قاسم معتمدی
عضو جدید
در این تاپیک درسال 1389 به کمک کاربران عزیز قصد داریم به نگرشی کامل در مورد عنصر اورانیوم بپردازیم.
به امید پیشرفت روز افزون این عنصر درصنعت
مقاله 33 : بررسی کامل اورانیوم در سال 1389
- شروع کننده موضوع قاسم معتمدی
- تاریخ شروع
قاسم معتمدی
عضو جدید
مواد معدنی
مواد معدنی
اطلاعات اولیه :
اورانیوم و توریم از جمله عناصر کمیاب هستند. قشر جامد کره زمین بطور متوسط به ازای هر تن وزن شامل چهار گرم اورانیوم است. یعنی اورانیوم همانقدر است که روی یا سرب یا قلع . بعضی از انواع سنگ های خارا حتی دارای 30 گرم اورانیوم به ازای هر تن از وزن خود می باشند.
مهمترین ماده معدنی اورانیوم عبارتست از پیچ بلند (Pitch-blende) که نام علمی اش اکسید بی آب اورانیوم 358 می باشد. این سنگ معدنی در قسمت فوقانی قشر جامد کره زمین تحت تاثیر جریانات آب تغییر می یابد و هیدرات های مختلف بوجود می آورد و اگر تغییرات و ترکیبات پیشرفت کند فسفات های مختلف مواد معدنی دیگری که خیلی پیچیده هستند ایجاد می شود .
معادنی که جلوتر از همه حتی در دوران قدیم مورد بهره برداری قرار گرفته اند عبادتند از :
معدن نواحی بوهم (Bohemia) :
در حال حاضر مهمترین تهیه کنندگان اورانیوم در جهان عبارتند: از کانادا ، کنگوی قدیم بلژیک ، ممالک متحده آمریکای شمالی و اتحادیه آفریقای جنوبی و حقیقت این است که در باره روسیه اطلاع دقیقی در دست نیست و احتمالاً محصول آن در حدود هر یک از ممالک ذکر شده است بعد از این 4 کشور نوبت به استرالیای شمالی ، فرانسه ، چکسلواکی ، ممالک آفریقای جنوبی ، کرن وال و چین می رسد تا سال های اخیر در کانادا تنها معدنی که مورد بهره برداری قرار گرفت عبارت بود از معدن دریاچه بزرگ اورز (Ours) که در شمال کانادا واقع است در این معدن پیچ بلند باانواع سولفورهای دیگر مخلوط است اخیراً دو معدن مهم دیگر در این کشور کشف کرده اند . گرچه مواد معدنی آنها شامل مقدار کمی اورانیوم می باشد لیکن مقدار کل مواد معدنی در این دو نقطه فوق العاده قابل ملاحظه است یکی از این دو معدن در ناحیه دریاچه بیورلاج (Beaverlodge) و دیگری در ناحیه دریاچه بیند ریور (Bind-River) واقع است .
رگه پیچ بلند معادن کروزی بطور متوسط شامل 10% اورانیوم است معادن گروری در عین حال که دارای مقدار کمی اورانیوم هستند بازهم مورد استفاده می باشند و از آن بهره برداری می شود در ناحیه لاشو به نظر می رسد که معادن جنگل های سیاه بسیار مهم هستند و بالاخره تجسساتی که در ناحیه وانده به عمل آمده نوید بخش می باشد . به نظر می رسد سالانه در تمام دنیا بیش از چند صد هزار تن اورانیوم تولید و به بهره برداری می رسد در برخی معادن آفریقای جنوبی که آنها بعد از استخراج طلا از ماده معدنی ، باقیمانده ماده را برای تهیه اورانیوم مورد استفاده قرارمی دهند .
معادن توریم :
سنگ معدنی مونازیت توریم : معادن توریم فراوانتر از اورانیوم است و ماده معدنی اصلی ان عبارتست از فسفات خاصی که ترکیب آن بسیار پیچیده است مونازیت (Monazite) نام دارد. مهمترین معادن آن در هندوستان جنوبی و برزیل واقع است معادن دیگری که وسعت آن چندان زیاد نیست ولی از حیث میزان توریم بسیار غنی می باشد در جزیره سیلان کشف شده است و نیز در این اواخر منابع مهمی شامل مونازیت در جزایر ماداگاسکار کشف کرده اند .
سنگ معدنی توریت توریم :
سنگ معدنی دیگری از توریم که توریت (Thorite) نام دارد در استرالیا ، برزیل ، ماداگاسکار ، اسکاندیناویا ، بریتانیا ، ایالت متحده و روسیه وجود دارد .
به هیچ وجه ممکن نیست که با دقت معین نماییم که در آینده چه میزان اورانیوم و توریوم در جهان استخراج خواهد شد و به مصرف تهیه انرژی خواهد رسید البته با تولید مصنوعی این مواد رادیو اکتیو و نیز سایر مکانیزم های تولید انرژی هسته ای از جمله همجوشی های کنترل شده سبب شده که دیگر مشکل جستجو و کشف معادن اورانیوم و توریم وجود نداشته باشد و یا این نیاز از راه های دیگر برطرف می شود .
تبدیل توریم به اورانیوم:
توریم را در کوره اتمی توسط نوترون بمباران می کنند این عنصر پس از یک سری تغییرات رادیو اکتیو به اورانیوم 233 تبدیل می شود که مانند اورانیوم 235 و پلوتنیم 239 توسط نوترونهای حرارتی شکافته می شود .
مواد معدنی
اطلاعات اولیه :
اورانیوم و توریم از جمله عناصر کمیاب هستند. قشر جامد کره زمین بطور متوسط به ازای هر تن وزن شامل چهار گرم اورانیوم است. یعنی اورانیوم همانقدر است که روی یا سرب یا قلع . بعضی از انواع سنگ های خارا حتی دارای 30 گرم اورانیوم به ازای هر تن از وزن خود می باشند.
مهمترین ماده معدنی اورانیوم عبارتست از پیچ بلند (Pitch-blende) که نام علمی اش اکسید بی آب اورانیوم 358 می باشد. این سنگ معدنی در قسمت فوقانی قشر جامد کره زمین تحت تاثیر جریانات آب تغییر می یابد و هیدرات های مختلف بوجود می آورد و اگر تغییرات و ترکیبات پیشرفت کند فسفات های مختلف مواد معدنی دیگری که خیلی پیچیده هستند ایجاد می شود .
پیچ بلند
معادنی که جلوتر از همه حتی در دوران قدیم مورد بهره برداری قرار گرفته اند عبادتند از :
در حال حاضر مهمترین تهیه کنندگان اورانیوم در جهان عبارتند: از کانادا ، کنگوی قدیم بلژیک ، ممالک متحده آمریکای شمالی و اتحادیه آفریقای جنوبی و حقیقت این است که در باره روسیه اطلاع دقیقی در دست نیست و احتمالاً محصول آن در حدود هر یک از ممالک ذکر شده است بعد از این 4 کشور نوبت به استرالیای شمالی ، فرانسه ، چکسلواکی ، ممالک آفریقای جنوبی ، کرن وال و چین می رسد تا سال های اخیر در کانادا تنها معدنی که مورد بهره برداری قرار گرفت عبارت بود از معدن دریاچه بزرگ اورز (Ours) که در شمال کانادا واقع است در این معدن پیچ بلند باانواع سولفورهای دیگر مخلوط است اخیراً دو معدن مهم دیگر در این کشور کشف کرده اند . گرچه مواد معدنی آنها شامل مقدار کمی اورانیوم می باشد لیکن مقدار کل مواد معدنی در این دو نقطه فوق العاده قابل ملاحظه است یکی از این دو معدن در ناحیه دریاچه بیورلاج (Beaverlodge) و دیگری در ناحیه دریاچه بیند ریور (Bind-River) واقع است .
معدن اورز
رگه پیچ بلند معادن کروزی بطور متوسط شامل 10% اورانیوم است معادن گروری در عین حال که دارای مقدار کمی اورانیوم هستند بازهم مورد استفاده می باشند و از آن بهره برداری می شود در ناحیه لاشو به نظر می رسد که معادن جنگل های سیاه بسیار مهم هستند و بالاخره تجسساتی که در ناحیه وانده به عمل آمده نوید بخش می باشد . به نظر می رسد سالانه در تمام دنیا بیش از چند صد هزار تن اورانیوم تولید و به بهره برداری می رسد در برخی معادن آفریقای جنوبی که آنها بعد از استخراج طلا از ماده معدنی ، باقیمانده ماده را برای تهیه اورانیوم مورد استفاده قرارمی دهند .
معادن توریم :
سنگ معدنی مونازیت توریم : معادن توریم فراوانتر از اورانیوم است و ماده معدنی اصلی ان عبارتست از فسفات خاصی که ترکیب آن بسیار پیچیده است مونازیت (Monazite) نام دارد. مهمترین معادن آن در هندوستان جنوبی و برزیل واقع است معادن دیگری که وسعت آن چندان زیاد نیست ولی از حیث میزان توریم بسیار غنی می باشد در جزیره سیلان کشف شده است و نیز در این اواخر منابع مهمی شامل مونازیت در جزایر ماداگاسکار کشف کرده اند .
مونازیت
سنگ معدنی دیگری از توریم که توریت (Thorite) نام دارد در استرالیا ، برزیل ، ماداگاسکار ، اسکاندیناویا ، بریتانیا ، ایالت متحده و روسیه وجود دارد .
توریت
تبدیل توریم به اورانیوم:
توریم را در کوره اتمی توسط نوترون بمباران می کنند این عنصر پس از یک سری تغییرات رادیو اکتیو به اورانیوم 233 تبدیل می شود که مانند اورانیوم 235 و پلوتنیم 239 توسط نوترونهای حرارتی شکافته می شود .
بمباران نیتروژنی
قاسم معتمدی
عضو جدید
واکنش های هسته ای
واکنش های هسته ای
تعریف واکنش های هسته ای:
تبدیلات خود بخودی یا مصنوعی بعضی از هسته های اتمی به هسته دیگر که نتیجه بهم خوردن ترکیب ساختمان هسته یا تغییر در تعداد نوکلئون ها (ذرات هسته ای ) است واکنش های هسته ای نام دارند.
روش های انجام واکنش های هسته ای:
شکست هسته به دو هسته غیر مساوی توام با انتشار پروتون ، نوترون، ذرات آلفا، اشعه گاما و واکنش های ترکیب هسته ای که تشکیل یک هسته سنگین تر در اثر تجدید ساختمان هسته عناصر سبک تر که همراه با ازاد شدن مقادیر زیاد انرژی است ، صورت می گیرد.
انرژی حاصل از واکنش های ترکیب یا (همجوشی) 8 برابر بیشتر از انرژی هسته ای واکنش های شکست هسته ای است.
راه های مختلف تولید انرژی هسته ای:
شکافت هسته‌ای
همجوشی هسته ای
شکافت هسته‌ای (Nuclear Fission):
فرض می شود نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ اورانیوم235 نفوذ کند در اثربرخورد به هسته اتم اورانیوم 235 ، اورانیوم بدو قسمت شکسته می شود مقادیر زیادی نیز انرژی ازاد می گردد در حدود (200Mev) اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته اورانیوم 235 آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد.
این چهار نوترون نیز چهار هسته اورانیوم 235 را می شکند چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می باشند سپس شکست هسته ای و آزاد شدن نوترون ها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می یابد.
در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می شود در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته ا ی شروع می گردد. در واکنش های کنترل شده تعدادشکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می شود.
فرض کنیم یک ذره(a) به یک هسته ساکن(x) برخورد کند در نتیجه در واکنش های هسته ای هسته(y) و ذره (b) تولید می شود که این واکنش را بصورت زیر می نویسم:
a+x→b+y
مراحل شکست اورانیوم 235 :
1n+235U→234U→144Ba+89Kr+3 1n
در واکنش اخیر در نتیجه برخورد نوترون حرارتی به اورانیوم 235 آن را به اورانیوم 234 تحریک شده تبدیل می کند. نهایتا اورانیوم تحریک شده نیز بعد از شکافت ، به باریم و کریپتون و سه تا نوترون تبدیل می شود.
مواد قابل شکست ( Fissionable Materials):
موادی که وقتی تحت تابش نوترون قرار می گیرند انجام یک واکنش شکست هسته ای را ممکن می سازند شامل موارد زیرمی شود : اورانیوم 235، اورانیوم238، پلوتنیوم239، ایزوتوپ اورانیوم 233، (اورانیوم233 بطور مصنوعی در راکتورهای هسته ای با تاباندن نوترون به توریوم233 بوجود می آید).
محصولات شکست اورانیوم (Uranium Fission Puroducts):
زمانی که هسته اتمی اورانیوم 235 بدو قسمت شکسته می شود عناصر زیر تولید می شوند:
استرتیوم 90 ، کریپتون 91 ، ایتریوم 91 ، زیرکونیوم 95 ، ید 126 ، سزیم 137 ، باریم 142 ، سریم 144 قابل ذکر هستند.
همجوش هسته ای (Nuclear Fusion) :
همجوشی هسته ای عبارت است از اتحاد عناصر سبک برای تشکیل عناصر سنگین تر که نوع واکنش را واکنش همجوشی گویند تا بحال در انفجار بمب هیدروژنی قوی و بسیار خوب تشخیص داده شده است. این واکنش برای انسان چندان مفید نیست و بنابر این دانشمندان بطور جدی کوشش می کنند تا واکنش همجوشی را کنترل کنند یعنی در کیف کاهش سرعت واکنش به درجه ای که بتواند برای مقاصد صلح جویانه مفید باشد.
در مرحله اول ازاین واکنش ها بصورت کنترل شده برای تولید برق استفاده می شود. همچنین انرژی تولید شده در این واکنش 8 برابر انرژی تولیدشده در شکافت هسته‌ای می باشد.
منشا انرژی تابشی خورشید و دیگر ستاره ها یک سری از واکنش های هسته ای انرژی زا است اتم هایی که دراین واکنش ها در درون ستاره شرکت می کنند کاملا یونیزه اند.یعنی تمامی الکترون ها از آن کنده شده است.چنین مجموعه ای از ذرات باردار را پلاسما می نامند.
دو تریوم و تریتیوم ایزوتوپ های هیدروژن مواد قابل احتراق همجوشی هسته ای را تشکیل می دهند .
هسته دو تریوم از یک نوترون و یک پروتون تشکیل می یابد. هسته تریتیوم دارای دو نوترون و یک پروتون است.
این تصویر کوچکتر شده است. برای مشاهده با سایز اصلی روی این نوار کلیک کنید. سایز تصویر اصلی 711x490و حجم فایل 14KB است
سوخت های همجوشی :
ملاحظات فرایند های طبیعی و نتایج حاصل از آنها نشان داده است که واکنش های همجوشی گوناگونی وجود دارد. از جمله از واکنش های همجوشی هسته ای واکنش دوترون با تریتیوم می باشد.
معادله واکنش های همجوشی هسته ای :
نخستین واکنش همجوشی قابل کنترل توسط رابطه زیر ارائه شد (ترکیب ایزوتوپ های هیدوژن)
2H+3H→1n+4He
در این واکنش انرژیی معادل 17.6 Mev آزاد می شود.که از آن می شود در کادبردهای صنعتی و نظامی استفاده نمود.
واکنش های هسته ای
تعریف واکنش های هسته ای:
تبدیلات خود بخودی یا مصنوعی بعضی از هسته های اتمی به هسته دیگر که نتیجه بهم خوردن ترکیب ساختمان هسته یا تغییر در تعداد نوکلئون ها (ذرات هسته ای ) است واکنش های هسته ای نام دارند.
روش های انجام واکنش های هسته ای:
شکست هسته به دو هسته غیر مساوی توام با انتشار پروتون ، نوترون، ذرات آلفا، اشعه گاما و واکنش های ترکیب هسته ای که تشکیل یک هسته سنگین تر در اثر تجدید ساختمان هسته عناصر سبک تر که همراه با ازاد شدن مقادیر زیاد انرژی است ، صورت می گیرد.
انرژی حاصل از واکنش های ترکیب یا (همجوشی) 8 برابر بیشتر از انرژی هسته ای واکنش های شکست هسته ای است.
راه های مختلف تولید انرژی هسته ای:
شکافت هسته‌ای
همجوشی هسته ای
شکافت هسته‌ای (Nuclear Fission):
فرض می شود نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ اورانیوم235 نفوذ کند در اثربرخورد به هسته اتم اورانیوم 235 ، اورانیوم بدو قسمت شکسته می شود مقادیر زیادی نیز انرژی ازاد می گردد در حدود (200Mev) اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستن هسته اورانیوم 235 آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد.
این چهار نوترون نیز چهار هسته اورانیوم 235 را می شکند چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می باشند سپس شکست هسته ای و آزاد شدن نوترون ها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می یابد.
در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می شود در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته ا ی شروع می گردد. در واکنش های کنترل شده تعدادشکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می شود.
فرض کنیم یک ذره(a) به یک هسته ساکن(x) برخورد کند در نتیجه در واکنش های هسته ای هسته(y) و ذره (b) تولید می شود که این واکنش را بصورت زیر می نویسم:
a+x→b+y
1n+235U→234U→144Ba+89Kr+3 1n
در واکنش اخیر در نتیجه برخورد نوترون حرارتی به اورانیوم 235 آن را به اورانیوم 234 تحریک شده تبدیل می کند. نهایتا اورانیوم تحریک شده نیز بعد از شکافت ، به باریم و کریپتون و سه تا نوترون تبدیل می شود.
مواد قابل شکست ( Fissionable Materials):
موادی که وقتی تحت تابش نوترون قرار می گیرند انجام یک واکنش شکست هسته ای را ممکن می سازند شامل موارد زیرمی شود : اورانیوم 235، اورانیوم238، پلوتنیوم239، ایزوتوپ اورانیوم 233، (اورانیوم233 بطور مصنوعی در راکتورهای هسته ای با تاباندن نوترون به توریوم233 بوجود می آید).
محصولات شکست اورانیوم (Uranium Fission Puroducts):
زمانی که هسته اتمی اورانیوم 235 بدو قسمت شکسته می شود عناصر زیر تولید می شوند:
استرتیوم 90 ، کریپتون 91 ، ایتریوم 91 ، زیرکونیوم 95 ، ید 126 ، سزیم 137 ، باریم 142 ، سریم 144 قابل ذکر هستند.
همجوش هسته ای (Nuclear Fusion) :
همجوشی هسته ای عبارت است از اتحاد عناصر سبک برای تشکیل عناصر سنگین تر که نوع واکنش را واکنش همجوشی گویند تا بحال در انفجار بمب هیدروژنی قوی و بسیار خوب تشخیص داده شده است. این واکنش برای انسان چندان مفید نیست و بنابر این دانشمندان بطور جدی کوشش می کنند تا واکنش همجوشی را کنترل کنند یعنی در کیف کاهش سرعت واکنش به درجه ای که بتواند برای مقاصد صلح جویانه مفید باشد.
در مرحله اول ازاین واکنش ها بصورت کنترل شده برای تولید برق استفاده می شود. همچنین انرژی تولید شده در این واکنش 8 برابر انرژی تولیدشده در شکافت هسته‌ای می باشد.
منشا انرژی تابشی خورشید و دیگر ستاره ها یک سری از واکنش های هسته ای انرژی زا است اتم هایی که دراین واکنش ها در درون ستاره شرکت می کنند کاملا یونیزه اند.یعنی تمامی الکترون ها از آن کنده شده است.چنین مجموعه ای از ذرات باردار را پلاسما می نامند.
دو تریوم و تریتیوم ایزوتوپ های هیدروژن مواد قابل احتراق همجوشی هسته ای را تشکیل می دهند .
