آشنایی با مفاهیم و اصطلاحات تخصصی و فنی در زمینه انرژی هسته ای (قسمت دوم )

سو" به چه مفهومی است ؟

با توجه به موضوعات فنی مرتبط با تأسیسات و مراکز هسته ای ایران ؛در ادامه مجموعه آشنایی با اصطلاحات و فعالیت های هسته ای گزیده های دیگری از واژه های متعارف در این زمینه معرفی می گردد ؛

* رآکتور برق هسته ای رآکتور هسته‌ای وسیله‌ای است که در آن اورانیوم 235 تا سطح 5 درصد غنی شده و سپس فرایند شکافت هسته‌ای به صورت کنترل شده در آن عملیاتی و گرمای حاصل از آن باعث تبخیر آب ، حرکت توربین‌ها و در نهایت انتقال آن به ژنراتورها و تبدیل انرژی جنبشی به الکتریکی می‌شود ، در حالی که در "نیروگاه‌های حرارتی" از منابع سوخت فسیلی مانند زغال‌سنگ ، نفت و گاز برای تولید حرارت ، بخار آب و در نهایت تولید الکتریسیته استفاده می‌گردد. منبع حرارتی نیروگاه‌های حرارتی از نفت ، زغال‌سنگ یا گاز و نیروگاه‌های اتمی از اورانیوم 235 یا پلوتونیوم 239 است . قسمتی از رآکتور که سوخت هسته‌ای در آن قرار می‌گیرد"قلب رآکتور" نامیده می‌شود.

*"سو" به چه مفهومی است ؟ " سو" همانند وات ، آمپر و کالری که در ﺻﻨﺎیع ﻣﺨﺘﻠﻒ کارﺑﺮد دارﻧﺪ ، ﯾک واﺣﺪ اﻧﺪازه ﮔﯿﺮی اﺳﺖ که به ‌طﻮر ﺧﺎص در ﺻﻨﺎﯾﻊ ﺗﻮﻟﯿﺪ اﻧﺮژی هسته‌ای ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار می‌ﮔﯿﺮد . سو به یک واﺣﺪ اﻧﺪازه ﮔﯿﺮی برای ﺳﻨﺠﺶ ﻣﻘﺪار کار ﻻزم ﺑﺮای ﺟﺪاﺳﺎزی ایزوﺗﻮپ ﺳﺒک اوراﻧﯿﻮم 235 از ایزوﺗﻮپ اورانیوم 238 اطلاق می شود. "سو" ﺗﺎبعی از ﻣﯿﺰان اوراﻧﯿﻮم ﺗﺤﺖ ﻓﺮآیند ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ ، درﺻﺪ ﺧﻠﻮص ﻣﻮاد اوﻟﯿﻪ و ﻣﯿﺰان درﺻﺪ ﺣﺎﺻﻞ ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ یک واﺣﺪ ﺟﺪاﺳﺎزی ( یک ﻣﺎﺷﯿﻦ ﺳﺎﻧﺘﺮیفیوژ ) است. هرﭼﻪ ﭘﺎراﻣﺘﺮ "ﺳﻮ"ی ماشین‌ها اﻓﺰایش یابد ، ﺗﻌﺪاد ﻣﺎﺷﯿﻦ ﺳﺎﻧﺘﺮیفیوژ کمتری جهت ﺗﻮﻟﯿﺪ ﺳﻮﺧﺖ ﻧﯿﺮوﮔﺎه ﻻزم خواهد ﺑﻮد که ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ هزینه ﺛﺎﺑﺖ اوﻟﯿﻪ ﺳﺎﺧﺖ و راه‌اﻧﺪازی ﺗأﺳﯿﺴﺎت غنی ﺳﺎزی ، اﻓﺰایش"سو" ﺑﻪ ‌ﻣﻨﺰﻟﻪ اﻓﺰایش ﺗﻮان ﺗﻮﻟﯿﺪ ﺳﻮﺧﺖ جهت اﺳﺘﻔﺎده در ﻧﯿﺮوﮔﺎه هسته‌ای خواهد ﺑﻮد و ایﻦ ﻗﻀﯿﻪ از ﻟﺤﺎظ اﻗﺘﺼﺎدی ﺑﺴﯿﺎر ﺣﺎﺋﺰ اهمیت است.

