تشریح فرآیند غنی سازی اورانیوم توسط سانتریفوژ

خوراك هگزا فلوئوريد اورانيوم كه جهت فرآيند غني سازي توسط سانتريفوژ ، به كارخانه آورده مي شود ، مي تواند توسط سيلندرهاي X 48 يا Y 48 به واحد تامين خوراك كارخانه آورده شود .

واحد تغذية كارخانه از سه قسمت اصلي و يك واحد حمل و نقل تشكيل مي گردد .
سيلندرهاي مذكور شامل مادةUF6 در فاز گازي شكل مي باشد كه به مركز خوراك كارخانه آورده مي شود .
جدول ( 2-4 )- مقایسه روشهای مختلف جداسازی از نظر میزان

 Separation technology Field of use Production per year Cost Electromagnetic (mass-spectroscopy effect) universal tens of grams high Chemical & phys. processes (rectification, chem. exchange etc) light elements tons low Gas diffusion elements forming gas compounds thousands of tons middle Gas centrifuge elements forming gas compounds thousands of tons low Laser (optical) separation elements having isotope shift of spectrum lines kilograms middle Plasma ion-cyclotron effect (under developing – the USA, Russia) universal hundreds of kilograms middle

پس از عمليات غني سازي در سالن زنجيره و يا در واقع واحد آبشار ، محصول به همراه پسماند توليد شده از سالن زنجيره خارج و براي انجماد سازي به سالن مربوطه هدايت خواهد گرديد . در اين واحد نيز محصول به شكل جامد در مخازن مربوطه جمع آوري خواهد شد .
 مخازن محصول پس از تعيين و كنترل وزن و ميزان غناي اورانيوم جهت تبديل به اكسيد اورانيوم و ميلة سوخت به كارخانة سوخت هسته اي انتقال داده خواهد شد . فرآيند ذكر شده بطور خلاصه شامل مراحل آورده شده به شكل زير است : محصول غنی شده سالن غنی سازی مرکز حمل محصول مرکز انجماد سازی واحد مرکز خوراک اورانیوم طبیعی محصول تهی شده به شکل UF6 در حقيقت وظيفة اصلي واحد تغذيه خوراك ، تهيه و آماده سازي UF6 براي سالن زنجيره و يا در اصطلاح خود تـالار آبشـار مي باشد . اين خـوراك مي تواند توسط سيلندرهاي X 48 و يا Y 48 به سالن زنجيره انتقال پيدا نمايد .

در جدول ( 2-5 ) مشخصات سيلندرها و ساير اجزاء مورد نياز در طي فرآيند آورده شده است .

 2-5-1- قسمت تغذية خوراك خوراك اورانيوم بايد هنگام ارسال به سانتريفوژها داراي فشار پاييني جهت جداسازي ايزوتوپها در فرآيند باشد . مخزن نگهداري اورانيوم در داخل مخازن بزرگتري به شكـل استوانـه افقي قرار دارند كه اين مخـازن را اتوكـلاو مي نامند .
مخزن اتوكلاو به گونه اي ساخته مي شود كه از هرگونه نفوذ رطوبت به داخل آن جلوگيري شده و جهت اطمينان كار ، هواي داخل آن نيز تخليه شده و نيتروژن به جاي آن تزریق مي شود . با تنظيم دما و فشار داخل اتوكلاو ، هگزا فلوئوريد اورانيوم به حالت گازي شكل در مي آيد . البته بايد در نظر داشت كه اين فشار همچنان براي واحد غني سازي مناسب نبوده و بالاتر از مقدار مورد نياز مي باشد .
براي كاهش فشار گاز UF6 و ارسال آن به سالن زنجيره ، از شير كاهندة فشار استفاده خواهد گردید . يك مخزن ديگر نيز جهت كاهش نوسانات خوراك در فرآيند مورد استفاده واقع مي شود .
براي تبديل حالت جامد UF6 به حالت گازي ، بايد دماي سيلندر x 48 و يا y 48 در داخل اتوكلاو افزايش پيدا نمايد ، لذا براي تامين اين خواسته از اتوكلاو استفاده مي شود . مي توان با تنظيم دماي نيتروژن اطراف مخزن x 48 داخل اتوكلاو به حرارت مورد نظر دست يافت و چون دما با فشار رابطه مستقيم دارد ، بايد در نظر داشت كه افزايش دما باعث افزايش فشار خوراك نیز مي شود كه بدين جهت از كاهندة فشار استفاده خواهد گردید .
دستگاه سانتريفوژ همانگونه كه در قسمت هاي قبل گفته شد ، داراي يك راندماني مي باشد كه با ميزان خوراك و نيز ارتفاع دستگاه و سرعت دوراني آن وابسته است . يك نکته ديگر را هم بايد به آن اضافه نمود و آن اين است كه : دما نيز در اين فرآيند تاثير خواهد گذاشت . زيرا باعث تغيير در جرم حجمي گاز و نيز ساير نيروها در درون سانتريفوژ مي شود .
 جدول ( 2-5 )- مواد و مشخصات اجزاء سيستم

