فراییند«غنی سازی» رادرادامه بخوانید
آمریکا ۵ هزار و ۵۵۰ ، روسیه ۶ هزار و ۲۵۵، چین ۳۵۰، انگلیس ۲۲۵ و فرانسه ۲۹۰ کلاهک های هسته ای دارند.
وزارت امور خارجه آمریکا روز سهشنبه ۵ اکتبر۲۰۲۱ (۱۳ مهر) تعداد کلاهکهای هستهایاش را برای اولین بار پس از ۴ سال منتشر کرد.
بنابر آمار اعلام شده تا روز ۳۰ سپتامبر ۲۰۲۰(۹ مهر ۱۳۹۹) ارتش آمریکا ۳ هزار و ۷۵۰ کلاهک هستهای فعال و غیرفعال در اختیار دارد که ۵۵ درصد نسبت به سال پیشتر از آن و ۷۲ درصد نسبت به سال ۲۰۱۷ کاهش نشان میدهد.
رقم کنونی پایینترین سطح سلاحهای اتمی آمریکا از زمان بالا رفتن هستهای این کشور در اوج جنگ سرد با شوروی در سال ۱۹۶۵ است که به ۳۱ هزار و ۲۵۵ عدد بالغ میشد.
ایالات متحده پیشتر در پی تصمیم دونالد ترامپ از پیمان منع موشکهای هستهای میانبرد (INF) نیز خارج شده بود. وی با بیان اینکه روسیه به طور مکرر این معاهده را نقض کرده گفته بود خواهان توافق جدیدی است که چین را نیز شامل شود. روسیه نیز پس از آمریکا متقابلا از این معاهده خارج شد.
با این حال پس از به قدرت رسیدن «جو بایدن» دولت آمریکا بلافاصله پیشنهادی برای تمدید ۵ ساله پیمان کاهش تسلیحات هستهای دو جانبه با روسیه موسوم به «نیو استارت» (New START) را مطرح کرد که با موافقت «ولادیمیر پوتین» رئیسجمهور این کشور مواجه شد.
بر اساس این توافق، تعداد کلاهکهای هستهای فعال در آمریکا و روسیه به ۱۵۰۰ عدد خواهد رسید.
هفته گذشته(هفته اول مهر ۱۴۰۰) دیپلماتهای روسی و آمریکایی پشت درهای بسته در ژنو مذاکراتی را برای آغاز گفتگوها در مورد جانشین کردن پیمان قبلی و همچنین کنترل تسلیحات متعارف انجام دادند.
یک مقام آمریکایی مذاکرات را «سازنده» خواند، با این حال هر دو طرف تاکید کردهاند صرف برگزاری مذاکرات خود نکتهای مثبت است.
یورونیوزدرادامه نوشت:بر اساس گزارش ماه ژانویه ۲۰۲۱(دیماه ۱۳۹۹) موسسه بینالمللی تحقیقات صلح استکهلم:
آمریکا : ۵ هزار و ۵۵۰ کلاهک
روسیه : ۶ هزار و ۲۵۵ کلاهک
چین : ۳۵۰ کلاهک
انگلیس : ۲۲۵ کلاهک
فرانسه : ۲۹۰ کلاهک داشتهاند.
این خبرگزاری می نویسد: ممکن است کلاهکهای از رده خارج شده باشند که در آمار وزارت خارجه آمریکا محاسبه نمیشوند.
بر اساس اعلام موسسه بینالمللی تحقیقات صلح: هند، پاکستان، اسرائیل و کره شمالی نیز در مجموع با هم حدود ۴۶۰ کلاهک هسته ای دارند.
توضیح مدیریت سایت-پیراسته فر: مرکز بین المللی مطالعات صلح استکهلم خرداد۱۳۹۹ اعلام کرد: اسرائیل تعداد کلاهک های هسته ای اش را در سال گذشته از ۸۰ کلاهک به ۹۰ کلاهک در سال ۲۰۲۰ افزایش داده است.
اسپوتنیک در۲۱ فوریه ۲۰۲۱(۳ اسفند ۱۳۹۹) نوشت: اسرائیل ۲۵۰ کلاهک هسته ای دارد.
«مردخای وانونو» یکی از کارشناسان اتمی اسرائیل که سال ۱۹۸۶ به انگلیس گریخت و تقاضای پناهندگی سیاسی کرد و سپس توسط موساد اسرائیل از ایتالیا ربوده شده و به اسرائیل بازگردانده شد، در اظهاراتی تامل بر انگیز از برنامه های وسیع اسرائیل، در آن زمان، جهت تولید انواع تسلیحات هسته ای و کشتار جمعی پرده برداشت و اظهار می داشت که اسرائیل چیزی حدود ۹۰ کلاهک هسته ای ۲۰ بمب هیدروژنی و ۲۰۰ بمب فیوژنی تا آن زمان تولید کرده بود.
اسپوتنیک درادامه نوشت:بر اساس برخی گزارش های دیگر اسرائیلی ها امروزه چیزی حدود ۲۵۰ کلاهک هسته ای در اختیار دارند که می توانند آنها را روی موشک ها و بمبهای خود که توسط هواپیماها، یا زیردریایی ها و یا ناوها و یا موشک های زمین به زمین دارند نصب کنند..۲۱فوریه۲۰۲۱(۳ اسفند ۱۳۹۹)
توضیح مدیریت سایت-پیراسته فر:آمارغیررسمی دیگرکشورها:
هند: ۱۰۰ کلاهک هسته ای (nuclear warheads)
کره شمالی: ۴۰کلاهک هسته ای
پاکستان: ۱۰۰ کلاهک هسته ای در اختیار دارد.
