RMY
عضو جدید
غنی سازی اورانیوم یکی از مراحل اصلی در تهیه سوخت هسته یی از سنگ معدنی برای استفاده در نیروگاه های هسته یی است. غنی سازی یعنی اینکه در یک نمونه از سنگ معدن اورانیوم، غلظت اورانیوم ۲۳۵ (که قابل شکافت و تولید انرژی است) را افزایش دهیم. هر کشور بنابر امکانات و تجهیزات خود از روش های مختلفی برای غنی سازی اورانیوم استفاده می کند. در این مقاله نگاهی داریم به ساختار و نقش انواع سانتریفوژها در فرآیند غنی سازی اورانیوم. غنی سازی اورانیوم از فناوری های پیچیده در فرآیند چرخه سوخت هسته ایی است که از جنگ جهانی دوم آغاز شده است. در حال حاضر تعداد انگشت شماری از کشورهای دنیا صاحب این فناوری هستند و به کشورهای عضو باشگاه هسته ایی دنیا، خدمات ارائه می دهند. نخستین بار یک دانشمند آلمانی به نام زیپه اولین سانتریفوژ صنعتی را بیش از ۵۰ سال پیش طراحی کرد و آن را به طور عملیاتی مورد استفاده قرار داد. در دایره المعارف ویکی پدیا اشاره شده که ۶۰ دانشمند آلمانی که در جنگ جهانی دوم توسط شوروی سابق دستگیر شده بودند، در حبس برای توسعه سانتریفوژ زیپه تلاش می کردند. این تلاش ها سطح تکنولوژی سانتریفوژ زیپه را بالاتر برد. این وسیله در صنعت سوخت هسته یی نقشی حساس و اساسی دارد. در حال حاضر کشورهای انگلستان، آلمان و هلند را باید از مهم ترین استفاده کنندگان غنی سازی اورانیوم به وسیله سانتریفوژ به حساب آورد. البته روسیه و امریکا هم از استفاده کنندگان بزرگ این روش هستند. در سال ۱۹۷۰ میلادی 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 میلادی در کشورهای امریکا، فرانسه، ژاپن، استرالیا و چند کشور دیگر نیز به کار گرفته شده است. چرخه تولید سوخت هسته یی ۱۵ مرحله دارد که غنی سازی اورانیوم جزء پنجمین مرحله آن است. سنگ معدن اورانیوم طبیعی شامل دو ایزوتوپ اورانیوم است که ۳/۹۹ درصد آن از اورانیوم با عدد جرمی ۲۳۸ و در حدود ۷/۰ درصد آن اورانیوم ۲۳۵ است که همین اورانیوم ۲۳۵ توسط نوترون های گرمایی در داخل رآکتور قابل شکافت است. اگر در اورانیوم طبیعی، به وسیله غنی سازی غلظت اورانیوم ۲۳۵ را تا ۵ درصد برسانیم می تواند به عنوان سوخت در رآکتورهای هسته یی آب سبک استفاده شود. اگر غنای اورانیوم ۲۳۵ تا ۹۰ درصد بالا رود از آن برای ساخت تسلیحات هسته یی استفاده می شود. غنی سازی اورانیوم مشکل است زیرا دو ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ و ۲۳۸ از نظر وزنی خیلی به هم نزدیک اند، به طوری که اورانیوم ۲۳۵ فقط ۲۶/۱ درصد از اورانیوم ۲۳۸ سبک تر است. برای جداسازی این دو ایزوتوپ لازم است که گردنده های سانتریفوژ، ۱۵۰۰ دور در ثانیه یا ۹۰ هزار دور در دقیقه بزنند. در مقایسه باید گفته شود که یک ماشین لباسشویی ۱۲ تا ۲۵ دور در ثانیه می چرخد. روش های مختلفی برای غنی سازی وجود دارد ولی در بیش از ۹۵ درصد صنعت هسته یی جهان، اورانیوم به وسیله یکی از دو روش سانتریفوژ گازی و پخش گازی جدا و غنی می شود که در این مقاله روش سانتریفوژ گازی شرح داده می شود.سانتریفوژ دارای حجمی خالی است که روتوری (گردنده) استوانه یی شکل در آن قرار دارد. درون استوانه سانتریفوژ گاز) UF6 هگزافلوراید اورانیوم) تزریق می شود. یک میدان مغناطیسی در انتهای روتور )شبیه به آن چیزی که در موتور الکتریکی استفاده می شود) قادر است که گردنده ها را به اندازه کافی سریع بچرخاند تا اورانیوم ۲۳۸ به سمت لبه های سانتریفوژ حرکت کند و اورانیوم ۲۳۵ در مرکز سانتریفوژ جمع شوند. برای کاهش اصطکاک، گردنده های (روتور) داخل سانتریفوژ را خلأ می کنند. یاتاقان مغناطیسی، قسمت بالای روتور را ثابت نگه می دارد و تماس فیزیکی با یاتاقان سوزنی است که روتور روی آن قرار دارد. بعد از آزادسازی ۶۰ دانشمند آلمانی به وسیله شوروی سابق در سال ۱۹۶۵، دکتر زیپه متعجب شد که تعدادی مهندس آلمانی سال ها در خفا روی تکنولوژی سانتریفوژ کار می کرده اند. زیپه طراحی سانتریفوژ صنعتی را دوباره در دانشگاه ویرجینیا انجام داد و نتایج به دست آمده را نشر داد، هرچند شوروی سابق یادداشت هایش را ضبط کرد. در سال ۱۹۶۰ در اروپا دکتر زیپه و همکارانش به وسیله تغییر ماده مورد استفاده در روتور از آلومینیوم به آلیاژی سخت تر به نام فولاد ماراژین توانستند راندمان سانتریفوژ را بالاتر ببرند که این امر باعث شد گردنده های سانتریفوژ سریع تر بچرخد. این بهبود در طراحی سانتریفوژ باعث شد که کمپانی تجاری یورنکو به وسیله آن اورانیوم را غنی کرده و به عنوان سوخت در نیروگاه های هسته یی مورد استفاده قرار گیرد. جزئیات دقیق سانتریفوژ پیشرفته زیپه محرمانه باقی مانده است، اما کارایی آنها با بالارفتن تجربه بهبود یافته و سرعت گردنده های آن افزایش یافته است. در این راستا از مواد قوی تر مانند ترکیب مسلح از فیبرهای کربنی استفاده شده است که یکی از این تکنیک ها دم قابل تغییر برای کنترل مجاز قابلیت انعطاف روتور است.
