گزارش کامل و مهم از "چرخه تولید سوخت هسته‌ای"+ عکس

به گزارش رکنا، انرژی هسته‌ای، انرژی ذخیره‌شده در داخل یک اتم به‌شکل نیرو‌هایی است که هسته اتم را به‌صورت واحد نگه می‌دارند و دانشمندان نیز یاد گرفته‌اند چگونه از این نیروها، مقادیر زیادی انرژی به دست آورند که این انرژی می‌تواند برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرد.

"آلبرت اینشتین" هنگام کار به‌روی نظریه نسبیت، فرمول ریاضی E=mc۲ را کشف کرد که این فرمول نشان می‌دهد که ماده می‌تواند به انرژی تبدیل شود؛ اگرچه این جمله مفهومی، ساده به‌نظر می‌رسد، اما در واقع نشان می‌دهد که از مقدار کمی ماده، می‌توان مقدار زیادی انرژی تولید کرد. این کار را نیز می‌توان با تقسیم (شکافتن) یک اتم طی فرآیندی به‌نام "شکافت هسته‌ای" انجام داد.

شکافت هسته‌ای فرایند تقسیم یک اتم بزرگ به دو یا چند اتم کوچک‌تر است. هنگامی که یک اتم تقسیم می‌شود، مقدار عظیمی انرژی آزاد می‌شود. وقتی انرژی به‌شیوه‌ای کنترل‌شده و آهسته آزاد می‌شود، می‌توان از آن برای تولید الکتریسیته استفاده و انرژی مورد نیاز برای مصارف مختلف را تأمین کرد؛ زمانی که همه انرژی به‌یک‌باره آزاد می‌شود، واکنشی زنجیره‌ای رخ می‌دهد که باعث انفجار هسته‌ای می‌شود.

13802201_966

وقتی هسته به دو جزء تقسیم می‌شود، چون متشکل از دو ذره پروتون مثبت و نوترون خنثی بوده و دارای بار الکتریکی کلی مثبت است، بین جزء‌های تولیدشده نیروی دافعه قوی برقرار می‌شود و آن‌ها را از هم دور می‌کند و دو تکه دارای انرژی جنبشی قوی می‌شوند همچنین از این واپاشی ذرات و پرتو‌های دیگری مثل نوترون، آلفا، بتا و گاما تولید می‌شود. با واکنش و برخورد این ذرات و اشعه‌ها و تکه‌های تقسیمی با مواد موجود در اطراف آن‌ها، انرژی گرمایی بزرگی ایجاد می‌شود مثلاً در واپاشی اورانیوم ۲۳۵ در حدود MeV ۲۰۰ انرژی آزاد می‌شود.

آغاز به کار بشر برای استفاده از انرژی هسته‌ای برای انرژی الکتریکی و برق، از قرن بیستم میلادی آغاز شد. در این زمان عناصر رادیواکتیوی مثل "رادیوم" کشف شدند که می‌توانستند براساس معادل بودن جرم و انرژی، مقدار زیادی انرژی تولید کنند. در سال ۱۹۳۲ با کشف نوترون توسط "چادویک" که خنثی و بدون بار الکتریکی بود گامی بزرگ در جهت آزمایش‌های هسته‌ای برداشته شد. "فردریک ژولیو کوری" و "ایرن ژولیو کوری" در سال ۱۹۳۴ توانستند با بمباران مواد با نوترون، مواد رادیواکتیو مصنوعی مثل رادیوم را بسازند که با هزینه پایین‌تر از رادیوم طبیعی قابل دسترس باشد و با بمباران "اورانیوم" با "نوترون" نیز "پلوتونیوم" تولید شود.

در سال ۱۹۳۸ "اتوهان" و "فریتس اشتراسمان" نشان دادند با بمباران اورانیوم با نوترون، هسته‌های سنگین این عنصر به دو قسمت مساوی تقسیم می‌شود. در این فرایند یک شکافتگی کامل اتفاق می‌افتاد، در سال ۱۹۴۲ نخستین راکتور هسته‌ای در آمریکا ساخته شد و در این پروژه، غنی‌سازی اورانیوم و تولید پلوتونیم انجام شد و در جنگ در شهر‌های هیروشیما و ناکازاکی استفاده شد که فاجعه انسانی و جنایت وحشتناکی را برای بشریت به ارمغان آورد و رقم زد.

