یزدفردا
پایگاه خبری و تحلیلیزمان : 19 Farvardin 1386 - 22:21
شناسه : 5566
بازدید : 1468
ایران و انرژی هسته ای ؛ گام به گام تا تولید سوخت اتمی
خبرگزاری مهر - گروه انرژی هسته ای : ایران در 20 فروردین 1385 توانست به حلقه کشورهای دارای فناوری هسته ای بپیوندد؛از آنجایی که این امتیاز مهم سبب خودکفایی و پیشرفت ایران در زمینه توسعه صنعت هسته ای و تولید انرژی خواهد شد؛ کشورهای انحصارگر تلاش می کنند تا مانع استفاده ایران از این فناوری نوین و ارزشمند شوند.
در آستانه روز 20 فروردین که روز ملی فناوری هسته ای نامگذاری شده است؛ گروه انرژی هسته ای خبرگزاری مهر، در گزارشی به تشریح مراحل مختلف چرخه سوخت هسته ای پرداخته که به این شرح است.
- چرخه سوخت هسته ای :
چرخه سوخت هسته ای شامل مراحل مختلفی است که از استخراج اورانیوم تا تولید برق را شامل می شود . چرخه سوخت هسته ای شامل فرایندهای مختلفی است که منجر به تبدیل سنگ معدن اورانیوم به سوخت مورد استفاده در نیروگاه های هسته ای می شود. مجموعه این مراحل " چرخه " سوخت هسته ای نام گرفته است ؛ زیرا بر خلاف سوخت های فسیلی که پس از استفاده نابود می شوند؛ سوخت های هسته ای از بین رفتنی نیستند، بلکه این قابلیت را دارند که پس از استفاده در راکتور، دوباره غنی سازی شده و مجددا در نیروگاه هسته ای استفاده شوند . به طوری که در یکی از مراحل پایانی فرایند تبدیل اورانیوم خام به سوخت ، یک چرخه به وجود آمده وعملیات تکرار می شود .
عنصر اورانیوم به علت هسته سنگین خود تمایل به شکافته شدن و تبدیل به دو هسته مجزا دارد. اگر این فرایند به طور کنترل شده در راکتور صورت بگیرد؛ می تواند منشا انرژی فوق العاده بالا و پایان ناپذیر باشد. اورانیوم طبیعی مخلوطی از سه ایزوتوپ است : اورانیوم 233، اورانیوم 235و اورانیوم 238. از این سه ایزوتوپ فقط اورانیوم 235 قابل استفاده در نیروگاه به عنوان سوخت است . چرخه سوخت هسته ای ، معمولا دارای 7 مرحله است که باید به ترتیب طی شوند :
مراحل هفت گانه چرخه سوخت هسته ای:
1- استخراج سنگ معدن اورانیوم، جداسازی و تخلیص : در این مرحله ، ترکیب U3O8 از سنگ معدن اورانیوم جداسازی می شود . این ترکیب زرد رنگ، پس از تولید حالتی شبیه به کیک دارد؛ به همین دلیل " کیک زرد " نامیده می شود . این مراحل معمولا در معدن انجام می شود؛ در ایران این مرحله در تاسیسات UCF اصفهان انجام می شود .
"تاسیسات UCF اصفهان برای فرآوری اورانیوم"
2- تبدیل کیک زرد به اورانیوم غنی شده : درمرحله غنی سازی پس از انجام مراحل شیمیایی ، کیک زرد تبدیل به گاز هگزافلورید اورانیوم (UF6) می شود . این ماده در دمای 30 درجه سانتی گراد مایع است، ولی در دمای 40 درجه تبدیل به بخار شده و برای غنی سازی آماده می گردد . همانطور که گفته شد اورانیوم در طبیعت دارای سه ایزوتوپ است که فقط یکی از آنها قابل استفاده در نیروگاه هسته ای است . در واقع غنی سازی عبارتست از بالا بردن غلظت ایزوتوپ اورانیوم 235 در اورانیوم طبیعی .
برای غنی سازی اورانیوم سه روش وجود دارد : روش دیفیوژن یا پخش گازی ، روش سانتریفیوژ، روش میدان مغناطیسی .