*کیک زرد(دی‌اکسید اورانیوم جامد) ؛ این ماده از نظر شیمیایی، از سه مولکول اورانیوم و هشت مولکول اکسیژن درست شده‌ است. از کیک زرد برای تولید گاز هگزافلوراید استفاده می‌شود. پس از آسیاب و پودر کردن سنگ معدن اورانیوم ، به آن اسید سولفوریک (H2SO4) اضافه نموده که بر اثر فعل و انفعالات شیمیایی ، اکسید اورانیوم موجود در پودر اورانیوم به صورت سولفات اورانیل در می‌آید و پس از اضافه کردن حلا‌ل‌های مناسب به آن ، اکسید اورانیوم جامد (U3O8) که ماده‌ای پایدار و متراکم و معروف به "کیک زرد" است به دست می‌آید . پودر کیک زرد قبل از این‌که غنی شود باید به گازهگزا فلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل شود . کیک زرد به‌هیچ عنوان کالای کمیابی نیست . این محصول نهایی یک پودر اکسید شده است که گاهی اوقات رنگ زردی دارد ، اما به رنگ‌های قرمز و خاکستری نیز دیده می‌شود که رنگ آن به نوع و مقدار ناخالصی‌های آن بستگی دارد. کیک زرد شامل 70 درصد اورانیوم بوده و دارای خواص پرتوزایی است.

* گاز هگزافلوراید اورانیوم با حل کردن کیک زرد در اسید نیتریک ، ماده‌ای به نام نیترات اورانیوم (UO2(NO3)2) تولید می‌شود و پس از جدا کردن نیترات از این ماده ، اکسید خالص اورانیوم (UO2) به دست می‌آید . آنگه با افزودن فلوراید هیدروژن به اکسید خالص اورانیوم محصولی به نام تترافلوراید اورانیوم (UF4) به دست می‌آید که با اضافه کردن گاز فلوراید (F2) و گرم کردن آن تا دمای 64 درجه‌ سانتیگراد ، تولید می‌شود . حمل و نقل گاز «فلوئور» بسیار مشکل و خطرناک است ، لذا این گاز در خود کارخانه‌ تبدیل اورانیوم اصفهان از طریق الکترولیز «اسید فلوئوریدریک» تهیه می‌شود. دی‌اکسید اورانیوم طبیعی یا غنی‌شده می‌تواند برای تولید سوخت در بعضی از رآکتورهای تحقیقاتی و نیروگاهی مانند رآکتور نیروگاه هسته‌ای بوشهر استفاده شود. گاز «هگزافلورایداورانیوم» به محض غنی‌شدن دوباره می‌تواند به «دی‌اکسید اورانیوم» یا فلز اورانیوم تبدیل شود که به "فرایند کاهش" معروف است. درادامه این بخش به گزیده ای از مفاهیم و اصطلاحات رایج در زمینه هسته ای با کاربرد نظامی اشاره می شود ؛

*زباله هسته‌ای سه درصد سوخت مصرف شده در یک رآکتور آب سبک را ضایعات بسیار خطرناک رادیواکتیو تشکیل می دهد ، ولی بقیه آن حاوی مقادیر قابل توجهی U-235، PU-239 و U-238 و دیگر مواد رادیواکتیو است . این مواد را می توان با روش های شیمیایی از یکدیگر جدا کرد و اگر شرایط اقتصادی اجازه دهد، می توان سوخت مصرف شده را برای تهیه سوخت هسته ای جدید بازیافت کرد . سوخت هسته‌ای پس از یک بار مصرف ، فقط 10 درصد از انرژی را مصرف می‌کند و نود درصد آن به صورت «انرژی پتانسیل» ذخیره می‌شود که از «بازفرآوری» آن می‌توان پلوتونیوم به دست آورد . با توجه به غیرقابل تجدید بودن سوخت‌های فسیلی ، نوسان قیمت نفت و نیاز روزافزون کشورهای توسعه یافته به امنیت عرضه‌ انرژی ، کشورها می کوشند راهکارهای افزایش «بهره ‌وری مجدد» از زباله‌های هسته‌ای را افزایش دهند زباله‌های سوخت هسته‌ای به دلیل آثار رادیواکتیو خیلی خطرناک است و به منظور رفع آثار زیان بار آن بایستی به صورت "مهر و موم شده" چند سال زیرزمین مدفون شوند . سوخت مصرف شده با گذشت زمان خاصیت رادیواکتیوی خود را از دست می‌دهد و پس از 40 سال نزدیک به 9/99 درصد از خاصیت پرتوزایی آن کاهش می‌یابد.