حداقل ضخامت ديواره ضخامت اسمي ديواره مواد وسايل mm 7/12 mm 16 كربن استيل A S T M A 516 سيلندرهاي UF6 (Y 48 وX 48 ) mm 8 mm 7/12 كربن استيل A S T M A 516 سيلندر محصول UF6 ( B30 ) 6/1mm 6/1 mm مونل / نيكل ASTM B162 بطري نمونه گيري ( s 1) 6/1mm mm 8/2 مونل / نيكل بطري نمونه گيري (s 2) not applicable mm 7/3 آلومينيوم و استينلس استيل لوله هاي محل عبور UF6 not applicable بيشتر ازmm 7/3 آلومينيوم و استينلس استيل شيرهاي UF6 not applicable mm 8 استینلس استيل تله هاي خنك كننده

 اورانيومي كه توسط كانتينر شماره x48 به واحد خوراك حمل مي شود ، داراي 711/0 درصد ايزوتوپ اورانيوم 235 مي باشد . اين ماده بصورت جامد بوده و در فشار پايين تر از اتمسفر و در دماي محدودي درون كانتينر نگهداري مي شود .

جدول ( 2-6 )- خلاصه برخی از مشخصات اتوکلاو
شکل ( 2-13 )

 Design parameters Main dimensions Design pressure Design temperature Operating Tmax Material UF6 bottles to be handled 6 bar abs./vacuum 130 °C 110 °C carbon steel 48Y, 30B Length Length with the rail Height Width Total weight 6320 mm 11500 mm 2800 mm 3620 mm 6700 kg

فشار خوراك توسط كاهش دما پايين آورده خواهد شد .
در قسمت خوراك موادي كه بايد تحت كنترل و بررسي قرار داشته باشند شامل :
1 – دماي مخزن UF6 : كه بايد در حدود 70 درجة سانتيگراد تنظيم گردد و در اين دما ، فشار تعادل معادل 8/1 بار ، خواهد بود پس از خروج گاز از مخزن و انتقال به سالن زنجيره ، فشار گاز درون سيلندر كاهش پيدا مي نمايد و مي توان با تامين حرارت مورد نياز ، مقداري از مايع درون مخزن را تبخير نموده و بدين ترتيب جريان ثابتي را به بيرون هدايت نمود .
2 – فشار مخزن تنظيم : فشار مخزن تنظيم كننده ، دقيقا هم اندازة فشار خروجي شير كاهنده است كه بايد در محدودة مورد نظر تحت كنترل باشد .

 2-5-2- قسمت غني سازي كار اصلي اين واحد ، جـداسازي ايزوتوپها از يكديگر است و خوراك ورودي به اين قسمت پس از طي عمليات جـداسازي به دو خروجـي تبـديل مي شود : ي
كي محصول دلخواه و
ديگري محصول حاوي اورانيوم تهي شده از ایزوتوپ 235 .

سپس اين دو محصول جهت فرآيند انجماد سازي به قسمت مورد نظر انتقال داده مي شوند . اورانيوم 235 داراي 3 نوترون كمتر از اورانیوم 238 است كه اين اختلاف وزن ناشي از تفاوت نوترونها ، عامل جداسازی در دستگاهي است كه روتور ناميده مي شود . روتور يك استوانة آلومينيومي شكل است كه با سرعت بالا در حالي كه خوراك به خط مركزي آن يعني محور استوانه تزريق مي شود مي چرخد در اين هنگام بدليل سرعت بالاي روتور ، ايزوتوپها كه تحت نيروي گريز از مركز قرار دارند به طرف ديواره حركت مي نمايند .

چون اورانيوم 238 سنگين تر از اورانيوم 235 است ، لذا غلظت آن در نزديكي ديواره بيشتر خواهد بود و در نتيجه با نزديك شدن به خط محوري استوانه ، غلظت 235 بيشتـر از 238 ميگردد .