دربین روشهای ذکر شده ، روش استفاده از سانتریفیوژ، مقرون به صرفه تر و بهتر است. در این روش هگزافلوراید اورانیوم پس از عبور از حدود 160 سانتریفیوژ به غنای حدود 4% که برای سوخت نیروگاه هسته ای مورد نیاز است ، می رسد . این مرحله در تاسیسات غنی سازی نطنز انجام می شود.
"تاسیسات غنی سازی اورانیوم نطنز"
3 - تبدیل UF6 به اکسید اورانیوم : پس از اینکه گاز هگزافلوراید اورانیوم به غنای مورد نیاز رسید؛ درمراحلی تبدیل به دی اکسید اورانیوم (UO2) می شود . این ماده جامد است و حالت سرامیکی دارد . در این مرحله این ماده به صورت حبه های سوخت درمی آید . از آنجایی که سوخت نیروگاه حتما باید به شکل میله درآید تا بتواند برای تولید انرژی در راکتور قرار داده شود؛ حبه های سوخت بر روی میله هایی تعبیه می شوند که میله های سوخت نامیده می شوند .
4 - انتقال میله های سوخت به نیروگاه : مواد رادیواکتیو موادی خطرناک هستند و باید در تمام مراحل چرخه سوخت مسائل ایمنی مدنظر قرار گیرد . یکی از مراحل بسیار حساسی که می تواند خطرساز باشد؛ مرحله نقل وانتقال سوخت به نیروگاه است.به همین منظورمیله های سوخت داخل محفظه های عایق بندی شده قرار داده می شود تا از بروز هرگونه حادثه ای مانند انفجار، سوختن و سایر حوادث جلوگیری شود .
5- مصرف سوخت وتولید انرژی : در این مرحله، میله های سوخت در داخل راکتور تعبیه می شوند تا در اثر واکنش شکافت ، انرژی تولید کنند . این انرژی که به صورت گرمای بسیار زیاد است به آب منتقل و سبب تبخیر آب می شود . بخار تولید شده توربین ها را به حرکت درآورده و به این ترتیب برق تولید می شود. بسته به درصد غنای اورانیوم مورد استفاده ، از یک تا سه سال می توان از میله های سوخت در راکتور استفاده کرد و تا این مدت نیاز به تعویض میله ها نیست . یک نیروگاه هسته ای به طور متوسط در هر سال حدود 30 تن اورانیوم مصرف می کند . بنابراین پیش از آغاز به کار نیروگاه، باید حداقل 12 تن اورانیوم غنی شده آماده باشد. پس از 3 سال، سوخت مصرف شده از نیروگاه خارج می شود؛ برای این عمل ، باید راکتور به حالت خاموشی موقت درآید .
6- انبار کردن سوخت : پس از استفاده از اورانیوم غنی شده در راکتور، سوخت مصرف شده باید تا چند ماه در نیروگاه انبار شود . این عمل سبب می شود برخی از پسماندها که به شدت رادیواکتیو و فعال هستند؛ در اثر شکافت هسته ای به طور خود به خود از بین بروند؛ به این مرحله، مرحله سرد شدن می گویند .
7- انتقال سوخت مصرف شده به تاسیسات باز فرآوری : در این روند سه مولفه مهم از هم جدا می شوند : اورانیوم تهی شده ، پلوتونیوم 239 ، زباله های هسته ای .
اورانیوم تهی شده : به گزارش مهر، اورانیوم تهی شده در واقع اورانیومی است که تعداد ایزوتوپهای مورد نیاز برای استفاده در نیروگاه در آن کم شده و به عبارت دقیقتر غنای آن کم شده است . با غنی سازی مجدد،می توان دوباره آن را برای مصرف در نیروگاه و تولید انرژی آماده کرد.
زباله های هسته ای، گاهی برای مصارف پزشکی قابل استفاده است، اما در صورتی که غیر قابل استفاده باشد؛ باید به شکل محلول درآمده و با کشتی های مخصوص در ته اقیانوسها ، قسمت های غیر مسکونی در قطب ها یا در کویرهای غیر قابل سکونت دفن شوند. بشکه هایی که این مواد در آنها حمل می شود باید کاملا عایق بندی شده و بدون منفذ باشند تا پرتوهای رادیواکتیو از آنها نشت نکند .
ایران در 20 فروردین 1385 توانست با اتکا به دانش بومی و تلاش دانشمندان هسته ای داخلی به چرخه سوخت هسته ای دست یابد و به یکی ازکشورهای دارنده این فناوری ارزشمند در دنیا تبدیل شود .
