سانتریفوژ چیست؟

این روزها یكی از واژه‌هایی كه در ارتباط با مباحث انرژی هسته‌ای، به طور مكرر شنیده می‌شود دستگا‌ه‌های «سانتریفوژ» است.
در مطلبی كه از پی می‌آید، مولف كوشیده است با اطلاعاتی در حد دانش عمومی خوانندگان روزنامه، سانتریفوژ را شرح دهد.
اولین سانتریفوژ صنعتی دنیا بیش از نیم قرن پیش توسط یك دانشمند آلمانی به نام زیپه اختراع شد و به طور عملیاتی مورد استفاده قرار گرفت. البته تكنولوژی آن با سانتریفوژهای امروزی فرق زیادی داشت، ولی اصول كار آن فرقی با سانتریفوژهای امروزی نداشت.
در صنعت سوخت هسته‌ای، این وسیله نقشی اساسی دارد جهت جدا كردن ایزوتوپ‌های اورانیوم۲۳۵ و اورانیوم۲۳۸در گاز هگزافلوراید اورانیوم(UF۶) از سانتریفوژ استفاده می‌شود. البته روش‌های متعددی مانند جداسازی ایزوتوپی الكترومغناطیسی، پخش دیفوزیون گازی، دیفوزیون گرمایی، فرآیندهای آئرودینامیكی، جداسازی ایزوتوپی لیزری، تبادل یونی و فرایند جداسازی پلاسمایی وجود دارد ولی در بیش از ۹۵درصد صنعت هسته‌ای جهان، اورانیوم به وسیله یكی از دو روش سانتریفوژ گازی و پخش گازی جدا شده و غنی می‌شود.
سانتریفوژ دستگاه استوانه‌ای شكلی است كه درست مثل توربین هواپیما پره‌هایی در وسط آن وجود دارد. این پره‌ها به طور متوسط در هر ثانیه ۱۰۰۰ دور می‌زنند. در نتیجه این چرخش، اورانیوم سنگین روی دیواره آخرین سانتریفوژ قرار می‌گیرد و اورانیوم۲۳۵در كنار آن می‌نشیند. باید هزاران سانتریفوژ در كنار هم قرار گیرند تا بتوان با كمك مجموعه آنها اورانیوم را غنی كرد ایران در فرآیند كاربردی غنی‌سازی از روش سانتریفوژ گازی استفاده می‌كند.
در روش پخش گازی، هگزافلوراید اورانیوم تحت فشار از میان یك سری دیافراگم‌ها یا غشاهای متخلخل عبور كرده و از آنجایی كه اورانیوم ۲۳۵ سبك‌تر از اورانیوم ۲۳۸ می‌باشد آنها سریعتر حركت كرده و امكان كمی بیشتری برای عبور از سوراخ‌های موجود در غشا را دارند.
گاز UF۶ كه از طریق غشا پخش می‌شود اندكی غنی بوده ضمن اینكه آنچه نمی‌تواند گذر كند از اورانیوم ۲۳۵ تهی است.
در روش پخش گازی دوران سریع ماده سبب می‌شود تا ایزوتوپ‌های سنگین‌تر به طرف دیواره خارجی حركت كنند. عامل جداسازی در این روش به تفاوت جرمی ایزوتوپ‌هایی كه باید جداسازی شوند بستگی دارد در غنی‌سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار كه به صورت موازی و متوالی كنار هم قرار داده شده‌اند استفاده می‌شود.
دستگاه‌های سانتریفوژ به صورت آبشاری یا كاسكد(سیستم غنی‌سازی دنباله‌ای) به هم مرتبط هستند این دوران باعث ایجاد یك نیروی گریز از مركز می‌شود، به طوری كه مولكول‌های گازی سنگین‌تر به طرف خارج سیلندر حركت كرده و مولكول‌های گازی سبك‌تر در قسمت مركزی(محورگردنده) جمع می‌شوند.