 شكل ( 2-10 )- شكل مخزن UF6

با توجه به آنچه ذكر شد اين دو ايزوتوپ مي توانند از دو قسمت كه يكي نزديكي ديواره و ديگري در نزديكي محور مي باشد از سانتريفوژ خارج شوند . چنانچه در قبل نيز اشاره شد ، قبل از گازدهي بايد سيستم در وضعيت خلاء قرار گرفته باشد و هنگامي كه شير مخزن حاوي UF6 باز مي شود ، اين گاز با فشار 8/1 بار ، وارد يك شير كنترل سرعت جريان خواهد گردید كه قبل از كاهندة فشار قرار گرفته و داراي يك پس خـور مي باشـد . از آنجائيـكه ماشين هاي سانتريفوژ بر روي سرعت جريان حساس مي باشند ، اين جزء نيز بايد بوسيلة دبي سنج ديگري بعد از كاهنده فشار و قبل از ارسال به واحد آبشار كنترل گردد . كاهش فشار در واحد خوراك ، در يك و يا دو مرحله انجام خواهد گرفت و يك تانك تنظيم كننده جريان نيز در بالاي مسير جريان اتوكلاو جهت هر شير كاهنده فشار قرار داده شده است .

 شکل ( 2-11 )- نمایی از یک اتوکلاو افقی

شکل ( 2-12 )- حمل و نقل مخازن UF6

شکل ( 2-13 )- نحوه قرار گرفتن و اتصالات اتوکلاو افقی

 مشخصات اتوکلاو بكار رفته در شکل فوق به قرار ذیل می باشد : • اندازه هاي طراحی شامل : فشار طراحی : 6 بار مطلق / خلاء دمای طراحی : 130 درجه سانتیگراد حداکثر دمای کارکرد : 110 درجه سانتیگراد جنس : کربن استیل ظروف حامل UF6 : 48Y , 30B • اندازه های اصلی طول :6320 میلیمتر طول با احتساب ریل : 11500 میلیمتر ارتفاع : 2800 میلیمتر عرض : 3620 میلیمتر وزن کل : 6700 کیلوگرم

شکل ( 2-14 )- نمایی از سیلندر UF6 که در اتوکلاو قرار دارد

 شکل ( 2-15 )- نمایی از یک اتوکلاو عمودی

 شکل ( 2-16 )- نحوه قراردادن مخازن UF6 در اتوکلاو

تجهیزات بکار رفته در اتوکلاو افقي شامل : • درب اتوکلاو و آب بندی باز و بسته شدن درب این نوع اتوکلاو ، تحت فشار هوای 6 بار با تامین فشار لازم از یک کمپرسور صورت می گیرد .

 شکل ( 2-17 )- نمایی از نحوه قرار گرفتن سانتریفوژ

شکل ( 2-18 )- نمایی ديگر از نحوه قرار گرفتن سانتریفوژ

• سیستم تامین حرارت المنتهای الکتریکی با خروجی 160 کیلووات برای تامین دما و حرارت مورد نیاز بکار می روند . این المنتها بطور مارپیچ بدور اتوکلاو و داخل آن بین جداره قرار گرفته اند .

• خنک کننده حلقه خنک کننده با پره های بکار گرفته شده بر روی لوله های آن همانند المنتها بدور اتوکلاو قرار داده شده و بهمراه المنتها کار تنظیم دما را بر عهده خود دارد . مواد مورد استفاده در لوله های سیستم خنک کننده ، آهن 40 DN می باشد . شکل ( 2-19 )- نمای بالایی و لوله های متصل به سانتریفوژ
• توزین در اتوکلاو مورد بحث ، 4 عدد سنسور الکترونیکی برای اندازه گیری وزن بکار رفته است .
• تجهیزات نمونه گیری اتوکلاو میتواند مجهز به وسایل لازم جهت اندازه گیری نمونه های لازم از UF6 باشد . شکل ( 2-20 )- شماي فرآیند غنی سازی
• سیستم گردش هوا یک فن در اتوکلاو در بین المنتها و سیستم خنک کننده جهت تبادل دما و یکنواخت کردن آن در داخل اتوکلاو قرار گرفته است . در این فن یک تسمه موتور را به محور چرخشی متصل می نماید . شکل ( 2-21 )- اتصال سانتریفوژ به زمین
 • چرخش ، محورها و لوله فلزی مخزن UF6 در مدت انتقال UF6 ، مخزن مربوطه می تواند تا حدود 150 درجه چرخش نماید و این کار معمولا بطور دستی صورت می گیرد . بدین منظور لوله های انعطاف پذیر بکار برده خواهد شد . برای بستن درب اتوکلاو نیز از چرخ دنده های مخصوصی استفاده می شود .