هسته دو تریوم از یک نوترون و یک پروتون تشکیل می یابد. هسته تریتیوم دارای دو نوترون و یک پروتون است.
ملاحظات فرایند های طبیعی و نتایج حاصل از آنها نشان داده است که واکنش های همجوشی گوناگونی وجود دارد. از جمله از واکنش های همجوشی هسته ای واکنش دوترون با تریتیوم می باشد.
معادله واکنش های همجوشی هسته ای :
نخستین واکنش همجوشی قابل کنترل توسط رابطه زیر ارائه شد (ترکیب ایزوتوپ های هیدوژن)
2H+3H→1n+4He
در این واکنش انرژیی معادل 17.6 Mev آزاد می شود.که از آن می شود در کادبردهای صنعتی و نظامی استفاده نمود.
قاسم معتمدی
عضو جدید
نقشه تاسیسات هسته‌ای
نقشه تاسیسات هسته‌ای
۱ - مرکز تحقیقات کشاورزی و پزشکی هسته ای کرج
این مرکز با استفاده از شتاب دهندۀ سیکلوترون، توانایی تولید رادیوایزوتوپ های گوناگون جهت کاربردهای پزشکی، کشاورزی و صنعتی را دارد. فعالیت های پژوهشی کشاورزی هسته ای در راستای استفادۀ صلح جویانه از انرژی هسته ای جهت کمک به حل مشکلات کشاورزی با امکانات آزمایشگاهی مجهز و پیشرفته در مرکز تحقیقات کشاورزی و پزشکی هسته ای کرج انجام می شوند.
۲ - مرکز تحقیقات هسته ای تهران
این مرکز به سبب سابقۀ طولانی و توان علمی و فنی حاصل از کادر مجرب خود، همواره پیشاهنگ فعالیت های علمی و پژوهشی فناوری هسته ای در ایران بوده است. مرکز تحقیقات هسته ای با داشتن رآکتور هسته ای تحقیقاتی با قدرت 5 مگاوات، آزمایشگاه های مجهز و تأسیسات لازم، نقش اصلی را در توسعۀ دانش فنی تولید و کاربرد رادیوداروها و چشمه های صنعتی در ایران داشته است. اهم این رادیوایزوتوپ ها عبارتند از: تهیه و تولید رادیوداروها و کیت های رادیودارویی،، تهیه و تولید رادیوایزوتوپ برای کاربردهای صنعتی، تهیه و تولید کیت های رادیوایمونواسی جهت نشان گذاری هورمون ها و آنتی بادی ها و غربال گری کم کاری تیروئید نوزادان، فعالیت های پژوهشی رادیوداروها و رادیوایزوتوپ های صنعتی. لازم به توضيح است كه در سال 1335، انستيتو علوم هستهاي كه تحت نظارت سازمان مركزي پيمان سنتو بود از بغداد به تهران منتقل شد و دانشگاه تهران، مركزي را تحت عنوان مركز اتمي دانشگاه تهران براي آموزش و پژوهش هستهاي پايه گذاري نمود. چندي بعد در سال 1337 به پيشنهاد دانشگاه تهران، ساخت يك رآكتور اتمي در دستوركار دولت قرار گرفت و تصويب گرديد. در همين راستا آيزنهاور، رئيس جمهور آمريكا، جهت تبليغ طرح خود (اتم براي صلح) يك رآكتور اتمي به ايران داد. عمليات ساختماني رآكتور دانشگاه تهران در 1340 آغاز و در آبان ماه 1346 آمادۀ كار گرديد و عملاً مورد بهره‌برداري قرار گرفت. ظرفيت اين رآكتور 5 مگاوات و از نوع آب سبك بوده و تا سال 1372 با سوخت اورانيوم با غناي بالا (93 درصد) كار مي كرد. سوخت رآکتور در سال 1372 از درجۀ غنای بالا (93 درصد) به درجۀ غنای پایین (حدود 20 درصد) تبدیل شد.
۳ - كارخانه غني سازي نيمه صنعتي فردو
در مورخ 30/6/1388 برابر با 21/9/2009، جمهوري اسلامي ايران كارخانه غني سازي نيمه صنعتي فردو را به آژانس اظهار نمود. سازمان انرژي اتمي با صدور بيانيه اي اظهار داشت: "جمهوري اسلامي ايران در راستاي حفظ و برخورداري از حقوق مسلم خود در بهره برداري صلح آميز از انرژي هسته اي، طي يك گام موفق جديد نسبت به ايجاد كارخانه نيمه صنعتي غني سازي سوخت هسته اي ديگري اقدام نموده است. ايران اكنون با رعايت تمام جوانب از جمله پدافند غير عامل در حال ساخت اين تاسيسات مي باشد. فعاليت هاي اين تاسيسات همانند ساير تاسيسات هسته اي ايران، در چارچوب مقررات آژانس خواهد بود". آژانس بین المللی انرژی اتمی نيز با ارسال نامه اي به ايران در مورخ 25 سپتامبر (3 مهرماه)، از اقدام جمهوري اسلامي ايران براي ارائه اطلاعات مربوط به اين سايت جديد زودتر از تعهد قانوني خود قدرداني نمود. برابر اعلام رئيس سازمان انرژي اتمي "ايجاد تأسيسات جديد هستهاي اقدامي احتياط آميز بوده و هدف آن، تقويت مقابله با هرگونه تهديد نسبت به تأسيسات اتمي ايران است تا دشمن بداند جمهوري اسلامي ايران با اراده‌اي كه دارد، اجازة توقف فعاليت هاي هستهاي اش را ولو براي يك لحظه هم نخواهد داد. ميزان غني‌سازي در اين تاسيسات مانند تأسيسات نطنز تا ۵ درصد خواهد بود. احداث تأسيسات جديد حدود يك سال و اندي پيش آغاز شد و تاكنون هيچگونه ماشين و مواد راديواكتيوي در آن وارد نشده است. طبق مقررات آژانس، هيچ ضرورتي به اعلام خبر مربوط به اين تأسيسات وجود نداشت و ما مي‌توانستيم آن را اعلام نكنيم، اما ما به خاطر بحث اعتمادسازي و شفاف‌سازي اين را بسيار زودتر از زمان مقرر اعلام كرديم". لازم به توضيح است كه برابر تفاهم ايران و آژانس، بازرسان آژانس در 3 آبان 1388 (25 نوامبر 2009) از اين تاسيسات بازديد و اجراي تعهدات مربوطه ايران را تاييد كردند
۴ - اراک
رآکتور تحقیقاتی آب سنگین اراک
با افزایش طول عمر رآکتور تحقیقاتی تهران و مستعمل شدن تجهیزات و سیستم های مختلف آن، همانند سایر رآکتورهای مشابه در جهان، می بایست به فکر جایگزینی برای آن بود. از طرف دیگر، نیازمندی های روزافزون ایران به رادیوداروهای مختلف جهت مصارف تشخیص و درمان پزشکی و رادیوایزوتوپ های گوناگون برای کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی و محدودیت های مختلفی که ایران حتی در ارتباط با تهیه و تأمین این قبیل رادیوایزوتوپ ها از منابع خارج از کشور روبرو بوده است، سازمان انرژی اتمی را مصمم به احداث یک رآکتور تحقیقاتی جدید به منظور جایگزینی رآکتور تهران نمود. رآکتور تحقیقاتی جدید از نوع آب سنگین و با قدرت 40 مگاوات بوده و موسوم به IR40 می باشد. طراحی پایۀ این پروژه در سال 2002 کامل شد و عملیات اجرایی ساخت آن که هنوز ادامه دارد، از سال 2004 آغاز گردید.
مجتمع توليد آب سنگين اراك
مجتمع توليد آب سنگين اراك در 4 شهريور ماه 1385 توسط دكتر احمدي نژاد افتتاح شد. بنا به اظهار رئيس وقت سازمان انرژي اتمي ظرفيت توليد اين مجتمع ابتدا هشت تن بود و در زمان افتتاح، ظرفيت آن به ۱۶ تن آب سنگين با غناي 8/99درصد رسيد. پروژۀ توليد آبسنگين اراك به عنوان يكي از شاخصه هاي دانش هستهاي، در پزشكي و به خصوص كنترلسرطان و كنترل بيماري ايدز نقش تعيين كننده اي دارد و به عنوان خنك كننده وكند كننده رآكتورهاي آب سنگين نیز به كار مي رود. با گشايش اين واحد صنعتي، ايران بهعنوان نهمين كشور داراي تجهيزات توليد آب سنگين جهان مطرح مي شود. كشورهاي آرژانتين،كانادا، هند و نروژ نيز بزرگ ترين صادركنندگان آب سنگين جهان هستند. شايان ذکر است که از هر ۶۵۰۰ ليتر آب معمولي، تنها يكليتر آب سنگين به دست مي آيد. آب سنگين در پژوهش هاي علمي در حوزه هاي مختلفاز جمله زيست شناسي، پزشكي، فيزيك و... كاربردهاي فراواني دارد. برخي از كاربردهاي آن عبارتنداز: طيف سنجي تشديد مغناطيسي هسته، كند كننده نوترون، آشكارسازي نوترينو، آزمون هاي سوخت و ساز در بدن، توليد تريتيم.
۵ - كارخانه غني سازي صنعتي نطنز
UF6 خوراک اصلی کارخانه غنی سازی می باشد. اين ماده در كارخانه نطنز براي توليد سوخت غني سازي مي شود.
۶ - اصفهان
كارخانه UCF اصفهان
آنچه در اصفهان تحت عنوان پروژۀ UCF انجام می گیرد، تبدیل کیک زرد به هگزافلوراید اورانیوم (UF6)، اورانیوم فلزی و اکسید اورانیوم است.
كارخانه توليد ميله سوخت (ZPP) اصفهان
در اين كارخانه با استفاده از فلز مخصوص زيركونيوم، ميله هاي سوخت توليد مي شوند.
كارخانه توليد سوخت (FMP) اصفهان
آخرين و حساس ترين حلقه مربوط به چرخه توليد سوخت هستهاي، برعهده اين كارخانه قرار گرفته است. در اين بخش، توليد انواع مجتمع‌هاي سوخت مورد نياز رآكتورهاي تحقيقاتي و نيروگاه‌هاي توليد برق هستهاي در دستوركار قرار گرفته است. براساس برنامه‌‌ريزي انجام شده، كارخانه FMP سالانه قادر خواهد بود 10 تن سوخت طبيعي براي به كارگيري در رآكتور تحقيقاتي آب سنگين 40 مگاواتي اراك و سي تن سوخت غني شده با غناي حداكثر 5 درصد براي استفاده در رآكتورهاي هستهاي آب سبك تحت فشار از قبيل نيروگاه 360 مگاواتي دارخوين يا نيروگاه‌هاي قدرت ديگر توليد كند. همچنين اين كارخانه قابليت افزايش ظرفيت براي توليد سوخت مورد نياز 2 هزار و 360 مگاوات برق هستهاي را طي برنامه پنجم توسعه دارا است.
۷ - كارخانه كيك زرد اردكان
اورانيوم استخراجي از معدن ساغند، در منطقۀ اردکان یزد پس از اعمال فرایندهای مختلف شیمیایی و فیزیکی به کیک زرد تبدیل می شود.
۸ - معدن اورانيوم ساغند
پروژۀ ساغند یزد، نمود عینی فعالیت در زمینه استحصال اورانیوم از منابع طبیعی است. تأسیسات موجود در این کارخانه، اورانیوم را از عمق 350 متری استخراج مي كند.
۹ - نيروگاه اتمي درحال ساخت دارخوين
رئيس وقت سازمان انرژي اتمي در روز بيست فروردين 1386 (روز ملي فناوري هستهاي و ورود ایران به مرحلۀ غني‌سازي صنعتي براي توليد سوخت هستهاي) اظهار داشت مراحل طراحي و ساخت نيروگاه بومی 360 مگاواتي آب سبك با استفاده از امكانات بومي در دارخوین با شتاب پيگيري مي شود.
۱۰ - نيروگاه اتمي بوشهر
در سال 1353 قرارداد اولیۀ طراحی و ساخت دو واحد نیروگاهی در بوشهر با قدرت هر واحد 1300 مگاوات بین سازمان انرژی اتمی و شرکت KWU آلمان منعقد گردید. با پیروزی انقلاب اسلامی، اجرای این پروژه متوقف گردید. در دی ماه 1373 قرارداد تکمیل واحد یک نیروگاه اتمی بوشهر به صورت مشارکتی بین ایران و روسیه منعقد گردید و در سال 1377 بار دیگر قرارداد مورد بازبینی کلی قرار گرفت که طی آن تکمیل نیروگاه به صورت کلید در دست به شرکت اتم استروی اکسپورت روسیه محول شد. رآکتور مورد توافق با شرکت روسی از نوع رآکتورهای آب سبک تحت فشار با قدرت 1000 مگاوات می باشد. راه اندازي نيروگاه اتمي بوشهر، بارها به دليل فشارهاي سياسي آمريكا و برخي كشورهاي غربي به تأخير افتاد. با شروع بحران در موضوع هستهاي ايران با نيات سياسي چند كشور، تحقق اين هدف در هاله اي از ابهام فرو رفت و موج جديدي از فشارها بر روسيه وارد شد. با اتخاذ سياست‌هاي درست كه نتايج آن چيزي جز اثبات صلح‌آميز بودن برنامه هستهاي ايران بر همگان نبود، مباني اقدامات سياسي اين كشورها براي اعمال فشار بر ايران فروريخت. روسيه، بالأخره تصميم به حمل سوخت هستهاي به نيروگاه بوشهر و راه اندازي آن گرفت. حمل سوخت بوشهر در تاريخ 9 بهمن ماه 1386 كامل شد و بنابر اعلام مقامات روسي و مقامات سازمان انرژي اتمي كشورمان، اين نيروگاه به زودي راه اندازي می شود و خواهد توانست برق هستهاي وارد مدار برق كشور نمايد. از اينرو، كشورمان سي و يكمين كشوري خواهد بود كه به توليد برق هستهاي مي پردازد.
نقشه تاسیسات هسته‌ای
این مرکز با استفاده از شتاب دهندۀ سیکلوترون، توانایی تولید رادیوایزوتوپ های گوناگون جهت کاربردهای پزشکی، کشاورزی و صنعتی را دارد. فعالیت های پژوهشی کشاورزی هسته ای در راستای استفادۀ صلح جویانه از انرژی هسته ای جهت کمک به حل مشکلات کشاورزی با امکانات آزمایشگاهی مجهز و پیشرفته در مرکز تحقیقات کشاورزی و پزشکی هسته ای کرج انجام می شوند.
۲ - مرکز تحقیقات هسته ای تهران
این مرکز به سبب سابقۀ طولانی و توان علمی و فنی حاصل از کادر مجرب خود، همواره پیشاهنگ فعالیت های علمی و پژوهشی فناوری هسته ای در ایران بوده است. مرکز تحقیقات هسته ای با داشتن رآکتور هسته ای تحقیقاتی با قدرت 5 مگاوات، آزمایشگاه های مجهز و تأسیسات لازم، نقش اصلی را در توسعۀ دانش فنی تولید و کاربرد رادیوداروها و چشمه های صنعتی در ایران داشته است. اهم این رادیوایزوتوپ ها عبارتند از: تهیه و تولید رادیوداروها و کیت های رادیودارویی،، تهیه و تولید رادیوایزوتوپ برای کاربردهای صنعتی، تهیه و تولید کیت های رادیوایمونواسی جهت نشان گذاری هورمون ها و آنتی بادی ها و غربال گری کم کاری تیروئید نوزادان، فعالیت های پژوهشی رادیوداروها و رادیوایزوتوپ های صنعتی. لازم به توضيح است كه در سال 1335، انستيتو علوم هستهاي كه تحت نظارت سازمان مركزي پيمان سنتو بود از بغداد به تهران منتقل شد و دانشگاه تهران، مركزي را تحت عنوان مركز اتمي دانشگاه تهران براي آموزش و پژوهش هستهاي پايه گذاري نمود. چندي بعد در سال 1337 به پيشنهاد دانشگاه تهران، ساخت يك رآكتور اتمي در دستوركار دولت قرار گرفت و تصويب گرديد. در همين راستا آيزنهاور، رئيس جمهور آمريكا، جهت تبليغ طرح خود (اتم براي صلح) يك رآكتور اتمي به ايران داد. عمليات ساختماني رآكتور دانشگاه تهران در 1340 آغاز و در آبان ماه 1346 آمادۀ كار گرديد و عملاً مورد بهره‌برداري قرار گرفت. ظرفيت اين رآكتور 5 مگاوات و از نوع آب سبك بوده و تا سال 1372 با سوخت اورانيوم با غناي بالا (93 درصد) كار مي كرد. سوخت رآکتور در سال 1372 از درجۀ غنای بالا (93 درصد) به درجۀ غنای پایین (حدود 20 درصد) تبدیل شد.
۳ - كارخانه غني سازي نيمه صنعتي فردو
در مورخ 30/6/1388 برابر با 21/9/2009، جمهوري اسلامي ايران كارخانه غني سازي نيمه صنعتي فردو را به آژانس اظهار نمود. سازمان انرژي اتمي با صدور بيانيه اي اظهار داشت: "جمهوري اسلامي ايران در راستاي حفظ و برخورداري از حقوق مسلم خود در بهره برداري صلح آميز از انرژي هسته اي، طي يك گام موفق جديد نسبت به ايجاد كارخانه نيمه صنعتي غني سازي سوخت هسته اي ديگري اقدام نموده است. ايران اكنون با رعايت تمام جوانب از جمله پدافند غير عامل در حال ساخت اين تاسيسات مي باشد. فعاليت هاي اين تاسيسات همانند ساير تاسيسات هسته اي ايران، در چارچوب مقررات آژانس خواهد بود". آژانس بین المللی انرژی اتمی نيز با ارسال نامه اي به ايران در مورخ 25 سپتامبر (3 مهرماه)، از اقدام جمهوري اسلامي ايران براي ارائه اطلاعات مربوط به اين سايت جديد زودتر از تعهد قانوني خود قدرداني نمود. برابر اعلام رئيس سازمان انرژي اتمي "ايجاد تأسيسات جديد هستهاي اقدامي احتياط آميز بوده و هدف آن، تقويت مقابله با هرگونه تهديد نسبت به تأسيسات اتمي ايران است تا دشمن بداند جمهوري اسلامي ايران با اراده‌اي كه دارد، اجازة توقف فعاليت هاي هستهاي اش را ولو براي يك لحظه هم نخواهد داد. ميزان غني‌سازي در اين تاسيسات مانند تأسيسات نطنز تا ۵ درصد خواهد بود. احداث تأسيسات جديد حدود يك سال و اندي پيش آغاز شد و تاكنون هيچگونه ماشين و مواد راديواكتيوي در آن وارد نشده است. طبق مقررات آژانس، هيچ ضرورتي به اعلام خبر مربوط به اين تأسيسات وجود نداشت و ما مي‌توانستيم آن را اعلام نكنيم، اما ما به خاطر بحث اعتمادسازي و شفاف‌سازي اين را بسيار زودتر از زمان مقرر اعلام كرديم". لازم به توضيح است كه برابر تفاهم ايران و آژانس، بازرسان آژانس در 3 آبان 1388 (25 نوامبر 2009) از اين تاسيسات بازديد و اجراي تعهدات مربوطه ايران را تاييد كردند
۴ - اراک
رآکتور تحقیقاتی آب سنگین اراک
با افزایش طول عمر رآکتور تحقیقاتی تهران و مستعمل شدن تجهیزات و سیستم های مختلف آن، همانند سایر رآکتورهای مشابه در جهان، می بایست به فکر جایگزینی برای آن بود. از طرف دیگر، نیازمندی های روزافزون ایران به رادیوداروهای مختلف جهت مصارف تشخیص و درمان پزشکی و رادیوایزوتوپ های گوناگون برای کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی و محدودیت های مختلفی که ایران حتی در ارتباط با تهیه و تأمین این قبیل رادیوایزوتوپ ها از منابع خارج از کشور روبرو بوده است، سازمان انرژی اتمی را مصمم به احداث یک رآکتور تحقیقاتی جدید به منظور جایگزینی رآکتور تهران نمود. رآکتور تحقیقاتی جدید از نوع آب سنگین و با قدرت 40 مگاوات بوده و موسوم به IR40 می باشد. طراحی پایۀ این پروژه در سال 2002 کامل شد و عملیات اجرایی ساخت آن که هنوز ادامه دارد، از سال 2004 آغاز گردید.
