یورینیم، یورینیم افزودگی اور چین ری ایکشن کیا ہے؟ خصوصی مضمون
What is uranium, uranium enrichment and chain reaction? A special article
یورینیم کیا ہے؟
یورینیم-235 یورینیم کاایک تابکارآئسوٹوپ ہےجو قدرتی طور پر پایا جانے والا واحد فِسائل میٹریل ہےجواسےنیوکلئیرانرجی اور ہتھیاروں کے لیے خاص بناتا ہے۔ یورینیم-235 نیوکلئیر چین ری ایکشن میں استعمال ہوتا ہےکیونکہ اس کا مرکزہ بہت زیادہ غیرمستحکم ہوتا ہےجسے آسانی سے توڑا یا تقسیم کیا جا سکتا ہے۔
یورینیم افزودگی سے کیا مراد ہے؟
یورینیم کی افزودگی ایک ایسا عمل ہے جس میں قدرتی یورینیم میں فِشن ایبل یورینیم (U-235) کی مقدار کو بڑھایا جاتا ہے۔اس کی وجہ یہ ہے کہ قدرتی طور پر زمین سے نکالا گیا یورینیم صرف 0.7% U-235 پر مشتمل ہوتا ہے اورباقی U-238 آئسوٹوپ ہوتا ہے، جواپنے آپ نیوکلیئر چین ری ایکشن برقرار نہیں رکھ سکتا۔یورینیم کو نیوکلئیر چین ری ایکشن میں استعمال ہونے کے لیےاسےکیمیائی طور پر ایک گیس میں تبدیل کیا جاتا ہے جسے یورینیم ہیکسا فلورائیڈ کہا جاتا ہے۔ اس گیس کو تیز رفتار گھومنے والے سلنڈروں میں داخل کیا جاتا ہے جنہیں سینٹری فیوج کہتے ہیں۔چونکہU-235 ,U-238 کے مقابلے میں تھوڑا زیادہ بھاری ہوتا ہےلہٰذہ گھومنے کی قوت بھاری آئسوٹوپ کو بیرونی دیواروں کی طرف پھینک دیتی ہے، جس سے ہلکا U-235 مرکز میں جمع ہو جاتا ہے۔ چونکہ ایک سینٹری فیوج بہت کم علیحدگی فراہم کرتا ہے لہٰذہ گیس کو سینکڑوں یا ہزاروں جڑے ہوئے سینٹری فیوجز سے گزارا جاتا ہے یہاں تک کہ یورینیم 235 مطلوبہ مقدارمیں حاصل ہو جائے۔یورینیم کی افزودگی کی تین ڈگریز ہوتی ہیں اور استعمال بھی تین طرح سے ہوتا ہے:
- کم افزودہ یورینیم (3% سے 5% U-235): اسے عام طور پر ری ایکٹر-گریڈ یورینیم کہا جاتا ہے۔ اسے سیرامک پیلٹس میں تبدیل کیا جاتا ہے اور زیادہ ترکمرشل ایٹمی بجلی گھروں میں بطور ایندھن استعمال کیا جاتا ہے۔
- بلند-مرتکز کم افزودہ یورینیم (5% سے 20% U-235): جدید تحقیقاتی ری ایکٹرز اور کچھ Next-Generation کے چھوٹے ماڈیولر ری ایکٹرز میں استعمال ہوتا ہے۔
- بہت زیادہ افزودہ یورینیم (20% سے 90%+ U-235): 20% سے زیادہ افزائش شدہ یورینیم کو بہت زیادہ افزائش شدہ سمجھا جاتا ہے۔ اسے ایٹمی آبدوزوں میں استعمال کیا جاتا ہے اور تقریباً 90% کی مقدار پراسے ہتھیار(ایٹم بم) گریڈ سمجھا جاتا ہے۔
چین ری ایکشن اور بہت بڑی توانائی کی پیداوار:
چین ری ایکشن ایک اپنے آپ پربرقرار رہنے والا سلسلہ ہے جس میں ایک مرحلے کا نتیجہ اگلے مرحلے کے لیے وجہ یا محرک بن جاتا ہے۔ ایک بار شروع ہونے کے بعد، یہ ایک مسلسل چکر بن جاتا ہے۔جب ایک آزاد نیوٹران ایک ایٹمی نیوکلئیس (جیسے یورینیم-235) سے ٹکراتا ہےتو اسے تقسیم کر دیتا ہے، جس سے بہت بڑی مقدار میں توانائی اور کئی نئے نیوٹران خارج ہوتے ہیں۔ یہ نئے خارج ہونے والے نیوٹران دوسرے ایٹمز سے ٹکراتے ہیں، جس کے نتیجے میں وہ بھی تقسیم ہوتے ہیں اور مزید نیوٹران اور توانائی خارج کرتے ہیں اس طرح ٹکرانے، نئے نیوٹران بننے اور توانائی کے پیدا ہونے کا ایک مسلسل چکر پیدا ہوتاہے۔ یہی وہ بنیادی عمل ہے جو نیوکلئیر پاور پلانٹس اور ایٹمی ہتھیاروں دونوں کو بہت زیادہ توانائی فراہم کرتا ہے۔
What is uranium?
Uranium-235 is a radioactive isotope of uranium that is the only naturally occurring fissile material, which makes it special for nuclear energy and weapons. Uranium-235 is used in nuclear chain reactions because its nucleus is highly unstable and can easily be split or divided.
What is meant by uranium enrichment?
Uranium enrichment is a process in which the amount of fissile uranium (U-235) in natural uranium is increased. This is because uranium extracted naturally from the earth contains only 0.7% U-235, and the rest is the U-238 isotope, which on its own cannot sustain a nuclear chain reaction. Uranium is chemically converted into a gas called uranium hexafluoride to be used in nuclear chain reactions. This gas is then fed into fast-spinning cylinders called centrifuges.Since U-238 is slightly heavier compared to U-235, the centrifugal force throws the heavier isotope towards the outer walls, causing the lighter U-235 to accumulate in the center. Since a single centrifuge provides very little separation, the gas is passed through hundreds or thousands of connected centrifuges until the desired amount of Uranium-235 is obtained.
Uranium enrichment has three levels and is used in three ways:
- Low-enriched uranium (3% to 5% U-235): It is commonly referred to as reactor-grade uranium. It is converted into ceramic pellets and used as fuel in most commercial nuclear power plants.
- Medium-enriched uranium (5% to 20% U-235): Used in modern research reactors and some next-generation small modular reactors.
- High-enriched uranium (20% to 90%+ U-235): Uranium enriched above 20% is considered highly enriched. It is used in nuclear submarines and at approximately 90% is considered weapons (atomic bomb) grade.
Chain Reaction and Huge Energy Production:
A chain reaction is a self-sustaining sequence in which the result of one stage becomes the cause or trigger for the next stage. Once started, it becomes a continuous cycle. When a free neutron collides with an atomic nucleus (such as uranium-235), it splits it, releasing a huge amount of energy and several new neutrons. These newly released neutrons collide with other atoms, causing them to split as well and release more neutrons and energy. In this way, a continuous cycle of collisions, creation of new neutrons, and energy production is generated. This is the fundamental process that provides huge energy for both nuclear power plants and atomic weapons.