به گزارش خبرنگار «خبرنامه دانشجویان ایران»؛ در این توافقنامه عباراتی بکار رفته است که نیازمند توضیحات بیشتر است.
مثلا در این توافقنامه آمده که غنی سازی بالای 5 درصد کلا تعلیق می شود؛ 4 آبشار در فردو اورانیوم را تا 5 درصد غنی می کند؛ در اراک آب سنگین به تاسیسات حمل نمی شود و...
در این گزارش قصد داریم به توضیح اختصاری برخی مفاهیم همچون غنی سازی، آب سنگین و ... بپردازیم.
فرآيند غني سازي اورانيوم
غني سازي اورانيوم يك فرآيند اصلاحي براي ايزوتوپهاي اورانيوم از يكديگر است.
اورانيوم طبيعي داراي سه نوع ايزوتوپ به نامهاي اورانيوم 234 و اورانيوم 235 و در نهايت اورانيوم 238 است ، كه به ترتيب داراي 0058/0 و 711 /0 و نيز 28/ 99 درصد وزني ميباشد . اورانيوم 235 برخلاف اورانيوم 238 شكافت پذير بوده و مي تواند در واكنش زنجيره اي هسته اي بكار گرفته شود .
واحدهاي هسته اي قدرت كه با آب سبك كار مي كنند معمولا با 2 تا 5 درصد اورانيوم 235 مشغول به بهره برداري مي باشند . در يك راكتور معمولا 3 غناي مقاومت براي يكسان نمودن شار نوترون و نيز توليد حرارت و انرژي يكنواخت ، بطور همزمان استفاده خواهد گردید . بطوريكه در هنگام سوخت گذاري در حين كاركرد راكتور ، سوخت با غناي بيشتر در طرف بيروني مجموعه هاي سوخت قلب راكتور قرار مي گيرد و پس از حدود 12 تا 18 ماه ، سوخت گيري بعدي انجام شده و با قرار دادن اورانيوم تازه مجموعة مصرف شده را از مركز قلب راكتور خارج نموده و سوخت جديد از محيط بيروني به وسط و سوخت با غناي متوسط جاي سوخت با غناي كمتر را اشغال خواهد نمود .
بهرحال قبل از استفادة سوخت در راكتور ، اورانيوم مربوطه بايد با فرآيند غني سازي اصلاح شود . فرآيند افزايش درصد ايزوتوپ 235 در محصول را غني سازي اورانيوم مي نامند . تاريخ غني سازي از جنگ جهاني دوم آغاز مي شود و در آن زمان از اورانيوم غني شده بيش از 90 % براي ساخت سلاح اتمي استفاده مي گرديد . فرآيندهاي مختلفي جهت غني سازي بكار مي رود.
غنيسازي اورانيوم
اگر بخواهيم از اورانيوم طبيعي كه درصد بيشتري از ايزوتوپ 238 را دارد در رآكتورها استفاده نماييم ، پس از توليد دياكسيد اورانيوم آنرا براي تهيهي ميلههاي سوخت به قسمت مربوطه منتقل مينمايند و در غير اينصورت چنانچه هدف ، بهكارگيري اورانيوم غني شده باشد، ميبايست درصد ايزوتوپ 235 در سوخت بالا رود .
همانگونه كه قبلاً ذكر گرديد تاريخ غنيسازي اورانيوم از جنگ جهاني دوم آغاز شده است و در آن زمان از اورانيوم با غناي بيش از 90 % براي ساخت سلاح اتمي استفاده ميگرديد . غنيسازي اورانيوم يك فرآيند اصلاحي براي ايزوتوپهاي اورانيوم از يكديگر است . همان طور كه گفته شد ، اورانيوم طبيعي داراي سه نوع ايزوتوپ به نامهاي اورانيوم 234 و اورانيوم 235 و در نهايت اورانيوم 238 است ، كه به ترتيب داراي 0058/0 و 711 /0 و نيز 28/ 99 درصد وزني در مخلوط ميباشد .