مجتمع توليد آب سنگين اراك
مجتمع توليد آب سنگين اراك در 4 شهريور ماه 1385 توسط دكتر احمدي نژاد افتتاح شد. بنا به اظهار رئيس وقت سازمان انرژي اتمي ظرفيت توليد اين مجتمع ابتدا هشت تن بود و در زمان افتتاح، ظرفيت آن به ۱۶ تن آب سنگين با غناي 8/99درصد رسيد. پروژۀ توليد آبسنگين اراك به عنوان يكي از شاخصه هاي دانش هستهاي، در پزشكي و به خصوص كنترلسرطان و كنترل بيماري ايدز نقش تعيين كننده اي دارد و به عنوان خنك كننده وكند كننده رآكتورهاي آب سنگين نیز به كار مي رود. با گشايش اين واحد صنعتي، ايران بهعنوان نهمين كشور داراي تجهيزات توليد آب سنگين جهان مطرح مي شود. كشورهاي آرژانتين،كانادا، هند و نروژ نيز بزرگ ترين صادركنندگان آب سنگين جهان هستند. شايان ذکر است که از هر ۶۵۰۰ ليتر آب معمولي، تنها يكليتر آب سنگين به دست مي آيد. آب سنگين در پژوهش هاي علمي در حوزه هاي مختلفاز جمله زيست شناسي، پزشكي، فيزيك و... كاربردهاي فراواني دارد. برخي از كاربردهاي آن عبارتنداز: طيف سنجي تشديد مغناطيسي هسته، كند كننده نوترون، آشكارسازي نوترينو، آزمون هاي سوخت و ساز در بدن، توليد تريتيم.
۵ - كارخانه غني سازي صنعتي نطنز
UF6 خوراک اصلی کارخانه غنی سازی می باشد. اين ماده در كارخانه نطنز براي توليد سوخت غني سازي مي شود.
۶ - اصفهان
كارخانه UCF اصفهان
آنچه در اصفهان تحت عنوان پروژۀ UCF انجام می گیرد، تبدیل کیک زرد به هگزافلوراید اورانیوم (UF6)، اورانیوم فلزی و اکسید اورانیوم است.
كارخانه توليد ميله سوخت (ZPP) اصفهان
در اين كارخانه با استفاده از فلز مخصوص زيركونيوم، ميله هاي سوخت توليد مي شوند.
كارخانه توليد سوخت (FMP) اصفهان
آخرين و حساس ترين حلقه مربوط به چرخه توليد سوخت هستهاي، برعهده اين كارخانه قرار گرفته است. در اين بخش، توليد انواع مجتمع‌هاي سوخت مورد نياز رآكتورهاي تحقيقاتي و نيروگاه‌هاي توليد برق هستهاي در دستوركار قرار گرفته است. براساس برنامه‌‌ريزي انجام شده، كارخانه FMP سالانه قادر خواهد بود 10 تن سوخت طبيعي براي به كارگيري در رآكتور تحقيقاتي آب سنگين 40 مگاواتي اراك و سي تن سوخت غني شده با غناي حداكثر 5 درصد براي استفاده در رآكتورهاي هستهاي آب سبك تحت فشار از قبيل نيروگاه 360 مگاواتي دارخوين يا نيروگاه‌هاي قدرت ديگر توليد كند. همچنين اين كارخانه قابليت افزايش ظرفيت براي توليد سوخت مورد نياز 2 هزار و 360 مگاوات برق هستهاي را طي برنامه پنجم توسعه دارا است.
۷ - كارخانه كيك زرد اردكان
اورانيوم استخراجي از معدن ساغند، در منطقۀ اردکان یزد پس از اعمال فرایندهای مختلف شیمیایی و فیزیکی به کیک زرد تبدیل می شود.
۸ - معدن اورانيوم ساغند
پروژۀ ساغند یزد، نمود عینی فعالیت در زمینه استحصال اورانیوم از منابع طبیعی است. تأسیسات موجود در این کارخانه، اورانیوم را از عمق 350 متری استخراج مي كند.
۹ - نيروگاه اتمي درحال ساخت دارخوين
رئيس وقت سازمان انرژي اتمي در روز بيست فروردين 1386 (روز ملي فناوري هستهاي و ورود ایران به مرحلۀ غني‌سازي صنعتي براي توليد سوخت هستهاي) اظهار داشت مراحل طراحي و ساخت نيروگاه بومی 360 مگاواتي آب سبك با استفاده از امكانات بومي در دارخوین با شتاب پيگيري مي شود.
۱۰ - نيروگاه اتمي بوشهر
در سال 1353 قرارداد اولیۀ طراحی و ساخت دو واحد نیروگاهی در بوشهر با قدرت هر واحد 1300 مگاوات بین سازمان انرژی اتمی و شرکت KWU آلمان منعقد گردید. با پیروزی انقلاب اسلامی، اجرای این پروژه متوقف گردید. در دی ماه 1373 قرارداد تکمیل واحد یک نیروگاه اتمی بوشهر به صورت مشارکتی بین ایران و روسیه منعقد گردید و در سال 1377 بار دیگر قرارداد مورد بازبینی کلی قرار گرفت که طی آن تکمیل نیروگاه به صورت کلید در دست به شرکت اتم استروی اکسپورت روسیه محول شد. رآکتور مورد توافق با شرکت روسی از نوع رآکتورهای آب سبک تحت فشار با قدرت 1000 مگاوات می باشد. راه اندازي نيروگاه اتمي بوشهر، بارها به دليل فشارهاي سياسي آمريكا و برخي كشورهاي غربي به تأخير افتاد. با شروع بحران در موضوع هستهاي ايران با نيات سياسي چند كشور، تحقق اين هدف در هاله اي از ابهام فرو رفت و موج جديدي از فشارها بر روسيه وارد شد. با اتخاذ سياست‌هاي درست كه نتايج آن چيزي جز اثبات صلح‌آميز بودن برنامه هستهاي ايران بر همگان نبود، مباني اقدامات سياسي اين كشورها براي اعمال فشار بر ايران فروريخت. روسيه، بالأخره تصميم به حمل سوخت هستهاي به نيروگاه بوشهر و راه اندازي آن گرفت. حمل سوخت بوشهر در تاريخ 9 بهمن ماه 1386 كامل شد و بنابر اعلام مقامات روسي و مقامات سازمان انرژي اتمي كشورمان، اين نيروگاه به زودي راه اندازي می شود و خواهد توانست برق هستهاي وارد مدار برق كشور نمايد. از اينرو، كشورمان سي و يكمين كشوري خواهد بود كه به توليد برق هستهاي مي پردازد.
قاسم معتمدی
عضو جدید
چگونه اورانيوم به انرژي تبديل مي شود؟
چگونه اورانيوم به انرژي تبديل مي شود؟
غني سازي:
اورانيوم طبيعي اصولاً شامل مخلوطي از دو ايزوتوپ (نوع اتمي) از اورانيوم است. تنها 7/0 درصد از اورانيوم طبيعي شكاف پذير و با داراي قابليت شكاف پذيري است كه با شكافته شدن در راكتورهاي هستهاي انرژي توليد ميكنند. ايزوتوپ اورانيوم شكاف پذير اورانيوم نوع 225 (u-235) است و پس مانده آن اورانيوم 238 (u-238) است.
در بيشتر انواع راكتورهاي معمولي هستهاي به اورانيوم 235 ( u-235) كه اورانيوم با غلظت بيش از حد طبيعي است نياز دارند. عمليات غني سازي غلظت اورانيوم را بيشتر ميكند عموماً بين 5/3 تا 5 درصد اورانيوم 235 با بيرون آوردن 8 درصد از اورانيوم 238 اين عمل را جداسازي گازي هگزافلوريد اورانيوم در دو جريان انجام مي‌گيرد يكي به اندازه لازم غني سازي ميشود و اورانيوم غني سازي ضعيف ناميده ميشود و ديگري به اورانيوم 235 منتهي ميشود كه به پس مانده معروف است.
در عمليات غني سازي د رمقياس‌هاي بزرگ تجاري وجود دارد، كه هر كدام هرگزافلوريد اورانيوم به عنوان منبع استفاده ميكنند: نفوذ گازي و تفكيك گازي و هر دوي آنان از خواص فيزيكي مولكولي استفاده ميكنند. مخصوصاً با 10 درصد اختلاف جرم براي جداسازي ايزوتوپ ها محصول اين مرحله از چرخه هستهاي اورانيوم هگرافلوريد غني شده است كه براي توليد اورانيوم اكسيد غني شده تغيير حال مجدد مي يابد.
توليد و ساخت سوخت
سوخت راكتور غالباً به شكل گلوله‌اي سراميكي است. اين گلوله‌ها از اورانيوم اكسيد كه در دمايي بسيار بالا(بيش از 1400 درجه سانتيگراد) پخته شده است شكل ميگيرند. سپس گلوله‌ها در لوله هاي فلزي از ميله سوختني پوشانده ميشوند كه در مجتمع‌هاي سوختني براي استفاده در راكتورها آماده هستند. ديمانسيون گلوله هاي سوختني و اجراي ديگر مجتمع سوختني به دقت كنترل ميشوند تا از پايداري و دارا بودن آنان از خصوصيات دسته‌هاي سوختني اطمينان حاصل ميشود.
در تاسيسات توليد سوخت توجه زيادي به شكل و اندازه مخزن هاي عملياتي ميشود تا از اتفاقات خطرناك جلوگيري شود.(يك زنجير محدود واكنش پرتو آزاد ميكند) با سوخت غني شده ضعيف امكان اتفاق افتادن اين حوادث بعيد به نظر مي‌رسد اما در تاسيسات هستهاي بررسي سوخت هاي مخصوص براي تحقيقات راكتورها عملي حياتي است .
توليد نيرو
درون يك راكتور هستهاي اتم هاي اورانيوم 235 ( u-235) شكافته ميشوند و در جريان عمليات پردازش انرژي آزاد ميكنند اين انرژي اغلب براي حرارت دادن آب و تبدييل كردن آن به بخار استفاده ميشود.
بخار توربيني را كه ژنراتور متصل است به حركت مي‌اندازد و باعث توليد الكتريسيته ميشود. مقداري از اورانيوم (238 (u-238) به شكل سوخت ) در هسته و مركز راكتور به پلوتونيوم تبديل ميشود و اين يك سوم انرژي در يك راكتور هستهاي معمولي را حاصل ميكند شكافتن اورانيوم به عنوان منبع حرارت در راكتورها استفاده ميشود همان گونه كه سوزاندن زغال سنگ و يا نفت به عنوان سوخت فسيلي در تاسيسات نيرو استفاده ميشود.
سوخت مصرف شده(خرج شده)
با گذشت زمان غلظت قطعات و عناصر سنگين شكافته شده مانند پلوتوبيوم در مجموعه سوخت افزايش خواهد يافت تا جايي كه ديگر هيچ سودي در استفاده دوباره از سوخت نيست. بنابراين پس از گذشت 12 الي 24 ماه سوخت مصرف شده از راكتور خارج ميشود. مقدار انرژي كه از مجموعه سوختني توليد شده است با نوع راكتور و سياست و كارداني گرداننده راكتور تغيير ميكند.
معمولاً بيش از 45 ميليون كيلو وات ساعت الكتريسيته از يك تن اورانيوم طبيعي توليد ميشود توليد اين مقدار انرژي الكتريكي با استفاده از سوخت‌هاي فسيلي ملزم به سوزاندن بيش از 20 هزار تن زغال سنگ سياه و 30 ميليون متر مكعب گاز است.
انبار كردن سوخت مصرف شده
وقتي يك مجموعه سوختني از راكتور خارج ميشود از خود پرتو ساطع ميكند كه اساساً بيشتر از شكافتن قطعات و حرارات آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهاي انبار كه در اطراف راكتور براي كاهش ميزان پرتوزايي آن است تخليه ميشوند در استخرها، آب جلوي پرتوزايي را مي‌گيرد و همچنين حرارت را به خود جذب ميكند.
سوخت مصرف شده در چنين استخرهايي براي ماه‌ها و يا سال‌ها نگه داشته ميشوند.
وابسته به سياست كشورهاي مختلف در بعضي از آنها مقداري از سوخت مصرف شده به امكانات و تاسيسات انبار مركزي انتقال مي يابند. سرانجام مصرف شده يا بايد دوباره پردازش شود و يا براي دفع آماده شود.
پردازش دوباره
سوخت مصرف شده چيزي حدود 95 درصد اورانيوم 238 است ولي داراي حدود يك درصد اورانيوم 235 كه شكافته شده نيز نيست و در حدود يك درصد بلوتونيوم و سه محصولات شكافته شده كه در حد زيادي پرتوزا هشتند و ديگر عناصر تزورانيك (كه عدد اتمي بيشتري نسبت به اورانيوم دارد) كه در راكتور شكل گرفته‌اند در دستگاههاي دوباره سازي سوخت مصرف شده است به سه جزء تشكيل دهنده خود تفكيك ميشوند: اورانيوم و پس مانده كه شامل محصولات شكافته شده است دوباره سازي امكان بازسازي مجدد اورانيوم و پلوتونيوم به سوخت تازه را مي‌دهد و بخش عمده اي از پس مانده كاهيده را توليد ميكند. (مقايسه با به حساب آوردن كل سوخت مصرف شده به عنوان پس مانده)
بازسازي مجدد اورانيوم و پلوتونيوم
اورانيوم حاصل از دوباره سازي كه معمولاً غلظتي كمي بيشتر از اورانيوم 235 دارد و در طبيعت رخ مي‌دهد. ميتواند اگر نياز باشد پس از تبديل كردن و غني شدن به عنوان سوخت استفاده شود پلوتونيوم ميتواند مستقيماً به MOX (سوخت مخلوط اكسيد) تبديل شود كه در آن اورانيوم و پلوتيوم مخلوط شدهاند.
در راكتاورهايي كه از سوخت MOX استفاده ميكنند بلوتونيوم به جاي اورانيوم 235 جانشين سوخت اورانيوم اكسيد و معمولي ميشود.
دفع سوخت مصرف شده
در حال حاضر هيچ گونه امكاناتي براي دفع سوخت مصرف شده (برخلاف امكانات انبارسازي) وجود ندارد كه براي دوباره سازي استفاده ميشود و پس مانده به جا مانده از دوباره سازي مي توانند در محلي انباشته شوند. هر چند نتايج فني و تكنيكي مرتبط با دفع سوخت ثابت كرده‌اند كه هيچ احساسي به تاسيس چنين امكاناتي در برابر حجم كم پس ماندهها نيست. انبار كردن با توجه به كاهش در حال رشد پرتوزايي براي مدت طولاني آسان‌تر است. همچنين مقاومت مغناطيسي در سوخت دفع شده وجود دارد. چون منبع توجهي از انرژي در آن است كه ميتواند دوباره فرآوري شود و امكان بازيافت دوباره را به اورانيوم و پلوتونيوم بدهد.
تعدادي از كشورها در حال انجام مطالعاتي در زمينه تصميم گيري بهترين راه براي نزديك شدن به دفع سوخت مصرف شده و پس ماندههاي پس از دوباره‌‌سازي هستند. روش متداولي كه امروزه استفاده ميشود قرار دادن سوخت مصرف شده در انبارهاي زير زميني است:
پس ماندهها
پس ماندههاي حاصل از چرخه سوختني هستهاي در رده‌‌‌‌‌هاي: شديد، متوسط و كم دسته‌بندي ميشوند و اين تقسيم بندي بر اساس تشعشعات راديواكتيوي كه از خود ساطع ميكنند، است.
اين پس ماندهها منابعي سرچشمه ميگيرند كه شامل موارد زير است:
پس ماندههاي رده پائين (LOW-level) كه در تمام مراحل چرخه سوختني توليد ميشوند.
پس ماندههاي رده متوسط (Intemediat-level) كه در جريان عملكرد راكتور و دوباره سازي توليد ميشوند.
پس ماندههاي رده بالا (High-level) كه شامل محصولات شكافته شده حاصل از دوباره سازي و در بسياري از كشورها خود سوخت مصرف شده هستند.
فرآيند غني سازي توليدات را به سوي تهي كردن اورانيوم هدايت ميكند. غلظت اورانيوم 235 به طور عمده كمتر از 7/0 درصد است كه در طبيعت پيدا ميشود. تعداد كمي از اين مواد كه اصولاً اورانيوم 238 هستند زماني استفاده ميشوند كه چگالي بسيار زياد نياز است. مثل استحفاظ پرتوافشاني و گاهي استفاده در توليد سوخت MOX در حالي كه اورانيوم 238 قابل شكافتن نيست ماده‌‌‌اي پرتوافشاني كم استو بايد در مورد آن احتياط كرد. از اين رو يا آن انبار و با دفع مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌كن ند.
ميزان مواد موجود در چرخه سوختني هستهاي
موارد زير فرضيات مختلفي ايجاد ميكنند.(پاورقي شماره 2 را ملاحظه فرماييد) اما مورد ملاحظه عملكرد راكتور انرژي هستهاي NWE1000 قرار ميگيرند.
20000 تن از يك درصد سنگ معدن اورانيوم استخراج
230 تن اورانيوم اكسيد غليظ شده(همراه 195 تن اورانيوم ) آسياب سازي
288 تن UF6 (همراه 24 تن اورانيوم ) تبديل كردن
35 تن UF6 (همراه 24 تن اوارنيوم غني شده)) غني سازي
27 تن UO2 (همراه 24 تن اورانيوم غني شده) ساخت و توليد سوخت
7000 ميليون كيلووات ساعت (KWh) نيروي الكتريسيته عملكرد راكتور
27 تن شامل 240 كيلوگرم بلوتونيوم 23 تن اورانيوم 720 كيلوگرم محصولات شكافتي همچنين ترانزورانيك سوخت مصرف شده.
چگونه اورانيوم به انرژي تبديل مي شود؟
غني سازي:
اورانيوم طبيعي اصولاً شامل مخلوطي از دو ايزوتوپ (نوع اتمي) از اورانيوم است. تنها 7/0 درصد از اورانيوم طبيعي شكاف پذير و با داراي قابليت شكاف پذيري است كه با شكافته شدن در راكتورهاي هستهاي انرژي توليد ميكنند. ايزوتوپ اورانيوم شكاف پذير اورانيوم نوع 225 (u-235) است و پس مانده آن اورانيوم 238 (u-238) است.
در بيشتر انواع راكتورهاي معمولي هستهاي به اورانيوم 235 ( u-235) كه اورانيوم با غلظت بيش از حد طبيعي است نياز دارند. عمليات غني سازي غلظت اورانيوم را بيشتر ميكند عموماً بين 5/3 تا 5 درصد اورانيوم 235 با بيرون آوردن 8 درصد از اورانيوم 238 اين عمل را جداسازي گازي هگزافلوريد اورانيوم در دو جريان انجام مي‌گيرد يكي به اندازه لازم غني سازي ميشود و اورانيوم غني سازي ضعيف ناميده ميشود و ديگري به اورانيوم 235 منتهي ميشود كه به پس مانده معروف است.