13802205_744

13802204_673

چرخه سوخت هسته‌ای

چرخه سوخت هسته‌ای به مراحل اکتشاف، استخراج، آسیاب کردن، تبدیل کردن، غنی‌سازی، ساخت میله‌های سوخت و مدیریت سوخت هسته‌ای در قلب راکتور و آخرین مرحله هم مربوط به مدیریت پسماند‌های راکتور گفته می‌شود.

اورانیومی را که از زمین استخراج می‌شود نمی‌توان به‌طور مستقیم برای تولید انرژی مصرف کرد، بلکه باید فرایند‌های شیمیایی و فیزیکی بسیاری روی اورانیوم انجام شود تا در نیروگاه برای تولید الکتریسیته به‌کار رود که به این "عملیات چرخه سوخت هسته‌ای" می‌گویند که این چرخه سوخت هسته‌ای شامل همه مراحل اکتشاف، استخراج، غنی‌سازی، مصرف در راکتور (واکنشگاه) و سرانجام نابودی زباله‌های هسته‌ای است.

13802203_799

مشهورترین و معمول‌ترین موادی که برای تولید انرژی هسته‌ای به‌کار برده می‌شوند"اورانیوم" و "پلوتونیم" هستند که دومی در طبیعت وجود ندارد؛ "اورانیوم" که ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه‌های صلح‌آمیز یا نظامی هسته‌ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سرباز به دست می‌آید. اگرچه این عنصر به‌طور طبیعی در سرتاسر جهان یافت می‌شود، اما تنها حجم کوچکی از آن به‌صورت متراکم در معادن موجود است.

13802199_787

اورانیوم دارای دو ایزوتوپ است که با "۲۳۵U" و "۲۳۸U" مشخص می‌شوند. اورانیومی که قابلیت استفاده به‌عنوان سوخت هسته‌ای را دارد "یو ۲۳۵" است که حداکثر هفت‌دهم درصد از جرم این عنصر را تشکیل می‌دهد.

آنچه به‌عنوان سوخت هسته‌ای در راکتور‌ها و دیگر تأسیساتی که ب ا انرژی اتمی کار می‌کنند استفاده می‌شود در مراحل غنی‌سازی به دست می‌آید؛ رایج‌ترین وسیله غنی‌سازی اورانیوم، دستگاهی است که "سانتریفیوژ" نام دارد و در زمان حاضر نیز مهم‌ترین مرکز غنی‌سازی اورانیوم در ایران نطنز است البته غنی‌سازی در مرکز فردو نیز انجام می‌شده است که بعد از برجام متوقف شده است.

غنی‌سازی اورانیوم فرایندی است که در آن ایزوتوپ ۲۳۵ که به‌صورت طبیعی ۰.۷ درصد از اورانیوم را شامل می‌شود به مقدار بیشتری افزایش پیدا می‌کند؛ به‌منظور استفاده از اورانیوم به‌عنوان سوخت در بیشتر انواع نیروگاه‌های هسته‌ای، غنی‌سازی اورانیوم تا حداقل ۳ درصد ضروری است، برای مثال برای تأمین سوخت نیروگاهاتمی بوشهر به غنی‌سازی اورانیوم تا سه درصد نیازاست و نیروگاه تحقیقاتی آب سبک دانشگاه تهران نیازمند اورانیوم غنی‌شده تا حدود ۲۰ درصد است.

