از غنی‌سازی اورانیوم تا تهیه سوخت هسته‌ای

غنی‌سازی اورانیوم یکی از مراحل اصلی در تهیه سوخت هسته‌ای از سنگ‌های معدنی برای استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای است. غنی‌سازی یعنی اینکه در یک نمونه از سنگ معدن اورانیوم، …

غنی‌سازی اورانیوم یکی از مراحل اصلی در تهیه سوخت هسته‌ای از سنگ‌های معدنی برای استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای است. غنی‌سازی یعنی اینکه در یک نمونه از سنگ معدن اورانیوم، غلظت اورانیوم ۲۳۵ (که قابل شکافت و تولید انرژی است) را افزایش دهیم.

غنی‌سازی اورانیوم از فناوریهای پیچیده در فرآیند چرخه سوخت هسته‌ای است که ازجنگ جهانی دوم آغاز شده است. در حال حاضر تعداد انگشت‌شماری از کشورهای دنیا صاحب این فناوری هستند. نخستین بار یک دانشمند آلمانی بنام <زیپه> اولین سانتریفوژ صنعتی را بیش از ۵۰ سال پیش طراحی کرد و آنرا بطور عملیاتی مورداستفاده قرار داد. در حال حاضر کشورهای انگلستان، آلمان و هلند را باید از مهمترین استفاده کنندگان غنی‌سازی اورانیوم بوسیله سانتریفوژ به حساب آورد. البته روسیه و آمریکا هم از استفاده‌کنندگان بزرگ این روش هستند. چرخه تولید سوخت هسته‌ای ۱۵ مرحله دارد که غنی‌سازی اورانیوم جزء پنجمین مرحله آن است. سنگ معدن اورانیوم طبیعی شامل اوایزوتوپ اورانیوم است که ۳/۹۹ درصد آن از اورانیوم ۲۳۸ و %۷ درصد آن اورانیوم ۲۳۵ است که همین اورانیوم ۲۳۵ توسط فوترون‌هایی گرمایی در داخل راکتور قابل شکافت است. اگر در اورانیوم طبیعی بوسیله غنی‌سازی غلظت اورانیوم ۲۳۵ را تا ۵ درصد برسانیم می‌تواند به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای آب سبک استفاده شود. اگر غنای اورانیوم ۲۳۵ تا ۹۰ درصد بالا‌ رودمی‌توان از آن برای تسلیحات هسته‌ای استفاده نمود. غنی‌سازی اورانیوم مشکل است. زیرا دو ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ و ۲۳۸ از نظر وزنی خیلی به همدیگر نزدیک‌اند. برای جداسازی این دو ایزوتوپ لا‌زم است که گرونده‌های سانتریفوژ، ۱۵۰۰ دوردر ثانیه یا ۹۰ هزار دور در دقیقه بزنند. روشهای مختلف برای غنی‌سازی وجوددارد ولی در بیش از ۹۵ درصد صنعت هسته‌ای جهان، اورانیوم بوسیله یکی از دو روش سانتریفوژ گازی و پخش گازی جدا و غنی می‌شود. سانتریفوژ دارای حجمی خالی است که <روتوری> استوانه‌ای شکل در آن قرار دارد. درون استوانه سانتریفوژ گاز ‌۶UF تزریق می‌شود.با چرخش روتور اورانیوم ۲۳۸ به سمت لبه‌های سانتریفوژ حرکت کرده و اورانیوم ۲۳۵ در مرکز سانتریفوژ جمع آوری می‌گردد. برای کاهش اصطکاک گردنده‌های روتور داخل سانتریفوژ را خلا‌ء می‌کنند. روش فوق درمقایسه با روش‌های دیگر غنی‌سازی مانند فرآینده‌های آیرو دینامیکی، لیزری، تبادل یونی و ... ارزان‌تر است.

سانتریفوژهای ‌۱P و ‌۲P از سانتریفوژهای نوع زیپه هستند. نوع ‌۲P از نوع ‌۱P قویتراست و گردنده‌هایآن سریعتر می‌چرخند. سانتریفوژهای پیشرفته تر ‌۲P می‌توانند با سرعت دو تا سه برابر بیشتر از نوع ‌۱P اورانیوم را غنی کنند. ظرفیت سانتریفوژ ‌۲P بیش از دو برابر توان کاری تفکیک کننده است. سانتریفوژ نوع ‌۱P استوانه‌هایی با دو متر طول و قطر ۱۵۰ تا ۲۰۰ میلیمتر هستند در حالیکه سانتریفوژهای نوع ‌۲P یک متر طول و ۱۴۵ میلیمتر قطر دارند با توجه به توضیحات فوق می‌توان نتیجه گرفت که اگر غنی‌سازی با سانتریفوژهای نوع ‌۲P انجام گیرد به تعداد کمتری نسبت به ‌۱P نیاز است که مقرون به صرفه‌تر است.

باید گفته شود که یک سانتریفوژ مدرن از زمان راه‌اندازی به مدت بیش از ده سال می‌تواند بدون نگهداری به کار خود ادامه دهد.در حال حاضر روسیه به عنوان یک غول صنعتی در این زمینه ازچهار مرکز (که چهل درصدظرفیت هسته‌ای جهان راتولید می‌کند) بوسیله روش سانتریفوژ استفاده می‌کند. باید گفته شود که غنی‌سازی اورانیوم بوسیله سانتریفوژ مهمترین روش غنی سازی در جهان است و هر روز در جهت افزایش تکنولوژی و راندمان آن کار می‌شود. با توجه به سیاست‌های جهانی برای تامین انرژی و امکان تهیه آن از نیروگاه‌های اتمی می‌توان به چشم‌انداز اقتصادی تهیه سوخت هسته‌ای این نیروگاه‌ها اشاره کرد با این دید که یکی از مهمترین مراحل تهیه سوخت هسته‌ای مرحله غنی‌سازی اورانیوم است که بیش از ۹۰ درصد آن در دنیای امروز از طریق سانتریفوژ صورت می‌گیرد.

مجید سلیمی