشت پيدا نمايد :
( 2-2 )
پس از حل شدن اورانيوم در فاز آبي ، مي بايد اين محلول جهت رسوب گيري به كمك آمونياك و يا مخلوطي از گاز آمونياك و گاز كربنيك مهيا شود در مورد رسوب گيري AUC واكنش بصورت ذيل انجام مي گيرد :
( 2-3 )
 رسوب AUC بصورت بلورهاي منفرد زرد رنگ بوده و در هنگام عمليات رسوب گيري با هم زدن محلول باعث بوجود آمدن ذراتي بدون گوشه و زاويه و بصورت مدور مي شود . اگر اين عمل مدور شدن به درستي صورت پذيرد ، بدون اينكه نيازي به خرد كردن و گرانولاسيون باشد ، پودر حاصله مستقيما مي تواند جهت پرس شدن مورد استفاده قرار بگيرد . رسوب تشكيل شده بايد توسط پمپ به داخل فيلتر خلاء هدايت شود و براي جداسازي آن از فيلتر ، رسوب تشكيل شده را با كمك محلول كربنات آمونيوم و الكل متيليك شستشو مي دهند و چون اين پودر بصورت مدور بوده و قابليت جذب و چسبندگي كمي با ديواره ها دارد ، لذا انتقال آن براحتي صورت خواهد گرفت . پس از جداسازي رسوب از فيلتر ، آنرا تا مرحلة تجزيه تحت تاثير حرارت قرار مي دهند .
مواد تولید شده در اثر تجزيه بستگي به دماي فرآيند دارد بطوريكه در درجه حرارت 250 تا 300 درجه سانتيگراد مادة حاصل شده UO3 بوده و در دماهاي بالاتر حدود oC 500 ، محصول ايجاد شده U3O8 مي باشد . اين محصولات بدست آمده را به راكتورهاي بستر سيال و يا كوره دوار انتقال داده و در فشار اتمسفر تحت تاثير احياء كنندة هيدروژن در دماي 500 تا 1700 درجه سانتيگراد احياء نموده و مادة اصلي مورد نظر يعني UO2 را توليد خواهند نمود . اين واكنش گرمازا بوده و كاهش حجمي معادل 35% ماده جامد را موجب خواهد گرديد . شکل ( 2-1 )- مراحل تبدیل U3O8 به UO2 از طریق فرآیند AUC براي بهينه سازي عمل خالص كردن پودر ، مي توان بخار آب را از روي پودر مورد نظر و در حين عمل احياء عبور داد . در نتيجة اين عمل گازهاي ناشي از واكنش ، از درون پودر به طرف سطح بيروني انتقال يافته و باعث ايجاد خلل و فرجي در پودرها خواهند شد و اين خلل و فرج خود عامل افزايش سطح تماس با بخار آب شده و خالص سازي بهتري را موجب مي گردد .
عـلاوه بر آن ، عمل هيدروليز باعث مي شود تا فلوئور موجود در پودر ، خارج شده و مقدار آن به 20 تا ppm 60 كاهش يابد . تجزيه حرارتي AUCو احياء اورانيوم شش ظرفيتي به اورانيوم چهار ظرفيتي ، برطبق واكنش آورده شده در زير صورت مي پذيرد : ( 2-4 ) پودر توليد شده در مرحلة قبل ، با قرار گرفتن در معرض هوا ، اكسيد شده و نسبت O/U در آن از حد مجاز بالاتر مي رود .
از اينرو براي غير فعال كردن پـودر ، آنـرا به آهستگي و تـا رسيـدن به دي اكسيـد UO2/10 اكسيـد مي نمايند . پايدار كردن پودر در راكتور بستر سيال و در فشار 10% هوا و 90% ازت و در دماي oC 80 به مدت 15 دقيقه انجام مي گيرد .

برگرفته از كتاب : ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



تهیه پودر دی اکسید اورانیوم UO2

همانند ساير فلزات و موادي كه از معادن استخراج مي شوند ، معادن اورانيوم نيز كه هميشه در تركيب با اكسيژن در طبيعت وجود دارد و بصورت پراكنده در اقشار مختلف زمين یافت می شود ، بايد كشف گردند .. .