اما بعد از برجام به‌دلیل اینکه دولت متعهد شده بود تا غنی‌سازی ۲۰ درصد به‌صورت کامل متوقف شود، تأمین سوخت راکتور تحقیقاتی تهران نیز با هاله‌ای از ابهام مواجه شده بود که نمایندگان مجلس شورای اسلامی اخیراً با تصویب مصوبه‌ای، دولت را مکلف کردند در راستای مقابله با تحریم‌ها، غنی‌سازی ۲۰ درصدی اورانیوم را در دستور کار قرار دهد که در این مصوبه نیز آمده است که سازمان انرژی اتمی ایران باید از سانتریفیوژ‌های پیشرفته نسل ۶ برای غنی‌سازی اورانیوم استفاده کند، اما با این حال دولت معتقد است که حتی با وجود برجام، صنعت هسته‌ای کشور با پیشرفت چشمگیری روبه‌رو بوده است! تا جایی که رئیس‌جمهور اخیراً در جلسه هیئت دولت گفته بود:

"چیزی که به‌خورد مردم دادند این بود که این‌ها هسته‌ای را بریدند، این حرف‌های دروغ زدند و این دروغ آشکار شد. مجلس یک مصوبه‌ای به‌تصویب رساند، ما البته نظرمان را گفتیم و بر آن باقی هستم، اما این مصوبه یک خاصیت داشت که این واقعیت این بود که واقعیت توانمندی هسته‌ای ما به‌خوبی آشکار شد وقتی می‌نشستند و می‌گفتند سازمان انرژی اتمی طراحی کند و ۲۰ درصد را اجرایی کند نه‌تن‌ها ۲۰ درصد اتفاق افتاد حتی بسیار از آنچه مصوب شد، تولید شد و ما قدرت تولید داریم. من به‌جرئت این ادعا را می‌کنم این را رییس سازمان انرژی اتمی تأکید کند؛ هیچ وقت در تاریخ ایران فناوری هسته‌ای مانند امروز نبوده است، قوی‌ترین فناوری را ما امروز به نمایش جهانیان گذاشته‌ایم. پس دروغ به مردم گفتید که «رفتید برجام را امضا کردید قدرت هسته‌ای را از بین ببرید» حالا بیایید اعتراف کنید و عذرخواهی کنید".

یا در قسمتی دیگر از مصوبه مجلس آمده است که دولت باید بیش از ۱۰۰۰ سانتریفیوژ نسل ۶ را بسازد که همین قسمت از مصوبه مجلس نیز با انتقاد دولت مواجه شده است و به‌بهانه اینکه منابع مالی لازم برای ساخت آن وجود ندارد رئیس سازمان انرژی اتمی ایران با آن مخالفت کرده است.

مرحله تبدیل "کیک زرد" به گاز

اما بعد از خارج کردن سنگ معدن اورانیوم از معدن، سنگ‌ها را آسیاب می‌کنند تا به تکه‌های کوچک با ابعاد تقریباً یکسان تبدیل شود. اورانیوم در این حالت به‌صورت اکسید است و فرمول شیمیایی آن U۳O۸ است. این تکه‌های سنگ معدن اورانیوم را در محلولی از اسید سولفوریک قرار می‌دهند. اسید، اورانیوم را حل کرده و آن را از زوائدی که در سنگ معدن وجود دارد جدا می‌کند محلولی که به این روش به‌دست می‌آید، تصفیه و خشک می‌شود و به‌صورت پودری در می‌آید که به آن "کیک زرد" گفته می‌شود، در واقع کیک زرد به تأسیساتی برده می‌شود تا به UF۶ تبدیل شود که حالت گازی دارد که از آنجا به ماشین‌های غنی‌سازی برده می‌شود و فرایند آغاز می‌شود.

کارخانه اردکان یزد نخستین کارخانه تولید کیک زرد در ایران محسوب می‌شود، فعالیت‌های این کارخانه برای ۹ سال در تعلیق بود تا این که تابستان سال ۱۳۹۷ و چند ماه بعد از خروج آمریکا از برجام، فعالیت آن از سر گرفته شد؛ استان یزد هم‌اکنون، عمده تولیدکننده مواد اولیه صنعت هسته‌ای یعنی اورانیوم و کیک زرد است و استان دیگری که در این حد، غنی از ذخایر اورانیوم باشد، نداریم. استان یزد حلقه اول چرخه سوخت هسته‌ای به‌شمار می‌رود و پروژه ساغند یزد، نمود عینی فعالیت در زمینه استحصال اورانیوم از منابع طبیعی است و تأسیسات موجود در این کارخانه نیز، اورانیوم را از عمق ۳۵۰ متری استخراج می‌کند.