درگزارش یورونیوزآمده است که وزارت امور خارجه آمریکا روز سهشنبه ۵ اکتبر ۲۰۲۱(۱۳ مهر ۱۴۰۰) اعلام کرد : دونالد ترامپ، رئیسجمهور پیشین آمریکا، در دوران قدرت خود مانع از انتشار این اطلاعات می شد.
کشورهایی که تکنولوژی« غنی سازی اورانیوم» را دارند؟
آرژانتین،برزیل،چین،فرانسه،آلمان،هند،ایران،ژاپن،هلند،کره شمالی،پاکستان،روسیه،انگلیس وآمریکا نامشان در فهرست کشورهایی که توانایی غنیسازی اورانیوم دیده میشود.
۴۴۰ رآکتور در جهان اکنون مشغول به کار هستند و ۶۰ رآکتور در حال ساخت دیگر مجموعهای نیازمند به اورانیوم غنیشده را تشکیل میدهند. بر اساس انپیتی کشورهای امضا کننده این پیمان «حق سلبناشدنی» تولید سوخت هستهای برای مقاصد صلح آمیز را دارند.
بر این اساس کشورهایی که انپیتی را امضا کردهاند بر اساس ضوابط و بازرسیهای آژانس به صورت ذاتی حق آن را دارند که سوخت مورد نیاز نیروگاههای هستهای خود را با غنیسازی اورانیوم تأمین کنند. در حال که کشورهای خاصی در جهان قصد دارند تا انحصار بازار غنیسازی اورانیوم را در اختیار داشته باشند مقامهای ایران در تمامی مذاکرات و توافقنامه اخیر تأکید کردهاند که حق طبیعی غنیسازی اورانیوم را واگذار نخواهند کرد. محمد جواد ظریف،وزیر امور خارجه ایران هم پس از توافق ژنو در جمع خبرنگاران به همین خاطر مهمترین محور توافق ایران و ۱+۵ را به رسمیت شناخته شدن حق غنیسازی ایران دانست. در جهانی که رقابت برای انرژی هر روز بیشتر میشود و منابع جایگزین نفت نقش جدیتری پیدا میکنند در سالهای آینده کشورهایی که توانایی غنیسازی اورانیوم را داشته باشند حرف اول و آخر را خواهند زد./منبع:مجله مهر۴آذر۱۳۹۲
بازار جهانی غنیسازی اورانیوم در انحصار ۴ شرکت
کشورهایی هم که تأسیسات غنیسازی این شرکتها در خاک آنها مستقر است، قویاً دیگر کشورها را از ساختن ظرفیت غنیسازی به بهانه آنکه ممکن است در ساختن سلاحهای هستهای از آن استفاده شود، بر حذر میدارند. این وضع به نوعی انحصار در این بازار انجامیده است و کارشناسان معتقدند این شرکتها باید به نوعی تحت قوانین بینالمللی قرار بگیرند تا محصولات آنها به نرخ مناسب عرضه شود.
«جفری راتول» استاد گروه اقتصاد دانشگاه استنفورد در مقالهای که در اینباره نوشته است، به مسائل مختلف پیرامون غنیسازی تجاری اورانیوم میپردازد.
به گفته وی، چرخه سوخت هستهای اساساً دارای ۴وجه است که عبارتند از: استخراج اورانیوم، تبدیل اورانیوم، غنیسازی اورانیوم و ساختن سوخت هستهای. راتول اینگونه نتیجه گرفته است که ساختن سوخت هستهای با اورانیوم کمتر غنیشده برای رآکتور آب سبک بهصورت «میلههای سوخت صنعتی» رقابتی است، اما موانعی در آن وجود دارد تا کشورهایی که صنعت هستهای کوچک دارند، به آن راه پیدا نکنند. بازار بینالمللی غنیسازی اورانیوم در اختیار ۴شرکت است: شرکت غنیسازی ایالات متحده که در دهه ۱۹۹۰خصوصی شد.
تنکس / روساتم (روسیه)، یورودیف / آروا (فرانسه) و یورنکو (دارای کارخانجات دولتی در آلمان، هلند و انگلیس). تا دهه۱۹۸۰، آمریکا نیاز بازار غرب و روسیه نیاز بازار شرق را تأمین میکرد، اما با فعال شدن فناوری سانتریفیوژ گازی، روسیه و شرکت یورنکو سهم بیشتری از بازار را تصاحب کردند و سهم ظرفیت غنیسازی آمریکا از ۳۹درصد در سال۱۹۹۵ به ۱۴درصد در سال۲۰۰۸ کاهش یافت. سهم روسیه در این سال از این بازار ۴۷درصد بود. بین سالهای۱۹۹۱ تا ۲۰۰۸، هزینه واقعی غنیسازی اورانیوم از ۸۰ به ۱۶۰دلار افزایش یافت. این رقم بر حسب واحد کار تجزیه محاسبه میشود که واحدی برای محاسبه میزان اورانیوم غنیشده و سطح غنیسازی است.
۱۲۰هزار واحد کار تجزیه در یک سال یک گیگاوات برق تولید میکند. این هزینه با توجه به شیوه غنیسازی نوسان دارد. یک چهارم غنیسازی بینالمللی با هزینه اندک (کمتر از ۶۰دلار)،یک چهارم با هزینه متوسط (بین ۶۰ تا ۱۰۰دلار) و نیمی از آن با هزینه بالا (بیش از ۱۰۰دلار) صورت میگیرد. برآورد میشود تا سال ۲۰۲۰، مصرف جهانی اورانیوم با ۱۲.۵درصد رشد به ۴۵میلیون واحد برسد که حداکثر درآمد حاصله از آن حدود ۴.۵میلیارد دلار است. این در حالی است که روسیه در حال ساختن ظرفیت جدید برای غنیسازی است. برزیل هم در حال ساخت تأسیسات غنیسازی برای تولید ۲۰۳هزار واحد تا سال۲۰۱۵ برای نیروگاههای اگورا یک و ۲ است. هزینه ساختن این تأسیسات حدود ۲۷۸میلیون دلار برآورد میشود./منبع »همشهری۱آذر۱۳۹۲
عنی سازی "اورانیوم"چگونه هست؟
سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ 235U به مقدار ۰.۷ درصد و 238U به مقدار ۳.۹۹ درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و بعد از تخلیص فلز ، اورانیوم را بصورت ترکیب با اتم فلوئور (9F ) و بصورت مولکول اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل میکنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط مولکولهای گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد.