در عمليات غني سازي د رمقياس‌هاي بزرگ تجاري وجود دارد، كه هر كدام هرگزافلوريد اورانيوم به عنوان منبع استفاده ميكنند: نفوذ گازي و تفكيك گازي و هر دوي آنان از خواص فيزيكي مولكولي استفاده ميكنند. مخصوصاً با 10 درصد اختلاف جرم براي جداسازي ايزوتوپ ها محصول اين مرحله از چرخه هستهاي اورانيوم هگرافلوريد غني شده است كه براي توليد اورانيوم اكسيد غني شده تغيير حال مجدد مي يابد.
توليد و ساخت سوخت
سوخت راكتور غالباً به شكل گلوله‌اي سراميكي است. اين گلوله‌ها از اورانيوم اكسيد كه در دمايي بسيار بالا(بيش از 1400 درجه سانتيگراد) پخته شده است شكل ميگيرند. سپس گلوله‌ها در لوله هاي فلزي از ميله سوختني پوشانده ميشوند كه در مجتمع‌هاي سوختني براي استفاده در راكتورها آماده هستند. ديمانسيون گلوله هاي سوختني و اجراي ديگر مجتمع سوختني به دقت كنترل ميشوند تا از پايداري و دارا بودن آنان از خصوصيات دسته‌هاي سوختني اطمينان حاصل ميشود.
در تاسيسات توليد سوخت توجه زيادي به شكل و اندازه مخزن هاي عملياتي ميشود تا از اتفاقات خطرناك جلوگيري شود.(يك زنجير محدود واكنش پرتو آزاد ميكند) با سوخت غني شده ضعيف امكان اتفاق افتادن اين حوادث بعيد به نظر مي‌رسد اما در تاسيسات هستهاي بررسي سوخت هاي مخصوص براي تحقيقات راكتورها عملي حياتي است .
توليد نيرو
درون يك راكتور هستهاي اتم هاي اورانيوم 235 ( u-235) شكافته ميشوند و در جريان عمليات پردازش انرژي آزاد ميكنند اين انرژي اغلب براي حرارت دادن آب و تبدييل كردن آن به بخار استفاده ميشود.
بخار توربيني را كه ژنراتور متصل است به حركت مي‌اندازد و باعث توليد الكتريسيته ميشود. مقداري از اورانيوم (238 (u-238) به شكل سوخت ) در هسته و مركز راكتور به پلوتونيوم تبديل ميشود و اين يك سوم انرژي در يك راكتور هستهاي معمولي را حاصل ميكند شكافتن اورانيوم به عنوان منبع حرارت در راكتورها استفاده ميشود همان گونه كه سوزاندن زغال سنگ و يا نفت به عنوان سوخت فسيلي در تاسيسات نيرو استفاده ميشود.
سوخت مصرف شده(خرج شده)
با گذشت زمان غلظت قطعات و عناصر سنگين شكافته شده مانند پلوتوبيوم در مجموعه سوخت افزايش خواهد يافت تا جايي كه ديگر هيچ سودي در استفاده دوباره از سوخت نيست. بنابراين پس از گذشت 12 الي 24 ماه سوخت مصرف شده از راكتور خارج ميشود. مقدار انرژي كه از مجموعه سوختني توليد شده است با نوع راكتور و سياست و كارداني گرداننده راكتور تغيير ميكند.
معمولاً بيش از 45 ميليون كيلو وات ساعت الكتريسيته از يك تن اورانيوم طبيعي توليد ميشود توليد اين مقدار انرژي الكتريكي با استفاده از سوخت‌هاي فسيلي ملزم به سوزاندن بيش از 20 هزار تن زغال سنگ سياه و 30 ميليون متر مكعب گاز است.
انبار كردن سوخت مصرف شده
وقتي يك مجموعه سوختني از راكتور خارج ميشود از خود پرتو ساطع ميكند كه اساساً بيشتر از شكافتن قطعات و حرارات آن است. سوخت مصرف شده فوراً در استخرهاي انبار كه در اطراف راكتور براي كاهش ميزان پرتوزايي آن است تخليه ميشوند در استخرها، آب جلوي پرتوزايي را مي‌گيرد و همچنين حرارت را به خود جذب ميكند.
سوخت مصرف شده در چنين استخرهايي براي ماه‌ها و يا سال‌ها نگه داشته ميشوند.
وابسته به سياست كشورهاي مختلف در بعضي از آنها مقداري از سوخت مصرف شده به امكانات و تاسيسات انبار مركزي انتقال مي يابند. سرانجام مصرف شده يا بايد دوباره پردازش شود و يا براي دفع آماده شود.
پردازش دوباره
سوخت مصرف شده چيزي حدود 95 درصد اورانيوم 238 است ولي داراي حدود يك درصد اورانيوم 235 كه شكافته شده نيز نيست و در حدود يك درصد بلوتونيوم و سه محصولات شكافته شده كه در حد زيادي پرتوزا هشتند و ديگر عناصر تزورانيك (كه عدد اتمي بيشتري نسبت به اورانيوم دارد) كه در راكتور شكل گرفته‌اند در دستگاههاي دوباره سازي سوخت مصرف شده است به سه جزء تشكيل دهنده خود تفكيك ميشوند: اورانيوم و پس مانده كه شامل محصولات شكافته شده است دوباره سازي امكان بازسازي مجدد اورانيوم و پلوتونيوم به سوخت تازه را مي‌دهد و بخش عمده اي از پس مانده كاهيده را توليد ميكند. (مقايسه با به حساب آوردن كل سوخت مصرف شده به عنوان پس مانده)
بازسازي مجدد اورانيوم و پلوتونيوم
اورانيوم حاصل از دوباره سازي كه معمولاً غلظتي كمي بيشتر از اورانيوم 235 دارد و در طبيعت رخ مي‌دهد. ميتواند اگر نياز باشد پس از تبديل كردن و غني شدن به عنوان سوخت استفاده شود پلوتونيوم ميتواند مستقيماً به MOX (سوخت مخلوط اكسيد) تبديل شود كه در آن اورانيوم و پلوتيوم مخلوط شدهاند.
در راكتاورهايي كه از سوخت MOX استفاده ميكنند بلوتونيوم به جاي اورانيوم 235 جانشين سوخت اورانيوم اكسيد و معمولي ميشود.
دفع سوخت مصرف شده
در حال حاضر هيچ گونه امكاناتي براي دفع سوخت مصرف شده (برخلاف امكانات انبارسازي) وجود ندارد كه براي دوباره سازي استفاده ميشود و پس مانده به جا مانده از دوباره سازي مي توانند در محلي انباشته شوند. هر چند نتايج فني و تكنيكي مرتبط با دفع سوخت ثابت كرده‌اند كه هيچ احساسي به تاسيس چنين امكاناتي در برابر حجم كم پس ماندهها نيست. انبار كردن با توجه به كاهش در حال رشد پرتوزايي براي مدت طولاني آسان‌تر است. همچنين مقاومت مغناطيسي در سوخت دفع شده وجود دارد. چون منبع توجهي از انرژي در آن است كه ميتواند دوباره فرآوري شود و امكان بازيافت دوباره را به اورانيوم و پلوتونيوم بدهد.
تعدادي از كشورها در حال انجام مطالعاتي در زمينه تصميم گيري بهترين راه براي نزديك شدن به دفع سوخت مصرف شده و پس ماندههاي پس از دوباره‌‌سازي هستند. روش متداولي كه امروزه استفاده ميشود قرار دادن سوخت مصرف شده در انبارهاي زير زميني است:
پس ماندهها
پس ماندههاي حاصل از چرخه سوختني هستهاي در رده‌‌‌‌‌هاي: شديد، متوسط و كم دسته‌بندي ميشوند و اين تقسيم بندي بر اساس تشعشعات راديواكتيوي كه از خود ساطع ميكنند، است.
اين پس ماندهها منابعي سرچشمه ميگيرند كه شامل موارد زير است:
پس ماندههاي رده پائين (LOW-level) كه در تمام مراحل چرخه سوختني توليد ميشوند.
پس ماندههاي رده متوسط (Intemediat-level) كه در جريان عملكرد راكتور و دوباره سازي توليد ميشوند.
پس ماندههاي رده بالا (High-level) كه شامل محصولات شكافته شده حاصل از دوباره سازي و در بسياري از كشورها خود سوخت مصرف شده هستند.
فرآيند غني سازي توليدات را به سوي تهي كردن اورانيوم هدايت ميكند. غلظت اورانيوم 235 به طور عمده كمتر از 7/0 درصد است كه در طبيعت پيدا ميشود. تعداد كمي از اين مواد كه اصولاً اورانيوم 238 هستند زماني استفاده ميشوند كه چگالي بسيار زياد نياز است. مثل استحفاظ پرتوافشاني و گاهي استفاده در توليد سوخت MOX در حالي كه اورانيوم 238 قابل شكافتن نيست ماده‌‌‌اي پرتوافشاني كم استو بايد در مورد آن احتياط كرد. از اين رو يا آن انبار و با دفع مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌كن ند.
ميزان مواد موجود در چرخه سوختني هستهاي
موارد زير فرضيات مختلفي ايجاد ميكنند.(پاورقي شماره 2 را ملاحظه فرماييد) اما مورد ملاحظه عملكرد راكتور انرژي هستهاي NWE1000 قرار ميگيرند.
20000 تن از يك درصد سنگ معدن اورانيوم استخراج
230 تن اورانيوم اكسيد غليظ شده(همراه 195 تن اورانيوم ) آسياب سازي
288 تن UF6 (همراه 24 تن اورانيوم ) تبديل كردن
35 تن UF6 (همراه 24 تن اوارنيوم غني شده)) غني سازي
27 تن UO2 (همراه 24 تن اورانيوم غني شده) ساخت و توليد سوخت
7000 ميليون كيلووات ساعت (KWh) نيروي الكتريسيته عملكرد راكتور
27 تن شامل 240 كيلوگرم بلوتونيوم 23 تن اورانيوم 720 كيلوگرم محصولات شكافتي همچنين ترانزورانيك سوخت مصرف شده.
قاسم معتمدی
عضو جدید
استخراج و تولید اورانیوم در ایران
استخراج و تولید اورانیوم در ایران
مراحل پیشرفت هسته ای ایران تا قبل از فردو:
اگر غلظت اورانیوم نیمه سنگین در میله ى اورانیوم حدود پنج در صد باشد مى توان از آن به عنوان سوخت در نیروگاه هاى اتمى استفاده کرد. اما اگر غلظت اورانیوم نیمه سنگین در میله ى اورانیوم حدود نود در صد باشد مى توان با آن بمب اتم ساخت.
استخراج و تولید اورانیوم در ایران
مراحل پیشرفت هسته ای ایران تا قبل از فردو:
اگر غلظت اورانیوم نیمه سنگین در میله ى اورانیوم حدود پنج در صد باشد مى توان از آن به عنوان سوخت در نیروگاه هاى اتمى استفاده کرد. اما اگر غلظت اورانیوم نیمه سنگین در میله ى اورانیوم حدود نود در صد باشد مى توان با آن بمب اتم ساخت.
مفاد پیمان NPT
ماده ا
هر یک از اعضای این پیمان که دارای سلاح هسته‌ای است متعهد میشود از واگذاری مستقیم یا غیر مستقیم سلاحهای هسته‌ای یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای و یا کنترل بر این سلاحها یا ادوات انفجاری به دیگری خودداری نموده و هیچ یک از دولتهای فاقد سلاح هسته‌ای را به هیچ طریقی در ساختن سلاحهای هسته‌ای یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای و یا کسب این سلاحها یا دیگر ادوات انفجاری هسته‌ای و کنترل بر آنها کمک، تشویق و ترغیب ننماید.
ماده 2
هر یک از اعضاء این پیمان که فاقد سلاح هسته‌ای است متعهد میشود از قبول مستقیم یا غیر مستقیم انتقال سلاحهای هسته‌ای یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای و یا کنترل بر این سلاحها یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای به دیگری خودداری نموده و به هیچ طریقی سلاحهای هسته‌ای یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای را نساخته و کسب ننماید و در جستجو و یا دریافت کمک برای ساخت سلاحها یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای برنیاید.
ماده 3
هر یک از اعضاء این پیمان که فاقد سلاحهای هسته‌ای است متعهد میگردد طی موافقتنامه‌ای که بر طبق اساسنامه آژانس بین‌المللی انرژی اتمی و سیستم پادمان آن، مورد مذاکره قرار گرفته و منعقد خواهد شد، پادمان آژانس را صرفا" به منظور بررسی انجام تعهدات عضو مربوطه تحت این پیمان و جلوگیری از انحراف انرژی هسته‌ای از استفاده های صلح جویانه، به سوی سلاح هسته‌ای یا دیگر ادوات انفجاری هسته‌ای، بپذیرد. دستورالعملهای پادمان مورد نیاز در این ماده باید متوجه مواد چشمه یا مواد شکافت پذیر ویژه‌ای که خواه در یک موسسه هسته‌ای اصلی و یا در خارج از آن، تولید، فرآوری و یا مورد استفاده قرار گرفته است، باشد.
ایران و استخراج اورانیوم
مراحل پنج گانه
استخراج و تولید اورانیوم در ایران
1)استخراج سنگ اورانیوم خام از معدن ساغند واقع در استان یزد
تبدیل سنگ اورانیوم خام به کیک زرد در کارخانه ى تولیدکیک زرد اردکان واقع در استان یزد
تبدیل کیک زرد به گاز هگزا فلوراید اورانیوم در مرکز تحقیات اتمى اصفهان
غنى سازى گاز هگزا فلوراید اورانیوم در نیروگاه نطنز
تبدیل گاز غنى شده ى هگزافلوراید اورانیوم به میله سوخت در آزمایشگاه جابر بن حیان، تهران
استخراج سنگ اورانیوم خام از معدن ساغند در استان یزد
ذخایر اورانیوم چهل برابر فراوان تر از ذخایر نقره است .
معدن ساغند در دویست کیلومترى شهر یزد، قرار دارد.
مساحت این معدن حدود 150 کیلومتر مربع و ظرفیت آن حدود پنج هزار تن است .
ساغند ۱که در عمق 16 مترى از سطح زمین قرار دارد و داراى 750 تن سنگ اورانیوم است.
ساغند ۲که در عمق هفتاد مترى از سطح زمین قرار دارد و داراى چهار هزار و دویست و پنجاه تن سنگ اورانیوم مى باشد.
اورانیوم در معدن ساغند به صورت اکسید اورانیوم مخلوط با سایر مواد شیمیایى در داخل سنگ هاى معدنى وجود دارد.
تبدیل سنگ خام اورانیوم به کیک زرد Yellow Cake
در کارخانه ى تولید کیک زرد اردکان در استان یزد
کارخانه ى تولید کیک زرد اردکان، در سال 1992 میلادى تاسیس شد.
آسیابکردنسنگ اورانیوم خام.
اضافه کردن اسید سولفوریک و و تبدیل اکسید اورانیوم UO2 به سولفات اورانیل.
UO2 + 3SO4 → UO2(SO4)3
اضافه کردن حلال های مخصوص و تبدیل سولفات اورانیل به U3O8 (کیک زرد).
اردکان علاوه بر کارخانه ى تولید کیک زرد، دارى معادن اورانیوم نیز مى باشد.
معدن اردکان در نزدیکى شهر و در فاصله ى 35 کیلومترى اردکان قرار دارد.
نزدیکى معدن به کارخانه دو مزیت عمده دارد
1)هزینه ى حمل و نقل سنگ معدن صرفه جویى مى شود.
2) آسان تر مى توان خانه هاى سازمانى براى کادر فنى و خدماتى ساخت. به همین علت، به نظر مى رسد که از چند سال پیش، عملیات استخراج اورانیوم از معدن اردکان نیز آغاز شده است.
تبدیل کیک زرد به گاز هگزا فلوراید اورانیوم در مرکز تحقیات اتمى اصفهان
انحلال کیک زرد در اسید نیتریک و تولید نیترات اورانیوم.
جداسازی نیترات از این ماده و تولید اکسید اورانیوم.
اضافه کردن هیدروژن فلوراید و تولید اورانیو تترافلوراید.
UO2 + 4HF → UF4 + 4H2O
اضافه کردن گاز فلوئور و تبدیل گاز UF4 به گاز UF6
UF4 + F2 → UF6
استفاذه از گاز UF6برای غنی سازی در نطنز
مرحله ى غنى سازى گاز هگزا فلوراید اورانیوم در نیروگاه نطنز
در این مرحله گاز هگزا فلوراید اورانیوم را مى گیرند و غلظت اورانیوم نیمه سنگین (اورانیوم 235) را در آن از 0.8در صد به 5در صد افزایش مى دهند.
مرحله ى تبدیل گاز غنى شده ى هگزافلوراید اورانیوم به میله سوخت در آزمایشگاه جابر بن حیان، تهران
آزمایشگاه جابر بن حیان در مرکز تحقیقات اتمى تهران قرار دارد
مخلوط کردنگاز غنى شده ى هگزافلوراید اورانیوم و یا گاز تترا فلوراید اورانیوم با کلسیم.
در اثر این عمل فلز اورانیوم به وجود مى آید که به آن اصطلاحا میله ى اورانیوم مى گویند. فرمول شیمیایى این فعل و انفعال در زیر نشان داده مى شود:
UF4 + 2Ca -> U + 2CaF
اگر غلظت اورانیوم نیمه سنگین در میله ى اورانیوم حدود پنج در صد باشد مى توان از آن به عنوان سوخت در نیروگاه هاى اتمى استفاده کرد. اما اگر غلظت اورانیوم نیمه سنگین در میله ى اورانیوم حدود نود در صد باشد مى توان با آن بمب اتم ساخت
ماده ا
هر یک از اعضای این پیمان که دارای سلاح هسته‌ای است متعهد میشود از واگذاری مستقیم یا غیر مستقیم سلاحهای هسته‌ای یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای و یا کنترل بر این سلاحها یا ادوات انفجاری به دیگری خودداری نموده و هیچ یک از دولتهای فاقد سلاح هسته‌ای را به هیچ طریقی در ساختن سلاحهای هسته‌ای یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای و یا کسب این سلاحها یا دیگر ادوات انفجاری هسته‌ای و کنترل بر آنها کمک، تشویق و ترغیب ننماید.
ماده 2
هر یک از اعضاء این پیمان که فاقد سلاح هسته‌ای است متعهد میشود از قبول مستقیم یا غیر مستقیم انتقال سلاحهای هسته‌ای یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای و یا کنترل بر این سلاحها یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای به دیگری خودداری نموده و به هیچ طریقی سلاحهای هسته‌ای یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای را نساخته و کسب ننماید و در جستجو و یا دریافت کمک برای ساخت سلاحها یا سایر ادوات انفجاری هسته‌ای برنیاید.
ماده 3
هر یک از اعضاء این پیمان که فاقد سلاحهای هسته‌ای است متعهد میگردد طی موافقتنامه‌ای که بر طبق اساسنامه آژانس بین‌المللی انرژی اتمی و سیستم پادمان آن، مورد مذاکره قرار گرفته و منعقد خواهد شد، پادمان آژانس را صرفا" به منظور بررسی انجام تعهدات عضو مربوطه تحت این پیمان و جلوگیری از انحراف انرژی هسته‌ای از استفاده های صلح جویانه، به سوی سلاح هسته‌ای یا دیگر ادوات انفجاری هسته‌ای، بپذیرد. دستورالعملهای پادمان مورد نیاز در این ماده باید متوجه مواد چشمه یا مواد شکافت پذیر ویژه‌ای که خواه در یک موسسه هسته‌ای اصلی و یا در خارج از آن، تولید، فرآوری و یا مورد استفاده قرار گرفته است، باشد.