13802202_752

اورانیوم استخراجی از معدن ساغند، در منطقه اردکان (جاده اردکان ـ چوپانان) در مجتمع شهید رضایی‌نژاد پس از اعمال فرایند‌های مختلف شیمیایی و فیزیکی به کیک زرد تبدیل می‌شود؛ این محصول پس از تولید در اردکان در تأسیسات فراوری اورانیوم اصفهان معروف به کارخانه "یوسی‌اف" خالص‌سازی نهایی می‌شود و سپس جهت غنی‌سازی به کارخانه نطنز ارسال می‌شود.

اما ایران در چارچوب برجام حدود ۲۳۰ تن کیک زرد را از طریق تبادل سوخت کمتر از ۵ درصد از روسیه به کشور وارد کرده است و دومین محموله کیک زرد نیز که حدود ۱۴۹ تن بود در چهار مرحله از روسیه به کشور وارد شد. این محموله ۱۴۹ تنی کیک زرد اولین محموله‌ای بوده است که از طریق کانال خرید در چارچوب برجام به‌طور مستقل از سوی ایران خریداری شده است درحالی که آخرین بار ایران حدود ۴۰ سال قبل حدود ۵۰۰ تن کیک زرد از آفریقای جنوبی خریداری کرد که این موضوع نشان می‌دهد که بعد از برجام در حالی که توانایی تولید کیک زرد در داخل بوده است، ما مجبور به واردات کیک زرد از سایر کشور‌ها بوده‌ایم!

13802200_174

قبل از بحث درباره سانتریفیوژ‌های هسته‌ای بهتر است با مفهوم "سو" آشنا بشویم، اصطلاح "سو" در صنعت هسته‌ای کشور بسیار مورد استفاده و کاربردی است.

واحد سو، کیلوگرم است و حجم اورانیوم غنی شده را در طول یک سال نشان می‌دهد؛ به عنوان مثال در سال ۱۳۹۷ مقام معظم رهبری دستور دادند که سریعاً مقدمات رسیدن به ۱۹۰ هزار سو فراهم شود و ظرفیت ۱۹۰ هزار سو نیز به معنای تولید سالانه ۳۰ هزار کیلو یا ۳۰ تن اورانیوم غنی شده ۴ درصد است که البته محاسبه و تبدیل مقدار سو به کیلوگرم مقداری مباحث فنی نیز دارد.

تفاوت نسل سانتریفیوژ‌ها از IR۱ تا IR۸ نیز در همین موضوع است به عنوان نمونه سانتریفیوژ‌های نسل IR۱، یک سو قدرت غنی‌سازی دارند، اما سانتریفیوژ‌های نسل IR۸ قدرت غنی‌سازی ۲۰ سو را دارند و به همین خاطر، کشورمان به دنبال نسل جدید سانتریفیوژ‌های پیشرفته است تا به ظرفیت سوی بالاتری برسد.

13802206_481

امروز تزریق گاز‌های UF۶ به سانتریفیوژ‌های IR۸ در دولت فعلی انجام شده است، اما همه این اقدامات فعلاً در مرحله آزمایش است چراکه راه‌اندازی آن تا پایان دوره ۱۰ ساله برجام خلاف تعهدات است و به نظر نمی‌رسد به صورت عملی سانتریفیوژ‌های IR۸ و IR۹ عملیاتی و وارد چرخه شود.

ایران در برجام پذیرفته است که به مدت ۱۰ سال غنی‌سازی در تاسیسات نطنز با ۵ هزار و ۶۰ دستگاه سانتریفیوژ نسل اول (IR-۱) انجام می‌شود و مابقی سانتریفیوژ‌های این تاسیسات مثل نسل دوم (IR-۲m) به انباری در نطنز منتقل شده است که تحت نظارت مداوم آژانس است.