غنی سازی بادستگاه سانتریقیوژ
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 در میآورد و مواد متناسب با وزنی که دارند 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.
غنی سازی بادیفوزیون گازی(Gaseous Diffusion)
گراهان در سال 1864 پدیدهای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود. از این پدیده که به نام دیفوزیون گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده میکنند. در عمل اورانیوم هگزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل (خلل و فرج دار) درست شده است عبور میدهند. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود ۲.۵ آنگسترم (۷-۲۵x۱۰ سانتیمتر) باشد.
ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکولها است. روش غنی سازی اورانیوم تقریبا مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این میتوان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین مرحله غنی سازی ایزوتوپها است، زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ۱۴۰ کیلوگرم اورانیوم طبیعی بدست میآید که فقط یک کیلوگرم 235U خالص در آن وجود دارد. Gaseous Diffusion از جمله تکنولوژیهایی بود که ایالات متحده طی جنگ جهانی دوم در پروژهای بنام منهتن (Manhattan) برای ساخت بمب هستهای ، با کمک انگلیس و کانادا به آن دست پیدا کرد.
در این روش با تکرار استفاده از این صفحات فیلتر مانند ، بصورت آبشاری (Cascade) ، میزان 235U را به مقدار دلخواه بالا میبردند. این روش اولین راهکارهای صنعتی برای غنی سازی اورانیوم بود که کابرد عملی پیدا کرد. نمونهای از سانتریفیوژهای گازی آبشاری که برای غنی سازی اورانیوم از آنها استفاده میشود.
Hyper-Centrifuge اما در روش استفاده از سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم ، تعداد بسیار زیادی از این دستگاهها بصورت سری و موازی بکار میبرند تا با کمک آن بتوانند غلظت 235U را افزایش دهند.
گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) در داخل سیلندرهای سانتریفیوژ تزریق میشود و با سرعت زیاد به گردش در آورده میگردد. گردش سریع سیلندر ، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی تولید میکند و طی آن مولکولهای سنگینتر (آنهایی که شامل ایزوتوپ 238U هستند) از مرکز محور گردش دورتر میگردند و برعکس آنها که مولکولهای سبکتری دارند (حاوی ایزوتوپ 235U ) بیشتر حول محور سانتریفیوژ قرار میگیرند.
در این هنگام با استفاده از روشهای خاص گازی که حول محور جمع شده است جمع آوری شده به مرحله دیگر یعنی دستگاه سانتریفیوژ بعدی هدایت میگردد. میزان گاز هگزافلوراید اورانیوم شامل 235U که در این روش از یک واحد جداسازی بدست میآید به مراتب بیشتر از مقداری است که در روش قبلی (Gaseous Diffusion) بدست میآید، به همین علت است که امروزه در بیشتر نقاط جهان برای غنی سازی اورانیوم از این روش استفاده میکنند.
بزرگترین دستگاههای آبشاری سانتریفیوژ در کشورهایی مانند فرانسه ، آلمان ، انگلستان و چین در حال غنی سازی اورانیوم هستد. این کشورها علاوه بر مصرف داخلی به صادرات اورانیوم غنی شده نیز میپردازند. کشور ژاپن هم دارای دستگاههای بزرگ سانتریفیوژ است، اما تنها برای مصرف داخلی اورانیوم غنی شده تولید میکند.
غنی سازی اورانیوم ازطریق 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 « نیروی لورنتس » و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف میکند. اما هستههای سنگین اورانیم (238U ) نسبت به هستههای سبکتر (235U ) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق میتوان 235U را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.
کاربردهای اورانیوم غنی شده
۱-شرایطی ایجاد کرده اند که نسبت 235U به 238U را به ۵ درصد میرساند. برای این کار و تخلیص کامل اورانیوم از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده میکنند.
۲-برای ساختن نیروگاه اتمی ، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین ۱ تا ۵ درصد کافی است.
۳-برای تهیه بمب اتمی حداقل ۵ تا ۶ کیلوگرم 235U صد درصد خالص نیاز است. در صنایع نظامی از این روش استفاده نمیشود و بمبهای اتمی را از 239Pu که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار سادهتر است تهیه میکنند.
نحوه تولیدسوخت پلوتونیوم رادیواکتیو
این عنصر ناپایدار را در نیروگاههای بسیار قوی میسازند که تعداد نوترونهای موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز میکند. عملا کلیه بمبهای اتمی موجود در زراد خانههای جهان از این عنصر درست میشود. روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاههای هستهای به این صورت که ایزوتوپهای 238Uشکست پذیر نیستند، ولی جاذب نوترون کم انرژی هستند. تعدادی از نوترونهای حاصل از شکست 235U را جذب میکنند و تبدیل به 239U میشوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتمهای بوجود آمده تخریب میشوند.