براي غنيسازي اورانيوم ، شرط اصلي اين است كه ، مادة اورانيوم بهصورت گازي شكل درآيد و چون تنها ماده مفيدي كه ميتواند با واكنش با اورانيوم بهصورت گاز درآيد ، فلوئور ميباشد ، بنابراين در تركيب با انواع ايزوتوپهاي اورانيوم به صورت هگزا فلوئوريد اورانيوم ، ظاهر شده و با توجه به تك بودن ايزوتوپ فلوئور ، در تركيب با ايزوتوپهاي متفاوت اورانيوم ، وزن يكساني را به آنها اضافه مينمايد و بدينسان قابليت استفاده در دستگاه سانتريفوژ را نيز پيدا ميكند . بنابراين دليل اصلي استفاده از تركيب UF6 براي فرآيند غنيسازي اورانيوم تك بودن ايزوتوپ فلوئور است.
فرآيندهاي موجود و معروف در غني سازي اورانيوم شامل :
• الكترومغناطيس
• پخش گازي
• شيميايي
• فتوشیمیایی
• و سانتريفوژ مي با شد .
هر كشوري بنا به موقعيت خود از لحاظ تكنولوژي و صنعت مربوطه و دست يابي به امكانات لازم ، روش خاص خود را بر گزيده است ، لذا برآورد اقتصادي و مقايسة روشهاي مختلف كمي دشوار به نظر مي رسد .
آبشار(Cascade) :
در اغلب فر آيندها در هر مرحله از جداسازي تفاوت بسيار ناچيزي در تركيب درصد ايزوتوپ در محصول بـدست مي آيد . لذا بديهي است جهت اصول نتيجة مناسب و دلخواه بايد مراحل زيادي بصورت سري كه آبشار ناميده مي شود صورت گيرد . حتي اين مراحل براي غناي كم مثل 4 درصد در فرآيند پخش گازي 1200 مرحله را شامل مي شود .
آبشار ايده آل :
در كارخانجات غني سازي اورانيوم ، معمولا از جريان مخالف براي فرآيند استفاده مي شود . بدين صورت كه پسماند هر مرحله به مرحلة پايين تر انتقال داده مي شود . اين روش باعث افزايش بازده و هزينة كمتر جداسازي خواهد گردید . چنانچه توليد هر مرحله به مرحلة بعدي و پسماند به مرحلة قبلي منتقل شود يك آبشار با جهت مخالف قرينه نام دارد . حال آنكه اگر محصول هر مرحله به چند مرحلة بعدي و پسماند به چند مرحلة قبلي انتقال يابد ، اين آبشار را پرشي مي نامند . در آبشار ايده آل مواد با درصد مختلف با يكديگر مخلوط نخواهند شد و چون عملا اين كار ممكن نيست ، لذا آبشار ايده آل به مفهوم واقعي خود وجود نخواهد داشت .
علت غني سازي اورانيوم
در طيّ هر شكافت حرارتي 43/2 نوترون ايجاد خواهد شد كه اگر يكي از اين نوترونها براي شكافت بعدي به كار برده شود 43/1 نوترون باقي ميماند كه بايد در راكتورهاي هستهاي از محيط حذف شود . اما نكتهاي كه حائز اهميت است اين ميباشد كه نوترونهاي توليد شده در اثر شكافت هستهاي ، داراي انرژي متفاوتي بوده و متوسط انرژي آنها Mev 2 (2 مگا الكترون ولت[هر الكترون ولت معادل 19-10×6/1 ژول انرژي] ) است حال آنكه اورانيوم 235 با نوترونهايي واكنش ميدهد كه انرژي آنها بسيار پايينتر از اين مقدار يعني حدود ۲۵ هزارم الکترون ولت و سرعت آنها 2200 متر بر ثانيه باشد و از آنجايي كه سوخت عمده راكتورهاي هستهاي از نوع اورانيوم است ، بنابراين بايد انرژي نوترونها كاهش پيدا نمايد .. .