همچنین ایران در برجام پذیرفته است محدودیت‌هایی خاص به مدت ۸ سال برای سانتریفیوژ‌های پیشرفته اعمال شود و به مدت ۱۰ سال آزمایش‌ها فقط روی سانتریفیوژ‌های IR-۴,IR-۵,IR-۶,IR-۸ انجام خواهد شد.

برای مدت ۱۵ سال نیز فعالیت‌های مرتبط با غنی‌سازی و تحقیق و توسعه فقط در مجتمع غنی‌سازی شهید احمدی روشن (نطنز) انجام خواهد شد و به همین خاطر مرکز فردو به یک مرکز تحقیقاتی تبدیل شده است. تعطیلی فردو و تمرکز غنی‌سازی اورانیوم در مرکز نطنز باعث شده است که دشمنان ایران با تمرکز بالاتری درصدد خرابکاری و متوقف کردن ماشین‌های سانتریفیوژ این مرکز حیاتی هسته‌ای کشور باشند و طی روز‌های گذشته شاهد اجرای پروژه مشترک صهیونیستی ــ آمریکایی ایجاد انفجار در سایت نطنز بودیم.

میله‌های سوخت

اما کارخانه تولید قرص، میله و مجتمع سوخت (Fuel Manufacturing Plant (FMP آخرین و حساس‌ترین حلقه چرخه تولید سوخت هسته‌ای است. این کارخانه با هدف تولید انواع مجتمع‌های سوخت مورد نیاز راکتور‌های تحقیقاتی و نیروگاه‌های تولید برق هسته‌ای بنا شده است. این قرص، درون میله‌های سوخت قرار می‌گیرد که طول آن‌ها ۴ متر است که در درون هر کدام از میله‌ها به طول ۳ متر و ۶۰ سانت قرص قرار می‌گیرد و برای هر میله نیز ۲۲۷ قرص نیاز است

برای ساخت میله‌های سوخت نیز ابتدا گاز هگزارفلوراید اورانیوم غنی شده را تبدیل به پودر دی اکسید اورانیوم (UO۲) می‌کنند و این پودر را به وسیله فشار (پرس) به صورت استوانه‌های کوچکی در می‌آورند. در حدود ۲۰۰ عدد از این استوانه‌ها را در داخل لوله‌هایی که از آلیاژ زیرکونیوم ساخته شده قرار داده و دو سر لوله‌ها را جوش می‌دهند.

مجتمع‌های سوخت نیز از کنار هم گذاشتن میله‌های سوخت در شبکه‌های اتصالی ساخته می‌شوند. برای مثال در نیروگاه هسته‌ای بوشهر تعداد ۱۶۳ مجتمع سوخت داخل محفظه‌ی تحت فشار راکتور قرار داده می‌شود که هسته مرکزی راکتور را تشکیل می‌دهد. حرارت ایجاد شده در نتیجه شکافت هسته، آب مدار دوم نیروگاه را به بخار تبدیل می‌کنند. بخار حاصله توربین را به حرکت در می‌آورد و توربین، محور مولد برق را می‌چرخاند و نیروی برق تولید می‌شود.

بعد از طی همه این مراحل آن چیزی که آماده می‌شود سوخت هسته‌ای است که کاربرد‌های بسیار فراوان صلح‌آمیز و نظامی دارد. سوخت هسته‌ای، کابرد‌های فراوانی در نیروگاه‌های هسته‌ای از جمله نیروگاه اتمی بوشهر، کاربرد‌های پزشکی، کاربرد‌های کشاورزی، مدیریت منابع آب، کاربرد آن در بخش صنایع، کاربرد آن در بخش دامپزشکی و دامپروری دارد و ایران نیز همانطور که به صورت عملی اثبات کرده است به دنبال استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای است.آخرین قیمت های بازار ایران را اینجا کلیک کنید.

آیا این خبر مفید بود؟