شکل ( 2-22 )- شکل سانتریفوژ جریان مخالف

• بالابر و ریل برای انتقال مخزن UF6 به داخل اتوکلاو از یک بالابر مخصوص روی ریل که می تواند شامل مشخصات زیر باشد استفاده خواهد گردید : قدرت الکتریکی موتور : 5/1 کیلو وات سرعت انتقال : 5 متر در دقیقه حداکثر فاصله انتقال : حدود 32 متر وزن بالابر : 700 کیلو گرم وزن پایه برای مخزن 30B : 450 کیلوگرم

شکل ( 2-23 )- سالن زنجیره سانتریفوژ

 • عایق بندی حرارتی مواد عایق بندی از نوع SFS 3976-60M1.2-0 , 5P5 می باشد . 60 میلیمتر از پشم و شیشه بهمراه PVC و نیز ورق استیل به ضخامت 5/0 میلیمتر . در هر سانتريفوژ سه خط لوله قرار گرفته است كه در بالاي آن بوده و يكي براي محصول دلخواه و ديگري براي محصول تهي شده و سومي هم براي خـوراك ورودي به سانتريفـوژ مي باشد .
هر سه اين خطوط توسط شيـر به روتـور متصل هستنـد تا در صورت نياز مثلا : هنگام آسيب ديدگي بتوان جريان گازها را قطع نمود . علاوه بر سه قسمت قبلي ، يك لوله نيز نصب شده است تا در صورت نياز بتوان گاز موجود در سانتريفوژ را تخليه نمود . با توجه به چهار قسمت ذكر شده در بالاي هر روتور ، بايد چهار شير نيز در نظر گرفته شود كه قبل از اتصال هر يك از قسمتهاي مذكور به روتور در مسير آن براي قطع و وصل جريان گاز قرار بگيرد . فرآيند جداسازي در واحد غني سازي زنجيره اي ، در فشار پايين كار مي كند و چون حتي مقدار كمي از ناخالصي ، اثر نامطلوبي بر روي روتورها خواهد گذاشت ، لذا يك قسمت خالص سازي بايد با دقت ، كار خلوص را به انجام برساند . همانگونه كه از مطالب آورده شده در قبل معلوم مي گردد ، كار اين روتورها بر اساس اختلاف وزن موجود بين ايزوتوپها مي باشد .

شکل ( 2-24 )- مراحل فرآیند فرآوري و غني سازي اورانيوم خوراك تازه از 711/0 درصد اورانيوم 235 تشكيل شده است كه بايد به حدود غناي 4 تا 5 درصد براي سوخت مورد تقاضا برسد . از آنجائيكه به علت اختلاف وزني ناچيز اين دو ايزوتوپ ، رسيدن به غناي مورد نظر با استفاده از يك روتور مقدور نيست ، بنابراين از يك زنجيره از سانتریفوژها كه بطور سري قرار گرفته اند استفاده خواهد شد .
فاكتور جداسازي براي روتور براساس درصد وزني 235 به 238 در محصول بدست آمده از آن ، متناظر با سرعت خوراك ورودي معلوم مي باشد . اين فاكتور بوسيلة كه بين 18/1 تا 2/1 مي باشد ، نمايش داده مي شود .
در هرحال هر روتور اين درصد را افزايش خواهد داد و با توجه به فاكتور 2/1 براي هر روتور بخوبي مي توان دريافت كه براي رسيدن به غلظت مورد نظر بايد تعداد زيادي دستگاه سانتريفوژ بطور سري كار كنند و با ارسال محصول هر مجموعه از روتورها به روتورهای بعدي و نيز بازگشت اورانيوم تهي شده از هر مجموعه روتور به روتورهای قبلي ، به درصد مورد نياز دست خواهيم يافت . در واقع يك زنجيره از روتورها ، غنا در محصول را تا 5 درصد و نيز ميزان 235 در پسماند را به حدود 2/0 درصد خواهد رسانيد .

 2-5-3- واحد جامد سازي در قسمت جامد سازي ، محصول و پسماند بدست آمده از واحد غني سازي ( سالن زنجيره ) ، بطور جداگانه در دو مخزن نگهداري مي شود و اين عمليات طي دو مرحله صورت خواهد پذيرفت :

 2-5-3-1- مرحلة اول : جمع آوري گاز خروجي گاز خروجي از سالن زنجيره در يك تله خنك كننده در دماي پايين منتقل شده و پس از انتقال حرارت بين گاز ورودي به تله و نيز جدارة آن ، دماي گاز پايين آمده و به شكل جامد در خواهد آمد . براي خنك نمودن تله ، از نيتروژن مايع استفاده مي شود و براي حذف انتقال حرارت با محيط اطراف ، تله بايد بطور كامل و مناسب عايق بندي شود . براي اينكه بتوان پس از پرشدن تلة خنك كننده ، عمليات ذخيره سازي را ادامه داد ، از دو تله بصورت موازي استفاده خواهد شد و در اين هنگام شير نصب شده بر سر راه ورود گاز به تله ، جريان را به تله دوم هدايت مي نمايد.

