غنی سازی اورانیوم

 

 

مقدمه

سنگ معدنی اورانیوم به کمک حفاری از زمین استخراج شده و پس از انجام فرایندهایی، اورانیم خالص به دست می‌آید. بعد از انجام تمام فرایندها، اکسید اورانیوم از سنگ معدنی آن به دست می‌آید. اکسید اورانیم شامل دو نوع اورانیوم (ایزوتوپ) به نام‌های U-235 و U-238 است. U-235 ماده‌ای است که به عنوان سوخت، در نیروگاه‌های هسته‌ای به کار برده می‌شود. حدود 99% اکسید اورانیومی که از معادن به دست می‌آید از U-238 تشکیل شده است. بنابراین باید به طریقی U-235 از U-238 جدا شده و غلظت U-235 افزایش یابد. فرایند تغلیظ U-235، غنی‌سازی اورانیوم نامیده می‌شود و دستگاه‌های سانتریفیوژ بخش مرکزی فرایند غنی‌سازی را تشکیل می‌دهند.

 

 

 

وزن U-235 اندکی کمتر از U-238 است. به کمک این اختلاف وزن، می‌توان U-235 را از U-238 جدا کرد. حاصل مرحله‌ی اول واکنش‌دادن اورانیوم با اسیدهیدروفلوریک (HF)، یک اسید فوق‌العاده قوی است. بعد از چندین مرحله واکنش، گاز هگزافلورایداورانیوم  (UF6)به دست می‌آید. در این لحظه اورانیم به صورت گاز درآمده، و کارکردن با آن راحت‌تر است. گاز، داخل دستگاه‌های سانتریفیوژ قرار داده می‌شود و با سرعت بسیار زیاد به دور مرکز خود به چرخش در می‌آید. نیروی گریز از مرکز حاصل از چرخش دستگاه، هزاران بار قدرتمندتر از نیروی جاذبه‌ی زمین است. در اثر آن، اتم‌های U-238 که کمی سنگین تر از U-235 هستند، به سمت دیواره‌های دستگاه سانتریفیوژ حرکت می‌کنند و اتم های سبک‌تر U-235 بیشتر در مرکز دستگاه باقی می‌مانند. انجام این فرایند، غلظت اورانیوم را اندکی افزایش می‌دهد، به طوری‌که وقتی گاز از مرکز دستگاه خارج می‌شود، غلظت U-235 آن کمی نسبت به قبل افزایش پیدا کرده است. بنابراین گاز خارج شده، در یک دستگاه سانتریفیوژ دیگر قرار داده می-شود تا دوباره بیشتر غلیظ شود. اگر این کار هزاران بار انجام شود، گازی به دست می‌آید که به شدت از U-235 غنی شده است. 

 

 

در یک تاسیسات غنی سازی، هزاران دستگاه سانتریفیوژ وجود دارند که به صورت آبشارهایی بلند به یکدیگر متصل هستند. در پایان زنجیره‌ی بلند سانتریفیوژها، گاز هگزافلورایدی به دست می‌آید که دارای غلظت بالایی از اتم‌های U-235 است.

 

 

ساخت دستگاه‌های سانتریفیوژ احتیاج به فناوری پیشرفته‌ای دارد. این دستگاه‌ها باید با سرعت بسیار بالایی حدود 100 هزار دور در دقیقه، به دور محور خود بچرخند. برای چرخش با این سرعت، سانتریفیوژ باید:

 

♦بسیار سبک بوده و در عین حال مجهز به موتورهای قوی باشد.

♦به خوبی تراز شده باشند.

♦ دارای یاتاقان‌هایی با قابلیت کارکرد در سرعت‌های بالا باشد که معمولا از نیروی مغناطیسی برای کاهش اصطکاک در آن‌ها استفاده می‌شود. 

 

گرد هم آوردن این سه پارامتر که لازمه‌ی هر دستگاه سانتریفیوژی است، برای اغلب کشورها غیرممکن است. ولی به دلیل گسترش تجهیزات و وسایل کنترلی رایانه‌ای دقیق و در عین حال ارزان قیمت، امروزه این‌کار آسان‌تر شده و درنتیجه کشورهای بیشتری درتلاش‌اند تا به فناوری هسته‌ای دست یابند.

 

پس از غنی‌سازی، گاز هگزافلوراید باید دوباره به فلز اورانیوم تبدیل شود که این کار با افزودن کلسیم انجام می‌شود. کلسیم با فلوراید واکنش داده، نمک تولید می‌کند و فلز اورانیوم خالص از آن جدا می‌شود. به‌وسیله‌ی این فلز غلیظ شده U-235، می‌توان یک نیروگاه هسته‌ای ساخت.