چگونه هسته‌ای شدیم؟
از سال ۸۵، روز ۲۰ فروردین روز ملی فناوری هسته‌ای نامیده شده و هر ساله در این روز از دستاورد‌های جدید این حوزه رونمایی می‌شود.
به گزارش گروه وبگردی باشگاه خبرنگاران جوان، تقویم رسمی کشور امروز، را به نام روز ملی فناوری هسته‌ای نام‌گذاری کرده است. اما این هسته‌ای که از آن صحبت می‌شود، چیست و چه فرآیندی برای فناوری هسته‌ای باید طی شود؟
گرچه حدود صد سال پیش ارنست رادرفورد نیوزلندی، کشف کرد که هر اتم دارای هسته است، اما بیش از صد سال قبل از او، هاتف اصفهانی سروده بود که «دل هر ذره را که بشکافی، آفتابیش در میان بینی.» احتیاجی برای یادآوری کوچکی اتم نیست؛ اما برای کوچکی هسته اتم شاید بد نباشد که بدانید اگر حجم یک اتم کوچک را اندازه یک زمین فوتبال فرض کنیم، هسته این اتم به اندازه یک حشره کوچک وسط این زمین فوتبال است، اما این هسته خیلی کوچک تقریباً همه وزن اتم را درون خود جای داده و آن‌چنان انرژی نهفته‌ای دارد که می‌تواند همان نور و گرمای خورشید را بسازد. آزادسازی این انرژی گرفتار در هسته اتم یا با شکافت هسته رخ می‌دهد که نمونه کنترل‌شده آن در راکتور اتمی و مثال نظامی‌اش در سلاح هسته‌ای است یا با هم‌جوشی که در خورشید صورت می‌پذیرد و بشر فعلاً به چنین دانشی برای کسب آن دست نیافته است. در شکافت، هسته‌های سنگین در تبدیل به هسته‌های کوچک‌تر، انرژی آزاد می‌کند و انرژی هم‌جوشی. از تبدیل هسته‌های کوچک به بزرگ‌تر ایجاد می‌شود.
بیشتر بخوانید: نیروگاه هسته‌ای بوشهر در یک نگاه+ اینفوگرافیک
با دانش فعلی، عنصر اورانیوم در شکافت هسته‌ای معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد. اورانیوم رادیواکتیو است یعنی، چون هسته سنگینی دارد خود به‌خود، ولی به مرور زمان تبدیل به هسته‌های سبک‌تر می‌شود و انرژی زیادی آزاد می‌کند. اگر فرمول مشهور انیشتین را به یاد داشته باشید می‌دانید که میزان انرژی آزاد شده از یک گرم ماده، عددی معادل سرعت نور به توان دو است. این انرژی در طبیعت، چون به کندی و به مرور زمان آزاد می‌شود، به‌صورت تابش‌های غیرنامرئی، ولی پرقدرتی خود را نشان می‌دهد که موجب سرطان می‌شود. ماری کوری دانشمند شهیر لهستانی - فرانسوی در اثر کار زیاد با عناصر رادیواکتیوی مثل رادیم جان خود را از دست داد. هر اورانیومی هم قابل استفاده در راکتور اتمی نیست. تنها از ۰.۷ درصد اورانیوم طبیعی می‌توان در چرخه سوخت هسته‌ای استفاده کرد.
برای همین باید با سازوکارهایی، اورانیوم استخراج شده از معادن را برای استفاده آماده کرد. فناوری هسته‌ای، توانایی تبدیل اورانیوم طبیعی به غنی‌شده است. ایران جزو ۱۳ کشور دنیاست که توانایی چرخه کامل سوخت هسته‌ای را دارند. این چرخه شامل اکتشاف اورانیوم، استخراج، تولید کیک زرد و تبدیل آن به گاز UF۶ و در نهایت غنی‌سازی اورانیوم می‌شود.
اکتشاف و استخراج اورانیوم اولین گام فناوری هسته‌ای است. ۱۰ کشور در دنیا حدود ۹۰درصد معادن اورانیوم را در اختیار دارند. ایران از این کشور‌ها نیست؛ اما یک دهه قبل اعلام شد حدود ۴۰۰معدن اورانیوم در ایران وجود دارد که مهم‌ترین آن در نزدیکی روستای ساغند یزد در منطقه‌ای به اسم دوزخ‌دره قرار دارد. تأسیسات موجود در این کارخانه، اورانیوم را از عمق ۳۵۰متری استخراج می‌کند. هزینه استخراج و تولید هر کیلو اورانیوم بین ۴۰ تا ۸۰دلار به‌صرفه است و تا ۱۳۰دلار اقتصادی است. بر اساس گزارش‌های رسمی ایران به آژانس انرژی اتمی، ذخایر اورانیوم قطعی ایران ۴۹۱ تن برآورد شده است که می‌توان ۸۷۶ تن منبع احتمالی قابل بهره‌برداری با هزینه استخراج هر کیلو ۸۰ تا ۱۳۰ دلار را نیز به آن افزود.