نوترونهاي توليدي در راكتور ، پس از آزاد شدن ، به مواد اطراف سوخت برخورد نموده و انرژي آنها در اثر اين برخوردها كاهش پيدا خواهد نمود و چنانچه پس از كاهش انرژي ، به هسته شكافت پذير ( اورانيوم 235 ) برخورد نمايد ، جذب آن شده و باعث ميشود تا شكافت هستهاي بعدي رقم بخورد . البته در اين مرحله ممكن است نوترون توسط ساير عناصر موجود در راكتور جذب شده و از چرخه واكنش حذف گردد .
چنانچه مواد اطراف سوخت را عناصر سبك تشكيل داده باشد ، در نتيجهي برخورد نوترون با آن مواد ، انرژي بيشتري از دست ميرود كه بهترين و در دسترسترين مواد براي راكتورهاي حرارتي ، آب معمولي(H2O) و آب سنگين (D2O) است.
اگر از آب معمولي تقطير شده در اطراف ميلههاي سوخت راكتور هستهاي استفاده شده باشد ، نوترونهاي توليد شده پس از 19 بار برخورد ميتوانند به انرژي حرارتي برسند و اين مقدار براي آب سنگين 35 مرتبه خواهد بود اما درعين حال آب معمولي به مقدار زيادي نسبت به آب سنگين نوترون را جذب مينمايد كه اين كار از انجام واكنشهاي بعدي خواهد كاست و چون تنها ايزوتوپهاي 235 اورانيوم قادرند تا با نوترون حرارتي واكنش دهند بنابراين جذب نوترون باعث ميشود تا مقدار واكنش بعدي كاهش يافته و راكتور به سمت خاموشي پيش رود .
براي اين منظور بايد ميزان ايزوتوپ 235 در سوخت هستهاي بالا رود تا نوترون حرارتي قبل از جذب شدن توسط آب ، با آن برخورد كرده و واكنش هستهاي انجام پذيرد . در نتيجه نياز به غنيسازي اورانيوم ميباشد . اما چون درصد جذب نوترون توسط آب سنگين بسيار كمتر از آب معمولي است بنابراين چنانچه بخواهيم از اورانيوم معمولي در راكتور استفاده كنيم در نتيجه بايد اطراف ميلههاي سوخت ، از آب سنگين انباشته شود تا ضمن كند كردن سرعت نوترونها و بدون جذب كردن آن ، امكان برخورد و جذب نوترونهاي حرارتي توسط اورانيوم 235 مهيا گردد .
آب معمولي داراي قدرت كاهش انرژي زياد و قدرت كند كنندگي خوبي است ولي به علّت اينكه جذب نوترون بيشتري انجام ميدهد در مقايسه با ساير كند كنندهها داراي نسبت كند كنندگي پاييني ميباشد اما فراواني و ارزان بودن آن باعث شده تا استفاده از آنرا توجيه نمايد . در عوض كيفيت كند كنندگي بالاي آب سنگين و عدم جذب زياد نوترون توسط آن با قيمت فوقالعاده اين ماده خنثي ميشود .
با توجه به موارد ذكر شده نميتوان از اورانيوم طبيعي كه داراي مقدار كمي 235 است در راكتوري استفاده نمود كه اطراف ميلههاي سوخت آن ، از آب معمولي به عنوان كند كننده استفاده شده است .
بهطور خلاصه براي ايجاد واكنش زنجيرهاي هستهاي در راكتورها بايد شرايطي را فراهم نمود تا از بين نوترونهاي بوجود آمده در هر واكنش ، ضمن كاهش سرعت و انرژي آنها تنها يك نوترون قادر به انجام واكنش بعدي باشد . پس چنانچه از اورانيوم طبيعي استفاده شود كند كننده را آب سنگين انتخاب مينمايند و چنانچه هدف بهكارگيري آب معمولي است ، بنابراين اورانيوم غنيشده استفاده خواهد گرديد . در هر دو صورت قيمت تمام شده يكسان خواهد شد . همچنين نوع راكتور و هزينه آن ، بستگي به امكانات و تكنولوژي كشور استفاده كننده دارد .