ایران و استخراج اورانیوم
مراحل پنج گانه
استخراج و تولید اورانیوم در ایران
1)استخراج سنگ اورانیوم خام از معدن ساغند واقع در استان یزد
تبدیل سنگ اورانیوم خام به کیک زرد در کارخانه ى تولیدکیک زرد اردکان واقع در استان یزد
تبدیل کیک زرد به گاز هگزا فلوراید اورانیوم در مرکز تحقیات اتمى اصفهان
غنى سازى گاز هگزا فلوراید اورانیوم در نیروگاه نطنز
تبدیل گاز غنى شده ى هگزافلوراید اورانیوم به میله سوخت در آزمایشگاه جابر بن حیان، تهران
استخراج سنگ اورانیوم خام از معدن ساغند در استان یزد
ذخایر اورانیوم چهل برابر فراوان تر از ذخایر نقره است .
معدن ساغند در دویست کیلومترى شهر یزد، قرار دارد.
مساحت این معدن حدود 150 کیلومتر مربع و ظرفیت آن حدود پنج هزار تن است .
ساغند ۱که در عمق 16 مترى از سطح زمین قرار دارد و داراى 750 تن سنگ اورانیوم است.
ساغند ۲که در عمق هفتاد مترى از سطح زمین قرار دارد و داراى چهار هزار و دویست و پنجاه تن سنگ اورانیوم مى باشد.
اورانیوم در معدن ساغند به صورت اکسید اورانیوم مخلوط با سایر مواد شیمیایى در داخل سنگ هاى معدنى وجود دارد.
تبدیل سنگ خام اورانیوم به کیک زرد Yellow Cake
در کارخانه ى تولید کیک زرد اردکان در استان یزد
کارخانه ى تولید کیک زرد اردکان، در سال 1992 میلادى تاسیس شد.
آسیابکردنسنگ اورانیوم خام.
اضافه کردن اسید سولفوریک و و تبدیل اکسید اورانیوم UO2 به سولفات اورانیل.
UO2 + 3SO4 → UO2(SO4)3
اضافه کردن حلال های مخصوص و تبدیل سولفات اورانیل به U3O8 (کیک زرد).
اردکان علاوه بر کارخانه ى تولید کیک زرد، دارى معادن اورانیوم نیز مى باشد.
معدن اردکان در نزدیکى شهر و در فاصله ى 35 کیلومترى اردکان قرار دارد.
نزدیکى معدن به کارخانه دو مزیت عمده دارد
1)هزینه ى حمل و نقل سنگ معدن صرفه جویى مى شود.
2) آسان تر مى توان خانه هاى سازمانى براى کادر فنى و خدماتى ساخت. به همین علت، به نظر مى رسد که از چند سال پیش، عملیات استخراج اورانیوم از معدن اردکان نیز آغاز شده است.
تبدیل کیک زرد به گاز هگزا فلوراید اورانیوم در مرکز تحقیات اتمى اصفهان
انحلال کیک زرد در اسید نیتریک و تولید نیترات اورانیوم.
جداسازی نیترات از این ماده و تولید اکسید اورانیوم.
اضافه کردن هیدروژن فلوراید و تولید اورانیو تترافلوراید.
UO2 + 4HF → UF4 + 4H2O
اضافه کردن گاز فلوئور و تبدیل گاز UF4 به گاز UF6
UF4 + F2 → UF6
استفاذه از گاز UF6برای غنی سازی در نطنز
مرحله ى غنى سازى گاز هگزا فلوراید اورانیوم در نیروگاه نطنز
در این مرحله گاز هگزا فلوراید اورانیوم را مى گیرند و غلظت اورانیوم نیمه سنگین (اورانیوم 235) را در آن از 0.8در صد به 5در صد افزایش مى دهند.
مرحله ى تبدیل گاز غنى شده ى هگزافلوراید اورانیوم به میله سوخت در آزمایشگاه جابر بن حیان، تهران
آزمایشگاه جابر بن حیان در مرکز تحقیقات اتمى تهران قرار دارد
مخلوط کردنگاز غنى شده ى هگزافلوراید اورانیوم و یا گاز تترا فلوراید اورانیوم با کلسیم.
در اثر این عمل فلز اورانیوم به وجود مى آید که به آن اصطلاحا میله ى اورانیوم مى گویند. فرمول شیمیایى این فعل و انفعال در زیر نشان داده مى شود:
UF4 + 2Ca -> U + 2CaF
اگر غلظت اورانیوم نیمه سنگین در میله ى اورانیوم حدود پنج در صد باشد مى توان از آن به عنوان سوخت در نیروگاه هاى اتمى استفاده کرد. اما اگر غلظت اورانیوم نیمه سنگین در میله ى اورانیوم حدود نود در صد باشد مى توان با آن بمب اتم ساخت
قاسم معتمدی
عضو جدید
اورانیوم
اورانیوم
اورانیوم یکی از عنصرهای شیمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است و در جدول تناوبی جزو آکتنیدها قرار میگیرد. ایزوتوپ ۲۳۵U اورانیوم در نیروگاههای انرژی هسته‌ای به عنوان سوخت و در سلاح‌های‌اتمی به عنوان ماده منفجره استفاده میشود.
اورانیوم به طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا. این فلز کمی نرم تر از فولاد بوده و تقریبآ قابل انعطاف است. اورانیوم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت میشود. چگالی آن ۶۵٪ بیشتر از سرب و کمی کمتر از طلا است.
سال‌ها از اورانیوم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال یا برای تهیه رنگ‌های اولیه در عکاسی استفاده می‌شد و خاصیت پرتوزایی (رادیواکتیو) آن تا سال ۱۸۶۶ میلادی ناشناخته ماند و قابلیت آن برای استفاده به عنوان منبع انرژی تا اواسط قرن بیستم میلادی مخفی بود.
فراوانی
این عنصر از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی پوسته زمین در رده ۴۸ قراردارد.
اورانیوم در طبیعت بصورت اکسید و یا نمک‌های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت) یافت میشود. این نوع مواد اغلب از فوران آتشفشان‌ها بوجود می‌آیند و نسبت وجود آنها در زمین برابر دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است. اورانیوم طبیعی شامل ۹۹/۳٪ از ایزوتوپ ۲۳۸U و ۰/۷٪ ۲۳۵U است.
این فلز در بسیاری از قسمتهای دنیا در صخره‌ها، خاک و حتی اعماق دریا و اقیانوس‌ها وجود دارد. میزان وجود و پراکندگی آن از طلا، نقره یا جیوه بسیار بیشتر است.
ده کشوری که ۹۴٪ از استخراج اورانیوم جهان در آنها انجام میگیرد.
تاریخچه
اورانیوم در سال ۱۷۸۹ توسط مارتین کلاپروت (Martin Klaproth) شیمی دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام پیچبلند (Pitchblende) کشف شد. این نام اشاره به سیاره اورانوس دارد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آن را کشف کرده بودند.
اورانیوم یکی از اصلی‌ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از ۴۰ سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده میکند.
دانشمندان معتقد هستند که اورانیوم بیش از ۶/۶ بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه خورشیدی پراکنده شده‌است.
ویژگی‌های اورانیوم
اورانیوم یکی از سنگین‌ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) 18,97 g/cm³ عنصری است که در طبیعت یافت میشود (هیدروژن سبکترین عنصر طبیعت است Platin 21,45 g/cm³ .)
اورانیوم خالص حدود ۱۸/۷ بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد پرتوزا در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت میشود.
اورانیوم شانزده ایزوتوپ دارد. حدود ۹۹/۳ درصد از اورانیومی که در طبیعت یافت میشود ایزوتوپ ۲۳۸ (U-۲۳۸) است و حدود ۰/۷ درصد ایزوتوپ ۲۳۵ (U-۲۳۵). دیگر ایزوتوپهای اورانیم بسیار نادر هستند.
در این میان ایزوتوپ ۲۳۵ برای بدست آوردن انرژی از نوع ۲۳۸ آن بسیار مهمتر است چرا که U-۲۳۵ (با فراوانی تنها ۰/۷ درصد) آمادگی آن را دارد که در شرایط خاص شکافته شود و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ «اورانیوم شکافتنی» (Fissil Uranium) هم گفته میشود و برای شکافت هسته‌ای استفاده میشود.
اورانیوم نیز همانند دیگر مواد پرتوزا دچار تباهی میشود. مواد رادیو اکتیو دارای این خاصیت هستند که از خود بطور دائم ذرات آلفا و بتا و یا اشعه گاما منتشر میکنند.
U-۲۳۸ باسرعت بسیار کمی تباه میشود و نیمه عمر آن در حدود ۴، ۵۰۰ میلون سال (تقریبآ برابر عمر زمین) است.
این موضوع به این معنی است که با تباه شدن اورانیوم با همین سرعت کم انرژی برابر ۰/۱ وات برای هر یک تن اورانیوم تولید میشود و این برای گرم نگاه داشتن هسته زمین کافی است.
شکافت هسته‌ای اورانیوم
U-۲۳۵ قابلیت شکاف هسته‌ای دارد. این نوع از اتم اورانیوم دارای ۹۲ پروتون و ۱۴۳ نوترون است (بنابراین جمعآ ۲۳۵ ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل U-۲۳۵ نامیده میشود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر تبدیل شود.
این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام میگیرد، در این حالت یک اتم U-۲۳۵ به دو اتم دیگر تقسیم میشود و دو، سه و یا بیشتر نوترون آزاد میشود. نوترونهای آزاد شده خود با اتمهای دیگر U-۲۳۵ ترکیب میشوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره‌ای از تقسیم اتمهای U-۲۳۵ تشکیل میشود.
اتم U-۲۳۵ با دریافت یک نوترون به اورانیوم ۲۳۶ تبدیل میشود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود. انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی میشود بگونه‌ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-۲۳۵ بسیار قابل توجه میشود.
نمونه‌ای از این واکنش‌ها به اینصورت است:
U-۲۳۵ + nBa-۱۴۱ + Kr-۹۲ + ۳n + ۱۷۰ Million electron Volts
U-۲۳۵ + nTe-۱۳۹ + Zr-۹۴ + ۳n + ۱۹۷ Million electron Volts
که در آن: electron Volt = ۱٫۶۰۲ x ۱۰-۱۹ joules
(یک ژول انرژی برابر توان یک وات برای مصرف در یک ثانیه‌است.)
مجموع این عملیات ممکن است در محلی بنام رآکتور هسته‌ای انجام گیرد. رآکتور هسته‌ای می‌تواند از انرژی آزاد شده برای گرم کردن آب استفاده کند تا در نهایت از آن برای راه اندازی توربین‌های بخار و تولید برق استفاده شود.
اورانیوم
اورانیوم یکی از عنصرهای شیمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است و در جدول تناوبی جزو آکتنیدها قرار میگیرد. ایزوتوپ ۲۳۵U اورانیوم در نیروگاههای انرژی هسته‌ای به عنوان سوخت و در سلاح‌های‌اتمی به عنوان ماده منفجره استفاده میشود.
اورانیوم به طور طبیعی فلزی است سخت، سنگین، نقره‌ای رنگ و پرتوزا. این فلز کمی نرم تر از فولاد بوده و تقریبآ قابل انعطاف است. اورانیوم یکی از چگالترین فلزات پرتوزا است که در طبیعت یافت میشود. چگالی آن ۶۵٪ بیشتر از سرب و کمی کمتر از طلا است.
سال‌ها از اورانیوم به عنوان رنگ دهنده لعاب سفال یا برای تهیه رنگ‌های اولیه در عکاسی استفاده می‌شد و خاصیت پرتوزایی (رادیواکتیو) آن تا سال ۱۸۶۶ میلادی ناشناخته ماند و قابلیت آن برای استفاده به عنوان منبع انرژی تا اواسط قرن بیستم میلادی مخفی بود.
فراوانی
این عنصر از نظر فراوانی در میان عناصر طبیعی پوسته زمین در رده ۴۸ قراردارد.
اورانیوم در طبیعت بصورت اکسید و یا نمک‌های مخلوط در مواد معدنی (مانند اورانیت یا کارونیت) یافت میشود. این نوع مواد اغلب از فوران آتشفشان‌ها بوجود می‌آیند و نسبت وجود آنها در زمین برابر دو در میلیون نسبت به سایر سنگها و مواد کانی است. اورانیوم طبیعی شامل ۹۹/۳٪ از ایزوتوپ ۲۳۸U و ۰/۷٪ ۲۳۵U است.
این فلز در بسیاری از قسمتهای دنیا در صخره‌ها، خاک و حتی اعماق دریا و اقیانوس‌ها وجود دارد. میزان وجود و پراکندگی آن از طلا، نقره یا جیوه بسیار بیشتر است.
ده کشوری که ۹۴٪ از استخراج اورانیوم جهان در آنها انجام میگیرد.
تاریخچه
اورانیوم در سال ۱۷۸۹ توسط مارتین کلاپروت (Martin Klaproth) شیمی دان آلمانی از نوعی اورانیت بنام پیچبلند (Pitchblende) کشف شد. این نام اشاره به سیاره اورانوس دارد که هشت سال قبل از آن، ستاره شناسان آن را کشف کرده بودند.
اورانیوم یکی از اصلی‌ترین منابع گرمایشی در مرکز زمین است و بیش از ۴۰ سال است که بشر برای تولید انرژی از آن استفاده میکند.
دانشمندان معتقد هستند که اورانیوم بیش از ۶/۶ بیلیون سال پیش در اثر انفجار یک ستاره بزرگ بوجود آمده و در منظومه خورشیدی پراکنده شده‌است.
ویژگی‌های اورانیوم
اورانیوم یکی از سنگین‌ترین (به بیان دقیقتر چگالترین) 18,97 g/cm³ عنصری است که در طبیعت یافت میشود (هیدروژن سبکترین عنصر طبیعت است Platin 21,45 g/cm³ .)
اورانیوم خالص حدود ۱۸/۷ بار از آب چگالتر است و همانند بسیاری از دیگر مواد پرتوزا در طبیعت بصورت ایزوتوپ یافت میشود.
اورانیوم شانزده ایزوتوپ دارد. حدود ۹۹/۳ درصد از اورانیومی که در طبیعت یافت میشود ایزوتوپ ۲۳۸ (U-۲۳۸) است و حدود ۰/۷ درصد ایزوتوپ ۲۳۵ (U-۲۳۵). دیگر ایزوتوپهای اورانیم بسیار نادر هستند.
در این میان ایزوتوپ ۲۳۵ برای بدست آوردن انرژی از نوع ۲۳۸ آن بسیار مهمتر است چرا که U-۲۳۵ (با فراوانی تنها ۰/۷ درصد) آمادگی آن را دارد که در شرایط خاص شکافته شود و مقادیر زیادی انرژی آزاد کند. به این ایزوتوپ «اورانیوم شکافتنی» (Fissil Uranium) هم گفته میشود و برای شکافت هسته‌ای استفاده میشود.
اورانیوم نیز همانند دیگر مواد پرتوزا دچار تباهی میشود. مواد رادیو اکتیو دارای این خاصیت هستند که از خود بطور دائم ذرات آلفا و بتا و یا اشعه گاما منتشر میکنند.
U-۲۳۸ باسرعت بسیار کمی تباه میشود و نیمه عمر آن در حدود ۴، ۵۰۰ میلون سال (تقریبآ برابر عمر زمین) است.
این موضوع به این معنی است که با تباه شدن اورانیوم با همین سرعت کم انرژی برابر ۰/۱ وات برای هر یک تن اورانیوم تولید میشود و این برای گرم نگاه داشتن هسته زمین کافی است.
شکافت هسته‌ای اورانیوم
U-۲۳۵ قابلیت شکاف هسته‌ای دارد. این نوع از اتم اورانیوم دارای ۹۲ پروتون و ۱۴۳ نوترون است (بنابراین جمعآ ۲۳۵ ذره در هسته خود دارد و به همین دلیل U-۲۳۵ نامیده میشود)، کافی است یک نوترون دریافت کند تا بتواند به دو اتم دیگر تبدیل شود.
این عمل با بمباران نوترونی هسته انجام میگیرد، در این حالت یک اتم U-۲۳۵ به دو اتم دیگر تقسیم میشود و دو، سه و یا بیشتر نوترون آزاد میشود. نوترونهای آزاد شده خود با اتمهای دیگر U-۲۳۵ ترکیب میشوند و آنها را تقسیم کرده و به همین منوال یک واکنش زنجیره‌ای از تقسیم اتمهای U-۲۳۵ تشکیل میشود.
اتم U-۲۳۵ با دریافت یک نوترون به اورانیوم ۲۳۶ تبدیل میشود که ثبات و پایداری نداشته و تمایل دارد به دو اتم با ثبات تقسیم شود. انجام عمل تقسیم باعث آزاد شدن انرژی میشود بگونه‌ای که جمع انرژی حاصل از تقسیم زنجیره اتمهای U-۲۳۵ بسیار قابل توجه میشود.
نمونه‌ای از این واکنش‌ها به اینصورت است:
U-۲۳۵ + nBa-۱۴۱ + Kr-۹۲ + ۳n + ۱۷۰ Million electron Volts
U-۲۳۵ + nTe-۱۳۹ + Zr-۹۴ + ۳n + ۱۹۷ Million electron Volts
که در آن: electron Volt = ۱٫۶۰۲ x ۱۰-۱۹ joules
(یک ژول انرژی برابر توان یک وات برای مصرف در یک ثانیه‌است.)
مجموع این عملیات ممکن است در محلی بنام رآکتور هسته‌ای انجام گیرد. رآکتور هسته‌ای می‌تواند از انرژی آزاد شده برای گرم کردن آب استفاده کند تا در نهایت از آن برای راه اندازی توربین‌های بخار و تولید برق استفاده شود.
قاسم معتمدی
عضو جدید
غنی‌سازی اورانیوم
غنی‌سازی اورانیوم
کانسنگ اورانیوم
غنی‌سازی اورانیوم عملی است که به‌واسطهٔ آن در یک تودهٔ اورانیوم طبیعی مقدار ایزوتوپ ۲۳۵U بیشتر شود و مقدار ایزوتوپ ۲۳۸U کمتر گردد. غنی‌سازی اورانیوم یکی از مراحل چرخه سوخت هسته‌ای است.
اورانیوم طبیعی (که به‌شکل اکسید اورانیوم است) شامل ٪۳٫۹۹ از ایزوتوپ ۲۳۸U و ۰٫۷٪ از ۲۳۵U است. ایزوتوپ ۲۳۵U اورانیوم قابل شکافت و مناسب برای بمب‌ها و نیروگاههای هسته‌ای است.
۲۳۸U باقیمانده را اورانیوم ضعیف‌شده می‌نامند و نوعی زباله اتمی است. به‌خاطر سختی زیاد و آتش‌گیری و ویژگی‌های دیگر از آن در ساختن گلوله‌های ضد زره استفاده میکنند. اورانیوم ضعیف‌شده نیز هم‌چنان پرتوزا است.
انواع اورانیوم
«اورانیوم با غنای پایین» که میزان ۲۳۵U آن کمتر از ۲۵٪ ولی بیشتر از ۰/۷٪ است. سوخت بیشتر نیروگاههای هسته‌ای بین ۳ تا ۵ درصد ۲۳۵U است.