 2-5-3-2- مرحله دوم : تبديل هگزا فلوئوريد جامد به مايع و نگهداري در مخازن مربوطه در اين مرحله دماي تله خنك كننده توسط بخار و يا آب گرم بالا خواهد رفت . به هرحال بايد در نظر داشت كه : با افزايش دما ، فشار گاز نيز افزايش يافته و در هر دمايي تعادلي بين فاز مايع و گاز بوجود خواهد آمد . در اين زمان شير خروجي تله باز شده و مايع UF6 از پايين تله ، به مخزن جمع آوري فرستاده مي شود و در مخزن ، بصورت جامد در خواهد آمد . بوسيلة يك ردياب الكتريكي كه در مسير جريان مايع تا مخزن نگهداري قرار گرفته است ، كل مسير تحت كنترل قرار مي گیرد تا احيانا مايع UF6 بصورت جامد در خط لوله ظاهر نشده و باعث قطع جريان در مسير نگردد .

 2-5-3-3- وسايل مورد استفاده جهت جامد سازي با توجه به محصولات توليدي در سالن زنجيره و مواد باقيمانده از فرآيند غني سازي 6 تله مورد نياز خواهد بود كه براي محصول دلخواه و تهي شده هر كدام دو تله و نيز دو تله هم براي پسماند ( مواد باقیمانده در مواقعی که دستگاه از کار افتاده و نیاز به بازسازی دارد ) در نظر گرفته مي شود .

از آنجائيكه فشار گاز خروجي از سالن زنجيره حدود 5 ميلي بار است ، پس از ورود به تله خنك كننده و تبديل به فاز جامد از حجم ماده كاسته شده و بدين ترتيب با ايجاد كاهش فشار و خلاء ، باعث مي شود تا گاز انتقال يافته به داخل تله مكش شود . گاز UF6 پس از ورود به تله هاي خنك كننده و با افت حرارتي در آن تله ها ، ابتدا به مايع و سپس در فشار و دماي تعادل ، به فاز جامد تبديل خواهد شد و با توجه به اينكه مقدار محصول مورد نياز در مقايسه با اورانيوم تهي شده حجم بسيار كمتري را دارد ، لذا مخزن انباشت آن نيز می تواند كوچكتر باشد .
در قبل ذكر شد كه : تله خنك كننده به يك پمپ خلاء وصل مي باشد و چون گاز خروجي از تله داراي UF6 است و هنگام آسيب ديدگي پمپ ، ممكن است به محيط نشت پيدا كند ، لذا يك تله شيميايي در مسير خنك كننده با پمپ قرار گرفته است . تله شيميايي از NaF و يا NaOH انباشته شده است كه با ايجاد كمپلكس با UF6 باعث عدم نشت آن به محيط مي شود .