در درون هسته پایدار 239U یکی از نوترونها خود به خود به پروتون و یک الکترون تبدیل میشود. بنابراین تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که ۹۳ پروتون داردنپتونیوم مینامند که این عنصر نیز ناپایدار است و یکی از «نوترونهای» آن خود به خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر جدید«پلوتونیم» را که ۹۴ «پروتون» دارد ایجاد میکنند. این کار حدودا در مدت یک هفته صورت میگیرد. /منبع:مجله رشد۴آذر۱۳۹۲
فرآیند غنی سازی اورانیوم
روش سانتریفوژ در مقیاس صنعتی ابتدا در هلند دردهه ۶۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفت، برای این منظور توسعه مواد با استقامت و خواص ویژه و ساخت یاطاقان های پیشرفته برای سانتریفوژهای با سرعت دورانی زیاد لازم می بود
به طور حتم افراد علاقه مند ی که اخبار و مسائل علمی را پیگیری می کنند بارها واژه «غنی سازی اورانیوم» (uranium enrichment) را شنیده اند ولی هنوز درک ملموسی از این پروسه نداشته به طوری که مایلند به دانسته های خود بیافزایند. باید بگوییم که واقعاً یکی از تکنولوژیهای پیچیده در صنعت عظیم هسته ای فرایند غنی سازی اورانیوم می باشد.
در جهان فعلی کشورهای انگشت شماری هستند که صاحب این تکنولوژی بوده و خدمات به کشورهایی که عضو باشگاهای هسته ای دنیا می باشند ارائه می دهند. غنی سازی درواقع افزایش درصد ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ (U ۲۳۵) از ۷/۰ درصد به حدود ۴ الی ۵ درصد در مخلوط طبیعی اورانیوم است.
تاریخچه غنی سازی اورانیوم
تاریخ غنی سازی اورانیوم از جنگ جهانی دوم آغاز می شود، به عنوان مثال غنی سازی به وسیله سانتریفوژ حدوداً ۴۰ سال پیش توسط فردی آلمانی به نام زیپه(ZIPPE) طراحی شد. البته از فرایندهای دیگری مانند الکترومغناطیسی، پخش گازی، شیمیایی و فتوشیمیایی هم برای غنی سازی استفاده شد و بعضی از این روشها خیلی سریع توسعه پیدا کردند. حال باید دید چرا بحث غنی سازی اورانیوم در صنعت هسته ای مطرح شده و اکنون به عنوان یکی از تکنولوژیهای اساسی و موردنیاز در صنعت هسته ای جهان مطرح است. در پاسخ این سؤال باید گفت که شرکتهای تولید کننده انرژی برق برای تهیه سوخت راکتورهای نیروگاههای هسته ای بخصوص راکتورهای آب سبک PWR و BWR نیاز به اورانیوم غنی شده دارند زیرا در محفظه راکتور این نیروگاه ها احتمال شکافت اتم اورانیوم ۲۳۵ به وسیله نوترونهای حرارتی بسیار زیادتر از احتمال ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ می باشد، بنابراین اگر مقدار اورانیوم ۲۳۵به مقدار طبیعی آن یعنی ۷۵/۰ درصد باشد نمی تواند واکنش خودنگهدار زنجیره ای به وجود آورد پس باید با غنی سازی اورانیوم به عنوان سوخت نیروگاههای هسته ای درصد مقدار ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ را به حدود ۴ الی ۵ درصد برسانیم تا احتمال شکافت به وسیله نوترون را افزایش داده و در نتیجه مقدار انرژی که از هرشکافت آزاد می شود را به وسیله خنک کننده که در این راکتورها آب معمولی( آبی که ئیدروژن آن دارای ایزوتوپ H ۱است) می باشد برداشت کنیم.حال با توضیحات فوق پروسه غنی سازی به صورت مختصر شرح داده می شود. دو روش سانتریفوژ و پخش گازی پایه صنعتی غنی سازی در کل جهان می باشند که البته با توجه به گسترش موضوع سعی شده که در این مقاله در مورد روش سانتریفوژ صحبت شود.
روش سانتریفوژ در مقیاس صنعتی ابتدا در هلند دردهه ۶۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفت، برای این منظور توسعه مواد با استقامت و خواص ویژه و ساخت یاطاقان های پیشرفته برای سانتریفوژهای با سرعت دورانی زیاد لازم می بود. در آلمان وانگلستان نیز این روش توسعه یافت و در سال ،۱۹۷۰ سه کشور آلمان، هلند و انگلستان شرکت URENCO را برای توسعه این فرآیند و عرضه سرویس غنی سازی به بازار بین المللی تشکیل دادند. این فرآیند در دهه ۸۰ در کشورهای آمریکا، فرانسه، ژاپن، استرالیا و چند کشور دیگر نیز به کار گرفته شده است.
البته باید یادآوری کرد که استفاده از سانتریفوژ برای جداسازی مواد با جرم های ویژه مختلف از صد سال پیش شروع شده است ولی در آن زمان بحث غنی سازی اصلاً مطرح نبود، به طوری که از سال ۱۹۱۹ میلادی این روش برای جداسازی ایزوتوپ گازها مورد استفاده قرار گرفت؛ تا اینکه در جنگ جهانی دوم از دستگاه سانتریفوژ برای غنی سازی اورانیوم استفاده به عمل آمد.
«غنی سازی اورانیوم» یکی از مراحل ۱۵ گانه چرخه سوخت هسته ای می باشد.
یعنی قبل از آنکه اورانیوم به مرحله غنی سازی که جزو پنجمین مرحله از چرخه سوخت هسته ای است بخواهد برسد باید مراحلی طی شود تاگاز مورد نظر به عنوان خوراک وارد سیستم سانتریفوژ شود که جهت روشن شدن موضوع چهار مرحله قبلی و فرآیندهای انجام شده شرح داده می شود.
اولین مرحله از چهار مرحله قبل از غنی سازی «اکتشاف معادن اورانیوم» می باشد.
اورانیوم در طبیعت به صورت ترکیباتی که تعداد آنها به ۱۰۰ می رسد و از ملکولهای ساده تا کمپکس تشکیل شده است وجود دارد.
