Pengayaan uranium

Halaman ini tentang proses pengayaan. Untuk zat terproduski oleh proses ini lihat halaman uranium yang diperkaya.

Perbedaan antara uranium-238 (biru) dan uranium-235 (merah) yang ditemukan di alam dengan uranium yang telah diperkaya

Pengayaan uranium adalah proses fisika pemisahan isotop yang menghasilkan uranium dengan persentase komposisi uranium-235 (ditulis ²³⁵U) yang lebih tinggi dari uranium murni. Uranium murni mengandung sekitar 99,28% isotop ²³⁸U, 0,71% isotop ²³⁵U, dan sisanya berisi isotop ²³⁴U.^[1] Isotop ²³⁵U adalah satu-satunya nuklida yang bersifat fisil dengan neutron termal.^[2]

Pengayaan uranium adalah komponen penting dalam pembangkit listrik tenaga nuklir dan senjata nuklir. Badan Tenaga Atom Internasional mencoba memonitor dan mengontrol proses dan produksinya untuk memastikan keamanan pembangkitan energi nuklir dan mencegah proliferasi nuklir.

Selama Proyek Manhattan dilaksanakan, proses pengayaan uranium ini mempunyai kode rahasia oralloy, singkatan dari Oak Ridge alloy, lokasi tempat proses ini dilakukan. Ada sekitar 2.000 ton highly enriched uranium di dunia,^[3] digunakan untuk senjata nuklir, penggerak kapal berbahan bakar nuklir, dan sejumlah kecil untuk reaktor penelitian.

²³⁸U yang tersisa setelah proses pengayaan disebut sebagai uranium terdeplesi, dan lebih rendah keradioaktifannya dibandingkan uranium murni, meski begitu tetap saja sangat berbahaya. Saat ini, 95% dari uranium terdeplesi yang ada di dunia disimpan di tempat penyimpanan yang aman.

Tingkat

Slightly Enriched Uranium

Drum yellowcake (campuran uranium mendak)

Slightly enriched uranium (SEU) memiliki konsentrasi ²³⁵U 0,9% sampai 2%. Kelas baru ini dapat menggantikan uranium alami (NU) dalam beberapa reaktor air berat seperti CANDU. Bahan bakar yang dirancang dangan SEU bisa memberikan manfaat tambahan berupa perbaikan keamanan atau fleksibilitas operasional, biasanya manfaat dipertimbangkan di area aman sementara tetap mempertahankan sampul operasional. Perbaikan keamanan bisa menurunkan umpan balik reaktivitas positif seperti koefisien kebatalan reaktivitas. Perbaikan operasional akan terdiri dalam meningkatkan pembakaran bahan bakar yang memungkinkan pengurangan biaya bahan bakar karena lebih sedikit uranium dan bundel yang diperlukan untuk bahan bakar reaktor. Hal ini pada gilirannya mengurangi jumlah bahan bakar yang digunakan dan biaya manajemen berikutnya.^{[butuh rujukan]}

Reprocessed Uranium

Reprocessed uranium (RepU) adalah produk siklus bahan bakar nuklir yang melibatkan proses daur ulang terhadap bahan bakar bekas. RepU yang pulih dari bahan bakar bekas reaktor air ringan (LWR) biasanya mengandung sedikit lebih banyak U-235 dari uranium alami, dan karena itu dapat digunakan untuk bahan bakar reaktor yang lazim menggunakan uranium alami sebagai bahan bakar, seperti reaktor CANDU. RepU juga berisi isotop uranium-236 yang tidak diinginkan yang ditangkap neutron, membuang-buang neutron (dan membutuhkan pengayaan U-235 yang lebih tinggi) dan menciptakan neptunium-237 yang akan menjadi salah satu radionuclides yang lebih dapat bergerak bebas dan mengganggu repositori geologi pembuangan limbah nuklir.

Low Enriched Uranium

Low enriched uranium (LEU) memiliki konsentrasi ²³⁵U lebih rendah dari 20%. Untuk digunakan dalam reaktor air ringan (LWR) komersial, reaktor listrik paling lazim di dunia, uranium diperkaya 3% sampai 5% ²³⁵U. LEU segar yang digunakan di reaktor penelitian biasanya diperkaya 12% sampai 19,75% ²³⁵U, konsentrasi kedua yang digunakan untuk menggantikan bahan bakar HEU ketika mengkonversi LEU.^[4]

Highly Enriched Uranium

Highly enriched uranium (HEU) memiliki konsentrasi ²³⁵U atau ²³³U lebih dari 20%. Fisi uranium di senjata nuklir primer biasanya berisi 85% atau lebih ²³⁵U yang dikenal sebagai weapon(s)-grade, meskipun secara teoretis untuk desain implosi, minimal 20% bisa (disebut weapon(s)-usable) walaupun hal itu akan memerlukan ratusan kilogram bahan dan ''tidak akan praktis untuk desain'';^[5]^[6] pengayaan lebih rendah mungkin secara hipotesis, tetapi sebagai pengayaan persentase pengurangan massa kritis untuk moderator neutron cepat meningkat, dengan misalnya, massa tak terbatas 5,4% ²³⁵U diperlukan.^[5] Untuk percobaan kritis, pengayaan uranium lebih dari 97% telah dicapai.^[7]