«اورانیوم با غنای بالا» که ۲۳۵U در آن بیشتر از ۲۵٪ و حتی در مواردی بیش از ۹۸٪ است و مناسب برای کاربردهای نظامی و ساخت بمب‌های هسته‌ای است.
گستردگی در جهان
براساس گزارش آژانس انرژی اتمی، کشورهای ایالات متحده آمریکا، روسیه، چین، فرانسه، ایتالیا، بلژیک، اسپانیا، آلمان، هلند، انگلستان، ژاپن در غالب 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.[۱] گمانه زنی‌هایی در مورد توانایی غنی سازی اورانیوم دراسرائیل و کره شمالی نیز وجود دارد.لیبی درسال ۲۰۰۳ پس از یک دهه، غنی سازی را متوقف کرد.[۲]
غنی سازی اورانیوم
ایزوتوپهای اورانیوم می‌توانند از هم جدا شوند تا تمرکز یک ایزوتوپ بر دیگری را افزایش دهند. این فرایند غنی سازی نام دارد.
اورانیوم به رنگ سفید مایل به نقره‌ای، سنگین، فلزی و رادیواکتیو است و به رغم تصور عام، فراوانی آن در طبیعت حتی از عناصری از قبیل جیوه، طلا و نقره نیز بیشتر است. عنصر اورانیوم در طبیعت دارای ایزوتوپهای مختلف از جمله دو ایزوتوپ مهم و پایدار اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ است.
اورانیوم ۲۳۵ مهمترین ماده مورد نیاز راکتورهای هسته‌ای (برای شکافته شدن و تولید انرژی) است اما مشکل کار اینجاست که اورانیوم استخراج شده از معدن ترکیبی از ایزوتوپهای ۲۳۸و ۲۳۵بوده که در این میان سهم ایزوتوپ ۲۳۵بسیار اندک(حدود ۰٫۷درصد) است و به همین علت باید برای تهیه سوخت راکتورهای هسته‌ای به روشهای مختلف درصد اوانیوم ۲۳۵را در مقایسه با اورانیوم ۲۳۸بالا برده و بسته به نوع راکتور هسته‌ای به ۲ تا ۵٪ رساند و به اصطلاح اورانیوم را غنی‌سازی کرد.
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 اوانیوم 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 و 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 و 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
سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده میشود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش از محور فاصله می‌گیرند. در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده میگردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و 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.
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 با بستی سازهای ساخت قم(فردو)(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 دقیقه بیش از یک صد هزار گردش دارند در نتیجه این چرخش اورانیوم سنگین روی دیواره آخری سانترفیوژ قرار میگیرد و اورانیوم ۲۳۵ در کنار آن می‌نشیند باید هزاران سانترفیوژ در کنار هم قرار بگیرند تا ما بتوانیم اورانیوم را غنی کنیم یعنی با یک یا چند سانترفیوژ نمی‌توان اورانیوم را غنی کرد.
غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی
یکی از روشهای غنی سازی اورانیوم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی میباشد. در این روش ابتدا اورانیوم هگزا فلوئورید را حرارت میدهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر ، اتمهای اورانیوم و فلوئورید از هم تفکیک میشوند. در این حالت ، اتمهای اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت میکنند. میدان مغناطیسی بر هسته‌های باردار اورانیم نیرو وارد میکند ( این نیرو به نیروی کوفتی معروف میباشد) و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف میکند. اما هسته‌های سنگین اورانیوم ۲۳۸ نسبت به هسته‌های سبکتر (اورانیوم ۲۳۵) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق می‌توان اورانیوم ۲۳۵ را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.
غنی‌سازی اورانیوم
کانسنگ اورانیوم
غنی‌سازی اورانیوم عملی است که به‌واسطهٔ آن در یک تودهٔ اورانیوم طبیعی مقدار ایزوتوپ ۲۳۵U بیشتر شود و مقدار ایزوتوپ ۲۳۸U کمتر گردد. غنی‌سازی اورانیوم یکی از مراحل چرخه سوخت هسته‌ای است.
اورانیوم طبیعی (که به‌شکل اکسید اورانیوم است) شامل ٪۳٫۹۹ از ایزوتوپ ۲۳۸U و ۰٫۷٪ از ۲۳۵U است. ایزوتوپ ۲۳۵U اورانیوم قابل شکافت و مناسب برای بمب‌ها و نیروگاههای هسته‌ای است.
۲۳۸U باقیمانده را اورانیوم ضعیف‌شده می‌نامند و نوعی زباله اتمی است. به‌خاطر سختی زیاد و آتش‌گیری و ویژگی‌های دیگر از آن در ساختن گلوله‌های ضد زره استفاده میکنند. اورانیوم ضعیف‌شده نیز هم‌چنان پرتوزا است.
انواع اورانیوم
«اورانیوم با غنای پایین» که میزان ۲۳۵U آن کمتر از ۲۵٪ ولی بیشتر از ۰/۷٪ است. سوخت بیشتر نیروگاههای هسته‌ای بین ۳ تا ۵ درصد ۲۳۵U است.
«اورانیوم با غنای بالا» که ۲۳۵U در آن بیشتر از ۲۵٪ و حتی در مواردی بیش از ۹۸٪ است و مناسب برای کاربردهای نظامی و ساخت بمب‌های هسته‌ای است.
گستردگی در جهان
براساس گزارش آژانس انرژی اتمی، کشورهای ایالات متحده آمریکا، روسیه، چین، فرانسه، ایتالیا، بلژیک، اسپانیا، آلمان، هلند، انگلستان، ژاپن در غالب 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.[۱] گمانه زنی‌هایی در مورد توانایی غنی سازی اورانیوم دراسرائیل و کره شمالی نیز وجود دارد.لیبی درسال ۲۰۰۳ پس از یک دهه، غنی سازی را متوقف کرد.[۲]
غنی سازی اورانیوم
ایزوتوپهای اورانیوم می‌توانند از هم جدا شوند تا تمرکز یک ایزوتوپ بر دیگری را افزایش دهند. این فرایند غنی سازی نام دارد.
اورانیوم به رنگ سفید مایل به نقره‌ای، سنگین، فلزی و رادیواکتیو است و به رغم تصور عام، فراوانی آن در طبیعت حتی از عناصری از قبیل جیوه، طلا و نقره نیز بیشتر است. عنصر اورانیوم در طبیعت دارای ایزوتوپهای مختلف از جمله دو ایزوتوپ مهم و پایدار اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ است.
اورانیوم ۲۳۵ مهمترین ماده مورد نیاز راکتورهای هسته‌ای (برای شکافته شدن و تولید انرژی) است اما مشکل کار اینجاست که اورانیوم استخراج شده از معدن ترکیبی از ایزوتوپهای ۲۳۸و ۲۳۵بوده که در این میان سهم ایزوتوپ ۲۳۵بسیار اندک(حدود ۰٫۷درصد) است و به همین علت باید برای تهیه سوخت راکتورهای هسته‌ای به روشهای مختلف درصد اوانیوم ۲۳۵را در مقایسه با اورانیوم ۲۳۸بالا برده و بسته به نوع راکتور هسته‌ای به ۲ تا ۵٪ رساند و به اصطلاح اورانیوم را غنی‌سازی کرد.
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 اوانیوم 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 و 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 و 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
سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده میشود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش از محور فاصله می‌گیرند. در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده میگردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و 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.
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 با بستی سازهای ساخت قم(فردو)(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 دقیقه بیش از یک صد هزار گردش دارند در نتیجه این چرخش اورانیوم سنگین روی دیواره آخری سانترفیوژ قرار میگیرد و اورانیوم ۲۳۵ در کنار آن می‌نشیند باید هزاران سانترفیوژ در کنار هم قرار بگیرند تا ما بتوانیم اورانیوم را غنی کنیم یعنی با یک یا چند سانترفیوژ نمی‌توان اورانیوم را غنی کرد.
غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی
یکی از روشهای غنی سازی اورانیوم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی میباشد. در این روش ابتدا اورانیوم هگزا فلوئورید را حرارت میدهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر ، اتمهای اورانیوم و فلوئورید از هم تفکیک میشوند. در این حالت ، اتمهای اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت میکنند. میدان مغناطیسی بر هسته‌های باردار اورانیم نیرو وارد میکند ( این نیرو به نیروی کوفتی معروف میباشد) و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف میکند. اما هسته‌های سنگین اورانیوم ۲۳۸ نسبت به هسته‌های سبکتر (اورانیوم ۲۳۵) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق می‌توان اورانیوم ۲۳۵ را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.
قاسم معتمدی
عضو جدید
روشهای غنی‌سازی اورانیوم
روشهای غنی‌سازی اورانیوم
روشهای غنی‌سازی اورانیوم
روشهای غنی‌سازی اورانیوم
روشهای غنی‌سازی اورانیوم
قاسم معتمدی
عضو جدید
جداسازی و خالص سازی مواد با لیزر
جداسازی و خالص سازی مواد با لیزر
دید کلی
ایزوتوپهای برگزیده نظیر ایزوتوپهای اورانیوم ، بسیار با ارزش هستند. این ایزوتوپها را می‌توان بطور اقتصادی با فرآیندهای لیزری ، با بهره کوانتومی کاملا کمتر از واحد ، از هم جدا کرد. جدا سازی مولکولی هم شبیه جدا سازی ایزوتوپهاست و مانند ایزوتوپها ، مولکولها نیز به علت اختلاف در طیف جذبی اجزا برانگیخته می‌توانند جداسازی شوند. با استفاده از لیزر می‌توان ترکیبات را خالص سازی کرد، یک طرح خالص سازی مواد با لیزر ، هنگامی که مقادیر ناخالصی کمتر از 100PPm هستند، حتی برای مواد شیمیایی با تولید انبوه ، به خوبی با فرآیندهای پر انرژی ، نظیر تقطیر در سرما می‌تواند رقابت کند.
لیزر در جداسازی ایزوتوپها
ایزوتوپهای مختلف اتمها ، دارای فرکانسهای جذب اندک متفاوتی هستند، لیزرهای با نوار طیفی باریک را می‌توان برای برانگیختن گزینشی یک ایزوتوپ بکار برد. برانگیختن چند فوتونی ، با استفاده از لیزرها در طول موجهای متعدد ، منتهی به یونیزاسیون گزینشی میگردد، به گونه‌ای که مواد غنی شده از نظر ایزوتوپ را می‌توان از هر یک از بخشهای واکنش داده یا واکنش نداده جمع آوری کرد. ابزار غنی سازی ایزوتوپی با لیزر بسیار پیچیده‌تر از سانتریفوژ یا سلول نفوذی است، ولی به علت غنی سازی بالا در هر مرحله ، کل فرآیند ساده‌تر است.
جداسازی ایزوتوپهای اورانیوم: با تابش لیزر گزنون به نمونه گازی اورانیوم طبیعی ، 235U برانگیخته میشود و به دنبال آن فوتونهای تابانده شده از لیزر کریپتون باعث یونیزه شدن 235U میگردد. یونهای مثبت ایجاد شده را در یک الکترود منفی جمع میکنند تا در اثر کاهش به 235U تبدیل شود. امروزه این روش اندک اندک در حال جایگزینی با غنی سازی معمولی است.
با استفاده از لیزر می‌توان ایزوتوپهای بور ، کلر ، گوگرد ، کربن و هیدروژن را هم جداسازی کرد.
جداسازی مولکولی با لیزر
فرآیند جداسازی مولکولی توسط لیزر ، زمانی نتیجه بخش است که لیزری با عرض نوار طیفی باریک بتواند اجزا برگزیده یک مخلوط مولکولی را ، به علت اختلاف در طیف جذبی اجزا ، برانگیخته سازد. برای مثال جذب زیاد سولفید هیدروژن نسبت به گاز سنتزی ، امکان حذف انتخابی سولفید هیدروژن را توسط لیزر اگزایمر فلوئورید آرگون از جریان گاز ، میسر می‌سازد. به علت مسمومیت کاتالیزورها با مقادیر کمتر از PPm سولفید هیدروژن موجود در مواد اولیه ، حذف سولفید هیدروژن با فرایندهای شیمیایی متداول بسیار مشکل است.
خالص سازی شیمیایی با لیزر
خالص سازی با لیزر ، هنگامی از نظر اقتصادی امکانپذیر است که ، حذف مقادیر اندک خالصی ارزش فراورده را به مقدار زیاد بالا ببرد و فرآیند دارای بازده بالای کوانتومی باشد، بطوری که تعداد نسبتا اندکی از فوتونها برای تولید یک مول از ماده خالص بکار روند. حذف ناخالصی اغلب به دلیل اینکه ناخالصی کارآیی را فرآورده را کم میکند (همانند ساخت نیم رسانا) یا به دلیل اینکه فرآیند بعدی را تحت تأثیر قرار میدهد، مورد نیاز است.
نقش لیزرهای IR در جداسازی
شیمی لیزری IR ، به دلیل گزینش گونه‌ای آن معمولا روش مورد نظر برای جداسازی است. ولی برای اینکه لیزرهای IR بتوانند بطور رضایت بخشی ، تحت شرایط فرآیندی همانند منشا بالا یا تولید انبوه عمل نمایند، توسعه بیشتری برای آنها مورد نیاز است. هزینه تابش لیزر ، در صورتی توجیه پذیر است، که منجر به تشکیل فرآوردهای با ارزش افزوده بالا ، نظیر یک کمپلکس زیست مولکولی گردد.
جداسازی و خالص سازی مواد با لیزر
دید کلی
ایزوتوپهای برگزیده نظیر ایزوتوپهای اورانیوم ، بسیار با ارزش هستند. این ایزوتوپها را می‌توان بطور اقتصادی با فرآیندهای لیزری ، با بهره کوانتومی کاملا کمتر از واحد ، از هم جدا کرد. جدا سازی مولکولی هم شبیه جدا سازی ایزوتوپهاست و مانند ایزوتوپها ، مولکولها نیز به علت اختلاف در طیف جذبی اجزا برانگیخته می‌توانند جداسازی شوند. با استفاده از لیزر می‌توان ترکیبات را خالص سازی کرد، یک طرح خالص سازی مواد با لیزر ، هنگامی که مقادیر ناخالصی کمتر از 100PPm هستند، حتی برای مواد شیمیایی با تولید انبوه ، به خوبی با فرآیندهای پر انرژی ، نظیر تقطیر در سرما می‌تواند رقابت کند.
لیزر در جداسازی ایزوتوپها
ایزوتوپهای مختلف اتمها ، دارای فرکانسهای جذب اندک متفاوتی هستند، لیزرهای با نوار طیفی باریک را می‌توان برای برانگیختن گزینشی یک ایزوتوپ بکار برد. برانگیختن چند فوتونی ، با استفاده از لیزرها در طول موجهای متعدد ، منتهی به یونیزاسیون گزینشی میگردد، به گونه‌ای که مواد غنی شده از نظر ایزوتوپ را می‌توان از هر یک از بخشهای واکنش داده یا واکنش نداده جمع آوری کرد. ابزار غنی سازی ایزوتوپی با لیزر بسیار پیچیده‌تر از سانتریفوژ یا سلول نفوذی است، ولی به علت غنی سازی بالا در هر مرحله ، کل فرآیند ساده‌تر است.
جداسازی ایزوتوپهای اورانیوم: با تابش لیزر گزنون به نمونه گازی اورانیوم طبیعی ، 235U برانگیخته میشود و به دنبال آن فوتونهای تابانده شده از لیزر کریپتون باعث یونیزه شدن 235U میگردد. یونهای مثبت ایجاد شده را در یک الکترود منفی جمع میکنند تا در اثر کاهش به 235U تبدیل شود. امروزه این روش اندک اندک در حال جایگزینی با غنی سازی معمولی است.
با استفاده از لیزر می‌توان ایزوتوپهای بور ، کلر ، گوگرد ، کربن و هیدروژن را هم جداسازی کرد.
جداسازی مولکولی با لیزر
فرآیند جداسازی مولکولی توسط لیزر ، زمانی نتیجه بخش است که لیزری با عرض نوار طیفی باریک بتواند اجزا برگزیده یک مخلوط مولکولی را ، به علت اختلاف در طیف جذبی اجزا ، برانگیخته سازد. برای مثال جذب زیاد سولفید هیدروژن نسبت به گاز سنتزی ، امکان حذف انتخابی سولفید هیدروژن را توسط لیزر اگزایمر فلوئورید آرگون از جریان گاز ، میسر می‌سازد. به علت مسمومیت کاتالیزورها با مقادیر کمتر از PPm سولفید هیدروژن موجود در مواد اولیه ، حذف سولفید هیدروژن با فرایندهای شیمیایی متداول بسیار مشکل است.
خالص سازی شیمیایی با لیزر
خالص سازی با لیزر ، هنگامی از نظر اقتصادی امکانپذیر است که ، حذف مقادیر اندک خالصی ارزش فراورده را به مقدار زیاد بالا ببرد و فرآیند دارای بازده بالای کوانتومی باشد، بطوری که تعداد نسبتا اندکی از فوتونها برای تولید یک مول از ماده خالص بکار روند. حذف ناخالصی اغلب به دلیل اینکه ناخالصی کارآیی را فرآورده را کم میکند (همانند ساخت نیم رسانا) یا به دلیل اینکه فرآیند بعدی را تحت تأثیر قرار میدهد، مورد نیاز است.
نقش لیزرهای IR در جداسازی
شیمی لیزری IR ، به دلیل گزینش گونه‌ای آن معمولا روش مورد نظر برای جداسازی است. ولی برای اینکه لیزرهای IR بتوانند بطور رضایت بخشی ، تحت شرایط فرآیندی همانند منشا بالا یا تولید انبوه عمل نمایند، توسعه بیشتری برای آنها مورد نیاز است. هزینه تابش لیزر ، در صورتی توجیه پذیر است، که منجر به تشکیل فرآوردهای با ارزش افزوده بالا ، نظیر یک کمپلکس زیست مولکولی گردد.
قاسم معتمدی
عضو جدید
غنی سازی هسته ای
غنی سازی هسته ای
در طبیعت چهار نیروی بنیادی گرا نشی، الکترو مغناطیسی، هسته ای ضعیف و هسته ای قوی وجود دارد که از طریق تبادل ذرات بنیادی و در نتیجه اندازه حرکت بین اجسام ایجاد می شود. نتیجه بر هم کنش ذرات بنیادی در هسته واکنش هسته ای و انرژی حاصل از ان انرژی هسته ای است، که از آن برای صنعت، پزشکی، کشاورزی تولید برق استفاده صلح امیز و برای انفجارهای هسته ای استفاده نظامی می شود.
انفجار هسته ای ، راکتور هسته ای کنترل نشده ای است که در ان واکنش هسته ای بسیار وسیع در زمان کمتر از میلیاردم ثانیه رخ می دهد برای ایجاد انفجار هسته ای به یک سوخت شکافت یا گداخت پذیر، ماشه اغاز گر حوادث و روشی که اجازه می دهد تا قبل از اینکه انفجار پایان یابد، کل سوخت شکافته یا گداخته شود، نیاز می باشد در انفجار های هسته ای همه چیز در کانون انفجار در دمای بالا( حدود106×300 درجه سانتی گراد) به حالت گاز در می آید و در خارج از کا نون موج شدید گرما همه چیز را می سوزاند و فشار موج ضربه ای ساختمان ها و تاسیسات را خراب می کند و تشعشعات مواد رادیواکتیو در محیط انفجار و نقاط دور دست، محیط زیست، گیاهان وموجودات زنده را به مخاطره می اندازد. برای داشتن فن آوری هسته ای چرخه سوخت ضروری است که شامل نورد سنگ معدن اورانیوم ، تهیه هگزافلوراید اورانیوم ، غنی سازی و... است.غنی سازی به روش های الکترومغناطیسی ، سانتریفیوژ، لیزر، دیفوزیون گازی و ... انجام میگیرد.
