Pemusing tipe-Zippe

Sentrifus tipe Zippe adalah Pemusing gas yang dirancang untuk memperkaya isotop fisil langka uranium-235 dari campuran isotop yang ditemukan dalam senyawa uranium yang terjadi secara alami. Pemisahan isotop didasarkan pada sedikit perbedaan massa isotop. Desain Zippe awalnya dikembangkan di Uni Soviet oleh tim yang dipimpin oleh 60 ilmuwan dan insinyur Austria dan Jerman yang ditawan setelah Perang Dunia II, bekerja dalam penahanan. Di Barat dan sekarang secara umum, jenis ini dikenal dengan nama orang yang menciptakan kembali teknologi tersebut setelah ia kembali ke Barat pada tahun 1956, berdasarkan ingatannya tentang kontribusinya dalam program Soviet, Gernot Zippe. Sejauh ia mungkin disebut dalam penggunaan Soviet/Rusia dengan nama satu orang, pada tahap awal pengembangan ia dikenal sebagai Pemusing Kamenev, diambil dari nama Evgeni Kamenev.

Latar Belakang

Uranium alami terdiri dari tiga isotop; mayoritas (99,274%) adalah U-238, sementara sekitar 0,72% adalah U-235, yang dapat difisikan oleh neutron termal, dan sisanya 0,0055% adalah U-234. Jika uranium alami diperkaya menjadi 3% U-235, ia dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk reaktor nuklir air ringan. Jika diperkaya hingga 90% uranium-235, ia dapat digunakan untuk senjata nuklir.

Pemusingan Pengayaan Uranium

Memperkaya uranium sulit dilakukan karena isotop-isotopnya secara kimiawi hampir identik dan bobotnya sangat mirip: U-235 hanya 1,26% lebih ringan daripada U-238 (perhatikan ini hanya berlaku untuk logam uranium). Sentrifus perlu bekerja dengan fluida daripada benda padat, dan proses ini menggunakan gas uranium heksafluorida. Perbedaan massa relatif antara 235 UF6 dan 238 UF6 kurang dari 0,86%. Efisiensi pemisahan dalam pemusing bergantung pada perbedaan massa absolut. Pemisahan isotop uranium membutuhkan Pemusing yang dapat berputar pada 1.500 putaran per detik (90.000 rpm). Jika kita mengasumsikan diameter rotor 20 cm (seperti pada beberapa pemusing modern), ini akan sesuai dengan percepatan sentripetal sekitar 900.000 x g (sekitar 42 kali kecepatan maksimum mikrosentrifus standar, benchtop lab dan antara 0,9 hingga 9 kali kecepatan maksimum pemusinh ultra (ultrasentrifus) lab standar atau kecepatan linier lebih besar dari Mach 2 di udara (Mach 1 = kecepatan suara, di udara kira-kira 340 m/s) dan jauh lebih besar dalam UF6. Sebagai perbandingan, mesin cuci otomatis beroperasi hanya sekitar 12 hingga 25 putaran per detik (720–1500 rpm) selama siklus putaran, sementara turbin pada turbocharger otomotif dapat berputar hingga sekitar 2500–3333 putaran per detik (150.000–200.000 rpm).

Pemusing tipe Zippe

Dalam pemusin yang disebut arus balik (countercurrent), bagian bawah campuran gas dapat dipanaskan, menghasilkan arus konveksi. Namun, arus balik biasanya dirangsang secara mekanis oleh sendok yang mengumpulkan fraksi yang diperkaya. Dengan cara sedemikian, pengayaan di setiap lapisan horizontal diulang (dan dengan demikian dilipatgandakan) di lapisan berikutnya, serupa dengan Kolom distilasi. Satu sendok berada di belakang penyekat berlubang (perforated baffle) yang berputar bersama pemusing; ia mengumpulkan fraksi yang kaya 235 UF6. Sendok lainnya tanpa penyekat. Ia memperlambat putaran gas dan dengan demikian meningkatkan tekanan ke bagian dalam, sehingga fraksi yang kaya 235 UF6 juga dapat dikumpulkan tanpa pemompaan.

p(r)= p(R)\exp\left(-\frac{M\omega^2}{2kT}(R^2-r^2)\right)

di mana p adalah tekanan, r radius variabel dan R maksimumnya, M massa molekul, omega kecepatan sudut, k konstanta Boltzmann dan T suhu. (Persamaan ini mirip dengan rumus barometrik.) Menulis persamaan ini untuk kedua isotop dan membaginya, memberikan rasio isotop (tergantung r). Ia hanya mengandung Delta M (bukan perbedaan massa relatif $\Delta M/M) pada eksponen. Faktor pengayaan radial kemudian dihasilkan dengan membagi dengan rasio isotop awal. Untuk menghitung total pengayaan dalam sentrifus arus balik dengan ketinggian H, seseorang harus menambahkan faktor H/(R\sqrt{2}) pada eksponen.

Menurut Glaser,

Sumber-sumber Rusia membantah laporan pengembangan sentrifus Soviet yang diberikan oleh Gernot Zippe. Mereka menyebut Max Steenbeck sebagai ilmuwan Jerman yang bertanggung jawab atas bagian Jerman dari upaya sentrifus Soviet, yang dimulai oleh pengungsi Jerman pada tahun 1930-an. Soviet memuji Steenbeck, Isaac Kikoin dan karena telah menciptakan berbagai aspek berharga dari desain tersebut. Mereka menyatakan Zippe terlibat dalam pembangunan prototipe untuk proyek tersebut selama dua tahun mulai tahun 1953. Karena proyek sentrifus adalah rahasia besar, Soviet tidak menantang klaim Zippe pada saat itu.

Fasilitas Pemusing Tipe Zippe

Khan Research Laboratories di Pakistan
National Enrichment Facility di Los Alamos National Laboratory di Amerika Serikat
Urenco Group di Britania Raya, Belanda, dan Jerman
Rusia (di mana ia disebut sentrifus Kamenev)

Lihat Juga

Referensi

Sumber dan atribusi

Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 28470420 (2025-11-14T02:09:18Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Mohon gunakan konten ini secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.