اكتشاف معادن اورانيوم بدليل اينكه اين ماده داراي خصوصيت راديواكتيويتـه مي باشـد مي تواند توسط اندازه گيري تابش صورت پذيرد . بدين صورت كه بوسيلة هواپيما و يا هر وسيلة ديگري و با كمك وسايل اندازه گيري تابشي از قبيل آشكارسازهاي گايگرمولر و شمارشگرهاي سنتيلاسيون و يا غلظت رادن 222 در هوای محل هايي كه داراي فعاليت راديواكتيوي زيادتري نسبت به ساير مناطق هستند مورد شناسايي قرار مي گيرند . پس از كشف اين مناطق ، عمليات اكتشاف با دقت بيشتر و توسط عمليات برروي منطقة مورد بحث تكميل خواهد شد .
اورانيوم در طبيعت بصورت تركيبات مختلفي وجود دارد كه ممكن است تعداد اين تركيبات به بيش از 100 نوع برسد . يكي از مهمترين اشكال طبيعي اورانيوم U3O8 مي باشد كه چنانچه غلظت آن ppm1000 باشد بايد معدن مربوطه را داراي كاني هاي خوب اورانيوم نام برد و اين غلظت از نظر اقتصادي مقرون به صرفه خواهد بود . البته در مورد غلظتهاي كمتر نيز بايد با توجه به قيمت جهاني اورانيوم مطالعات اقتصادي بيشتري صورت پذيرد .
پس از اكتشاف معادن اورانيوم ، بايد عمليات استخراج صورت گيرد و در اين ميان اهميت وجود گاز رادن مهمترين مشكلي است كه در برخي معادن بخصوص معادني كه در زير زمين قرار دارند سلامت كارگران را به خطر خواهد انداخت . گاز رادن بخودي خود نمي تواند براي انسان خطر ساز باشد اما پس از واپاشـي دخترهايي توليد مي كند كه از ميان آنها 214Po و 210Po مهمترين مواد حاصله است و مي تواند به رية انسان صدمه جدي را وارد نمايد . در هر حال حد آستانة وجود گاز رادن در معادن بايد با تهوية مناسب و مكش هواي آلوده به آن ، تحت كنترل درآيد .
روشهاي مختلفي براي استخراج سنگ معدن اورانيوم وجود دارد از جمله روش استخراج بصورت مايع است . اما در هر روشي بايد يك نكته را در نظر داشت و آنهم اينكه پس از خاتمة بهره برداري از معادن اورانيوم ، بايد ايمني محل معدن از نظر امكان نشت مواد راديواكتيو به محيط بيرون مورد ارزيابي دقيق قرار گيرد . از آنجايي كه درصد اورانيوم در معادن مربوطه بسيار پايين مي باشد لذا از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نیست كه سنگهاي معدن اورانيوم جهت تغليط و جداسازي اورانيوم از آنها به كارخانه اي حمل شود كه فاصلة زيادي با معدن آن دارد . لذا بهترين حالت ، تهية U3O8 كه به كيك زرد نيز معروف است در نزديكي محل معدن مي باشد .
براي تهية كيك زرد بايد سنگ معدن ، آمادة عمليات فرآوري باشد لذا در ابتدا پس از شستشو عمليات مكانيكي از قبيل خرد كردن و سائيدن ، انجام مي پذيرد و پس از فرآيند مكانيكي ريز كردن سنگ معدن حتي با سايش مرطوب و حصول اندازه mm 044/0 در هر دانة سنگ اورانيوم ، آنرا در يك حلال مناسب از نوع اسيدي و يا بازي حل مي كنند . اگر سنگ معدن اورانيوم حاوي تركيبات سيليس باشد ، در اسيد سولفوريك و اگر حاوي تركيبـاتي همچـون كربنات كلسيم باشنـد در محلـول بـازي از كربنـات و يـا بـي كربنات سديم محلول خواهند شد .
با افزودن اسيد سولفوريك به سنگ معدن ، محلول اورانيل سولفات يا UO2SO4 و با افزودن باز به اين سنگ معدن ، ناتريوم اورانيل كربنات از سنگ معدن جدا خواهد گرديد . انتخاب دما و ساير شرايط انحلال نيز بستگي به نوع سنگ معدن داشته و ممكن است در فشار 12-10 اتمسفر و حتي دماي oC150 صورت پذيرد . پس از انحلال سنگ معدن اورانيوم در اسيد و يا باز ، مي بايد اورانيوم حل شده در آنرا با ته نشيني و ايجاد رسوب جدا سازي نمود . براي اين منظور مي توان با استفاده از حوضچه هاي تـه نشيني و نيز فيلتراسيون ، جريان سطحي حاوي سولفات اورانيل را از محلول جدا نموده و ضمن كنترل اسيديتة محلول تا حدود عدد 1 ، آنرا پس از فيلتر نمودن به واحد جداسازي با حلال انتقال داد .
استخراج اورانيوم از اورانيل سولفات توسط روش تبادل يوني و يا با استفاده از يك حلال مناسب صورت مي گيرد . در روش استخراج با حلال با استفاده از رقيق كنندة آمين ، اورانيوم جدا مي شود كه با توجه به غلظت كم اورانيوم در محلول حاصل شده ، وجود تجهيزات زياد براي اين منظور يك مشكل جدي را ايجاد خواهد نمود . البته بايد در نظر داشت كه براي جداسازي در محلولهاي بازي نمي توان از استخراج با حلال استفاده كرد لذا براي آن دسته از محلولها ، صرفا روش تبادل يوني مورد نياز خواهد بود .