« اورانیوم» همیشه در ترکیب با اکسیژن در طبیعت یافت می شود.
بزرگترین ذخایر رگه ای اورانیوم در کانادا و استرالیا وجود دارد،
البته کشورهای بسیاری مانند: آمریکا، آفریقای جنوبی، مراکش و من جمله ایران دارای معادن اورانیوم می باشند که ازمعادن بالفعل اورانیوم ایران «ساغند» یزد می باشد. پس از اکتشاف و استخراج کانی های اورانیوم کانه آرایی و تغلیظ برای تهیه کنسانتره(پرعیار شدن) ۸ U ۳ O (کیک زرد)(دارای ۸۰ تادرصد U3O8) در چند مرحله انجام می شود، کیک زرد به دست آمده شامل بیش از ۷۰ درصد اورانیوم می باشد.روی این کیک زرد کنترل کیفیت اندازه ذرات کنسانتره و سیالیت آن انجام می شود. سپس جهت تولید پودر UO2 ازکیک زرد (U3O8) عملیات انحلال، استخراج، رسوب گیری UC و احیاء انجام می شود و برای تبدیل UO2 به UF6 (نمک سبز) با اسید فلورئید ریک (HF) آن را ترکیب می کنند تا UF4 به دست آید. سپس UF4 را با گاز فلوئور فلوریناسیون می کنند تا UF6 به دست آید. UF6 به دست آمده در دمای پایین گازی شکل است که خوراک دستگاه سانتریفوژ گازی است تا بدین وسیله گاز UF6 غنی شود.
در سال ۱۹۳۰ سانتریفوژ با جریان همسو(Concurrent)که در آن ماده تغذیه از درون لوله ای که در مرکز درپوش بالایی سانتریفوژ قرار دارد، وارد می شد. مولکولهای سبک بیشتر به اطراف محور مرکزی ومولکولهای سنگین بیشتر به طرف دیواره سوق پیدا کرده و به وسیله مجراهایی از سانتریفوژ خارج می شوند. در جنگ جهانی دوم از این سانتریفوژ برای غنی سازی اورانیوم استفاده به عمل آمد ولی بازده کم آن موجب کنار گذاشتن این روش شد. سانتریفوژ با جریانهای همسو دو نقص بزرگ داشت: یکی اینکه فشار در نزدیک محور مرکزی پایین بود و خارج کردن مولکولهای سبک تر (U ۲۳۵) با اشکال مواجه می شد و دیگر اینکه بازده جداسازی این سانتریفوژ بسیار کم بود. این مشکلات موجب شد که سانتریفوژ با جریانات مخالف توسعه یابد. در این سانتریفوژ ماده تغذیه که همان UF6 می باشد از وسط محور چرخشی وارد شده و با حرکت در طول محور و جداره در دو جهت مختلف موجب ایجاد اختلاف غلظت ایزوتوپی در طول محور می شود. در نتیجه می توان ایزوتوپ های سبک (اورانیوم ۲۳۵) و سنگین (اورانیوم ۲۳۸) را در دو انتهای محور و در نزدیک جداره سانتریفوژ برداشت کرد. چون فشار در کنار جداره زیاد است بنابراین برداشت ایزوتوپ سبک تر (اورانیوم ۲۳۵) مشکلی ایجاد نمی کند. با این نوع سانتریفوژ بازده جداسازی افزایش پیدا کرده و با ارتفاع سانتریفوژ متناسب است. این سانتریفوژ هنوز اهمیت خود را حفظ کرده و با به کار گرفتن مواد با استقامت و خواص بهتر افزایش بازده و رقابت اقتصادی آن در سطح وسیع ممکن شده است. چونکه تفاوت جرمی اورانیوم ۲۳۵ (U ۲۳۵) اورانیوم ۲۳۸ (U ۲۳۸) فقط سه نوترون می باشد و باتوجه به اینکه وزن یک نوترون از مرتبه ۲۴- ۱۰ گرم بوده متوجه می شویم که تفاوت جرمی اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ بسیار جزئی است، به طوری که یک دستگاه سانتریفوژ به هیچ عنوان قادر نیست تا ۴ الی ۵ درصد غنی سازی انجام دهد، پس باید فرآیند غنی سازی در مراحل زیادی به صورت پشت سر هم که آبشار (casade)نامیده می شود انجام پذیرد تا بتوان به غنای ۴الی ۵درصد رسید.
به عنوان مثال اگر دستگاه سانتریفوژ جریان مخالفی داشته باشیم که در هر ثانیه ۱۰۰۰ دور بتواند بزند باید در حدود شاید ۶۰۰۰۰ (شصت هزار) دستگاه پشت سر هم که آبشار نامیده می شود کنار هم قرار داد تا بتوان ۴ الی ۵ درصد اورانیوم گازی شکل UF6 را غنی کرد. راه اندازی یک سایت صنعتی غنی سازی اورانیوم به ده ها مگاوات نیروی برق نیاز دارد. تصور کنید که اگر استوانه چرخنده هر دستگاه سانتریفوژ بخواهد ۱۰۰۰ دور در ثانیه بزند چه مقدار باید برق مصرف کند و همچنین خلاء داخل آن باید بسیار مقدار بالایی داشته باشد تا تحقق چنین شرایطی فراهم شود با در نظر گرفتن این شرایط تصور کنید به عنوان مثال ۶۰هزار دستگاه سانتریفوژ را در کنار هم قرار دادن جهت جداسازی ایزوتوپی اورانیوم چه تکنولوژی بالایی را طلب می کند.