2-5-3-4- روش جامد سازي قبل از ورود گاز به تله خنك كننده ، تله هاي مورد استفاده بايد داراي خلاء كافي جهت فرآيند مربوطه باشند كه اين عمل توسط پمپ هاي خلاء انجام مي گيرد . پس از خلاء نمودن ديواره تله ، اتانول بين اين جداره تزريق شده و سپس نيتروژن مايع به دور جداره فرستاده مي شود . پس از ورود گاز UF6 به تله و تماس با ديواره ، انتقال حرارت صورت گرفته و با سرد شدن گاز UF6 فشار آن نيز كاهش پيدا مي نمايد . در ابتداي كار و قبل از انجماد گاز UF6 ، ميزان افت فشار ناچيزی ایجاد مي شود اما پس از ايجاد كريستالهاي جامد UF6 ، دما و فشار كاهش محسوسي پيدا خواهد نمود . مجموعه پوسته خنك كننده بايد بتواند UF6 را سرد و جامد نمايد .
دما براي اين فرآيند حدود 100- درجه سانتيگراد مي باشد و با تنظيم جريان نيتروژن ، كنترل خواهد گرديد . چنانچه دما كاهش يابد باعث مي شود تا الكل موجود منجمد شده و در انتقال حرارت اختلال ايجاد گردد . موقعي كه تمام سطح بستر تله خنك كننده از بلورهاي UF6 پوشيده شد ، به دليل ايجاد مقاومت حرارتي ، راندمان كار پايين خواهد آمد كه در اين مرحله گاز به تله دوم كه از قبل تدارك ديده شده است هدايت مي شود . پس از قطع جريان گاز تله اول ، جريان نيتروژن نيز قطع خواهد شد و پس از قطع جريان نيتروژن ، بدليل انتقال حرارت جابجايي طبيعي ، دماي مخزن مقداري بالا مي رود و بعد از آن نيز الكل توسط شير تعبيه شده از مخزن خارج مي گردد .
بدليل عايق بندي مخزن مذكور ، حرارت به ميزان ناچيزي وارد تله خواهد شد ، در ضمن از آنجائيكه مقداري الكل پس از خروج آن ، در بين جداره باقي مانده است لذا براي خارج كردن آن ، از نيتروژن استفاده مي شود كه خود باعث افت دما در تله خواهد شد . جريان نيتروژن باعث خروج الكل از مجـاري شده و چـون نمي خواهيـم به محيط بيرون سرايت نمايـد لذا آنرا به فاضلاب هدايت مي نماييم . پس از اطمينان يافتن از خروج الكل از جداره و اينكه دما به حد كافي افزايش يافته است ، جريان گرم را به درون جداره خواهيم فرستاد . جريان گرم بايد دماي مخزن را افزايش دهد .
بدليل محدود بودن حجم مخزن و نيز بسته بودن شيرهاي خروجي ، افزايش دما باعث افزايش فشار گاز شده و در دماي معين ، تعادلي بين دو فاز جامد و گاز ايجاد خواهد شد . در دماي 64 درجه سانتيگراد و فشار 5/1 بار ، هگزا فلوئوريد اورانيوم جامد ، شروع به ذوب شدن مي نمايد كه اين دما ، نقطه تعادل سه گانه فازها خواهد بود و تا همه جامد به مايع تبديل نشده است ، دماي مخلوط افزايش پيدا نخواهد نمود . مخازني كه UF6 خارج شده از تله هاي خنك كننده را نگهداري مي كنند ، بايد قبل از ورود UF6 به درون آنها ، توسط شستشو و نيز تميز نمودن همه آلودگيهاي احتمالي ، آماده سازي شده باشند و پس از خشك نمودن بايد آنرا تحت خلاء درآورده ، فشار خلاء نيز 1 اتمسفر باشد . بنابر اين چنانچه 10 درصد از حجم مخزن خالي باشد ، فشار خلاء آن بايد حدود 100 ميلي بار و يا 10 كيلو پاسكال باشد .
 يعني فشار خلائي معادل 100 ميلي بار كفايت مي نماید . پس از آماده سازي مخزن نگهداري ، آنرا در نزديك تله خنك كننده و در پايين دست آن قرار مي دهند . سپس خروجي تله توسط يك خط لوله به شير مخزن هدايت خواهد گرديد . دماي اين خط لوله بايد حدود 80 درجه سانتيگراد ثابت باقي بماند تا مانع از انجماد UF6 شود . پس از باز كردن شير رابط ، جريان UF6 مايع ، وارد مخزن شده و با پايين آمدن فشار آن ، به گاز تبديل خواهد شد . لذا مخزن بايد مجددا تا دماي محيط خنك شود . پ
س از اين مرحله و كاهش فشار كه باعث گازي شدن UF6 مي گردد و نيز كاهش دماي مخزن ، همزمان با انجماد UF6 تعادلي بين فاز جامد و گاز ايجاد خواهد شد و اين اتفاق در دماي 20 درجه سانتيگراد و فشار 1/0 بار صورت مي گيرد . پس از ورود همة مايع به مخزن ، فشار تله خنك كننده به 1/0 بار كاهش پيدا مي نمايد كه اين مسئله ، خود نشان دهنده تخليه شدن تله خنك كننده خواهد بود . در اين زمان شير خروجي تله و نيز ورودي مخزن بسته شده و از آن جدا مي شود .
با تخليه يك تله خنك كننده ، مخزن نگهداري پر نشده و بايد تا مرتبه بعدي بارگيري از تله بعدي ، در دماي 25 درجه و فشار 1/0 بار نگهداري شود زيرا در اين دما و فشار ، مايع UF6 به راحتي مي تواند جريان داشته باشد . بعد از بستن شير خروجي ، تله خنك كننده پر از گاز UF6 در دماي 80 درجه سانتيگراد خواهد شد و اين گاز بايد قبل از مرحله بعدي جامد سازي خنك شود . البته بستن شير خروجي خود باعث مي شود تا در مرحله بعدي ايجاد خلاء در تله ها ، از افت انرژي خلاء سازي جلوگيري شود . قبل از باز كردن شير پسماند ، جريان گرم بسته خواهد شد و هواي فشرده به جاي آن تزريق شده ، در نهايت الكل بين جداره فرستاده خواهد گرديد .
در اين هنگام شير بسته مي شود . سپس نيتروژن مايع نيز پيرامون آن تغذيه خواهد شد . نظر به اينكه فشار تله در حدود 1/0 بار است ، پس از سرد شدن تله در 20 درجه سانتيگراد ، گاز UF6 شروع به جامد شدن نموده در نتيجه فشار كاهش خواهد يافت . همة UF6 در دماي 70- درجه سانتيگراد جامد خواهد شد و بنابراين باز هم فشار كاهش مي يابد و در اين زمان شير پسماند مي تواند باز شود . مواردي كه بايد در طول اين فرآيند تحت كنترل قرار داشته باشد شامل : سرعت جريان نيتروژن مايع و سيال گرم بخار مي باشد . نيتروژن در اطراف پوسته ، بايد در دمايي حدود 100- درجه جريان داشته و چنانچه دما در كمتر از اين مقدار تنظيم شود ، همان گونه كه قبلا ذكر شده است ، باعث انجماد الكل و در نتيجه كاهش انتقال حرارت خواهد گرديد . دمايي كه براي كنترل محاسبه مي شود مي تواند ، دماي ديواره و يا دماي خود الكل باشد .
سرعت جريان بخار نيز بايد به گونه اي تحت كنترل قرار گيرد كه دمايي در حدود 80 تا 90 درجه سانتيگراد را ايجاد نمايد . در هرحال بايد در نظر داشت كه فشار و دما وابسته به يكديگر بوده و با افزايش هر كدام تحت شرايط ثابت از نظر حجم ، ديگري هم افزايش پيدا خواهد نمود و با توجه به وابستگي اين دو گزينه نسبت به يكديگر ، فشار حدود 3/2 تا 5/3 اتمسفر قرار خواهد داشت .