گام بعدی در فناوری هسته‌ای تولید کیک زرد است. سنگ معدن اورانیوم استخراج شده در آسیاب خرد و ریز شده و به پودر بسیار ریزی تبدیل می‌شود. پس از آن طی فرآیند شیمیایی خاصی خالص‌سازی شده و به‌صورت اکسید اورانیوم یا اورانیا که یک توده جامد به هم پیوسته است در می‌آید که آن را کیک زرد می‌نامند. کیک زرد شامل ۷۰درصد اورانیوم بوده و دارای خواص رادیواکتیو یا پرتوزایی است. اورانیوم استخراجی از معدن ساغند، در کارخانه اردکان یزد پس از اعمال فرآیند‌های مختلف شیمیایی و فیزیکی به کیک زرد تبدیل می‌شود. قیمت کیک زرد در بازار‌های بین‌المللی، هر کیلوگرم حدود ۲۵دلار است.
کیک زرد جامد است، ولی در مرحله بعد از فناوری ویژه‌ای استفاده می‌شود که نیازمند حالت گازی است. بنابراین، کنسانتره اکسید اورانیوم جامد طی فرآیندی شیمیایی به گاز هگزافلوراید اورانیوم یا UF۶ تبدیل می‌شود. در تأسیسات فرآوری اورانیوم اصفهان معروف به صنایع UCF اصفهان این فرایند انجام می‌شود.
این کارخانه از سال۷۹ رسماً آغاز به کار کرده؛ اما در آبان۸۳ یک هفته پس از مذاکرات تهران فعالیت‌های این تأسیسات هسته‌ای به حالت تعلیق درآمد در حالی که فعالیت‌های تبدیل اورانیوم، طبق نظر فنی آژانس جزء فعالیت‌های غنی‌سازی اورانیوم محسوب نمی‌شود. مرداد ۸۴ و در آخرین روز‌های کاری دولت اصلاحات، با دستور مقام معظم رهبری فعالیت این تأسیسات از سر گرفته شد.
همان‌طور که گفته شد فقط ۰.۷ درصد از اورانیوم طبیعی قابلیت استفاده در چرخه سوخت هسته‌ای را دارد، برای همین لازم است این‌گونه اورانیوم از این مقدار اندک به حداقل ۵/۳درصد برای استفاده در راکتور‌های آب سبک برسد که به این فرآیند غنی‌سازی گفته می‌شود. روش متداول غنی‌سازی اورانیوم سانتریفیوژکردن گاز UF۶ است. در این روش هگزافلوراید اورانیوم در یک محفظه استوانه‌ای با سرعت بالا در شرایط گریز از مرکز قرار می‌گیرد. این کار باعث جدا شدن گونه‌هایی از اورانیوم می‌شود که به کار سوخت راکتور نمی‌آیند. سانتریفیوژ، دستگاه استوانه‌ای‌شکلی است که درست مثل توربین هواپیما پره‌هایی در وسط آن وجود دارد. این پره‌ها در هر دقیقه بیش از صد هزار گردش دارند.
در نتیجه این چرخش اورانیوم سنگین روی دیواره آخری سانتریفیوژ قرار می‌گیرد و اورانیوم سبک در کنار آن می‌نشیند. باید هزاران سانتریفیوژ در کنار هم قرار بگیرند تا ما بتوانیم اورانیوم را غنی کنیم؛ یعنی با یک یا چند سانتریفیوژ نمی‌توان اورانیوم را غنی کرد. در تأسیسات نطنز (مرکز هسته‌ای شهید احمدی‌روشن) و تأسیسات هسته‌ای فُردو (مرکز هسته‌ای شهید علی‌محمدی) که در نزدیکی قم است این سانتریفیوژ‌ها قرار گرفته‌اند. ۲۰فروردین۱۳۸۵ آقای محمود احمدی‌نژاد، رییس‌جمهوری وقت ایران، اعلام کرد که ایران موفق به غنی‌سازی اورانیوم به میزان ۳٫۵درصد شده‌است و همین مبنای نام‌گذاری امروز شد؛ روز ورود ایران به مرحله غنی‌سازی صنعتی برای تولید سوخت هسته‌ای.
بعد‌ها دانشمندان هسته‌ای کشورمان به غنای ۲۰درصد هم رسیدند، اما طبق برجام ایران برای ۱۵سال، فعالیت‌های مرتبط با غنی‌سازی اورانیوم، از جمله تحقیق و توسعه خود را صرفاً در تاسیسات غنی‌سازی نطنز انجام خواهد داد، سطح غنی‌سازی اورانیوم خود را تا سقف ۶۷/۳درصد نگه خواهد داشت و در فردو، از هرگونه غنی‌سازی اورانیوم و تحقیق و توسعه غنی‌سازی اورانیوم و از نگهداری هرگونه مواد شکافت‌پذیر خودداری خواهد کرد. همچنین ایران، براساس متن برنامه جامع اقدام مشترک (برجام) توافق کرد تا ۹ هزار سانتریفیوژ نصب شده فعال خود را به ۶ هزار و ۱۰۴ دستگاه کاهش دهد (پنج هزار و ۶۰ سانتریفیوژ در نطنز و یک هزار و ۴۴ سانتریفیوژ در فردو.)