بحث
ذرات بنیادی طبیعت ازذرات دیگری ساخته نشده اند مانند فوتون، گلوئون، گراویتون،کوارک، الکترون، بوزونهای برداری حدواسط و نوترینو و پروتون و نوترون ذرات بنیادی نیستند بلکه از کوارکها ساخته میشوند. نیرو یا بر هم کنش متقابل بین اجسام از طریق مبادله ذرات بنیادی و ا ندازه حرکت توسط اجسام ایجاد میشود.
نیروی قوی که منشاء نیروی هسته ای قوی بین نوکلئون هاست از طریق تبادل گلئون ها بین کوارک ها ایجاد میشود. نیروی الکترومغناطیسی بین ذرات باردار از طریق تبادل فوتون بین ذرات باردار ایجاد میشود. نیروی ضعیف که منشاء نیروی هسته ای ضعیف در واپاشی بتایی است از طریق تبادل بوزونهای برداری حد واسط(w,z) برقرار می گردد.
n (udd)→p(udu)و )u ) و ( معرف کوارک بالا، dمعرف کوارک پایین است
نیروی گرانشی بین ذرات دارای جرم از طریق تبادل گراویتون بین آنها برقرار میشود.شدت نسبی نیروها:
1 = هسته ای قوی و ،10-2=الکترو مغناطیسی و10-9 = هسته ای ضعیف و 10-38 = گرانشی می باشد با آزمایش جذب سوزن با یک آهن ربای کوچک و نیروی گرانشی و الکتریکی دو بار آزمون شدت نسبی نیرو ها را می توان نشان داد.
واکنش هسته ای فرو پاشی خودبخودی، شکافت، همجوشی همان بر هم کنش بین ذرات بنیادی هسته است.
راکتور هسته ای شکافت دستگاهی است که در ان شکافت هسته ای زنجیره ای کنترل شده به منظو تولید برق، تولید رادیونوکلئید ها و تامین انرژی کشتی ها ،زیر دریایی ها و ماهواره ها و تحقیقات هسته ای انجام میگیرد.
کند کننده ها برای تبدیل نوترون های سریع حاصل ازشکافت، به نوترون های حرارتی بکار میروند.بهترین هسته ها برای این منظور هسته های سبک از قبیل هیدروژن معمولی دو تریوم، بریلیوم و کربن بصورت گرافیت می باشد. بنا به انرژی جنبشی نوترون نسبت به انرژی جنبشی اولیه آن دربرخورد الاستیک با هسته ها می باشد. نوترون در برخورد با هیدروژن آب معمولی تقریبا تمام انرژی جنبشی خود را از دست داده و به نوترون حرارتی تبدیل میشود از این جهت آب معمولی از بهترین کند کننده است.
در همه راکتورها ی شکافتی ، نوترون های کند نشده حاصل از شکافت با اورانیوم 238 برخورد نموده و پلوتونیوم239 نیز مطابق 238U+n(fast)→239 U→239 Np→239 Pu تولید می کنند، ولی برای اهداف نظامی از راکتورهای ویژه با شار نوترونی زیاد استفاده می شود ،این راکتور و یک واحد باز پردازش برای تولید Pu در یک ساختمان عادی جای می گیرد. انفجار هسته ا ی راکتور هسته ای کنترل نشده ای است که در آن واکنش هسته ای بسیار وسیع در زمان کمتر از میلیاردم ثانیه رخ میدهد برای تولید انفجارهسته ای به یک سوخت شکافت یا گداخت پذیر، ماشه آغاز گر حوادث و روشی که اجازه میدهد تا قبل از اینکه بمب خاموش شود کل سوخت شکافته یا گداخته شود، نیاز میباشد. در شکافت هسته ای Fat man برای شروع واکنش انفجار داخل گوی صورت میگیرد و موج ضربه ای حاصل از ان Pu239 که در مرکز گوی با U238 احاطه شده را به داخل کره میفرستد و آن را فشرده میکند تا واکنش هسته ای خارج از حد بحرانی انجام گیرد و بمب منفجر شود. همچنین در شکافت هسته ای Little boyیک گلوله حاوی U235 به دور یک مولد نوترون بالای یک گوی حاوی U235 حول دستگاه مولد نوترون قرار دارد و هنگامی که این بمب به زمین اصابت میکند.حسگر حساس به فشار، ارتفاع مناسب را برای انفجار چا شنی مشخص میکند و مواد منفجره پشت گلوله منفجر میشود و گلوله به پایین میافتد.سپس گلوله به کره برخورد میکند و واکنش شکافت هسته ای رخ میدهد و بمب منفجر میشود. انفجار گداخت هسته ای نسبت به انفجار شکافتی بازده و قدرت تخریب بیشتری دارد مشکلات استفاده از این انفجار الف ) T,d که سوخت این انفجار هستند هر دو به شکل گازند و امکان ذخیره سازی انها مشکل است پس باید به دمای-2500C برده شوندتا مایع گردند. ب) تهیه T مشکل و پر هزینه است. موج انفجارهمان گسترش سریع گاز داغ و فشرده از محل انفجار به محیط اطراف و افزایش فشار اتمسفر میباشد. گاز های ثانویه مسیر داغ تری را طی کرده و به گازهای اولیه میرسند و فشارشان بر هم نهاده شده و جبهه موج ضربه ای را تشکیل میدهند و به سطح تاسیسات فشار استاتیکی وارد میکنند.در پشت جبهه موج هوای همراه موج انفجار سرعت بسیار زیاد دارد و فشار دینامیکی ایجاد میکند که میخواهد اجسام را در سوی حرکت خود به جنبش دراورد در نتیجه آنها را واژگون یا قطعات آنها را از هم جدا میکند زیان های ناشی از انفجار هسته ای عبارتند از:
الف:در کانون انفجار همه چیز تحت دمای تبخیر میشود و در خارج از آن اغلب تلفات بخاطر سوزش ایجاد شده توسط گرماست ب:موج شدید گرما همه چیز را میسوزاند. ج: فشار موج ضربه ای ساختمانها و تاسیسات را خراب میکند. د: تشعشعات رادیواکتیویته باعث سرطان میشود. ه: بارش مواد رادیواکتیو در مناطق دور بصورت ابری از ذرات رادیواکتیوتوسط باد در غالب غبار و توده سنگهای متراکم و آلوده شدن گیاهان و موجودات زنده و محیط زندگی با عث ایجاد آلودگی زیست محیطی می شوند.
از قسمتهای مهم فن آوری هسته ای چرخه سوخت است که شامل مراحل زیر است :1 ) نورد سنگ معدن اورانیوم الف ) استخراج سنگ معدن اورانیوم از معادن زیر زمینی و همچنین حفاری های روباز که دارای 3% U3o8 است. ب ) آماده سازی و آسیاب سنگ معدن و تهیه کنسا نتره با شکل پودر ریز و جامدج ) تهیه کیک زرد که شامل 85- 65 درصدU3o8 است.هر تن سنگ معدن اورانیوم زرد شامل مقدار کمی U3o8 است.شستن سنگ معدن در اسید و عملیات تعویض- یون منجر به U3o8 نسبتا خالص میگردد.2)تهیه هگزا فلوراید اورانیوم :برای غنی سازی اورانیوم آن را به صورت Uf6 در میاورند چون:الف) در دمای بالای بحالت گاز است.ب) فلوئور تک ایزوتوپی استU3 o8 + 2 H2→3 Uo2+ 2 H2O وUo2+4Hf→Uf4+ 2 H2o وUf4+ F2→Uf6 3) غنی سازی اورانیوم : جداسازی U235 از مخلوط سایر ایزوتوپهای ان در سنگ معدن طبیعی 4 ) تهیه Uo2 یا فلز خالص 5) تهیه میله سوخت و مجتمع سوخت و حمل سوخت6) مدیریت سوخت هسته ای در قلب راکتور7) باز فراوری و جداسازی عناصر شکافت پذیر8 ) پسماندداری.
انواع روشهای غنی سازی عبارتند از :1)روش الکترو مغناطیسی2)روش سانتریفوژ3)روش ایرو دینامیکی نازل4 )روش دیفوزیون گازی5)روش لیزر.در روش الکترومغناطیس اورانیوم یونیزه شده با سرعت وارد میدان مغناطیسی میشود. یون ها با توجه به جرم متفاوتی که دارند شعاعهای مختلفی را طی میکنند. در روش سانتریفوژ هگزا فلوراید اورانیوم را وارد دستگاه سانتریفوژ با سرعت دقیقه⁄ دور 104×6 میکنیم اورانیوم 235 به سمت استوانه مرکزی و اورانیوم 238به سمت دیواره جانبی رفته و از آنجا خارج میشوند و به سانتریفوژ بعدی منتقل میشوند برای غنای مطلوب از زنجیره های موازی-سری–مرکب استفاده می شود.
در روش ایرو دینامیکی نازل Uf6را با گاز کمکی سبکی ما نند He,H2 به نسبت 95%تا سرعت صوت نزدیک می کنند و غنی سازی مطابق شکل زیر انجام می گیرد.
در روش دیفوزیون گازی بنا به اصل گراهان انرژی ملکولهای یک گاز در حال تعادل برابر و ثابت است. پس ملکولهای با جرم متفاوت سرعت های متفاوتی خواهند داشت
M1<M2 →V1>V2 اگر ½M1V1 2 =½M2V2 2
در این روش که اولین روش غنی سازی بوده است، گاز Uf6 را در ظرفی که دارای پرده نیمه تراواست وارد
می کنیم.دراین حالت گاز سبک از پرده بیشتر عبور میکند الف) به وسیله تفنگ الکترونی فلز اورانیوم بخار میشود.ب) بخار اتمی به قسمت جدا سازی جریان یافته و پالسهای لیزر به اتم ها برخورد میکنند. در نتیجه اتم ها یونیزه میشوند.ج ) به وسیله میدان الکترومغناطیسی یون های تولید شده به طرف صفحه های باردار فرستاده میشوند و جمع میشوند.محاسن این روش عبارتند از:الف) توان بالای جداسازی ایزوتوپی در تک مرحله ب) امکان پذیری از لحاظ تکنولوژی ج) سرمایه گذاری اولیه کم و مصرف انرژی پایین سیستم و فضای مورد نیاز بسیار کم است
د) راه اندازی و توقف کار سیستم در مدت زمان کمتر انجام می شود
منابع :
1. Basic Nuclear Engineering, Arthur R foster L,1977
2. Introductory Nuclear Physics ,Kenneth S.Krane,1988
3. Nuclear Reactor Engineering ,Glasstone,s.& Sesonske,1963
4. Fundamental of Elementary Particle Physics,Longo,M.V.1973
5. WWW-Physicclassroom-Com
6. WWW-Ukea-Org-Uk
غنی سازی هسته ای
در طبیعت چهار نیروی بنیادی گرا نشی، الکترو مغناطیسی، هسته ای ضعیف و هسته ای قوی وجود دارد که از طریق تبادل ذرات بنیادی و در نتیجه اندازه حرکت بین اجسام ایجاد می شود. نتیجه بر هم کنش ذرات بنیادی در هسته واکنش هسته ای و انرژی حاصل از ان انرژی هسته ای است، که از آن برای صنعت، پزشکی، کشاورزی تولید برق استفاده صلح امیز و برای انفجارهای هسته ای استفاده نظامی می شود.
انفجار هسته ای ، راکتور هسته ای کنترل نشده ای است که در ان واکنش هسته ای بسیار وسیع در زمان کمتر از میلیاردم ثانیه رخ می دهد برای ایجاد انفجار هسته ای به یک سوخت شکافت یا گداخت پذیر، ماشه اغاز گر حوادث و روشی که اجازه می دهد تا قبل از اینکه انفجار پایان یابد، کل سوخت شکافته یا گداخته شود، نیاز می باشد در انفجار های هسته ای همه چیز در کانون انفجار در دمای بالا( حدود106×300 درجه سانتی گراد) به حالت گاز در می آید و در خارج از کا نون موج شدید گرما همه چیز را می سوزاند و فشار موج ضربه ای ساختمان ها و تاسیسات را خراب می کند و تشعشعات مواد رادیواکتیو در محیط انفجار و نقاط دور دست، محیط زیست، گیاهان وموجودات زنده را به مخاطره می اندازد. برای داشتن فن آوری هسته ای چرخه سوخت ضروری است که شامل نورد سنگ معدن اورانیوم ، تهیه هگزافلوراید اورانیوم ، غنی سازی و... است.غنی سازی به روش های الکترومغناطیسی ، سانتریفیوژ، لیزر، دیفوزیون گازی و ... انجام میگیرد.
ذرات بنیادی طبیعت ازذرات دیگری ساخته نشده اند مانند فوتون، گلوئون، گراویتون،کوارک، الکترون، بوزونهای برداری حدواسط و نوترینو و پروتون و نوترون ذرات بنیادی نیستند بلکه از کوارکها ساخته میشوند. نیرو یا بر هم کنش متقابل بین اجسام از طریق مبادله ذرات بنیادی و ا ندازه حرکت توسط اجسام ایجاد میشود.
نیروی قوی که منشاء نیروی هسته ای قوی بین نوکلئون هاست از طریق تبادل گلئون ها بین کوارک ها ایجاد میشود. نیروی الکترومغناطیسی بین ذرات باردار از طریق تبادل فوتون بین ذرات باردار ایجاد میشود. نیروی ضعیف که منشاء نیروی هسته ای ضعیف در واپاشی بتایی است از طریق تبادل بوزونهای برداری حد واسط(w,z) برقرار می گردد.
n (udd)→p(udu)و )u ) و ( معرف کوارک بالا، dمعرف کوارک پایین است
نیروی گرانشی بین ذرات دارای جرم از طریق تبادل گراویتون بین آنها برقرار میشود.شدت نسبی نیروها:
1 = هسته ای قوی و ،10-2=الکترو مغناطیسی و10-9 = هسته ای ضعیف و 10-38 = گرانشی می باشد با آزمایش جذب سوزن با یک آهن ربای کوچک و نیروی گرانشی و الکتریکی دو بار آزمون شدت نسبی نیرو ها را می توان نشان داد.
واکنش هسته ای فرو پاشی خودبخودی، شکافت، همجوشی همان بر هم کنش بین ذرات بنیادی هسته است.
کند کننده ها برای تبدیل نوترون های سریع حاصل ازشکافت، به نوترون های حرارتی بکار میروند.بهترین هسته ها برای این منظور هسته های سبک از قبیل هیدروژن معمولی دو تریوم، بریلیوم و کربن بصورت گرافیت می باشد. بنا به انرژی جنبشی نوترون نسبت به انرژی جنبشی اولیه آن دربرخورد الاستیک با هسته ها می باشد. نوترون در برخورد با هیدروژن آب معمولی تقریبا تمام انرژی جنبشی خود را از دست داده و به نوترون حرارتی تبدیل میشود از این جهت آب معمولی از بهترین کند کننده است.
الف:در کانون انفجار همه چیز تحت دمای تبخیر میشود و در خارج از آن اغلب تلفات بخاطر سوزش ایجاد شده توسط گرماست ب:موج شدید گرما همه چیز را میسوزاند. ج: فشار موج ضربه ای ساختمانها و تاسیسات را خراب میکند. د: تشعشعات رادیواکتیویته باعث سرطان میشود. ه: بارش مواد رادیواکتیو در مناطق دور بصورت ابری از ذرات رادیواکتیوتوسط باد در غالب غبار و توده سنگهای متراکم و آلوده شدن گیاهان و موجودات زنده و محیط زندگی با عث ایجاد آلودگی زیست محیطی می شوند.
از قسمتهای مهم فن آوری هسته ای چرخه سوخت است که شامل مراحل زیر است :1 ) نورد سنگ معدن اورانیوم الف ) استخراج سنگ معدن اورانیوم از معادن زیر زمینی و همچنین حفاری های روباز که دارای 3% U3o8 است. ب ) آماده سازی و آسیاب سنگ معدن و تهیه کنسا نتره با شکل پودر ریز و جامدج ) تهیه کیک زرد که شامل 85- 65 درصدU3o8 است.هر تن سنگ معدن اورانیوم زرد شامل مقدار کمی U3o8 است.شستن سنگ معدن در اسید و عملیات تعویض- یون منجر به U3o8 نسبتا خالص میگردد.2)تهیه هگزا فلوراید اورانیوم :برای غنی سازی اورانیوم آن را به صورت Uf6 در میاورند چون:الف) در دمای بالای بحالت گاز است.ب) فلوئور تک ایزوتوپی استU3 o8 + 2 H2→3 Uo2+ 2 H2O وUo2+4Hf→Uf4+ 2 H2o وUf4+ F2→Uf6 3) غنی سازی اورانیوم : جداسازی U235 از مخلوط سایر ایزوتوپهای ان در سنگ معدن طبیعی 4 ) تهیه Uo2 یا فلز خالص 5) تهیه میله سوخت و مجتمع سوخت و حمل سوخت6) مدیریت سوخت هسته ای در قلب راکتور7) باز فراوری و جداسازی عناصر شکافت پذیر8 ) پسماندداری.
انواع روشهای غنی سازی عبارتند از :1)روش الکترو مغناطیسی2)روش سانتریفوژ3)روش ایرو دینامیکی نازل4 )روش دیفوزیون گازی5)روش لیزر.در روش الکترومغناطیس اورانیوم یونیزه شده با سرعت وارد میدان مغناطیسی میشود. یون ها با توجه به جرم متفاوتی که دارند شعاعهای مختلفی را طی میکنند. در روش سانتریفوژ هگزا فلوراید اورانیوم را وارد دستگاه سانتریفوژ با سرعت دقیقه⁄ دور 104×6 میکنیم اورانیوم 235 به سمت استوانه مرکزی و اورانیوم 238به سمت دیواره جانبی رفته و از آنجا خارج میشوند و به سانتریفوژ بعدی منتقل میشوند برای غنای مطلوب از زنجیره های موازی-سری–مرکب استفاده می شود.
در روش دیفوزیون گازی بنا به اصل گراهان انرژی ملکولهای یک گاز در حال تعادل برابر و ثابت است. پس ملکولهای با جرم متفاوت سرعت های متفاوتی خواهند داشت
M1<M2 →V1>V2 اگر ½M1V1 2 =½M2V2 2
در این روش که اولین روش غنی سازی بوده است، گاز Uf6 را در ظرفی که دارای پرده نیمه تراواست وارد
می کنیم.دراین حالت گاز سبک از پرده بیشتر عبور میکند الف) به وسیله تفنگ الکترونی فلز اورانیوم بخار میشود.ب) بخار اتمی به قسمت جدا سازی جریان یافته و پالسهای لیزر به اتم ها برخورد میکنند. در نتیجه اتم ها یونیزه میشوند.ج ) به وسیله میدان الکترومغناطیسی یون های تولید شده به طرف صفحه های باردار فرستاده میشوند و جمع میشوند.محاسن این روش عبارتند از:الف) توان بالای جداسازی ایزوتوپی در تک مرحله ب) امکان پذیری از لحاظ تکنولوژی ج) سرمایه گذاری اولیه کم و مصرف انرژی پایین سیستم و فضای مورد نیاز بسیار کم است
د) راه اندازی و توقف کار سیستم در مدت زمان کمتر انجام می شود
1. Basic Nuclear Engineering, Arthur R foster L,1977
2. Introductory Nuclear Physics ,Kenneth S.Krane,1988
3. Nuclear Reactor Engineering ,Glasstone,s.& Sesonske,1963
4. Fundamental of Elementary Particle Physics,Longo,M.V.1973
5. WWW-Physicclassroom-Com
6. WWW-Ukea-Org-Uk
قاسم معتمدی
عضو جدید
فرایند غنی سازی اورانیوم
فرایند غنی سازی اورانیوم
کاربرد و شیوه های مختلف جداسازی یا غنی سازی اورانیوم 235
در طبیعت اورانیوم شامل کمتر از یک درصد ایزوتوپ اورانیوم 235 است. مواد انفجاری هسته ای به اورانیومی که حداقل دارای 20 درصد اورانیوم 235 غنی شده است نیاز دارند. بطور ایده آل اورانیوم 235 نود درصدی بکار می رود. برای افزایش درصد اورانیوم 235 به اورانیوم 238، اورانیوم باید "غنی سازی" شود.