خبرگزاری مهر - گروه انرژی هسته ای : ایران در 20 فروردین 1385 توانست به حلقه کشورهای دارای فناوری هسته ای بپیوندد؛از آنجایی که این امتیاز مهم سبب خودکفایی و پیشرفت ایران در زمینه توسعه صنعت هسته ای و تولید انرژی خواهد شد؛ کشورهای انحصارگر تلاش می کنند تا مانع استفاده ایران از این فناوری نوین و ارزشمند شوند.
در آستانه روز 20 فروردین که روز ملی فناوری هسته ای نامگذاری شده است؛ گروه انرژی هسته ای خبرگزاری مهر، در گزارشی به تشریح مراحل مختلف چرخه سوخت هسته ای پرداخته که به این شرح است.
- چرخه سوخت هسته ای :
چرخه سوخت هسته ای شامل مراحل مختلفی است که از استخراج اورانیوم تا تولید برق را شامل می شود . چرخه سوخت هسته ای شامل فرایندهای مختلفی است که منجر به تبدیل سنگ معدن اورانیوم به سوخت مورد استفاده در نیروگاه های هسته ای می شود. مجموعه این مراحل " چرخه " سوخت هسته ای نام گرفته است ؛ زیرا بر خلاف سوخت های فسیلی که پس از استفاده نابود می شوند؛ سوخت های هسته ای از بین رفتنی نیستند، بلکه این قابلیت را دارند که پس از استفاده در راکتور، دوباره غنی سازی شده و مجددا در نیروگاه هسته ای استفاده شوند . به طوری که در یکی از مراحل پایانی فرایند تبدیل اورانیوم خام به سوخت ، یک چرخه به وجود آمده وعملیات تکرار می شود .
عنصر اورانیوم به علت هسته سنگین خود تمایل به شکافته شدن و تبدیل به دو هسته مجزا دارد. اگر این فرایند به طور کنترل شده در راکتور صورت بگیرد؛ می تواند منشا انرژی فوق العاده بالا و پایان ناپذیر باشد. اورانیوم طبیعی مخلوطی از سه ایزوتوپ است : اورانیوم 233، اورانیوم 235و اورانیوم 238. از این سه ایزوتوپ فقط اورانیوم 235 قابل استفاده در نیروگاه به عنوان سوخت است . چرخه سوخت هسته ای ، معمولا دارای 7 مرحله است که باید به ترتیب طی شوند :
مراحل هفت گانه چرخه سوخت هسته ای:
1- استخراج سنگ معدن اورانیوم، جداسازی و تخلیص : در این مرحله ، ترکیب U3O8 از سنگ معدن اورانیوم جداسازی می شود . این ترکیب زرد رنگ، پس از تولید حالتی شبیه به کیک دارد؛ به همین دلیل " کیک زرد " نامیده می شود . این مراحل معمولا در معدن انجام می شود؛ در ایران این مرحله در تاسیسات UCF اصفهان انجام می شود .
"تاسیسات UCF اصفهان برای فرآوری اورانیوم"
2- تبدیل کیک زرد به اورانیوم غنی شده : درمرحله غنی سازی پس از انجام مراحل شیمیایی ، کیک زرد تبدیل به گاز هگزافلورید اورانیوم (UF6) می شود . این ماده در دمای 30 درجه سانتی گراد مایع است، ولی در دمای 40 درجه تبدیل به بخار شده و برای غنی سازی آماده می گردد . همانطور که گفته شد اورانیوم در طبیعت دارای سه ایزوتوپ است که فقط یکی از آنها قابل استفاده در نیروگاه هسته ای است . در واقع غنی سازی عبارتست از بالا بردن غلظت ایزوتوپ اورانیوم 235 در اورانیوم طبیعی .
برای غنی سازی اورانیوم سه روش وجود دارد : روش دیفیوژن یا پخش گازی ، روش سانتریفیوژ، روش میدان مغناطیسی .
دربین روشهای ذکر شده ، روش استفاده از سانتریفیوژ، مقرون به صرفه تر و بهتر است. در این روش هگزافلوراید اورانیوم پس از عبور از حدود 160 سانتریفیوژ به غنای حدود 4% که برای سوخت نیروگاه هسته ای مورد نیاز است ، می رسد . این مرحله در تاسیسات غنی سازی نطنز انجام می شود.