تولید میله سوخت، آخرین مرحله در چرخه سوخت هسته‌ای است. اورانیوم غنی‌شده که هنوز به شکل UF۶ است، باید به پودر دی‌اکسید اورانیوم (UO۲) تبدیل شود و سپس فشرده می‌شود و به شکل قرص درمی‌آید. قرص‌ها در معرض حرارت با دمای بالا قرار می‌گیرند تا به قرص‌های سرامیکی سخت تبدیل شوند. پس از طی چند فرآیند فیزیکی، قرص‌هایی سرامیکی با ابعاد یکسان حاصل می‌شود. متناسب با طراحی راکتور و نوع سوخت مورد نیاز، این قرص‌های کوچک را دسته‌دسته کرده و در لوله‌ای خاص قرار می‌دهند. این لوله از آلیاژ به‌خصوصی ساخته شده است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و در عین حال، از رسانایی حرارتی بسیار بالایی برخوردار است. حال میله سوخت آماده شده است و برای استفاده در رآکتور به نیروگاه فرستاده می‌شود. این مرحله از ساخت هم در تأسیسات اصفهان انجام می‌شود.
در ۲۶بهمن۱۳۹۰ مسوولان کشور از ساخت میله سوخت هسته‌ای ۲۰درصد غنی‌شده و بارگذاری آن در رآکتور تحقیقاتی تهران خبر دادند. در سال۱۳۳۷ به پیشنهاد دانشگاه تهران، ساخت یک رآکتور اتمی در دستورکار دولت قرار گرفت و تصویب شد. در همین راستا آیزنهاور، رییس‌جمهوری آمریکا، برای تبلیغ طرح خود (اتم برای صلح) یک رآکتور اتمی به ایران داد. عملیات ساختمانی رآکتور دانشگاه تهران در ۱۳۴۰ آغاز و در آبان‌ماه ۱۳۴۶ عملاً مورد بهره‌برداری قرار گرفت. ظرفیت این رآکتور ۵مگاوات و از نوع آب سبک بوده و تا سال۱۳۷۲ با سوخت اورانیوم با غنای بالا (۹۳درصد) کار می‌کرد. سوخت رآکتور در سال۱۳۷۲ از درجه غنای بالا (۹۳درصد) به درجه غنای پایین (حدود ۲۰درصد) تبدیل شد.
در مرکز رآکتورهاى هسته‌اى، میله‌هاى سوخت چیده شده‌اند. در درون میله‌هاى سوخت، فرآیند شکافت رخ مى‌دهد و انرژى آزاد مى‌شود. این انرژى، آبی که اطراف میله‌ها را فرا گرفته گرم مى‌کند. آب گرم شده خود از درون مخازن آب دیگرى می‌گذرد و آن‌ها را گرم کرده و بخار مى‌کند. بخار آب تولید شده توربین‌ها را مى‌گرداند و با چرخش توربین‌ها که به ژنراتور متصل‌اند، برق تولید مى‌شود. به این ترتیب، انرژى تولید شده در اثر شکافت اورانیوم به برق تبدیل می‌شود.
در سال۱۳۵۳ قرارداد اولیه طراحی و ساخت دو واحد نیروگاهی در بوشهر با قدرت هر واحد ۱۳۰۰مگاوات بین سازمان انرژی اتمی و شرکتی آلمانی منعقد شد. با پیروزی انقلاب اسلامی، اجرای این پروژه متوقف شد. در دی‌ماه ۱۳۷۳ قرارداد تکمیل واحد یک نیروگاه اتمی بوشهر به صورت مشارکتی بین ایران و روسیه منعقد شد و در سال۱۳۷۷ بار دیگر قرارداد مورد بازبینی کلی قرار گرفت که طی آن تکمیل نیروگاه به شرکت اتم استروی اکسپورت روسیه محول شد. تکمیل نیروگاه تا شهریور۱۳۹۰ طول کشید. در این سال نیروگاه بوشهر تولید برق را با توان ۷۰۰مگاوات آغاز کرد. نیروگاه بوشهر نخستین و تنها نیروگاه هسته‌ای غیرنظامی تولید انرژی در خاورمیانه است و ایران سی‌و‌یکمین کشوری محسوب می‌شود که از برق نیروگاه هسته‌ای استفاده می‌کند. اسفند۹۷ سازمان انرژی اتمی از خاموشی موقت نیروگاه بوشهر به منظور تعویض بخشی از سوخت و تعمیرات ضروری سالانه خبر داد. همچنین از سال۸۶ مراحل طراحی و ساخت نیروگاه ۳۶۰مگاواتی آب سبک با استفاده از امکانات بومی در دارخوین درحال پیگیری است.
منبع: صبح نو
انتهای پیام/
هرآنچه را که درباره انرژی هسته‌ای باید بدانید
قالیباف در پاسخ به تذکر رسایی:
انتصاب ظریف خلاف قانون است/ گزارش کمیسیون امنیت ملی به هیئترئیسه نرسیده است