*میله سوخت تولید «میله‌های سوخت» ، آخرین مرحله در چرخه سوخت هسته ای است . اورانیوم غنی شده که هنوز به شکل هگزافلوراید اورانیوم UF6 است ، باید به پودر دی اکسید اورانیوم (UO2) تبدیل شود و سپس فشرده می شود و به شکل قرص درمی آید قرص ها در معرض حرارت با دمای بالا قرار می گیرند تا به قرص های سرامیکی سخت تبدیل شوند. میله سوخت از فلز «زیرکونیوم» ساخته می‌شود ، به مدت سه سال در یک رآکتور باقی می‌ماند ، نزدیک به 3 درصد اورانیوم آن شکافته شده و سپس به بخش «سوخت‌های هسته‌ای مصرف شده»انتقال می‌یابد

* تفاوت میله سوخت با صفحه سوخت اورانیوم غنی شده ، معمولا به صورت "صفحه سوخت" که سطح مقطع شان به اندازه یک سکه معمولی و ضخامتشان در حدود دو و نیم سانتیمتر است در راکتورها به مصرف میرسند . این قرص ها روی هم قرار داده شده و میله هایی سوخت را تشکیل می دهند که در بسته های چندتائی دسته بندی شده و تحت فشار و در محیطی عایق بندی شده نگهداری می شوند. هگزافلوراید اورانیوم تولید شده در نطنز نیازمند تبدیل به صفحه سوخت مناسب راکتور تهران است. در بسیاری از نیروگاهها برای جلوگیری از گرم شدن بسته های سوخت در داخل راکتور، این بسته ها را داخل آب سرد فرو می برند. کارخانه تولید قرص، میله و مجتمع‌ سوخت هسته‌ای (FMP) در کنار کارخانه‌های تبدیل اورانیوم و تأسیسات تولید زیرکونیوم اصفهان ؛ وظیفه اصلی تولید قرص دی اکسید اورانیوم به دو صورت طبیعی و غنی شده را بر عهده دارد.

*کارخانه‌ تولید قرص، میله و مجتمع سوخت هسته‌ای وظیفه اصلی این مجتمع تولید قرص دی اکسید اورانیوم به دو صورت طبیعی و غنی شده با غنای حداکثر 5 درصد و در نهایت تولید میله و ساخت مجتمع سوخت جهت استفاده در نیروگاههای اتمی و راکتورهای تحقیقاتی است. جمهوری اسلامی ایران در پنجم مه 2003 با ارسال نامه ای به سازمان بین المللی انرژی اتمی اطلاع داد که قصد ساخت کارخانه تولید میله های سوخت اورانیوم طبیعی را در اصفهان دارد. کارخانه تولید قرص، میله و مجتمع سوخت اصفهان آخرین و حساس ترین حلقه چرخه تولید سوخت هسته ای است که با هدف تولید انواع میله های سوخت رآکتورهای تحقیقاتی و نیروگاه های تولید برق هسته ای بنا شده است . سازه این کارخانه به گونه ای طراحی شده که بتواند سالیانه ده تن سوخت طبیعی رآکتور تحقیقاتی آب سنگین 40 مگاواتی اراک (IR40) و سی تن سوخت با غنای حداکثر 5 درصد رآکتورهای هسته ای آب سبک تحت فشار از قبیل نیروگاه 360 مگاواتی دارخوین را تولید کند. مجتمع سوخت هسته ای از نظر درجه حرارت، فشار، تابش نوترون و گاما تحت شرایط فنی پیچیده ای صورت می گیرد و بایستی فناوری پودر دی اکسید اورانیوم ، تولید قرص خام، میله سوخت و فناوری مونتاژ مجتمع سوخت با مراقبت ویژه صورت گیرد. ظرفیت تولید این کارخانه سالیانه 40 تن سوخت هسته‌ای است که از این میزان 30 تن سوخت دی‌اکسید اورانیوم غنی‌شده با غنای حداکثر 5درصد جهت مصرف در نیروگاه هزارمگاواتی بوشهر و 10 تن سوخت دی‌اکسید اورانیوم طبیعی برای نیروگاه 40 مگاواتی آب سنگین اراک در نظر گرفته شده است.