راکتورهای آب سنگین 3 تفاوت اصلی با راکتورهای آب سبک (شبیه آنچه در تهران یا بوشهر وجود دارد) دارد:
1- راکتورهای آب سنگین از اورانیوم خام به عنوان سوخت مورد نیاز خود استفاده می کند در حالی که سوخت راکتورهای آب سبک اورانیوم غنی شده است. هر چه ابعاد راکتور کوچکتر و قدرت آن بالاتر باشد، به اورانیوم با غنای بیشتری نیاز دارد. راکتور آب سبک ایران در تهران اورانیوم با غنای 20 درصد و راکتور قدرت آب سبک ساخته شده در بوشهر اورانیوم با غنای 5 درصد مصرف می کند؛ اما به عنوان نمونه راکتورهایی که در زیردریایی ها مورد استفاده قرار می گیرد (به دلیل ابعاد بسیار کوچک خود) از اورانیوم با غنای بالای 60 درصد استفاده می کند. بنابراین راکتورهای آب سنگین از آنجا که نیاز به فرآیند غنی سازی برای تولید سوخت آنها وجود ندارد، به لحاظ اقتصادی به صرفه تر است.
2- راکتورهای آب سبک توسط آب معمولی خنک می شود اما راکتورهای آب سنگین توسط آب سنگین خنک می شود. آب سنگین، همان آب معمولی است که در هسته اتم هیدروژن آن یک نوترون قرار دارد و به عبارت دیگر، به جای هیدروژن معمولی از یکی از ایزوتوپ های سنگین تر آن به نام دوتریوم تشکیل شده است. ویژگی آب سنگین این است که ظرفیت گرمایی بسیار بالاتری نسبت به آب سبک دارد و در واحد حجم، گرمای بیشتری را جذب می کند و در نتیجه توان خنک کنندگی آن بالاتر است.
3- سوخت مصرف شده راکتورهای آب سبک دارای مقدار کمی پلوتونیوم است اما سوخت مصرف شده راکتورهای آب سنگین حاوی مقدار زیادی پلوتونیوم است که می تواند پس از طی عملیات بازفرآوری جداسازی شده و در پروژه تسلیحاتی یا غیر آن مصرف شود.
ماجرای غنای 20 درصد
ایران اورانیوم غنی شده 20 درصد را برای تولید رادیو دارو نیاز دارد. اصولا اورانیوم غنی شده برای مصارف نظامی باید به غنای حدود 80 تا 90 درصد برسد. نیتخوانی جهتدار غربیها بر این مبناست که اگر ایران اورانیوم را تا 20 درصد غنی کند، بیش از آن را هم میتواند و این خطرناک است و این درست به این میماند که بگوییم اگر کسی استاد فیزیک شود، شاید بتواند کارهای بدی هم انجام دهد. جالب این که کشورهای مدعی در این بحث برسابقه بد خود در استفاده نظامی از انرژی هستهای و ضمانتهای موجود و تعهد ایران به قواعد آژانس چشم فرو می بندند. در حقیقت آنچه باعث شده است ایران نیاز به اورانیوم 20 درصد غنی شده داشته باشد، رآکتورتحقیقاتی تهران است؛ رآکتوری که در سال 1967 توسط ایالات متحده آمریکا در مرکز تحقیقات اتمی تهران ساخته شد.
هسته مرکزی این رآکتور در عمق 8 متری استخری با ظرفیت 500 هزار لیتر قرار دارد که از آب آشامیدنی تهران تأمین میشود. این رآکتور علاوه بر امور تحقیقاتی، در امور پزشکی نیز کاربرد دارد و تولیدات آن برای بیماران خاص استفاده میشود. در سال 1987 ایران قراردادی با آرژانتین برای تغییر هسته رآکتور و تغییر سوخت آن از اورانیوم 93 درصد به اورانیوم 20 درصد غنی شده امضا کرد.
