Uran nghèo, phế thải của chu trình nhiên liệu hạt nhân

Minh Trần

"Uranium nghèo"... là loại Uranium mà trong thành phần của nó, lượng đồng vị Uranium 235 chiếm rất thấp. "Uranium nghèo" là phế phẩm sau một chu trình công nghệ tinh luyện Uranium...

Nguyên tố Uranium trong Bảng phân loại tuần hoàn các nguyên tố hóa học (Ảnh: Theodoregray.com)

Uran (hay Uranium) là tên của nguyên tố hoá học, có ký hiệu là U, nguyên tử số Z = 92; tức là Uranium xếp ở ô thứ 92 trong bảng tuần hoàn nguyên tố. Trong mọi loại đất đá xung quanh con người đều chứa các dãy nguyên tố phóng xạ Uran, Thori và đồng vị Kali phóng xạ, hàm lượng rất thấp. Riêng trong các mỏ quặng uran, hàm lượng U lớn hơn, thay đổi từ vài phần ngàn đến một vài phần trăm.

Như chúng ta đã biết một nguyên tố (với số Z nhất định) có thể gồm một số đồng vị (với số khối lượng A khác nhau). Với uran tự nhiên, tồn tại 3 đồng vị chủ yếu với A=234, 235 và 238, đó là 3 đồng vị: U234, U235 và U238. Trong đó, U238 là thành phần lớn nhất chiếm 99,28%. Tiếp theo là U235 rất ít, chỉ chiếm 0,72%. Còn U234 rất không đáng kể, chỉ 0,0055%.

Uran tự nhiên là thứ uran không “nghèo” và cũng không “giàu”. Vậy như thế nào là uran giàu hay uran nghèo?

U234 và đặc biệt là U235 là thứ quý nhất. Hạt nhân U235 với tác động của một hạt nơtrong (n) có thể phân chia thành 2 mảnh và phát ra một năng lượng rất lớn. Vì thế, U235 là nhiên liệu phân hạch hạt nhân, được dùng trong lò phản ứng hạt nhân (hay nhà máy điện hạt nhân) và trong bom nguyên tử.

Bột uranium (Ảnh: VNN)

Trong công nghệ hạt nhân, hay cụ thể là trong chu trình xử lý nhiên liệu hạt nhân, trước hết người ta tách hỗn hợp Uran ra khỏi đất đá.

Sau đó, nếu cần để chạy lò phản ứng hạt nhân loại “nước nhẹ”, đặc biệt để chế tạo bom nguyên tử, người ta tìm cách nâng cao hàm lượng U235 bằng các phương pháp như ly tâm, khuyếch tán khí… từ 0,72% lên đến 3 – 20% (dùng trong lò phản ứng) và cao hơn 90% (dùng trong bom nguyên tử). Hỗn hợp Uran được tinh chế này gọi là uran giàu.

Phần còn lại chủ yếu là U238, thành phần U235 quý nhất lại giảm đi nhiều lần, từ 0,72% chỉ còn 0,1 – 0,2%. Phế phẩm đó gọi là loại uran nghèo.