روش تبادل يوني شامل دو نوع : بستر ثابت و يا بستر سيال است .

در اين روش براي كم كردن ميزان مواد معلق در محلول ، از فيلتر استفاده مي شود بطوريكه حداكثر غلظت جامد باقي مانده به 1% در محلول برسد . روش رزين در خمير نيز علاوه بر دو روش فوق ، امروزه بكار گرفته مي شود با اين مزيت كه در اين روش نيازي به فيلتر كردن محلول حاوي اورانيوم وجود ندارد . پس از استخراج اورانيوم ، با افزودن موادي همچـون اكسيد سزيـم ، بي كربنات سديم و يا آمونياك به محلول غليظ شده ، مي توان اورانيوم را بصورت اورانات سزيم ، اورانات سديم و يا اورانات آمونيوم رسوب داد .
همچنين از موادي مثل : هيدروكسيد آمونيوم ، هيدروكسيد سديم و یا پراكسيد هيدروژن هم مي توان براي رسوب دادن استفاده نمـود . رسوب بدست آمـده مي تواند توسط عبور از فيلتر و يا عمل سانتريفوژ ، آب زدايي شود تا محصول نهايي با حدود 50 درصد رطوبت بدست آمده و در نهايت خشك سازي شود . دي اورانات خشك شده ، پس از شستشو با اسيد رقيق و يا آب و عبور از فيلتر مجددا خشك شده و در اثر حرارت و تجزيه شدن ، توليد U3O8 مي نمايد و چنانچه مخلوط مذكور حداقل 65% وزني اورانيوم داشته باشد كيك زرد ناميده مي شود .
كيك زرد حاصل شده ، بايد از نظر تركيبات ايزوتوپي همانند اورانيوم طبيعي باشد و مقادير اورانيوم نامحلول در اسيد نيتريك نبايد از 1/0 درصد وزني اورانيوم تجاوز كند . مواد ارگانيكي باقي مانده نيز قبل از خشك كردن بايد كمتر از 1/0 درصد وزني نمونه بوده و ذرات مخلوط بايد بتواند براحتي از الكي با اندازه قطر 35/6 ميلي متر عبور نمايد . در صورتيكه هدف ، بكارگيري اكسيد اورانيوم طبيعي در راكتورهاي قدرت و يا غيره باشد ، در اينصورت مخلوط كيك زرد پس از طي عمليات متفاوتي به UO2 و در غير اينصورت پس از تبديل به گاز UF6 جهت غني سازي ، عمليات مربوطه برروي آن صورت خواهـد پذيرفت .
در نهايت سوخت مورد استفاده در راكتورها UO2 خواهد بود . چه در حالت غني شده و چه در حالت طبيعي .

برگرفته از كتاب : ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )




خواص مورد نیاز برای UO2F2

اين ماده دومين محصول از واكنش UF6 با بخار آب مي باشد كه ممكن است در اثر وقوع حادثه در كارخانه غني سازي توليد شود از اين رو دانستن خواص شيميايي و فيزيكي آن اهميت پيدا مي نمايد .