"تاسیسات غنی سازی اورانیوم نطنز"
3 - تبدیل UF6 به اکسید اورانیوم : پس از اینکه گاز هگزافلوراید اورانیوم به غنای مورد نیاز رسید؛ درمراحلی تبدیل به دی اکسید اورانیوم (UO2) می شود . این ماده جامد است و حالت سرامیکی دارد . در این مرحله این ماده به صورت حبه های سوخت درمی آید . از آنجایی که سوخت نیروگاه حتما باید به شکل میله درآید تا بتواند برای تولید انرژی در راکتور قرار داده شود؛ حبه های سوخت بر روی میله هایی تعبیه می شوند که میله های سوخت نامیده می شوند .
4 - انتقال میله های سوخت به نیروگاه : مواد رادیواکتیو موادی خطرناک هستند و باید در تمام مراحل چرخه سوخت مسائل ایمنی مدنظر قرار گیرد . یکی از مراحل بسیار حساسی که می تواند خطرساز باشد؛ مرحله نقل وانتقال سوخت به نیروگاه است.به همین منظورمیله های سوخت داخل محفظه های عایق بندی شده قرار داده می شود تا از بروز هرگونه حادثه ای مانند انفجار، سوختن و سایر حوادث جلوگیری شود .
5- مصرف سوخت وتولید انرژی : در این مرحله، میله های سوخت در داخل راکتور تعبیه می شوند تا در اثر واکنش شکافت ، انرژی تولید کنند . این انرژی که به صورت گرمای بسیار زیاد است به آب منتقل و سبب تبخیر آب می شود . بخار تولید شده توربین ها را به حرکت درآورده و به این ترتیب برق تولید می شود. بسته به درصد غنای اورانیوم مورد استفاده ، از یک تا سه سال می توان از میله های سوخت در راکتور استفاده کرد و تا این مدت نیاز به تعویض میله ها نیست . یک نیروگاه هسته ای به طور متوسط در هر سال حدود 30 تن اورانیوم مصرف می کند . بنابراین پیش از آغاز به کار نیروگاه، باید حداقل 12 تن اورانیوم غنی شده آماده باشد. پس از 3 سال، سوخت مصرف شده از نیروگاه خارج می شود؛ برای این عمل ، باید راکتور به حالت خاموشی موقت درآید .
6- انبار کردن سوخت : پس از استفاده از اورانیوم غنی شده در راکتور، سوخت مصرف شده باید تا چند ماه در نیروگاه انبار شود . این عمل سبب می شود برخی از پسماندها که به شدت رادیواکتیو و فعال هستند؛ در اثر شکافت هسته ای به طور خود به خود از بین بروند؛ به این مرحله، مرحله سرد شدن می گویند .
7- انتقال سوخت مصرف شده به تاسیسات باز فرآوری : در این روند سه مولفه مهم از هم جدا می شوند : اورانیوم تهی شده ، پلوتونیوم 239 ، زباله های هسته ای .
اورانیوم تهی شده : به گزارش مهر، اورانیوم تهی شده در واقع اورانیومی است که تعداد ایزوتوپهای مورد نیاز برای استفاده در نیروگاه در آن کم شده و به عبارت دقیقتر غنای آن کم شده است . با غنی سازی مجدد،می توان دوباره آن را برای مصرف در نیروگاه و تولید انرژی آماده کرد.
زباله های هسته ای، گاهی برای مصارف پزشکی قابل استفاده است، اما در صورتی که غیر قابل استفاده باشد؛ باید به شکل محلول درآمده و با کشتی های مخصوص در ته اقیانوسها ، قسمت های غیر مسکونی در قطب ها یا در کویرهای غیر قابل سکونت دفن شوند. بشکه هایی که این مواد در آنها حمل می شود باید کاملا عایق بندی شده و بدون منفذ باشند تا پرتوهای رادیواکتیو از آنها نشت نکند .
ایران در 20 فروردین 1385 توانست با اتکا به دانش بومی و تلاش دانشمندان هسته ای داخلی به چرخه سوخت هسته ای دست یابد و به یکی ازکشورهای دارنده این فناوری ارزشمند در دنیا تبدیل شود .