Bom atom pertama Little Boy dijatuhkan oleh Amerika Serikat di Hiroshima pada tahun 1945, menggunakan 64 kilogram uranium yang diperkaya 80%. Membungkus senjata fisil utama dalam sebuah reflektor neutron (yang merupakan standar pada semua bahan peledak nuklir) dapat secara dramatis mengurangi massa kritis. Karena inti dikelilingi oleh sebuah reflektor neutron yang baik, ledakan itu terdiri dari hampir 2,5 kali massa kritis. Reflektor neutron, mengompresi inti fisi melalui ledakan, peningkatan fisi dan tamping, yang memperlambat perluasan inti fisi dengan inersia, memungkinkan desain senjata nuklir menggunakan kurang dari apa yang akan menjadi massa kritis satu bola dalam kepadatan normal. Kehadiran terlalu banyak isotop ²³⁵U menghambat pelarian reaksi nuklir berantai yang bertanggung jawab atas kekuatan senjata.

Referensi

^ "Natural Uranium | nuclear-power.com". Nuclear Power (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2024-05-26.
^ OECD Nuclear Energy Agency (2003). Nuclear Energy Today. OECD Publishing. hlm. 25. ISBN 9789264103283.
^ Thomas B. Cochran (Natural Resources Defense Council) (12 June 1997). "Safeguarding Nuclear Weapon-Usable Materials in Russia" (PDF). Proceedings of international forum on illegal nuclear traffic. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-07-05. Diakses tanggal 2013-07-13.
^ Alexander Glaser (6 November 2005). "About the Enrichment Limit for Research Reactor Conversion : Why 20%?". Princeton University. Diakses pada 18 April 2014.
^ ^a ^b Forsberg, C. W.; Hopper, C. M.; Richter, J. L.; Vantine, H. C. (March 1998). "Definition of Weapons-Usable Uranium-233" (PDF). ORNL/TM-13517. Oak Ridge National Laboratories. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-11-02. Diakses tanggal 30 October 2013.
^ Sublette, Carey (4 October 1996). "Nuclear Weapons FAQ, Section 4.1.7.1: Nuclear Design Principles – Highly Enriched Uranium". Nuclear Weapons FAQ. Diakses tanggal 2 October 2010.
^ Mosteller, R.D. (1994). "Detailed Reanalysis of a Benchmark Critical Experiment: Water-Reflected Enriched-Uranium Sphere" (PDF). Los Alamos technical paper (LA–UR–93–4097): 2. Diakses tanggal 19 December 2007. The enrichment of the pin and of one of the hemispheres was 97.67 w/o, while the enrichment of the other hemisphere was 97.68 w/o.

Pranala luar

Annotated bibliography on enriched uranium from the Alsos Digital Library for Nuclear Issues Diarsipkan 2009-05-31 di Wayback Machine.
Silex Systems Ltd
Uranium Enrichment Diarsipkan 2010-12-02 di Wayback Machine., World Nuclear Association
Overview and history of U.S. HEU production
News Resource on Uranium Enrichment Diarsipkan 2007-03-03 di Wayback Machine.
Nuclear Chemistry-Uranium Enrichment Diarsipkan 2008-10-15 di Wayback Machine.
A busy year for SWU (a 2008 review of the commercial enrichment marketplace), Nuclear Engineering International, 1 September 2008
Uranium Enrichment and Nuclear Weapon Proliferation, by Allan S. Krass, Peter Boskma, Boelie Elzen and Wim A. Smit, 296 pp., Published for SIPRI by Taylor and Francis Ltd, London, 1983 Diarsipkan 2011-07-27 di Wayback Machine.
How do you enrich Uranium?

[1] "Natural Uranium | nuclear-power.com". Nuclear Power (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2024-05-26.

[2] OECD Nuclear Energy Agency (2003). Nuclear Energy Today. OECD Publishing. hlm. 25. ISBN 9789264103283.

[3] Thomas B. Cochran (Natural Resources Defense Council) (12 June 1997). "Safeguarding Nuclear Weapon-Usable Materials in Russia" (PDF). Proceedings of international forum on illegal nuclear traffic. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-07-05. Diakses tanggal 2013-07-13.

[4] Alexander Glaser (6 November 2005). "About the Enrichment Limit for Research Reactor Conversion : Why 20%?". Princeton University. Diakses pada 18 April 2014.

[DefWpnsUsable-5] Forsberg, C. W.; Hopper, C. M.; Richter, J. L.; Vantine, H. C. (March 1998). "Definition of Weapons-Usable Uranium-233" (PDF). ORNL/TM-13517. Oak Ridge National Laboratories. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-11-02. Diakses tanggal 30 October 2013.

[NWFAQ-6] Sublette, Carey (4 October 1996). "Nuclear Weapons FAQ, Section 4.1.7.1: Nuclear Design Principles – Highly Enriched Uranium". Nuclear Weapons FAQ. Diakses tanggal 2 October 2010.

[7] Mosteller, R.D. (1994). "Detailed Reanalysis of a Benchmark Critical Experiment: Water-Reflected Enriched-Uranium Sphere" (PDF). Los Alamos technical paper (LA–UR–93–4097): 2. Diakses tanggal 19 December 2007. The enrichment of the pin and of one of the hemispheres was 97.67 w/o, while the enrichment of the other hemisphere was 97.68 w/o.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]