• خواص فيزيكي
 UO2F2 يك ماده مياني در تبديل UF6 به اكسيد اورانيوم مي باشد و نيز يك ماده اي كه از واكنش UF6 با رطوبت ايجاد خواهد شد . اين ماده داراي رنگ زرد و جامدي است كه قابليت جذب رطوبت را دارد .
شكل گيري و انتشار آن تابعي از شرايط موجود اتمسفري مي باشد . هنگامي كه UF6 با بخار آب واكنش انجام مي دهد ، UO2F2 بهمراه HF توليد شده در فضا منتشر خواهد گرديد و بدليل وزن مولكولي زياد روي سطح نشت پيدا مي نمايد و ممكن است يك لايه از UO2F2 بر روي سطوح نزديك حادثه ايجاد گردد .

• واكنش پذيري
 طبق گزارشهاي انجام شده UO2F2 مي تواند تا دماي oC 300 پايدار باقي بماند . اين ماده داراي نقطة ذوب نمي باشد چرا كه در دماهاي بالا به U3O8 تبديل خواهد شد و با بالاتر رفتن دما اين ماده به فلوئوريد سمي شكل تجزيه مي شود . UO2F2 يك جاذب رطوبت بوده و در آب حل خواهد شد و در صورت حل شدن به رنگ نارنجي درخشان مايل به زرد تبديل شده و سپس با آب واكنش صورت مي دهد .

 • سميت
 علاوه بر سمي بودن UO2F2 از نظر شيميايي ، اين ماده داراي تشعشع نيز مي باشد چه در حالتي كه بطور آزاد وجود داشته باشد و چه در هنگامي كه در آب حل شده است . همانگونه كه قبلا عنوان گرديد اين ماده بدليل اينكه قابل حل شدن در آب است مي تواند در خون نيز جذب شود . اگر ذرات بزرگي از UO2F2 در خون جذب شود مي تواند همانند يك مادة فلزي سمي خطرناك ، برروي كليه ها اثرگذاري نمايد . بايد در نظر داشت كه سميت شيميايي اين مواد نسبت به خطرات تشعشعي آنها بسيار بيشتر مي باشد زيرا قادرند تا واكنش هاي مخرب در درون بدن انجام دهند .

• اشتعال پذيري

 UO2F2 احتراق پـذير نيست و قادر به تجزيـه شدن در اثـر احتـراق نمي باشد و بطور كلي تحت شرايط موجود در كارخانه اين مسئله اهميت پيدا نخواهد كرد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



خواص هگزا فلوئورید اورانیوم UF6

در اين قسمت به خواص فيزيكي و ساير خواص مورد نياز از UF6 خواهيم پرداخت :

