Anrikning er å separere ulike emner i en blanding med mål om å øke konsentrasjonen av et spesifikt, ønsket emne.
Innen gruvedrift betyr anrikning å øke metallinnholdet i en malm ved å fjerne uønskede bergarter. I atom- og kjernefysikk betyr anrikning å bruke isotopseparasjon for å øke andelen av én bestemt isotop i et grunnstoff.
I gruvedrift er formålet med anrikning å øke konsentrasjonen av verdifulle mineraler i malmen. Dette forenkler den etterfølgende behandlingen av malmen under smelting og raffinering.
Før anrikningen blir malmen vanligvis knust og deretter malt. Dette frigjør de enkelte mineralkornene slik at disse kan separeres. Mineralkornene blir eventuelt oppløst i en vannholdig suspensjon. De vanligste separasjonsteknikkene er flotasjon, magnetisk separasjon, elektrostatisk separasjon og gravitasjonsseparasjon.
Magnetisk separasjon utnytter det forhold at noen mineraler er magnetiske. Mineraler som magnetitt og pyrrhotitt kan separeres fra ikke-magnetiske emner i malmen ved hjelp av magneter.
Med elektrostatisk separasjon kan man skille elektrisk ledende fra ikke-ledende mineraler. Ikke-ledende mineraler kan beholde en påført elektrisk ladning, og separasjon kan da oppnås ved at disse mineralene tiltrekkes av en elektrisk ladet trommel.
I gravitasjonsseparasjon utnyttes forskjellene i massetetthet mellom de enkelte mineralene, som gir ulik respons når de utsettes for krefter som tyngdekraften, sentrifugalkraft og oppdrift.
Isotopanrikning er å bruke isotopseparasjon til å øke innholdet av en bestemt isotop i et grunnstoff. For eksempel blir anrikning av isotopene karbon-13 (¹³C) og oksygen-18 (¹⁸O) gjort for å legge til rette for forskning og medisinsk behandling. ¹³C brukes mye som sporstoff i metabolsk analyse og i NMR-spektroskopi. ¹⁸O blir også brukt som sporstoff i vitenskapelig forskning innen medisin, biologi og geologi. Alle separasjonsmetodene utnytter forskjellene i atommasse hos de ulike isotopene av et grunnstoff.
Diagram som illustrerer prinsippet bak anrikning av uran med elektromagnetisk isotopseparasjon. Her er den tunge isotopen av uran (²³⁸U) vist i lyseblått, mens den lettere isotopen av uran (²³⁵U ) er vist i mørkeblått. Når strømmen av naturlig uran (en blanding av hovedsakelig ²³⁸U og noe ²³⁵U ) passerer gjennom et sterkt magnetfelt, krummer den seg tilbake mot kilden. Den resulterende uranstrømmen vil ha en noe høyere konsentrasjoner av ²³⁵U på den indre siden av utgående strøm (effekten er overdrevet på tegningen).
I kjernekraftindustrien blir uran (U) anriket med isotopen ²³⁵U til et nivå som gjør uranet til et egnet kjernebrensel. Naturlig forekommende uran består av omtrent 99,2 prosent ²³⁸U og 0,72 prosent ²³⁵U, men det er bare ²³⁵U som kan fisjonere. De fleste kjernereaktorer krever at uranet anrikes til 2 prosent ²³⁵U, mens for å utvikle et kjernefysisk våpen må anrikningen økes til over 85 prosent.
Anrikning av uran skjer med bruk av isotopseparasjon. De viktigste metodene er sentrifugering, gassdiffusjon, elektromagnetisk isotopseparasjon og laseranrikning.
Den vanligste anrikningsmetoden er å bruke en sentrifuge for gass. Uran kan opptre i gassform ved å konvertere det til uranheksafluorid (UF₆). Sentrifugalkraften vil da fremtvinge en separasjon mellom isotopene som følge av masseforskjellene.
Gassdiffusjon bruker semipermeable membraner for å separere anriket uran.
Når uran i gassform (UF₄ eller UF₆, se uranfluorider) føres gjennom membraner, vil isotopene bli separert som følge av at molekylene med de lette isotopene har større gjennomsnittlig termisk hastighet enn de som inneholder de tyngre isotopene.
Ved bruk av elektromagnetisk isotopseparasjon blir metallisk uran først fordampet og deretter ionisert til positivt ladede ioner. En strøm av kationene ledes så gjennom et sterkt magnetfelt der de avbøyes. Separasjon skjer ved at ²³⁵U-ionen får en sterkere avbøyning enn ²³⁸U-ionene. Metoden ble brukt i prosessen for å lage atombomben som ble sluppet over Hiroshima i 1945, men er senere forlatt til fordel for mer effektive metoder.
En nyere teknikk, omtalt som SILEX (Separation of isotopes by laser excitation), ble kommersielt tilgjengelig i 2012. Ved hjelp av lasere utføres en selektiv eksitering av ²³⁵U i uranheksafluorid (UF₆), som gjør det mulig å separere den fra ²³⁸U. Metoden anses å være mer effektiv enn med tradisjonelle gass-sentrifuger, og skal gjøre det enklere for flere land å utføre egen anrikning av uran.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.