اگر کشوری توانست اورانیوم را تا ۵ درصد غنی کند (که مورد استفاده در راکتور نیروگاههای هسته ای است ) می تواند اورانیوم با غنای بالاتر مثلاً بالاتر از ۷۰ درصد (که مورد استفاده در تسلیحات هسته ای است) تولید کند؟
جواب: مثال این قضیه مانند بحث خودرو است. اگر کشوری بخواهد خودرویی با سرعت ۳۰۰ کیلومتر در ساعت تولید کند، برای این کار، نسبت به خودرویی که با سرعت معمولی حرکت می کند، طراحی جدیدی نیاز دارد.
یعنی «نحوه اتصال سانتریفوژها» تغییر می کند و بسته به نوع و درصد غنی سازی شرایط کار تغییر می کند. در مورد ایران به فرض بپذیریم که ایران توانسته ماشین بسازد اما اگر بخواهد ماشین با مشخصات جدیدی بسازد نیاز به تکنولوژی متفاوتی نسبت به قبل دارد.
در مورد «غنی سازی ۵ درصد» و بالای آن هم به همین صورت است و ما به یک دانش فنی اضافه نیاز داریم.
یعنی چیز جدیدی ساخته نمی شود، ولی باید به آن موارد قبلی، بخش های جدید خاصی اضافه شود.
باید این نکته یادآوری شود که غنی سازی با درصد بالا یک غنی سازی ۳ تا ۵ درصدی یا بخشی از آن نیست بلکه بحث دیگری است و باید از صفر آغاز کرد چرا که طراحی و اتصال قطعات آن فرق دارد.
شاید مثال تولید خودرو تراکتور بهتر باشد. الان داریم خودرو تولید می کنیم و آن موقع می خواهیم تراکتور بسازیم هرچند تولید این دو شباهت های زیادی با هم دارد ولی در هر حال تراکتور با خودرو دو نوع متفاوت اند. شاید افرادی فکر می کنند که همه کشورهای دارای نیروگاه هسته ای خودشان تولیدکننده سوخت هسته ای می باشند در حالی که اصلاً این طور نیست و داشتن نیروگاه هسته ای با داشتن تکنولوژی غنی سازی دو مقوله جدا از هم می باشند زیرا با داشتن نیروگاه هسته ای می توان سوخت را از کشورهای تولید کننده دریافت کرد و درواقع غنی سازی یک اهرم چانه زنی است البته ازنظر اقتصادی هم می تواند دارای صرفه باشد.//منبع:باشگاه اندیشه۴آذر۱۳۹۲
اورانیوم چیست؟
«اورانیوم»ماده خام اصلی مورد نیاز برای تولید انرژی در برنامه های صلح آمیز یا نظامی هسته ای است، از طریق استخراج از معادن زیرزمینی یا سر باز به دست می آید. اگر چه این عنصر به طور طبیعی در سرتاسر جهان یافت می شود اما تنها حجم کوچکی از آن به صورت متراکم در معادن موجود است.
هنگامی که هسته اتم اورانیوم در یک واکنش زنجیره ای شکافته شود مقداری انرژی آزاد خواهد شد.
برای «شکافت هسته اتم اورانیوم»، یک نوترون به هسته آن شلیک می شود و در نتیجه این فرایند، اتم مذکور به دو اتم کوچکتر تجزیه شده و تعدادی نوترون جدید نیز آزاد می شود که هرکدام به نوبه خود می توانند هسته های جدیدی را در یک فرایند زنجیره ای تجزیه کنند.
مجموع جرم اتمهای کوچکتری که از تجزیه اتم اورانیوم به دست می آید از کل جرم اولیه این اتم کمتر است و این بدان معناست که مقداری از جرم اولیه که ظاهرا ناپدید شده در واقع به انرژی تبدیل شده است، و این انرژی با استفاده از رابطه E=MC۲ یعنی رابطه جرم و انرژی که آلبرت اینشتین نخستین بار آنرا کشف کرد قابل محاسبه است.
اورانیوم به صورت سه ایزوتوپ مختلف در طبیعت یافت می شود. دو گونه اصلی آن اورانیوم U۲۳۵ و U۲۳۸ است که هر دو دارای تعداد پروتون یکسانی بوده و تنها تفاوتشان در سه نوترون اضافه ای است که در هسته U۲۳۸ وجود دارد. اعداد ۲۳۵ و ۲۳۸ بیانگر مجموع تعداد پروتونها و نوترونها در هسته هر کدام از این دو ایزوتوپ است.
برای به دست آوردن بالاترین بازدهی در فرایند زنجیره ای شکافت هسته باید از اورانیوم ۲۳۵ استفاده کرد که هسته آن به سادگی شکافته می شود. هنگامی که این نوع اورانیوم به اتمهای کوچکتر تجزیه می شود علاوه بر آزاد شدن مقداری انرژی حرارتی دو یا سه نوترون جدید نیز رها می شود که در صورت برخورد با اتمهای جدید اورانیوم بازهم انرژی حرارتی بیشتر و نوترونهای جدید آزاد می شود.
اما به دلیل "نیمه عمر" کوتاه اورانیوم ۲۳۵ و فروپاشی سریع آن، این ایزوتوپ در طبیعت بسیار نادر است بطوری که از هر ۱۰۰۰ اتم اورانیوم موجود در طبیعت تنها هفت اتم از نوع U۲۳۵ بوده و مابقی از نوع سنگینتر U۲۳۸ است.
استرالیا،چین،کانادا،قزاقستان،نامیبیا،نیجر، روسیه،ازبکستان
فرآوری چیست؟
سنگ معدن اورانیوم بعد از استخراج، در آسیابهایی خرد و به گردی نرم تبدیل می شود. گرد به دست آمده سپس در یک فرایند شیمیائی به ماده جامد زرد رنگی تبدیل میشود که به کیک زرد موسوم است. کیک زرد دارای خاصیت رادیو اکتیویته است و ۶۰ تا ۷۰ درصد آنرا اورانیوم تشکیل می دهد.