 • خواص فيزيكي UF6
هگزا فلوئوريد اورانيوم تركيبي است كه تشكيل شده است از يك اتم اورانيوم به همراه 6 اتم فلوئور . آن ، شكل شيميايي اورانيومي است كه در طي فرآيند غني سازي مورد استفاده قرار مي گيرد . UF6 مي تواند بصورت جامد ، مايع و يا گاز وجود داشته باشد .
اين تركيب فازي مشخص ، بستگي به دما و فشار آن دارد . فازهاي متعدد تنها در صورتي در تعادل با يكديگر قرار دارند كه تحت دما و فشار مخصوص آن سيستم فازي ، قرار داشته باشند . چنانچه به نمودار تعادل فازي توجه نماييم مشخص خواهد شد كه اختلاف فازي UF6 تابعي از دما و فشار سيستم مي باشد نقطة سه گانه كه سه فاز در تعادل با يكديگر قرار دارند تحت دماي oC64 و نيز فشار kpas 152 مي باشد .
مايع UF6 ، تنها در دما و فشار بالاتر از نقطه سه گانه شكل گيري خواهد شد و در زير نقطة سه گانه ، UF6 جامد بصورت گازي شكل تصعيد خواهد شد و پس از بالا رفتن دما و يا كاهش فشار ، UF6جامد مي تواند بدون اينكه تبديل به مايع شود بصورت گازي شكل درآيد .
 UF6 جامد بصورت يك مادة سفيد كريستالي و چگال بوده و در ضمن شباهتي به سنگ نمك خواهد داشت . هر دو فاز مايع و گاز UF6 بصورت بي رنگ مي باشند . آلودگي موجود در سيلندر UF6 و يا اگر بهتر عنوان شود ، ناخالصي درون مخزن نگهداري UF6 ، باعث مي شود تا رفتار طبيعي فازها دچار تغييراتي در اندازه و ميزان سطح زير منحني شود .
 اغلب ناخالصي هاي گازي در خوراك UF6 كارخانه غني سازي ، هوا و فلوئوريد هيدروژن مي باشد . HF موجود در مخزن UF6 ناشي از واكنش UF6 با رطوبت موجود در هوا خواهد بود . وجود ناخالصي در مخزن UF6 ، باعث مي شود تا ضمن تغيير در فشار بخار مادة موجود در مخزن ، اين فشار بخار افزايش محسوسي را پيدا نمايد كه با مقايسه فشار بخار در دماي مخزن بين حالت خالص UF6 و موقعيت حاضر ، می توان از وجود ناخالصي اطلاع پيدا نمود .
هنگامي كه UF6 از فاز جامد به فاز مايع تبديل شود انبساط حجمي پيدا مي نمايد و اين مسئله با افزايش دما صورت خواهد گرفت . اين مسئله در شكل ( 1-5 ) آورده شده است . اين شكل نشان مي دهد كه ميزان انبساط UF6 در حالت جامد و مايع به چه حد خواهد بود . در قسمت حمل و نقل دماي مورد نياز براي مخازن oC 121 مي باشد و 5% فضاي خالي نيز براي ضريب ايمني بخاطر احتمال افزايش دما و ديگر شرايط و تغييرات فيزيكي UF6 در هر مخزن در نظر گرفته خواهد شد .

 • واكنش پذيري
 UF6 با اكسيژن ، نيتروژن ، دي اكسيد كربن يا هواي خشك هيچ گونه واكنشي انجام نمي دهد اما با آب واكنش داده و براي جلوگيري از انجام اين واكنش ، UF6 در مخازن محكم و ضخيم و بدور از تماس با آب و يا بخار آب نگهداري مي شود .
هنگامي كه UF6 با آب واكنش مي دهد و يا اينكه با بخار آب موجود در هوا در تماس قرار مي گيرد ، واكنش مذكور منجر به توليد گاز HF و يك ماده جامد به نام UO2F2 ، خواهد گرديد . UF6 همچنين مي تواند با تعدادي از هيدروكربن ها و آروماتيكها واكنش دهد اما هيچ يك از اين مواد بجز در روغن کاری و پمپها در كارخانة غني سازي وجود نخواهد داشت لذا نگراني در اين مورد نیز بسیار کم است .

• سميت
 اگر UF6 در اتمسفر نشت پيدا نمايد ، تركيبات اورانيوم و HF كه از واكنش UF6 با رطوبت هوا حاصل خواهد شد بسیار سمي مي باشند .
اورانيوم يك فلز سنگين است و علاوه بر آن داراي خواص تشعشعي است كه مي تواند اثرات شيميايي سمي نيز بر روي كليه داشته باشد . معمولا اين تركيبات بصورت استنشاق و يا بلعيدن وارد بدن خواهند گردید . HF نيز يك گاز به شدت خورنده و سمي است كه مي تواند باعث مرگ شود ( قبلا ذكر گرديد ) .

• اشتعال پذيري
 
UF6 ، اشتعال پذير نمي باشد و بدون اينكه نگراني ناشي از اشتعال پذيري احساس شود مي تواند مورد استفاده واقع گردد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



خواص فیزیکی فلوئورید هیدروژن HF

فلوئوريد هيدروژن يكي از دو محصولي است كه در حوادث اتفاق افتاده در كارخانه ، ممكن است به محيط نشت پيدا كرده و يا در كارخانة غني سازي اورانيوم از واكنش UF6 با بخار آب بوجود آيد .