چرخه سوخت اورانیوم با استخراج و آسیاب کانسنگ اورانیوم جهت تولید "کیک زرد" شروع شده و سپس به هگزافلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل می شود. ماده اخیر پس از آن غنی سازی می شود تا به سوخت هسته ای مبدل گردد.
فرایندهای جداسازی و غنی سازی ایزوتوپ اورانیوم:
این روشها عبارتند از:
1) جداسازی ایزوتوپی الکترومغناطیسی
2) دیفوزیون گرمایی
3) پخش دیفوزیون گازی
4) سانتریفوژ گازی
5) فرایندهای آئرودینامیکی
6) جداسازی ایزوتوپی لیزری – که شامل دو روش زیر است
الف) جداسازی ایزوتوپی لیزری با بخار گازی (AVLIS) (atomic vapor laser isotopeseparation)
ب) جداسازی ایزوتوپی لیزری مولکولی (MLIS) (molecular laser isotope separation)
7) تبادل یونی و شیمیایی
8) فرایند جداسازی پلاسمایی (PSP)
در تمام صنعت هسته ای دنیا، اورانیوم بوسیله یکی از دو روش: پخش گازی و سانتریفوژ گازی غنی می شود.
از آنجایی که فرایند کاربردی در ایران، روش سانتریفوژ گازی است در باره روند پخش گازی تنها به ذکر این توصیف اکتفا می شود که در روش پخش گازی، هگزافلوراید اورانیوم تحت فشار از میان یک سری دیافراگم ها یا غشاهای متخلخل گذر کرده از آنجایی که مولکولهای اورانیوم 235 سبکتر از مولکولهای اورانیوم 238 است آنها سریعتر حرکت کرده و امکان کمی بیشتری برای عبور از سوراخهای موجود در غشا را دارند. گاز UF6 که از طریق غشا پخش می شود اندکی غنی بوده ضمن اینکه آنچه که نمی تواند گذر کند تهی از اورانیوم 235 است.
سانتریفوژ گازی
سانتریفوژ گازی نوعی هیپرسانتریفوژ است که برای تولید اورانیوم غنی شده استفاده می شود. این روش در آلمان در طی جنگ جهانی دوم توسعه یافت اما موارد کاربرد واقعی آن تنها در دهه پنجاه و شصت میلادی بود.
در این روش از اثر سانتریفوژ که دوران سریع ماده سبب می شود تا ایزوتوپهای سنگین تر به طرف دیواره خارجی حرکت کنند استفاده شده و غالبا با استفاده از سانتریفوژ نوع زیپ (Zippe-type centrifuge) در شکل گازی انجام می شود. عامل جداسازی در این روش به تفاوت جرمی ایزوتوپهایی که باید جداسازی شوند بستگی دارد.
نمونه نیروگاه های غنی سازی اورانیوم که از این روش استفاده می کنند در Gronau/Wesphalia (آلمان) و بوسیله URENCO (اورنکو یک گروه صنعتی است که متشکل از شرکتهای انگلیسی، آلمانی و هلندی می باشد) در Capenhurst (بریتانیا) هستند.
علاوه بر نیروگاههای اورنکو در بریتانیا، هلند و آلمان، چهار نیروگاه روسیه که چهل درصد ظرفیت جهان را بالغ می شوند از این شیوه استفاده می کنند. ژاپن، چین و برزیل نیز نیروگاههای سانتریفوژ را می گردانند. پاکستان تکنولوژی غنی سازی سانتریفوژ را توسعه داده و بنظر می رسد که آن را به کره شمالی فروخته است ایران نیز دارای تکنولوژی سانتریفوژ پیچیده ای است.
در ایالات متحده آمریکا هیچ نیروگاه سانتریفوژ گازی فعالیت ندارد اما بتازگی آمریکا و فرانسه نیز درحال جایگزینی تکنولوژی سانتریفوژ بجای نیروگاههای پخش گازی قدیمی هستند. این روش نسبت به روش پخش گازی به انرژی کمتری برای رسیدن به جداسازی مشابه نیاز داشته و از این جهت غالبا این شیوه که با استفاده از هگزافلوراید اورانیوم انجام می شود جایگزین شیوه پخش گازی شده و بجای آن استفاده می گردد.
در غنی سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و سری کنارهم قرار داده شده اند استفاده می شود. ماشینهای سانتریفوژ جهت تشکیل "ترین ها" (trains) یا "مجموعه آبشارها یا کاسکادها" (سیستمهای غنی سازی دنباله ای) بهم مرتبط هستند.
این دوران باعث ایجاد یک نیرو مرکزگریز می شود بطوری که مولکولهای گازی سنگین تر (که شامل اورانیوم 238 هستند) بطرف خارج سیلندر حرکت کرده و مولکولهای گازی سبکتر (که شامل اورانیوم 235 است) در قسمت مرکزی (محور گردنده) جمع می شوند.
گاز به داخل یک سری لوله های خلا تغذیه شده که هر یک شامل یک گردنده با بیش از دو متر طول و 20-15 سانتیمتر قطر هستند. وقتی که گردنده ها با سرعت بالا می چرخند (rmpا 70000-50000) مولکولهای سنگین تر حاوی اورانیوم 238 در لبه خارجی سیلندر متمرکز می شوند. افزایش اورانیوم 235 نیز در نزدیک مرکز وجود دارد. برای رسیدن به جداسازی موثر، به سانتریفوژهای با سرعتهای بالا نیاز است. مراحل سانتریفوژ معمولاٌ شامل تعداد زیادی سانتریفوژ به صورت موازی است.
این جریان گازی که کمی از اورانیوم 235 غنی شده است بازگیری شده و به داخل مرحله بالاتر بعدی تغذیه می شود ضمن اینکه جریان گازی کم تهی شده به مرحله پایین تر قبلی مجددا بازیابی می شود. میزان غنی سازی اورانیوم 235 حاصل از یک مرحله تک واحدی سانتریفوژ گازی، بسیار بیشتر از میزان آن در یک مرحله تک واحدی غنی سازی پخش گازی است اما به تکنولوژی توسعه یافته ای برای تولید ماشینهای سانتریفوژ نیاز می باشد. این ماشینها بدلیل سرعتهای دوران مورد نیاز در آنها، به مهندسی متالورژی پیچیده با دقت بالا و نیاز دارند.
بخاطر ماهیت خورندگی UF6، تمام اجزایی که در تماس با این ماده هستند باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته شوند. ظرفیت جداسازی یک سانتریفوژ تک واحدی، با طول گردنده و سرعت دیواره گردنده افزایش می یابد. درنتیجه سانتریفوژهایی که دارای گردنده های یا روتورهای پرسرعت و بلند باشند اهداف برنامه های توسعه سانتریفوژ هستند.
مواد مناسب برای گردنده ها شامل آلیاژهای آلومینیم، تیتانیم، فولاد ماراژین (maraging steel) یا ترکیباتی که با برخی شیشه های خاصی تقویت می شوند، فیبرهای کربنی هستند. درحال حاضر فولاد ماراژین متداول ترین ماده گردنه است.
برای مصارف غیرنظامی، اورانیوم طبیعی که شامل 0.7 درصد اورانیوم 235 است به حدود 5-3 درصد اورانیوم 235 غنی شده و اورانیوم تهی شده شامل 0.3-0.2 درصد اورانیوم 235 می باشد. اما برای کاربردهای نظامی، اورانیوم بسیار غنی شده (HEU) که شامل بیش از 20 درصد اورانیوم 235 است معمولاٌ تولید می شود.
از زمان راه اندازی، یک سانتریفوژ مدرن بمدت بیش از 10 سال بدون نگهداری به کار خود ادامه می دهد.
مجموعه آبشارها یا کاسکادهای بزرگ سانتریفوژ گازی که در کشورهای فرانسه، آلمان، بریتانیا، و چین مورد استفاده قرار می گیرند برای تولید اورانیومی است که برای مصارف داخلی و نیز صادرات است. اما در مورد ژاپن این موارد صرفا جهت مصرف داخلی است. یک نیروگاه سانتریفوژ گازی مهم، در پیکتون اوهایوی آمریکا واقع است.
این روش علاوه بر انرژی کمتر، به نیروگاه های با مقیاس بمراتب کوچکتری نیاز داشته و از این جهت برای کشورهای کوچکی که مبادرت به تولید سلاحهای هسته ای می نمایند دارای امکان پذیری اقتصادی است.
روسیه صنعت عظیم سانتریفوژ را از اتحاد جماهیر سابق به میراث برده است. گفته می شد که عراق نیز این روش را برای دستیابی به سلاحهای هسته ای بکار گرفته بود. تصور می شود که پاکستان بااستفاده از این روش درحال ساخت یک کاسکاد کوچکتر جهت اهداف نظامی و توسعه سلاحهای هسته ای خود است.
باید توجه کرد که برای تولید تنها یک سلاح هسته ای در سال، به چندین هزار سانتریفوژ نیاز می باشد.
فرایند غنی سازی اورانیوم
کاربرد و شیوه های مختلف جداسازی یا غنی سازی اورانیوم 235
در طبیعت اورانیوم شامل کمتر از یک درصد ایزوتوپ اورانیوم 235 است. مواد انفجاری هسته ای به اورانیومی که حداقل دارای 20 درصد اورانیوم 235 غنی شده است نیاز دارند. بطور ایده آل اورانیوم 235 نود درصدی بکار می رود. برای افزایش درصد اورانیوم 235 به اورانیوم 238، اورانیوم باید "غنی سازی" شود.
چرخه سوخت اورانیوم با استخراج و آسیاب کانسنگ اورانیوم جهت تولید "کیک زرد" شروع شده و سپس به هگزافلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل می شود. ماده اخیر پس از آن غنی سازی می شود تا به سوخت هسته ای مبدل گردد.
فرایندهای جداسازی و غنی سازی ایزوتوپ اورانیوم:
این روشها عبارتند از:
1) جداسازی ایزوتوپی الکترومغناطیسی
2) دیفوزیون گرمایی
3) پخش دیفوزیون گازی
4) سانتریفوژ گازی
5) فرایندهای آئرودینامیکی
6) جداسازی ایزوتوپی لیزری – که شامل دو روش زیر است
الف) جداسازی ایزوتوپی لیزری با بخار گازی (AVLIS) (atomic vapor laser isotopeseparation)
ب) جداسازی ایزوتوپی لیزری مولکولی (MLIS) (molecular laser isotope separation)
7) تبادل یونی و شیمیایی
8) فرایند جداسازی پلاسمایی (PSP)
در تمام صنعت هسته ای دنیا، اورانیوم بوسیله یکی از دو روش: پخش گازی و سانتریفوژ گازی غنی می شود.
از آنجایی که فرایند کاربردی در ایران، روش سانتریفوژ گازی است در باره روند پخش گازی تنها به ذکر این توصیف اکتفا می شود که در روش پخش گازی، هگزافلوراید اورانیوم تحت فشار از میان یک سری دیافراگم ها یا غشاهای متخلخل گذر کرده از آنجایی که مولکولهای اورانیوم 235 سبکتر از مولکولهای اورانیوم 238 است آنها سریعتر حرکت کرده و امکان کمی بیشتری برای عبور از سوراخهای موجود در غشا را دارند. گاز UF6 که از طریق غشا پخش می شود اندکی غنی بوده ضمن اینکه آنچه که نمی تواند گذر کند تهی از اورانیوم 235 است.
سانتریفوژ گازی
سانتریفوژ گازی نوعی هیپرسانتریفوژ است که برای تولید اورانیوم غنی شده استفاده می شود. این روش در آلمان در طی جنگ جهانی دوم توسعه یافت اما موارد کاربرد واقعی آن تنها در دهه پنجاه و شصت میلادی بود.
در این روش از اثر سانتریفوژ که دوران سریع ماده سبب می شود تا ایزوتوپهای سنگین تر به طرف دیواره خارجی حرکت کنند استفاده شده و غالبا با استفاده از سانتریفوژ نوع زیپ (Zippe-type centrifuge) در شکل گازی انجام می شود. عامل جداسازی در این روش به تفاوت جرمی ایزوتوپهایی که باید جداسازی شوند بستگی دارد.
نمونه نیروگاه های غنی سازی اورانیوم که از این روش استفاده می کنند در Gronau/Wesphalia (آلمان) و بوسیله URENCO (اورنکو یک گروه صنعتی است که متشکل از شرکتهای انگلیسی، آلمانی و هلندی می باشد) در Capenhurst (بریتانیا) هستند.
علاوه بر نیروگاههای اورنکو در بریتانیا، هلند و آلمان، چهار نیروگاه روسیه که چهل درصد ظرفیت جهان را بالغ می شوند از این شیوه استفاده می کنند. ژاپن، چین و برزیل نیز نیروگاههای سانتریفوژ را می گردانند. پاکستان تکنولوژی غنی سازی سانتریفوژ را توسعه داده و بنظر می رسد که آن را به کره شمالی فروخته است ایران نیز دارای تکنولوژی سانتریفوژ پیچیده ای است.
در ایالات متحده آمریکا هیچ نیروگاه سانتریفوژ گازی فعالیت ندارد اما بتازگی آمریکا و فرانسه نیز درحال جایگزینی تکنولوژی سانتریفوژ بجای نیروگاههای پخش گازی قدیمی هستند. این روش نسبت به روش پخش گازی به انرژی کمتری برای رسیدن به جداسازی مشابه نیاز داشته و از این جهت غالبا این شیوه که با استفاده از هگزافلوراید اورانیوم انجام می شود جایگزین شیوه پخش گازی شده و بجای آن استفاده می گردد.
در غنی سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و سری کنارهم قرار داده شده اند استفاده می شود. ماشینهای سانتریفوژ جهت تشکیل "ترین ها" (trains) یا "مجموعه آبشارها یا کاسکادها" (سیستمهای غنی سازی دنباله ای) بهم مرتبط هستند.
این دوران باعث ایجاد یک نیرو مرکزگریز می شود بطوری که مولکولهای گازی سنگین تر (که شامل اورانیوم 238 هستند) بطرف خارج سیلندر حرکت کرده و مولکولهای گازی سبکتر (که شامل اورانیوم 235 است) در قسمت مرکزی (محور گردنده) جمع می شوند.
گاز به داخل یک سری لوله های خلا تغذیه شده که هر یک شامل یک گردنده با بیش از دو متر طول و 20-15 سانتیمتر قطر هستند. وقتی که گردنده ها با سرعت بالا می چرخند (rmpا 70000-50000) مولکولهای سنگین تر حاوی اورانیوم 238 در لبه خارجی سیلندر متمرکز می شوند. افزایش اورانیوم 235 نیز در نزدیک مرکز وجود دارد. برای رسیدن به جداسازی موثر، به سانتریفوژهای با سرعتهای بالا نیاز است. مراحل سانتریفوژ معمولاٌ شامل تعداد زیادی سانتریفوژ به صورت موازی است.
این جریان گازی که کمی از اورانیوم 235 غنی شده است بازگیری شده و به داخل مرحله بالاتر بعدی تغذیه می شود ضمن اینکه جریان گازی کم تهی شده به مرحله پایین تر قبلی مجددا بازیابی می شود. میزان غنی سازی اورانیوم 235 حاصل از یک مرحله تک واحدی سانتریفوژ گازی، بسیار بیشتر از میزان آن در یک مرحله تک واحدی غنی سازی پخش گازی است اما به تکنولوژی توسعه یافته ای برای تولید ماشینهای سانتریفوژ نیاز می باشد. این ماشینها بدلیل سرعتهای دوران مورد نیاز در آنها، به مهندسی متالورژی پیچیده با دقت بالا و نیاز دارند.
بخاطر ماهیت خورندگی UF6، تمام اجزایی که در تماس با این ماده هستند باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته شوند. ظرفیت جداسازی یک سانتریفوژ تک واحدی، با طول گردنده و سرعت دیواره گردنده افزایش می یابد. درنتیجه سانتریفوژهایی که دارای گردنده های یا روتورهای پرسرعت و بلند باشند اهداف برنامه های توسعه سانتریفوژ هستند.
مواد مناسب برای گردنده ها شامل آلیاژهای آلومینیم، تیتانیم، فولاد ماراژین (maraging steel) یا ترکیباتی که با برخی شیشه های خاصی تقویت می شوند، فیبرهای کربنی هستند. درحال حاضر فولاد ماراژین متداول ترین ماده گردنه است.
برای مصارف غیرنظامی، اورانیوم طبیعی که شامل 0.7 درصد اورانیوم 235 است به حدود 5-3 درصد اورانیوم 235 غنی شده و اورانیوم تهی شده شامل 0.3-0.2 درصد اورانیوم 235 می باشد. اما برای کاربردهای نظامی، اورانیوم بسیار غنی شده (HEU) که شامل بیش از 20 درصد اورانیوم 235 است معمولاٌ تولید می شود.
از زمان راه اندازی، یک سانتریفوژ مدرن بمدت بیش از 10 سال بدون نگهداری به کار خود ادامه می دهد.
مجموعه آبشارها یا کاسکادهای بزرگ سانتریفوژ گازی که در کشورهای فرانسه، آلمان، بریتانیا، و چین مورد استفاده قرار می گیرند برای تولید اورانیومی است که برای مصارف داخلی و نیز صادرات است. اما در مورد ژاپن این موارد صرفا جهت مصرف داخلی است. یک نیروگاه سانتریفوژ گازی مهم، در پیکتون اوهایوی آمریکا واقع است.
این روش علاوه بر انرژی کمتر، به نیروگاه های با مقیاس بمراتب کوچکتری نیاز داشته و از این جهت برای کشورهای کوچکی که مبادرت به تولید سلاحهای هسته ای می نمایند دارای امکان پذیری اقتصادی است.
روسیه صنعت عظیم سانتریفوژ را از اتحاد جماهیر سابق به میراث برده است. گفته می شد که عراق نیز این روش را برای دستیابی به سلاحهای هسته ای بکار گرفته بود. تصور می شود که پاکستان بااستفاده از این روش درحال ساخت یک کاسکاد کوچکتر جهت اهداف نظامی و توسعه سلاحهای هسته ای خود است.
باید توجه کرد که برای تولید تنها یک سلاح هسته ای در سال، به چندین هزار سانتریفوژ نیاز می باشد.
Similar threads
| Thread starter | عنوان | تالار | پاسخ ها | تاریخ |
|---|---|---|---|---|
| O | مقاله 52 : الکترووینیگ مس | متالورژی استخراجی | 1 | |
|
مقاله 51 : شگفتي راز كشف آلومينيم | متالورژی استخراجی | 0 | |
|
|
مقاله 50 : فرایند استخراج مس | متالورژی استخراجی | 1 | |
|
|
مقاله 49 : تغلیظ مواد معدنی | متالورژی استخراجی | 0 | |
|
|
مقاله 48 : اصول کلی استخراج فلزات | متالورژی استخراجی | 1 |