ارزش این قرارداد 5/5 میلیون دلار بود و پس از آن نیز آرژانتین نزدیک به 116 کیلوگرم اورانیوم 20 درصد برای ایران فراهم کرد.اینک این سوخت در آستانه تمام شدن است برای همین مقامات مسوول کشور از حدود 3 سال قبل درصدد تهیه اورانیوم 20 درصد و جایگزین کردن آن به عنوان سوخت تازه رآکتور بودهاند.
تهیه این سوخت یک امر طبیعی و ساده است که در کشورهای دنیا انجام میشود و ایران نیز در دوره دفاع مقدس، در شرایطی که درگیر جنگ تحمیلی بود توانست بسادگی این سوخت را از طریق آرژانتین تهیه کند اما از وقتی که برنامههای هستهای ایران دچار مسائل سیاسی شده و غرب با نگاهی کاملا سیاسی و نه فنی با آن برخورد کرد، خرید این سوخت نیز به معضلی برای طرفین تبدیل شده است.
از اینرو تهران ابتدا درصدد خرید اورانیوم 20 درصد غنی شده در بازارهای جهانی برآمد، اما اعمال فشار غرب بر این روند باعث شد تا تهیه سوخت رآکتور تهران با مشکل مواجه شود. به اینگونه که غرب خواستار مبادله اورانیومهای غنی شده ضعیف ایران با اورانیوم 20 درصد شد. این طرح ابتدا مخالفت تهران را در پی داشت چرا که براساس آن تهران باید بیش از 1000 کیلوگرم اورانیوم 3/5 درصد غنی شده خود را به روسیه منتقل میکرد تا یک سال بعد، 120 کیلوگرم اورانیوم 20 درصد غنی شده را از گروه وین (شامل فرانسه، روسیه و آمریکا) دریافت کند. ایران با این طرح مخالفت کرد و در نهایت با تغییراتی که پیشنهاد شد و با پادرمیانی برزیل و ترکیه، قرار شد ایران اورانیوم خود را با درصد غنای پایین در قبال دریافت اورانیوم با درصد غنای 20 درصد به ترکیه ارسال کند.
اما این طرح نیز بهرغم توافقنامه سهجانبهای که بین ایران، برزیل و ترکیه منعقد شد و رضایت طرفین معامله را هم با خود به همراه داشت، در میانه راه با مخالفت آمریکا و متحدینش روبهرو شد و سرانجام ماجرای تهیه سوخت رآکتور تهران از طریق مبادله، بلاتکلیف باقی ماند. اینک ایران مانده بود و نیازی که رآکتورش به اورانیوم 20 درصد غنی شده برای امور پزشکی دارد. برای همین است که میبایست فکری برای آن و نجات جان بیمارانی بکند که زنده ماندنشان وابسته به ادامه فعالیت این رآکتور است، لذا درصدد تهیه سوخت آن یعنی 120 کیلوگرم اورانیوم 20 درصد غنی شده برآمد زیرا آنطور که به نظر میآید، تهران باید خودش هم آن را تامین کند.
به گفته علیاصغر سلطانیه، نماینده ایران در آژانس بینالمللی انرژی اتمی، حدود 50 کیلوگرم از این مقدار توسط دانشمندان هستهای کشورمان تولید شده که این موضوع به تایید بازرسان آژانس اتمی هم رسیده است. به این ترتیب هنوز باید تولیدات اورانیوم 20 درصدی ادامه باید و این روند تسریع شود.
عدم تأمین اورانیوم رآکتور تحقیقاتی تهران توسط گروه وین باعث شده است تا به تولید بیشتر اورانیوم با غنای
20 درصد نیاز داشته باشیم و طرح کنونی ایران برای تسریع بخشیدن به تولیدات اورانیوم با غنای 20 درصد با هدف تأمین سوخت برای رآکتور هستهای تهران است که این خود جلوهای از توانمندی دانشمندان و صیانت و اعمال حقوق هستهای ملت به شمار میرود.
