فناوری هسته ای

در راكتورهای هسته ای از شكافت هسته ای برای تولید انرژی گرمایی استفاده می شود. این انرژی به وسیله توربین به انرژی مكانیكی و توسط ژنراتور به انرژی الكتریكی تبدیل می شود. بنابراین راكتورهای هسته ای همان نقش را در نیروگاه هسته ای ایفا می كنند كه دیگ های بخار در نیروگاههای حرارتی با سوخت فسیلی به عهده دارند. تفاوت آنها در نوع سوخت است: در اولی از سوخت هسته ای و در دومی از مواد نفتی- گاز یا ذغال سنگ استفاده می شود.ماده اصلی سوخت راكتورهای هسته ای اورانیوم یا تركیباتی از این فلز است كه به علت خواصی كه در جذب نوترون و شكافت هسته ای دارد مورد استفاده قرار می گیرد. اورانیوم به عنوان شكافت پذیرترین عنصر طبیعی توسط نوترون در جهان بسیار قابل توجه می باشد. البته پلوتونیوم هم فلز دیگری می باشد كه حتی از اورانیوم هم شكافت پذیرتر می باشد اما در طبیعت وجود ندارد و از واكنش های هسته ای اورانیوم ۲۳۸ با نوترون به وجود می آید، در ضمن كار كردن با آن به علت سمی بودن بیش از اندازه فوق العاده خطرناك می باشد. راكتورهای آبی نظیر PWR غربی و VVER روسی بیشتر مورد بحث ماست چونكه راكتور نیروگاه بوشهر از نوع VVER روسی می باشد كه تفاوت عمده آنها با PWR غربی در مولد بخار آن می باشد كه به شكل افقی است. سوخت این راكتورها اورانیوم با غلظت حدود ۳ الی ۴ درصدی ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ می باشد. اورانیوم از چند ایزوتوپ تشكیل شده كه ایزوتوپ ۲۳۵ آن كه تنها به میزان ۷/۰% در اورانیوم طبیعی وجود دارد برای شكافت هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد. در اورانیوم طبیعی كه ازفرآیند تصفیه به دست می آید تنها ۷۱۱/۰ درصد ایزوتوپ U ۲۳۵ وجود دارد و بقیه آن را ایزوتوپ U ۲۳۸ و سایر ایزوتوپ ها تشكیل می دهند. برای تهیه سوخت اغلب راكتورها از جمله راكتور بوشهر باید درصد ایزوتوپ اوارنیو ۲۳۵را به به ۳ الی ۴ درصد رساند. به فرآیند افزایشی ایزوتوپ اورانیوم ،۲۳۵ غنی سازی اورانیوم گفته می شود. تاریخ غنی سازی اورانیوم به زمان جنگ جهانی دوم برمی گردد. برای تهیه اورانیوم بسیار غنی شده یعنی بیش از ۹۰% كه برای ساخت سلاح اتمی مورد نیاز است فرآیندهای مختلفی از قبیل الكترومغناطیسی پخش گازی، سانتریفوژ، شیمیایی و فتوشیمایی به كار گرفته شد و بعضی از آنها سریعاً توسعه یافتند. روش پخش گازی و سانتریفوژ پایه صنعتی غنی سازی را در عصر حاضر در جهان تشكیل می دهند. روش غنی سازی به وسیله سانتریفوژ حدوداً ۴۰ سال پیش توسط فردی به نام زیپر آلمانی طراحی شد. چون ایران هم چند سالی است كه تجربه كار با این سیستم را دارا می باشد سعی شده كه در مورد این روش توضیحات بیشتری داده شود. استفاده ازسانتریفوژ برای جداسازی مواد با جرمهای مختلف می باشد. دو نوع سانتریفوژ طراحی شد یكی با جریان همسو((Concurrent یكی هم با جریان های مخالف((Countercurrent.سانتریفوژ با جریان همسو به علت دو نقص بزرگ یكی اینكه فشار در نزدیك محور مركزی پایین بود به طوری كه خارج كردن مولكولهای سبك تر با اشكال مواجه می شد و دیگر اینكه بازده جداسازی این سانتریفوژ بسیار پایین بود كنار گذاشته شد. در سانتریفوژ با جریانات مخالف ماده تغذیه از وسط محور چرخشی وارد شده و با حركت در طول محور و جداره در دو جهت مخالف موجب ایجاد اختلاف غلظت ایزوتوپی در طول محور می شود. در نتیجه می توان ایزوتوپ های سبك و سنگین را در دو انتهای محور و در نزدیك جداره سانتریفوژ برداشت كرد، چون فشار در كنار جداره زیاد است. بنابراین برداشت ایزوتوپ سبك تر مشكلی ایجاد نمی كند. این سانتریفوژ هنوز اهمیت خود را حفظ كرده و با به كار گرفتن مواد؛ استقامت و خواص بهتر افزایش بازده و رقابت اقتصادی آن در سطح وسیع ممكن شده است.