گاز به داخل یك سری لوله‌های خلأ وارد شده كه هر یك شامل یك گردنده با بیش از دو متر طول و قطر ۱۵تا۲۰سانتیمتر هستند. گردنده‌ها با سرعت بالای ۵۰۰۰۰ تا ۷۰۰۰۰ دور در دقیقه، مولكول‌های سنگین‌تر حاوی اورانیوم ۲۳۸ در لبه خارجی سیلندر متمركز می‌شوند. افزایش اورانیوم ۲۳۵ نیز در مركز وجود دارد. جهت جداسازی بالاتر نیاز به سانتریفوژهای با سرعت بالاتر و استفاده از تعداد بیشتری از آنها است.
باید یادآور شد كه به دلیل سرعت‌های دوران بسیار بالا، طراحی آنها و همچنین مواد استفاده شده در آنها از نظر متالوژی پیچیده بوده و دقت بالایی را طلب می‌كند. گاز UF۶ خورنده بوده، بنابراین باید تمام اجزایی كه با این ماده در تماسند مقاوم در برابر خوردگی باشند .
جهت بالا بردن ظرفیت جداسازی سانتریفوژها باید طول گردنده و سرعت دیواره گردنده افزایش یابد. برای ساخت گردنده‌ها از آلیاژ‌های آلومینیوم، فولاد ماراژین، تیتانیوم و یا تركیباتی كه با برخی شیشه‌های خاص تقویت شده كه با نام فیبرهای كربنی معروف هستند،استفاده می‌شود؛ البته متداولترین ماده در حال حاضر، فولاد ماراژین است یك سانتریفوژ مدرن از زمان راه‌اندازی، به مدت بیش از ۱۰سال می‌تواند بدون نگهداری به كار خود ادامه دهد.
از مراكز مهم غنی‌سازی اورانیوم كه از روش پخش گازی استفاده می‌كنند در اروپا می‌توان به گروناو(Gronau) آلمان و یورنكو كه متشكل از شركت‌های انگلیسی، آلمانی و هلندی هستند نام برد كه مكان آن در capenhurst بریتانیا می‌باشد.
روسیه هم به عنوان یك غول صنعتی در این زمینه از چهار مركز كه چهل درصد ظرفیت جهان را تولید می‌كند از همین شیوه پخش گازی استفاده می‌كند. آمریكا هم تكنولوژی سانتریفوژ گازی را در آینده نزدیك جایگزین تكنولوژی سانتریفوژهای پخش گاز قدیمی می‌كند زیرا این روش نسبت به روش قدیمی به انرژی كمتری برای رسیدن به جداسازی مشابه نیاز دارد.
ژاپن، چین، برزیل، پاكستان و شاید كره شمالی هم جهت غنی‌سازی اورانیوم از چنین روشی استفاده می‌كنند. به طور كلی مجموعه آبشارهای بزرگ سانتریفوژ گازی كه در كشورهای فرانسه، آلمان، بریتانیا و چین مورد استفاده قرار می‌گیرند برای تولید اورانیومی است كه برای مصرف داخلی و نیز صادرات است، اما در ژاپن تولید آن فقط جهت مصرف داخلی است.
باتوجه به این آمار می‌توان دریافت كه در حال حاضر و آینده هم سانتریفوژهای گازی مهمترین نوع جهت غنی‌سازی اورانیوم در سطح جهان بوده و هر روز در جهت افزایش تكنولوژی و راندمان آن كار می‌شود؛ البته لازم به ذكر است كه روسیه این صنعت عظیم را به عنوان یادگاری ارزشمند از اتحادجماهیرشوروی سابق به ارث برده است و در حال حاضر تأمین‌كننده سوخت هسته‌ای تعداد زیادی از راكتورهای قدرت دنیا بوده و از این نظر در دنیا پیش رو است.

رامتین راوند

منبع : روزنامه همشهری