difusion

Bases científicas

La difusión gaseosa se basa en la ley de Graham, que afirma que la tasa de efusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molecular. Por ejemplo, en una caja con una membrana semi-permeable que contiene una mezcla de dos gases, las moléculas más ligeras pasarán fuera del recipiente más rápidamente que las moléculas más pesadas. El gas que saledel recipiente es algo enriquecida en las moléculas más ligeras, mientras que el gas residual se agota un poco. Un solo contenedor en el que el proceso de enriquecimiento se lleva a cabo a través de difusión gaseosa se llama un difusor. El hexafluoruro de uranio

UF6 es el único compuesto de uranio suficientemente volátil para ser utilizado en el proceso de difusión gaseosa. Afortunadamente, flúorconsiste en un solo 19F isótopos, de manera que el 1% de diferencia en los pesos moleculares entre 235UF6 y 238UF6 es sólo debido a la diferencia en los pesos de los isótopos de uranio. Por estas razones, el UF6 es la única opción como materia prima para el proceso de difusión gaseosa. UF6, un sólido a temperatura ambiente, se sublima a 56,5 C a 1 atmósfera. El punto triple está en 64.05 C y 1,5bar. La aplicación de la ley de Graham en hexafluoruro de uranio:

donde:Tasa1 es la tasa de efusión de 235UF6. Rate2 es la tasa de efusión de 238UF6. M1 es la masa molar de 235UF6 = 235,043930 18,998403 + 6? = 349.034348 gmolb1 M2 es la masa molar de 238UF6 = 238,050788 18,998403 + 6? = 352.041206 gmol-1

Esto explica la diferencia de 0,4% en las velocidades medias de las moléculas 235UF6 másla de las moléculas 238UF6.

UF6 es una sustancia altamente corrosiva. Es un oxidante y un ácido de Lewis que es capaz de unirse al fluoruro, por ejemplo, se informó de la reacción de fluoruro de cobre con hexafluoruro de uranio en acetonitrilo para formar heptafluorouranate cobre, Cu2. Se reacciona con agua para formar un compuesto sólido, y es muy difícil de manejar a escala industrial. Comoconsecuencia de ello, las vías internas gaseosos deben ser fabricados a partir de acero inoxidable austenítico y otros metales estabilizado al calor. Fluoropolímeros no reactivos tales como teflón deben aplicarse como un recubrimiento a todas las válvulas y juntas en el sistema.

Materiales de barrera

Plantas de difusión gaseosa normalmente utilizan barreras globales construidos de níquelsinterizado o de aluminio, con un tamaño de poro de 10 a 25 nanómetros. También pueden usar barreras de tipo película, que se hacen por los poros aburridas inicialmente a través de un medio poroso. Una forma en que esto se puede hacer es mediante la eliminación de un constituyente en una aleación, por ejemplo utilizando cloruro de hidrógeno para eliminar el zinc a partir de plata y zinc.

Losrequerimientos de energía

Debido a que los pesos moleculares de 235UF6 y 238UF6 son casi iguales, muy poca separación de la 235U y 238U se efectúa mediante una sola pasada a través de una barrera, es decir, en un difusor. Por lo tanto, es necesario conectar un gran número de difusores juntos en una secuencia de etapas, usando las salidas de la etapa anterior como las entradas para la siguienteetapa. Tal secuencia de etapas se llama una cascada. En la práctica, las cascadas de difusión requieren miles de etapas, dependiendo del nivel deseado de enriquecimiento.

Todos los componentes de una planta de difusión deben ser mantenidos a una temperatura y presión para asegurar que el UF6 permanece en la fase gaseosa apropiada. El gas debe ser comprimido en cada etapa para compensar una pérdidade presión a través del difusor. Esto conduce a la compresión de calentamiento del gas, que luego debe ser enfriado antes de entrar en el difusor. Los requisitos para el bombeo y enfriamiento hacen plantas de difusión enormes consumidores de energía eléctrica. Debido a esto, la difusión gaseosa es el método más caro usado actualmente para la producción de uranio enriquecido.
Historia

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