با توجه به اینكه ایران معادن بالقوه زیاد اورانیوم دارد و باید آنها را به معادن بالفعل مثل معدن اورانیوم ساغند یزد تبدیل كند پس می تواند به غنی سازی هم فكر كند چون مواد اولیه آن را داراست. مانند صنعت پتروشیمی كه ماده اولیه آن را به مقدار زیادی داراست در حالی كه باید این موضوع را هم مدنظر داشت كه صنعت پیشرفته غنی سازی یك صنعت استراتژیك برای هر كشوری می باشد. البته اطلاعات ما در مورد معادن اورانیوم خیلی قابل اتكا نیست، مقداری كه در ساغند یزد است، سوخت یك نیروگاه MW1000 را تا چندین سال تأمین خواهد كرد. با این حال می توان گفت درمورد اورانیوم، مانند نفت غنی نیستیم ولی فقیر هم نیستیم، به طوری كه هم اكنون در حال به دست آوردن صنعت و تكنولوژی استخراج اورانیوم هستیم.با توجه به اینكه ایران در حالت ساخت یك نیروگاه ۱۰۰۰ مگاواتی می باشد و همچنین دارای برنامه برای توسعه برنامه هسته ای خود جهت تولید برق هسته ای تا ۷۰۰۰ مگاوات در آینده می باشد پس باید توان غنی سازی اورانیوم را داشته باشد تا در صورت عدم همكاری كشورهای دیگر بتواند سوخت مورد نیاز نیروگاههای هسته ای خود را تأمین كند. به همین دلیل جهت استخراج اورانیوم از معدن ساغند یزد ابتدا چینی ها آمدند و بعد از رفتن آنها، ایران به تنهایی این كار را ادامه می دهد. این مسأله در جای خودش هم فناوری بوده و هم در واقع یك اهرم چانه زنی می باشد. البته وجود معادن اورانیوم در داخل، مغایرتی با هزینه تهیه اورانیوم از خارج ندارد. زیرا قیمت فعلی آن بسیار پایین تر از میزان ارزش انرژیك آن است. شمار كشورهای مصرف كننده اورانیوم زیاد نیست و تولید كنندگان آن، چندین كشور جهان سوم اند كه هیچ تأثیری بر قیمت آن ندارند و عملاً مجانی می فروشند.سوخت مورد نیاز یك نیروگاه ۱۰۰۰ مگاواتی، حدوداً ۳۰ تن اورانیوم غنی شده با غنای حدود ۴% در سال می باشد. باید به این نكته توجه شود كه چون در شرایط فعلی ما امكاناتی به صورت بالفعل جهت تولید سوخت در داخل كشور نداریم همیشه باید ترسی از این مسأله را داشته باشیم كه روزی كشورهایی كه برای ما سوخت تهیه می كنند دیگربا ما در این زمینه ادامه همكاری ندهند. بنابراین باید ایران به دنبال به دست آوردن تكنولوژی غنی كردن اورانیوم باشد با توجه به اینكه مواد اولیه آن را نیز دارا می باشد. به هر حال برای آنكه هر كشوری بتواند روی پای خود بایستد و مستقل باشد باید به سمت تولید فناوری و علم پیش برود و ایران هم از این قاعده مستثنی نیست.