 HF مي تواند بصورت گاز و يا در اثر فشار ، بصورت مايع از مخزن UF6 و غيره خارج شود ، آنهم بصورت اسيد غير آبي و يا مي تواند بصورت يك محلول آبي به محيط نشت پيدا نمايد .
چنانچه بخواهيم قدرت اسيديتة آنرا داشته باشيم بايد ميزان آبي بودن محلول را نيز بدست آوريم . بخار HF بصورت يك گاز بدون رنگ با بويي تند مي باشد كه حداكثر غلظت مجاز آن ppm1 در نظر گرفته شده و به هر ميزاني در آب محلول بوده و در ضمن حل شدن در آب توليد حرارت مي نمايد .
 نشت HF بدون آب ، بصورت يك بخار دودي شكل مي باشد ( بخاطر واكنش با بخار آب ) بنابراين هر نقطه اي كه اين دود سفيد رنگ مشاهده گرديد حاكي از آن است كه HF در محيط انتشار يافته است .

• واكنش پذيري
 هر دو شكل گازي و بدون آب و يا HF آبي ، داراي قابليت واكنش پذيري خوبي مي باشد .
فلزات، شيشه و ديگر تركيباتي همچون سيليكون ، چرم و لاستيك طبيعي از جمله موادي هستند كه با HF واكنش صورت مي دهند .

 • سميت
 هر دو شكل گازي و آبي HF ، شديدا خورنده بوده و باعث سوزش شديد پوست ، چشم و مخاط بويايي شده ، همچنين باعث سوزش شديد در دستگاه تنفسي مي شوند .
 استنشاق HF باعث سوزش غير قابل تحمل ، احساس سوزش در بيني و گلو به همراه سرفه شديد و درد در زير سينه مي شود . تهوع ، استفراغ ، اسهال و زخم لثه از مواردي است كه ايجاد خواهد گرديد .

در غلظتهاي كم : سوزش بيني ، خشكي ، خونريزي بيني و اختلال سينوسها ممكن است اتفاق بيفتد . در صورتيكه بدن انسان به مدت زيادي در تماس با HF قرار گيرد ، مي تواند باعث ايجاد زخم و سوراخ در ديوارة بيني شود . در معرض بودن غلظت زياد HF با بدن مي تواند باعث خشك شدن حنجره و برونشيت شده و نيز باعث ورم معده در بعد از 12 تا 24 ساعت خواهد گرديد .

در معرض بودن شديد مقدار زيادي از گازها و يا ذرات فلوئوريد باعث ايجاد تهوع ، استفراغ ، خسارت و زيان در اشتها و اسهال يا يبوست مي شود . مسموميت فلوئوريدها و يا ديگر اثرات شديد مي تواند ناشي از در معرض بودن شديد آن با بدن باشد .
در معرض بودن با مايع HF مي تواند باعث سوزش شديد شود . سوزش ايجاد شده توسط در معرض بودن با محلول رقيق (20-1) % از اسيد هيدرو فلوئوريدريك ( HF آبي ) ، يا غلظت ملايم بخار ، نمي تواند فورا باعث ايجاد اثرات ملامت آوري روي پوست شود .
چنانچه پوست در اثر تماس با HF دچار تخريب گردد اين تخريب در برخي مواقع موجب مي شود تا ضمن آسيب ديدن رگهاي خوني به استخوان نيز نفوذ پيدا نمايد . در هر حال در معرض بودن بدن با HF مايع در كارخانه ، غني سازي انتظار نمي رود .
 اگر چشم در معرض تماس با HF قرار گيرد ، باعث ايجاد احساس سوزش ، سرخي و ترشح خواهد گرديد . تراوش اسيد فلوئوريدريك آبي به چشم باعث تورم ، التهاب قرنيه و بسياري اثرات مخرب جدي خواهد شد . اما اين مسئله نيز در كارخانه اتفاق نمي افتد زيرا HF موجود بصورت گازي شکل در محيط نشت پيدا مي نمايد و HF مايع در فرآيند غني سازي و هنگام كار با سانتريفوژ ايجاد نمي شود .

• اشتعال پذيري
 هيدروفلوئوريد هيدروژن خاصيت اشتعال پذيري و يا احتراق ندارد . HF مي تواند يك واكنش گرمازا با آب انجام دهد و باعث اشتعال مواد آتش پذير نزديك آن شود . HF در واكنش با فلزات معين مي تواند توليد هيدروژن نمايد كه اشتعال پذير مي باشد . هر دوي اين واكنشها بايد با مقدار زيادي HF و مواد نامبرده صورت گيرد . اين فعل و انفعالات در كارخانه غني سازي وجود ندارد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )



واکنش پذیری HF از نظر شیمیایی

HF غيرآبي ، واكنش پذيري بسيار خوبي با ديگر مواد از جمله فلزات و غير فلزات و نيز هيدروژن و اكسيژن و بسياري ديگر از دسته هاي تركيبات دارد . . . 

