به گزارش هشت دی، در گزاش قبل روند هسته ای شدن ایران به عنوان یکی از مهم ترین دستاوردهای انقلاب اسلامی بررسی شد (از اینجا بخوانید) و در این گزارش مختصری از فن فناوری هسته ای بررسی خواهد شد.

غنی سازی اورانیوم چیست و چگونه به دست می آید؟

اورانیوم به رنگ سفید مایل به نقره‌ای، سنگین، فلزی و رادیواکتیو است ،عنصر اورانیوم در طبیعت دارای ایزوتوپهای مختلف از جمله دو ایزوتوپ مهم و پایدار اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ است.

ایزوتوپ چیست؟

در هسته هر اتم پروتون، الکترون و نوترون وجود داشته و الکترون ها در هفت لایه به دور پروتون در حال چرخش هستند و نوترون ها  بار خنثی دارند، طبق جدول تناوبی ذرات ،عناصر عدد اتمی (Z) یکسان و عدد جرمی (A) متفاوتی دارند. عدد اتمی بیانگر تعداد پروتونهای هسته اتم است؛ بنابراین ایزوتوپ‌های یک عنصر، تعداد پروتون‌های مساوی دارند. اختلاف در جرم اتمی ایزوتوپ‌ها از اختلاف تعداد نوترونهای موجود در هسته آنها ناشی می‌شود.

ایزوتوپهای اورانیوم می‌توانند از هم جدا شده، تا تمرکز یک ایزوتوپ بر دیگری را افزایش دهند. این فرایند غنی‌سازی نام دارد.این جداشدن انرژی ای بسیاری را آزاد کرده و این انرژی می تواند در فناوری های مختلفی مورد استفاده قرار گیرد.نوترون های جدا شده در اورانیوم در صدم ثانیه به هسته های اتم برخورد کرده و در چند ثانیه انرژی فوق العاده و تصاعدی از این راه به دست می اید، نوترون ها باید کنترل شده تا فاجعه ای رخ ندهد و اگر بخواهیم بمب اتمی تولید کنیم باید نوترون ها تا حد زیادی آزاد گذاشته شده تا غنی سازی به ۹۰ درصد برسد.

اورانیوم ۲۳۵ مهمترین ماده مورد نیاز رآکتور هسته‌ای (برای شکافته شدن و تولید انرژی) است اما مشکل کار اینجاست که اورانیوم استخراج شده از معدن ترکیبی از ایزوتوپهای مخلوط اورانیوم ۲۳۵ می‌باشد. بطوری که از این مخلوط سهم ایزوتوپ۲۳۵ حدود هفت دهم درصد است و برای کاربردی شدن آن در صنعت هسته‌ای باید غلظت ان بین ۲ تا ۵ درصد باشد و در واقع باید غنی‌سازی صورت گیرد.

کیک زرد چیست؟

فراوری کیک زرد و تولید هگزافلورید اورانیوم و آغاز غنی‌سازی (مرحله تبدیل و غنی‌سازی) کیک زرد در این مرحله هنوز دارای ناخالصی‌هایی است که توسط روشهای مختلف این ناخالصی‌ها کاسته شده‌است. استخراج اورانیوم از معدن و تهیه کیک زرد (مرحله فراوری سنگ معدن اورانیوم) عنصر اورانیوم در طبیعت به صورت ترکیبات شیمیایی مختلف از جمله اکسید اورانیوم، سیلیکات اورانیوم یا فسفات اورانیوم و به صورت مخلوط با ترکیباتی از عناصر دیگر یافت می‌شود. در میان کشورهای مختلف جهان، استرالیا دارای بزرگترین معادن اورانیوم است و کشورهای قزاقستان، کانادا، آفریقای جنوبی، نامیبیا، برزیل و روسیه نیز از معادن بزرگی برخوردارند.

مواد معدنی حاوی اورانیوم با استفاده از روشهای معدن‌کاوی زیرزمینی یا روزمینی استخراج شده و سپس طی فرایندهای مکانیکی و شیمیایی موسوم به «آسیاب کردن» و «کوبیدن» از دیگر عناصر جدا می‌شوند.

اورانیوم پس از استخراج تفکیک، کوبیده، خرد و به شکل پودر درآمده و سپس برای تولید ماده موسوم به کیک زرد استفاده قرار می‌گیرد. کیک زرد در واقع محصول فراوری سنگ معدن ارونیوم است و به ترکیباتی از اورانیوم گفته می‌شود که ناخالصی‌های معدنی آن به میزان زیادی گرفته شده و است.

حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شدهٔ به کار رفته در یک بمب هسته‌ای، برابر با چندین میلیون گالن بنزین است.

سانتریفیوژ چیست؟

شاید بارها این کلمه را از منابع خبری شنیده باشید سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جداسازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می‌شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش درمی‌آورد و مواد متناسب با وزنی که دارند از محور فاصله می‌گیرند. در واقع در این روش برای جداسازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع یا مایع از جامد است. سانتریفیوژهایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده‌اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته می‌شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی بنام Gaseous Diffusion به معنی پخش و توزیع گازی استفاده می‌کردند.

سانتریفیوژ گردش سریع سیلندر، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی تولید می‌کند و طی آن مولکولهای سنگینتر (آنهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ هستند) از مرکز محور گردش دورتر می‌گردند و برعکس آنها که مولکولهای سبکتری دارند (حاوی ایزوتوپ (اورانیوم ۲۳۵) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار می‌گیرند. در غنی سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و سری کنارهم قرار داده شده‌اند استفاده می‌شود. سانترفیوز دستگاه استوانه‌ای شکلی است که درست مثل توربین هواپیما پره‌هایی در وسط آن وجود دارد این پره‌ها در هر ثانیه بیش از ۳۰ هزار گردش دارند در نتیجه این چرخش اورانیوم سنگین روی دیواره آخری سانترفیوژ قرار می‌گیرد و اورانیوم سبک در کنار آن می‌نشیند باید هزاران سانترفیوژ در کنار هم قرار بگیرند تا بشود اورانیوم را غنی کنیم یعنی با یک یا چند سانترفیوژ نمی‌توان اورانیوم را غنی کرد.

ساخت دستگاه‌های سانتریفوژ احتیاج به فن‌آوری پیشرفته دارد زیرا این دستگاه ها مجهز به موتورهایی قوی باید بوده و به خوبی تراز شده باشد، همچنین باید دارای یاتاقان‌هایی با قابلیت کارکرد در سرعت‌های بالا باشد که معمولا از نیروی مغناطیسی برای کاهش اصطکاک در آنها استفاده می‌شود.

براساس گزارش آژانس انرژی اتمی، کشورهای ایالات متحده آمریکا، روسیه، چین، فرانسه، ایتالیا، بلژیک، اسپانیا، آلمان، هلند، انگلستان، ژاپن در قالب شش سازمان قادر به غنی‌سازی اورانیوم در حدّ تجاری هستند.

هند و پاکستان با درصد غنی‌سازی پایین‌تر، آرژانتین به‌صورت غیرفعال و هم‌چنین برزیل و ایران قادر به غنی‌سازی اورانیوم هستند.

در این گزارش سعی شد که مختصری از ساخت نیروگاه هسته ای توضیح داده شده تا همگان بدانند ایران به ساخت چه گنج عظیمی از تکنولوژی موفق شده است که باید برای همت جوانان و نخبگان هسته ای کلاه را از سر برداشت و توانایی جوانان این مرز و بوم را باور کرد.