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



روش سانتریفوژ در فرآیند غنی سازی اورانیوم

روش جداسازي توسط سانتريفوژ از حدود يكصد سال پيش آغاز شده است . . .

 در سال 1919 اين روش جهت جداسازي گازها مورد استفاده قرار گرفت و جهت حذف حركات لرزشی و جريان انتقال حرارت بين محيط و خود سانتريفوژ ، بايد در خلاء مورد استفاده واقع گردد .
در اين ميان جهت غني سازي اورانيوم ، شرط اصلي اين است كه در روش سانتريفوژ ، مادة اورانيوم بصورت گازي شكل درآيد . چون تنها فلوئور داراي يك ايزوتوپ پايدار است ، لذا در تركيب با انواع ايزوتوپ هاي اورانيوم به صورت هگزا فلوئوريد اورانيوم ، داراي شكل گازي بوده علاوه بر اين با توجه به تك بودن ايزوتوپ فلوئور ، در تركيب با ايزوتوپ هاي متفاوت اورانيوم داراي وزن مولكولي متفاوت خواهد بود و بدين سان قابليت استفاده در دستگاه سانتريفوژ را پيدا می نماید .
در سال 1930 از سانتريفوژهاي با جريان همسو استفاده مي شد و در اين حالت مادة تغذيه شده به دستگاه ، از درون لوله اي كه در مركز درپوش بالايي سانتريفوژ قرار دارد وارد شده و پس از اعمال نيرو بر آن ، مولكولهاي سبك به اطراف محور مركزي و مولكولهاي سنگين بيشتر به طرف جدارة دستگاه حركت مي نمایند و توسط مجـراهايي كه براي خروج آن در نظـر گرفتـه شده است از سانتريفـوژ خارج مي گردند . چنين دستگاههايي داراي دو نقص عمده بود :
يكي بازده كم و
ديگري خارج كردن مولكولهاي سبك از محور آن زيرا در اين قسمت فشار كم مي باشد . ف

رآيند غني سازي توسط سانتريفوژ در اروپا نيز از حدود 30 سال پيش آغاز شده است و كشور ما ايران هم در چند سال اخير به اين سمت حركت نموده است و با توجه به تجربة ساير كشورها و امكانات خود در اين زمينه تلاش فراواني را آغاز نموده تا به اين صنعت پيشرفته دنيا دست پيدا نمايد .