به هرحال برخي از اين واكنش ها ممكن است در حضور كاتاليزور و يا حتي بدون وجود آن صورت پذيرد . براي مثال واكنش HF گازي شكل با جزء M مي تواند بطور ترموديناميكي موافق فرمول نوشته شده در زير باشد : ( 1-4 ) مشروط به آنكه انرژي براي واكنش منفي باشد .
در نهايت از نتايج بدست آمده در موردHF مي توان اين مقدار انرژي گيبس يعني را معادل در نظر گرفت . از انرژي آزاد تشكيل نيز مي توان به راحتي دريافت كه ميل واكنشي HF با فلزات بسيار بالا مي باشد .
از طرف ديگر هرگاه در بسياري از حالتها با فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاكي و يا با فلزاتي همچون : روي ، آلومينيوم و اجزاء لانتانید واكنش انجام دهد ، اين واكنش به شدت گرمازا خواهد بود .
از مقايسة هالوژنها و ميل واكنش پذيري آنها با مواد مختلف مي توان دريافت كه نقره مي تواند با كلريد هيدروژن و يا بروميد و يديد هيدروژن واكنش دهد ، اما اين عنصر قادر نخواهد بود تا با فلوئوريد واكنشي صورت دهد .
 اگر بخواهيم واكنش پذيري با آهن را عنوان كنيم بايد بگوييم كه آهن نيز مي تواند بصورت آنهم فقط با تكرار واكنش با بدست آيد و نيز در صورتي تشكيل خواهد شد كه ، اين واكنش فقط در دماي بالا صورت گيرد . واكنشهاي سيليسيم به شكل بسيار موافق با حالت X = F و كلرو بروم خواهد بود ، اما فقط واكنشهاي HF در دماي اتاق صورت مي گيرد و ساير واكنش ها بايد تحت اعمال دماي بالا انجام پذيرد . واكنش نيز براي HF بصورت خواهد بود در حاليكه واكنش اين ماده با ديگر هالوژنهاي HX ، بصورت انجام واكنش با HF ميسر نمي باشد .
مهمترين مسئله در مورد فلوئوريد هيدروژن ، واكنش پذيري و نسبت مخلوط شدن آن با آب مي باشد و بايد در اين مورد اذعان نمود كه : اين مولكول با همة نسبتها مي تواند در آب مخلوط شود و در مورد ميزان نسبت حل شدن در آب محدوديتي ندارد . همان طوري كه در نمودار فازي حل شدن HF در آب كه در زير آورده شده است مشاهده مي شود ، مي توان از اين نمودار سه نقطة مهم را بدست آورد :