دانشمندان هسته ای برای دستیابی هرچه بیشتر به ایزوتوپ نادر U۲۳۵ که در تولید انرژی هسته ای نقشی کلیدی دارد، از روشی موسوم به غنی سازی استفاده می کنند. برای این کار، دانشمندان ابتدا کیک زرد را طی فرایندی شیمیائی به ماده جامدی به نام هگزافلوئورید اورانیوم تبدیل می کنند که بعد از حرارت داده شدن در دمای حدود ۶۴ درجه سانتیگراد به گاز تبدیل می شود.
«هگزافلوئورید» اورانیوم که در صنعت با نام ساده «هگز» شناخته می شود ماده شیمیایی خورنده ایست که باید آن را با احتیاط نگهداری و جابجا کرد. به همین دلیل پمپها و لوله هایی که برای انتقال این گاز در تاسیسات فرآوری اورانیوم بکار می روند باید از آلومینیوم و آلیاژهای نیکل ساخته شوند. همچنین به منظور پیشگیری از هرگونه واکنش شیمیایی برگشت ناپذیر باید این گاز را دور از معرض روغن و مواد چرب کننده دیگر نگهداری کرد.
غنی سازی
هدف از غنی سازی تولید اورانیومی است که دارای درصد بالایی از ایزوتوپ U۲۳۵ باشد.
اورانیوم مورد استفاده در رآکتورهای اتمی باید به حدی غنی شود که حاوی ۲ تا ۳ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد، در حالی که اورانیومی که در ساخت بمب اتمی بکار می رود حداقل باید حاوی ۹۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد.
یکی از روشهای معمول غنی سازی استفاده از دستگاههای سانتریفوژ گاز است.
سانتریفوژ از اتاقکی سیلندری شکل تشکیل شده که با سرعت بسیار زیاد حول محور خود می چرخد. هنگامی که گاز هگزا فلوئورید اورانیوم به داخل این سیلندر دمیده شود نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آن باعث می شود که مولکولهای سبکتری که حاوی اورانیوم ۲۳۵ است در مرکز سیلندر متمرکز شوند و مولکولهای سنگینتری که حاوی اورانیوم ۲۳۸ هستند در پایین سیلندر انباشته شوند.
اورانیوم ۲۳۵ غنی شده ای که از این طریق به دست می آید سپس به داخل سانتریفوژ دیگری دمیده می شود تا درجه خلوص آن باز هم بالاتر رود. این عمل بارها و بارها توسط سانتریفوژهای متعددی که به طور زنجیره ای به یکدیگر متصل می شوند تکرار میشود تا جایی که اورانیوم ۲۳۵ با درصد خلوص مورد نیاز به دست آید.
آنچه که پس از جدا سازی اورانیوم ۲۳۵ باقی می ماند به نام اورانیوم خالی یا فقیر شده شناخته می شود که اساسا از اورانیوم ۲۳۸ تشکیل یافته است. اورانیوم خالی فلز بسیار سنگینی است که اندکی خاصیت رادیو اکتیویته دارد و از آن برای ساخت گلوله های توپ ضد زره پوش و اجزای برخی جنگ افزار های دیگر از جمله منعکس کننده نوترونی در بمب اتمی استفاده می شود.
یک شیوه دیگر غنی سازی روشی موسوم به دیفیوژن یا روش انتشاری است.
در این روش گاز هگزافلوئورید اورانیوم به داخل ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل تشکیل شده دمیده می شود. سوراخهای موجود در جسم متخلخل باید قدری از قطر مولکول هگزافلوئورید اورانیوم بزرگتر باشد.
در نتیجه این کار مولکولهای سبکتر حاوی اورانیوم ۲۳۵ با سرعت بیشتری در این ستونها منتشر شده و تفکیک می شوند. این روش غنی سازی نیز باید مانند روش سانتریفوژ بارها و بارها تکرار شود.رآکتورهسته ای
رآکتور هسته ای وسیله ایست که در آن فرایند شکافت هسته ای بصورت کنترل شده انجام می گیرد. انرژی حرارتی بدست آمده از این طریق را می توان برای بخار کردن آب و به گردش درآوردن توربین های بخار ژنراتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد.
اورانیوم غنی شده، معمولا به صورت قرصهایی که سطح مقطعشان به اندازه یک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نیم سانتیمتر است در رآکتورها به مصرف می رسند. این قرصها روی هم قرار داده شده و میله هایی را تشکیل میدهند که به میله سوخت موسوم است. میله های سوخت سپس در بسته های چندتایی دسته بندی شده و تحت فشار و در محیطی عایقبندی شده نگهداری می شوند.
در بسیاری از نیروگاهها برای جلوگیری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل رآکتور، این بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. در نیروگاههای دیگر برای خنک نگه داشتن هسته رآکتور، یعنی جایی که فرایند شکافت هسته ای در آن رخ می دهد، از فلز مایع (سدیم) یا گاز دی اکسید کربن استفاده می شود.
برای تولید انرژی گرمایی از طریق فرایند شکافت هسته ای، اورانیومی که در هسته رآکتور قرار داده می شود باید از جرم بحرانی بیشتر (فوق بحرانی) باشد. یعنی اورانیوم مورد استفاده باید به حدی غنی شده باشد که امکان آغاز یک واکنش زنجیره ای مداوم وجود داشته باشد.
برای تنظیم و کنترل فرایند شکافت هسته ای در یک رآکتور از میله های کنترلی که معمولا از جنس کادمیوم است استفاده می شود. این میله ها با جذب نوترونهای آزاد در داخل رآکتور از تسریع واکنشهای زنجیره ای جلوگیری می کند، زیرا با کاهش تعداد نوترونها، تعداد واکنشهای زنجیره ای نیز کاهش می یابد.