ایران هم جهت دستیابی به تكنولوژی غنی سازی اورانیوم فعالیتهایی را انجام داده كه البته در مورد دستاوردهای غنی سازی در سایت نطنز و كارخانه تولید گاز ۶UF و تبدیل اورانیوم اصفهان (UCF) تبلیغات زیادی صورت نگرفته است. بلكه باید بیش از اینها از طریق تصاویر، عكس و فیلم به معرفی آنها پرداخته می شد تا بعضی ها برداشت اشتباه و غلط نكنند زیرا كه در كشور حرفهای تخصصی توسط افراد فاقد تخصص در این رشته زده شده كه نه تنها نتیجه ای نداشته بلكه مقداری از اعتماد مردم نیز سلب شده است. رشد پیشرفت پروژه های هسته ای در چند سال اخیر به نسبت از سرعت قابل قبولی برخوردار بوده است. به عنوان مثال می توان از پروژه تولید آب سنگین اراك یا سایت نطنز نام برد به طوری كه اگر ساخته شود به تنهایی می تواند سوخت سالانه یك نیروگاه ۱۰۰۰ مگا واتی هسته ای را كه معادل ۳۰ تن اورانیوم غنی شده را تأمین كند كه دستاورد باارزشی خواهد بود. طبق گفته ای كه دكتر صالحی اعلام كرده بود یكی از فواید رفتن به سمت غنی سازی اورانیوم توسط ایران قدرت و اهرم چانه زنی آن می باشد.در نطنز هم جهت غنی كردن اورانیوم از دستگاه سانتریفوژ استفاده می شود كه البته جهت رسیدن به تولید انبوه باید كارهای زیادی انجام شود،یعنی فعلاً می شود ادعا كرد كه ایران به غنی سازی چند درصدی از اورانیوم دست پیدا كرده است. شاید عده ای از خود بپرسند كه آیا در حال حاضر ایران می تواند اورانیوم را بالاتر از ۴ درصد غنی كند؟در پاسخ به این افراد باید گفت كه به طور كل بحث غنی سازی بالای ۴ یا ۵%، بحث دیگری است و باید كار را از صفر آغاز كرد زیرا كه طراحی و اتصال قطعات دستگاه سانتریفوژ فرق خواهد كرد، شاید برای روشن شدن موضوع بهتر است كه مثال تولید خودرو با تراكتور را مطرح نماییم. الان ایران تولیدكننده خودرو می باشد و اگر بخواهد تراكتور بسازد مسأله فرق می كند. هر چند كه تولید این دو شباهت های زیادی با هم دارند ولی به هر حال تراكتور و خودروی سواری دو نوع مختلف اند و تكنولوژی تولید آنها فرق می كند. به هر حال ایران تا حدی مراحل فناوری مربوط به غنی سازی را پشت سر گذاشته و می تواند در حد امكان دستگاه سانتریفوژ بسازد و مشكلات آن را نیز تا حدودی حل كرده است. البته به این مفهوم نیست كه مثلاً می تواند هر ۵۰ هزار تا دستگاه سانتریفوژ را با هم بسازد، بلكه ابتدا تعدادی در حد ۲۰۰ تا را تولید و از آن استفاده می كند به طوری كه كم كم مشكلات این دستگاههای سانتریفوژ در فرآیند سعی و خطا مشخص و حل می شود، كما اینكه ۱۶۴ دستگاه سانتریفوژی كه در نطنز ساخته شد، مشكلات زیادی داشت و طبیعی هم هست، چون بین علم و فناوری فرق است، از نظر علمی تقریباً مشكل نداریم ولی از نظر فناوری هنوز بخشی از راه را باید بپیمائیم. به هر حال برای اینكه به بلوغ صنعتی برسیم، باید گام به گام پیش برویم. مثلاً در مورد دستگاه سانتریفوژ ابتدا یكی از دستگاه ها به حركت درآمد بعد سه تای آنها و اكنون ۴۰ تای آنها با هم كار می كنند و مشكلات قبلی كمتر شده است، در این مسیر هیچ چاره ای نیست. چون ما قبلاً كه غنی سازی نكرده بودیم، مهندسی با تجربه هم كه از خارج نیاورده ایم كه بگوید چه باید بكنیم، لذا باید سعی و خطا این تجربه را كسب و اشكالات آن را حل كنیم. اگر بخواهیم راه اندازی با همه ۵۰ هزار دستگاه سانتریفوژ را داشته باشیم نیاز به زمان چندساله داریم تا به این تكنولوژی پیشرفته دست پیدا كنیم كه البته توان بالایی را طلب می كند. به هر حال غنی سازی اورانیوم هم یكی از دستاوردهای تكنولوژیكی هسته ای می باشد كه كشورهای عضو باشگاه هسته ای دنیا نگاه ویژه ای به این امر دارند. اگر بخواهیم از كشورهای در حال توسعه كه سوخت هسته ای تولید می كنند نام ببریم می توان به برزیل، هندوستان، پاكستان، چین و... اشاره نمود.

منبع:رامتین راوندی، روزنامه همشهری، 1 شهریور 1383

منبع : نمایشگاه بین‌المللی