1. |
การสำรวจและทำเหมืองแร่ยูเรเนียม (uranium exploration and mining) ยูเรเนียมพบอยู่ในเปลือกโลกทั้งในหินแกรนิต หินชั้น และในแร่ชนิดต่าง ๆ ในการสำรวจแหล่งแร่ยูเรเนียมนั้น เป็นการค้นหาบริเวณที่มีความเข้มข้นของยูเรเนียม สูงพอที่จะนำมาใช้ทำเชื้อเพลิงได้ โดยทั่วไปก็กระทำเหมือนกับการสำรวจแร่อื่น ๆ เช่น ใช้วิธีสำรวจทางด้านธรณีวิทยา การนำตัวอย่างดินมาวิเคราะห์ การวัดปริมาณรังสี การขุดเจาะตัวอย่างมาวัดสมบัติทางฟิสิกส์ และการศึกษาจากรูปถ่ายทางอากาศ เมื่อมีการสำรวจพบบริเวณที่มีแร่ยูเรเนียมแล้ว ก็จะมีการทำเหมืองแร่โดยการขุดแร่ขึ้นมา แล้วทำให้แตกออกเป็นก้อนเล็ก ๆ ลงเพื่อสะดวกต่อการขนส่ง ในการทำเหมืองแร่ยูเรเนียมนั้น ถ้าเหมืองตั้งอยู่บนพื้นผิวดิน เรียกว่า เหมืองเปิด (openpit mine) แต่ถ้าเหมืองอยู่ลึกลงไปใต้ดิน เรียกว่า เหมืองใต้ดิน (underground mine) |
2. |
การบดและการทำให้บริสุทธิ์ (milling and refining) เป็นกระบวนการที่ทำให้ปริมาณยูเรเนียมเข้มข้นสูงขึ้น โดยนำแร่มาบดให้ละเอียด นำมาละลายในกรดหรือด่างเพื่อให้ชะละลาย (leaching) ยูเรเนียมออกจากแร่ ยูเรเนียมจะละลายออกมาอยู่ในสารละลาย จากนั้นจึงนำสารละลายมาสกัดยูเรเนียมออก โดยกระบวนการสกัดด้วยตัวทำละลาย (solvent extraction) หรือการแลกเปลี่ยนไอออน (ion exchange) แล้วนำสารละลายที่ได้มาตกตะกอนยูเรเนียมออกมาด้วยแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ โซเดียมไฮดรอกไซด์ แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์หรือเปอร์ออกไซด์ ตะกอนที่ได้ในขั้นสุดท้ายนี้จะมีลักษณะเป็นผงสีเหลือง เรียกว่า เค้กเหลือง (yellow cake) ซึ่งจะมียูเรเนียมออกไซด์ (U3O8) อยู่ประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไป |
3. |
การเปลี่ยนรูปยูเรเนียม (uranium conversion) เป็นกระบวนการในการเปลี่ยนเค้กเหลือง ให้อยู่ในรูปของยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ (UF6) เนื่องจากยูเรเนียมที่จะนำไปใช้ประกอบเป็นเชื้อเพลิง ต้องมีความบริสุทธิ์ทางเคมีสูงมาก และการที่จะให้ได้ยูเรเนียมที่มีความบริสุทธิ์ทางเคมีสูงเช่นนี้ จะต้องนำเค้กเหลืองมาสกัดด้วยตัวทำละลายใหม่อีกครั้งหนึ่ง โดยการนำเอาเค้กเหลืองมาละลายด้วยกรด แล้วสกัดด้วยตัวทำละลาย จะทำให้สามารถแยกยูเรเนียมออกมาอยู่ในสารละลาย หลังจากนั้นนำไปทำปฏิกิริยาต่อกับกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) จะได้ยูเรเนียมเททระฟลูออไรด์ (UF4) และเมื่อให้ทำปฏิกิริยาต่อกับแก๊สฟลูออรีน (F2) จะได้ยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ (UF6) ซึ่ง UF6 นี้สามารถอยู่ในสถานะ ของแข็ง ของเหลว และแก๊สก็ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ถ้าที่อุณหภูมิสูงกว่า 65 องศาเซลเซียสขึ้นไป UF6 จะอยู่ในสถานะแก๊สซึ่งสามารถนำไปผ่านกระบวนการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมต่อไปได้ |
|
|
กระบวนการทำยูเรเนียมให้บริสุทธิ์และการเปลี่ยนรูปยูเรเนียม |
|
4. |
การเสริมสมรรถนะยูเรเนียม (uranium enrichment) เป็นกระบวนการในการแยกไอโซโทปยูเรเนียม-235 ออกจากยูเรเนียม-238 และทำให้ยูเรเนียม-235 เข้มข้นสูงกว่าในธรรมชาติ ขั้นตอนนี้ใช้เฉพาะสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้เชื้อเพลิงที่มีความเข้มข้นของยูเรเนียม-235 สูงกว่าในธรรมชาติเท่านั้น โดยปกติในธรรมชาติจะมียูเรเนียม-235 ประมาณ 0.71 เปอร์เซ็นต์ เมื่อผ่านกระบวนการเสริมสมรรถนะแล้วจะได้ยูเรเนียมเข้มข้นสูงขึ้นถึง 2-5 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งนำไปใช้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบน้ำมวลเบา (light-water Reactor) ส่วนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ผลิตเชื้อเพลิง (fast breeder reactor) และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์วิจัย (research reactor) บางชนิดนั้นต้องใช้ยูเรเนียม-235 สมรรถนะสูง 20-90 เปอร์เซ็นต์ |
5. |
การประกอบแท่งเชื้อเพลิง (fuel fabrication) เป็นกระบวนการในการประกอบเเท่งเชื้อเพลิง หลังจากกระบวนการเสริมสมรรถนะแล้วจะต้องเปลี่ยนยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ให้เป็น ยูเรเนียมออกไซด์ (UO2) ซึ่งสามารถนำไปอัดเป็นเม็ดเพื่อใช้ทำเป็นเชื้อเพลิงต่อไป ลักษณะของเม็ดเชื้อเพลิงนั้นจะเป็นรูปทรงกระบอก มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 เซนติเมตร ยาว 1.5 เซนติเมตร ในเม็ดเชื้อเพลิงจะประกอบด้วยผงยูเรเนียมออกไซด์ซึ่งอัดให้เป็นเม็ดด้วยกรรมวิธี cold pressing และนำไปเผาเพื่อให้อยู่ตัว หลังจากนั้นจึงนำเม็ดของ UO2 ไปใส่ในท่อโลหะผสมเซอร์โคเนียม (zirconium alloy) แล้วนำไปประกอบรวมกันเป็นชุดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (fuel assemblies) สำหรับทำเป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ต่อไป |