حدودا ۴۰۰ نیروگاه هسته ای در سرتاسر جهان فعال هستند که تقریبا ۱۷ درصد کل برق مصرفی در جهان را تامین می کنند. از جمله کاربردهای دیگر رآکتورهای هسته ای، تولید نیروی محرکه لازم برای جابجایی ناوها و زیردریایی های اتمی است.
بازفرآوری
برای بازیافت اورانیوم از سوخت هسته ای مصرف شده در رآکتور از عملیات شیمیایی موسوم به بازفرآوری استفاده می شود. در این عملیات، ابتدا پوسته فلزی میله های سوخت مصرف شده را جدا می سازند و سپس آنها را در داخل اسید نیتریک داغ حل می کنند.
در نتیجه این عملیات، ۱٪ پلوتونیوم، ۳٪ مواد زائد به شدت رادیو اکتیو و ۹۶٪ اورانیوم به دست می آید که دوباره می توان آنرا در رآکتور به مصرف رساند.
رآکتورهای نظامی این کار را به طور بسیار موثرتری انجام می دهند. رآکتور و تاسیسات باز فرآوری مورد نیاز برای تولید پلوتونیوم را می توان به طور پنهانی در داخل ساختمانهای معمولی جاسازی کرد. به همین دلیل، تولید پلوتونیوم به این طریق، برای هر کشوری که بخواهد بطور مخفیانه تسلیحات اتمی تولید کند گزینه جذابی خواهد بود.
بمب پلوتونیومی
استفاده از پلوتونیوم به جای اورانیوم در ساخت بمب اتمی مزایای بسیاری دارد. تنها چهار کیلوگرم پلوتونیوم برای ساخت بمب اتمی با قدرت انفجار ۲۰ کیلو تن کافی است. در عین حال با تاسیسات بازفرآوری نسبتا کوچکی می توان چیزی حدود ۱۲ کیلوگرم پلوتونیوم در سال تولید کرد.
کلاهک هسته ای شامل گوی پلوتونیومی است که اطراف آن را پوسته ای موسوم به منعکس کننده نوترونی فرا گرفته است. این پوسته که معمولا از ترکیب بریلیوم و پلونیوم ساخته می شود، نوترونهای آزادی را که از فرایند شکافت هسته ای به بیرون می گریزند، به داخل این فرایند بازمی تاباند.
استفاده از منعکس کننده نوترونی عملا جرم بحرانی را کاهش می دهد و باعث میشود که برای ایجاد واکنش زنجیره ای مداوم به پلوتونیوم کمتری نیاز باشد.
برای کشور یا گروه تروریستی که بخواهد بمب اتمی بسازد، تولید پلوتونیوم با کمک رآکتورهای هسته ای غیرنظامی از تهیه اورانیوم غنی شده آسانتر خواهد بود. کارشناسان معتقدند که دانش و فناوری لازم برای طراحی و ساخت یک بمب پلوتونیومی ابتدایی، از دانش و فنآوری که حمله کنندگان با گاز اعصاب به شبکه متروی توکیو در سال ۱۹۹۵ در اختیار داشتند پیشرفته تر نیست.
چنین بمب پلوتونیومی می تواند با قدرتی معادل ۱۰۰ تن تی ان تی منفجر شود، یعنی ۲۰ مرتبه قویتر از قدرتمندترین بمبگذاری تروریستی که تاکنون در جهان رخ داده است.
بمب اورانیومی
هدف طراحان بمبهای اتمی ایجاد یک جرم فوق بحرانی ( از اورانیوم یا پلوتونیوم) است که بتواند طی یک واکنش زنجیره ای مداوم و کنترل نشده، مقادیر متنابهی انرژی حرارتی آزاد کند.
یکی از ساده ترین شیوه های ساخت بمب اتمی استفاده از طرحی موسوم به «تفنگی» است که در آن گلوله کوچکی از اورانیوم که از جرم بحرانی کمتر بوده به سمت جرم بزرگتری از اورانیوم شلیک می شود به گونه ای که در اثر برخورد این دو قطعه، جرم کلی فوق بحرانی شده و باعث آغاز واکنش زنجیره ای و انفجار هسته ای می شود.
کل این فرایند در کسر کوچکی از ثانیه رخ می دهد.
جهت تولید سوخت مورد نیاز بمب اتمی، «هگزا فلوئورید» اورانیوم غنی شده را ابتدا به اکسید اورانیوم و سپس به شمش فلزی اورانیوم تبدیل می کنند. انجام این کار از طریق فرایندهای شیمیایی و مهندسی نسبتا ساده ای امکان پذیر است.
قدرت انفجار یک بمب اتمی معمولی حداکثر ۵۰ کیلو تن است، اما با کمک روش خاصی که متکی بر مهار خصوصیات جوش یا گداز هسته ای است می توان قدرت بمب را افزایش داد.
در فرایند گداز هسته ای، هسته های ایزوتوپهای هیدروژن به یکدیگر جوش خورده و هسته اتم هلیوم را ایجاد می کنند. این فرایند هنگامی رخ می دهد که هسته های اتمهای هیدروژن در معرض گرما و فشار شدید قرار بگیرند. انفجار بمب اتمی گرما و فشار شدید مورد نیاز برای آغاز این فرایند را فراهم می کند.
طی فرایند گداز هسته ای نوترونهای بیشتری رها می شوند که با تغذیه واکنش زنجیره ای، انفجار شدیدتری را به دنبال می آورند. اینگونه بمبهای اتمی تقویت شده به بمبهای هیدروژنی یا بمبهای اتمی حرارتی موسومند.
توضیح مدیریت سایت-پیراسته فر:منبع این فرازازمقاله : سایت BBC است ودرمنابع مأخوذه اندکی ویرایش انجام گرفته است