يكي براي ديگري براي و نقطة سوم هم مي تواند براي در نظر گرفته شود . هر كدام از اين تركيبات داراي درصد مولي HF متفاوتی در مخلوط آب و HF مي باشند .
همانگونه كه از شكل فوق مشخص مي شود نقاط انجماد سه تركيب نام برده شده از نظر مقدار با ديگري متفاوت مي باشد ، بطوريكه مي توان براي مقدار c ° 5/35- را ذكر نمود درحالي كه براي اين مقدار c ° 5/75- رسيده و در نهايت نقطة انجماد دمايي در حدود c ° 4/100- را خواهـد داشت كه اين مقـدار زيـر دمـاي ذوبHF خالـص مي باشد . مطالعات جديد توسط X- ray روي اين ماده تائيد كنندة حدسي خواهد بود كه در مورد آن وجود داشته است . بهترين شكل بندي پيوندH در نمك مواد و و نيز وجود دارد كه داراي سه پيوند قوي هيدروژن بر هر يون هيدرونیوم بوده و متوسط فاصلة پيوند O —- F از 2/250 براي مادة اول و 7/246 و pm 6/253 به ترتيب براي ساير مواد خواهد بود .
با توجه به نتايج ذكر شده مي توان عنوان كرد كه : پيوندهاي هيدروژن خيلـي مناسب بوده و گرنـه در غير اينصورت تركيبات مذكور به شكل ديگـري ظاهـر مي شدند .
عليرغم ساير اسيدهاي آبي ، اين پيوند به شدت محكم مي باشد . اسيد هيدرو فلوئوريك ، يك اسيد خيلي ضعيف در محلول هاي آبي به شمار مي آيد . براستي كه رفتار چنين محلول هايي در مورد ثابت تجزيه آن ، كه منجر به رقيق شدن محلول ميباشد بسيار قابل توجه و چشمگير خواهد بود . مطالعات انجام گرفته در اين زمينه حكايت از دو تعادل مهم مي نمايد كه در زير آورده شده است : ثابت شكست براي اولين فرآيند فقط در حدود و در دماي 25 درجه سانتيگراد خواهد بود .
اين مطالعات نشان داده است كه مقدار كمتري از يون هيدروژن در غلظت مورد نظر باعث محكم تر شدن پيوند شده و باعث ايجاد پيوند هيدروژني مي شود . اين مسئله همچنين باعث خواهد شد تا جفت يون تشكيل شده از يكديگر جدا نشوند .
با مقايسة مي توان دريافت كه مطالب ذكر شده در مورد فرآيند اول صحت دارد . زيرا اگر را مساوي بدانيم حاصل آن باعث به وجود آمدن مقدار 58/0 براي خواهد بود و آن نشان دهندة اين مطلب است كه وجود تعداد قابل ملاحظه اي از يونهاي فلوئوريد در محلول ذكر شده در کنار مولكول هاي HF ، تشكيل يون جديد را خواهد داد و اين واكنش نسبت به واكنش تركيب با زودتر صورت خواهد گرفت آنهم در حضور غلظت بسيار زياد مولكول هاي آب در محلول .
در سيستم هاي هالوژني از نوع HX / H2O كه مادة مورد نظر ما هم در آن قرار دارد ، تنها تعادل فازي بين مايع و جامد قابل اهميت است در حالي كه بين فـاز مايـع و گـاز نيـز يك تعـادل ديگر موجود مي باشد . هنگامي كه محلول هاي آبكي و رقيق HX را داريم ، گرم كردن تا نقطة جوش باعث مي شود تا غلظتHX در بخار نسبت به فاز مايع كمتر شود بنابراين غلظت مولكول هاي HX در مايع همزمان با بخار شدن آب افزايش خواهد يافت و همچنين با انجام اين عمل نقطة جوش فاز مايع نيز به دليل افزايش مولكول هاي HX در آن فاز ، نسبت به قبل از وقوع تبخير ، افزايش پیدا مي نماید .
 اين افزايش غلظت مولكولهاي HX در محلول و نيز به دنبال آن افزايش نقطة جوش ، تا نقطه مشخصی ادامه مي يابد و پس از آن عليرغم افزايش غلظت ، دماي جوش همچنان ثابت باقي خواهد ماند . اين مخلوط با رسيدن به اين نقطه ، آزئوتروپ ناميده مي شود .
پديدة مذكور در شكل بعد به نمايش گذاشته شده است . با افزايش فرآيند تبخير و پس از طي شدن نقطة آزئوتروپ غلظت در مايع كاهش يافته و مقداري از HF تبخير مي شود . در نتيجه دماي جوش مايع كاهش مي يابد و اين عمل آنقدر ادامه پیدا می کند تا دوباره نقطة دوم شكل گيـرد : با توجه به شكل فوق و همچنين مطالب ذكر شـده مي توان عنوان نمود كه دماي جوش محلول آب و HF ، بستگي به غلظت HF در آن دارد .
 نقاط جوش و آزئوتروپ تركيبات هالوژن در جدول (1-5 ) آورده شده است : از طرف ديگر ، نقطة جوش و تركيب آزئوتروپ هر دو با فشار تغيير مي يابند و اين تغييرات براي تركيب HCl در جدول ( 6-1 ) آورده شده است . چنين رخدادي آشكارا مي تواند نشان دهد كه با تبخير مي توان نقطة آزئوتروپ را به هم نزديك نمود .
 به هرحال آنها يك معني را مي رسانند و آنهم اينكه بهترين محلول ، با تركيب درست و دقت در حين تهيه كردن به دست خواهد آمد .

برگرفته از كتاب ( بررسي توليد و انتشار سم HF در فرآيند غني سازي اورانيوم )