پژوهشگر: دکتر مصطفی دلاورپوراقدم

منابع و مأخذ

منابع فارسی

1.اسدي، احسان (1385). مسايل هسته‌اي ايران، تهران: انتشارات فكرسازان

2.افتخاري، علي اصغر (1385). کالبدشکافي تهديد، تهران: مرکز مطالعات دفاعي و امنيت ملي.

3. خبرگزاری مهر، (17خرداد1393)، شرط ایران برای ارائه دسترسی آژانس به پارچین، شناسه خبر:2070612

4. خليل‌پور، اسماعیل (معاون نظام ايمني هسته‌اي سازمان انرژي اتمي)، مصاحبه با خبرگزاري فارس، 9/7/85

5. دلاورپوراقدم ، مصطفي (1387) . "ايران هسته اي ، نماد اراده ملي در برابر نظام هژمونيك " ، تهران: مركز پژوهش هاي مجلس شوراي اسلامي

6. سحابی ، فريدون (اولين رئيس سازمان انرژي اتمي پس از انقلاب اسلامي) ، مصاحبه با سايت تحليلي - خبري «عصر ايران»، 13 آذر 1386

7. صدري، محسن (1385) . شكوه ملي در فن‌آوري هسته‌اي، اصفهان: انتشارات حديث راه عشق،

8. ضيايي بيگدلي، محمدرضا (1381). حقوق بين‌الملل عمومي، تهران:گنج دانش

9. غریب آبادی ، کاظم (1387) . برنامه هسته ای ایران: واقعیت های هسته ای، تهران: موسسه چاپ و انتشارات وزارت امور خارجه

10. غريب آبادي، کاظم (1381). «آشنايي با معاهدات خلع سلاح و کنترل تسليحات»، تهران: سازمان جغرافيايي نيروهاي مسلح

11. فقيهيان ، حسین ؛ كاوند ، محمد (1385). معرفي چرخه‌ سوخت هسته‌اي ايران، تهران: سازمان انرژي اتمي ايران

12. فياض بخش، احمد (معاون سازمان انرژي اتمي و مدير شركت توليد و توسعه نيروگاه‌هاي كشور) ، مصاحبه با خبرگزاري مهر، دهم بهمن 1386

13. مقتدر، هوشنگ (1377). حقوق بين‌الملل عمومي، تهران: وزارت امور خارجه

14. ایران و فناوری هسته ای (1393).کاربردهای صلح آمیز انرژی هسته ای

http//www.irannuclear.net/?page_id=550:

منابع انگلیسی

1.http://books.google.co.uk/books?id=PvL7twdmK9sC&pg=PA25&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false1.

2.https://www.iaea.org/about/history.htm

3. http:// www.iaea.org. Communication dated 3 October 2008 received from the Resident Representative of the Islamic Republic of Iran to the Agency concerning the Safeguard Implementation Report for 2007, INFCIRC/739,

4. http://www.iaea.org. Implementation of the NPT Safeguards Agreement and relevant provisions of Security Council Resolutions 1737 (2006), 1747 (2007), 1803 (2008) & 1835 (2008), Republic of Iran, Gov/2009/58, 28 August 2009

5.http://academic.brooklyn.cuny.edu/physics/sobel/Nucphys/bomb.html

6.http://academic.brooklyn.cuny.edu/physics/sobel/Nucphys/bomb.html

7.http://centrifugesystems.com

8.http://dictionary.reference.com/browse/fuel+rod

9.http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/fasbre.html

10.http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/fission.html

11.http://isis-online.org/uploads/isis reports/documents/IAEA_Report_Iran_19November2008.pdf

12.Gareth Peter, Documents linking Iran to Nuclear Weapons Push may have been fabricatedNov 10, 2008

13.http://www.atomicarchive.com/Fusion/Fusion1.shtml

14.http://www.australiagroup.net/en/introduction.html

15.http://www.britannica.com/EBchecked/topic/917314/weapon-of-mass-destruction-WMD

16.http://www.ctbto.org/the-treaty/treaty-text/