شکل ( 2-3 )- قسمتهای مختلف سانتریفوژ

مشكلات موجود در مورد دستگاههاي جريان همسو باعث شد تا روش ديگري كه جريان مخالف نام دارد ، ابداع شود . در اين دستگاه خوراك اورانيوم از ميان محور چرخشي وارد شده و با حركت در طول محور و جداره ، در دو جهت مختلف موجب اختلاف غلظت ايزوتوپ ها در طول محور مي گردد . در نتيجه مي توان ايزوتوپ هاي سبك و سنگين را در دو انتهاي محور و در نزديك جداره برداشت نمود . چون فشار در كنار ديواره زياد است ، لذا خروج محصول و ايزوتوپ سبك مشكلي را بوجود نخواهد آورد .

شکل ( 2-4 )- نمای درونی یک سانتریفوژ

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




روش لیزر در فرآیند غنی سازی اورانیوم

روش ليزر جهت جداسازي ايزوتوپ ها ابتدا در دوران جنگ جهاني دوم در ابتدا مورد استفاده قرار گرفت . اگر بخواهيم در بين همة روشهاي غني سازي ، این روش را مورد مقايسه قرار دهيم ، باید اذعان نمود که : نسبت به ديگر روشها توفيق زيادي را بدست نياورده است . قابليت تنظيم طول موج در ليزرهاي رنگي ، امكان استفاده از اين روش را براي جدا سازي ايزوتوپ هاي مختلف يك عنصر ايجاد كرده است . جابجايي بينابي ايزوتوپ هاي هر عنصري از جمله اورانيوم ، اساس جداسازي در روش ليزر را تشكيل ميدهد . دو نوع متفاوت جدا سازي با ليزر وجود دارد يكي جداسازي اتمي و ديگري جداسازي مولكولي . براي جداسازي در روش اتمي ، فرآيند يونش فوتوني چند مرحله اي بكار گرفته شده و در حين اين مراحل ، بخار اورانيوم با ليزرهاي با طول موج متفاوت يونيزه مي شود و سپس اتمهاي مورد نظر به روش الكترومغناطيسي جذب خواهند گرديد . علت استفادة چند مرحله ای در فرآيند جداسازي اتمي ، محدوديت بازده ليزرهاي رنگي قابل تنظيم مي باشد . در روش جداسازي مولكولي از فرآيند هاي فاز گازي استفاده شده و از فاز هاي مايع و جامد كه در آنها اثر ايزوتوپي تحت تاثير گستردگي خطوط انرژي بيناب قرار مي گيرد اجتناب گرديده است .




فرآیند جت در غنی سازی اورانیوم

در اين روش كه توسط بكر ( Backer ) در آلمان توسعه يافته و به مرحلة نيمه صنعتي رسيد ، از روش نيروي گريز از مركز بصورت آئروديناميكي استفاده ميشود . در اين فرآيند مادة اوليه مركب از 5% UF6 و 95% هيدروژن است . قطر دايره 1/0 ميليمتر و سرعت گاز در سطح دايره 3 برابر سرعت صوت و فاكتور جدا سازي در هر مرحله 02/1 مي باشد . اين روش بدليل مصرف زياد انرژي ، مورد استفاده قرار نگرفته است . جدا سازي ايزوتوپ ها به اين ترتيب صورت مي گيرد كه : هر دو نوع ایزوتوپ ، با سرعت زياد از سطح دايره اي شكل عبور كرده و در قسمت انتهايي آن از هم جدا مي شوند .




روش پخش گازی در فرآیند غنی سازی اورانیوم

اگر محفظه اي را در نظر بگيريم كه از گازهاي يك ماده با ايزوتوپهاي مختلف پر شده باشد و از نظر دما شرايط يكساني را براي همة مولكولهاي گاز ايجاد نماييم بطوريكه در تعادل با دماي محيط باشد ، لذا با توجه به بقاي جرم و انرژي ، انرژی جنبشي تمام مولكولهاي گاز يكسان خواهد بود . حال آنكه سرعت مولكولهاي سبك و سنگين تفاوت خواهند داشت . مولكولهاي سبك تر سرعت بيشتري داشته و تعداد برخوردهاي زيادتري را با جدارة ظـرف انجـام مي دهند . اين مسئله باعث شده تا روش ديگري جهت جداسازي ايزوتوپها كشف و مورد استفاده قرار گيرد . اين فرآيند كه بنام فرآيند پخش گازي مرسوم است در سال 1846 توسط گراهام كشف و معرفي گرديد . شرط افزايش راندمان و جلوگيري از برخورد مولكول ها با يكديگر كه مانع از برخورد با جداره و عبور از منافذ جداره مي شود ، آن است كه : قطر منفذ هاي در نظر گرفته شده در جدارة ظرف از مسافت آزاد متوسط بيشتر نباشد .




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 )



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 )