چرخه سوخت هسته ای به زبان ساده

حساسیت های زیادی نسبت به چرخه سوخت، برآمده از ظرفیت دوگانه فناوری و علوم اتمی است؛مساله ای غامض که بیانگر دیدگاه نظام بین الملل به این پدیده علمی قرن بیست و یکم است.

در مسیر فناوری استراتژیک انرژی هسته ای دستیابی به چرخه سوخت هسته ای یکی از مهمترین حلقه هاست.اگر کشوری بتواند سوخت مورد نیاز رآکتورهای نیروگاه های هسته ای خود را تامین کند و از این نظر به کشورهای دیگر وابسته نباشد، در حقیقت در بخش انرژی هسته ای به خودکفایی رسیده است.مهمترین بخش فناوری انرژی هسته ای دستیابی به توان غنی سازی اورانیوم است. اورانیوم غنی شده می تواند بعنوان سوخت مورد نیاز در رآکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار گیرد.


دستیابی ایران به این نوع فناوری با وجود محاصره شدید اقتصادی غرب و تحریم ها نشانه اراده ملت بزرگ ایران برای رسیدن به قله های پیشرفت علمی است.اینکه ایران هم از چرخه سوخت هسته ای برخوردار باشد و هم اینکه با وجود تبلیغات منفی غرب وصهیونیست ها به تصریح گزارشات بازرس های آژانس انرژی اتمی هیچ نشانه ای از انحراف به سمت مقاصد نظامی در آن دیده نشده باشد ودر عین حال تلاش برای حفظ کلیت این حق و کاستن و رفع تحریم ها، جملگی نشان از اهمیت موضوع و نیاز به وجود اجماع حداکثری داخلی برای پیشبرد این بخش حساس از فناوری هسته ای در کشور دارد.

چرخه سوخت هسته ای شامل فرآیندهای 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.

مراحل چرخه سوخت هسته ای عبارتند از:

اکتشاف، استخراج، آسیاب کردن، تبدیل کردن، غنی سازی، ساخت میله های سوخت و مدیریت سوخت هسته ای در قلب رآکتور. آخرین مرحله مربوط هم مدیریت پسماندهای راکتور است.

1-اکتشاف و استخراج:

اولین قدم در چرخه سوخت هسته ای شناسایی و اکتشاف اورانیوم برای تهیه سوخت رآکتورهای هسته ای است.هنگامی که معدن اورانیوم شناسایی شد به 3 روش می توان اورانیوم را استخراج کرد:اول استخراج از سطح زمین؛دوم استخراج از معادن زیرزمینی؛سوم تصفیه در معدن.

استخراج از سطح زمین مانند دیگر روش های استخراج فلزات زمانی امکان پذیر است که ماده معدنی در نزدیکی سطح زمین باشد.در این صورت با هزینه نسبتا کمی می توان اقدام به استخراج سنگ معدن کرد.

استخراج از معادن زیرزمینی برای شرایط زمین شناسی خاصی کاربرد دارد.در این روش با استفاده از چاه و تونل به ماده معدنی دست یافته،اقدام به استخراج آن می کنند.

در روش تصفیه در معدن،سنگ معدن در خود معدن تصفیه می شود و اورانیوم به دست می آید.البته روش های بالا تنها منبع به دست آوردن اورانیوم نیست.اورانیوم در برخی معادن فسفات با منشا دریایی نیز وجود دارد.
2-آسیاب و تبدیل:

سنگ معدن اورانیوم استخراج شده در آسیاب خرد و ریز شده و به پودر بسیار ریزی تبدیل می شود.پس از آن طی فرآیند شیمیایی خاصی خالص سازی شده و بصورت یک حالت جامد به هم پیوسته که از آن بعنوان کیک زرد یاد می شود،در می آید.کیک زرد شامل 70% اورانیوم بوده و دارای خواص رادیواکتیو یا پرتوزایی است. کیک زرد جامد است، ولی در مرحله بعد (غنی سازی) از تکنولوژی ویژه ای استفاده می شود که نیازمند حالت گازی است. بنابراین، کنسانتره اکسید اورانیوم جامد طی فرآیندی شیمیایی به هگزافلوراید اورانیوم یا UF6تبدیل می شود.

3-غنی سازی:

اورانیوم طبیعی از حدود 3/99 درصد وزنی ایزوتوپ 238 و 7/0 درصد ایزوتوپ 235 تشکیل شده است.این در حالی است که فقط اورانیوم 235 در شرایط خاص شکافته می شود و انرژی زیادیآزاد می کند.این مرحله در چرخه سوخت هسته ای غنی سازی اورانیوم نامیده می شود.غنی سازی اورانیوم یکی از مراحل مهم و شاید مهمترین حلقه سوخت به لحاظ استراتژیک است.هدف از غنی سازی اورانیوم افزایش درصد ایزوتوپ 235 از 7/0 درصد به 3 الی 4 درصد جهت استفاده در نیروگاه های آب سبک می باشد.

روش متداول غنی سازی اورانیوم سانتریفیوژکردن گاز است.در این روش هگزافلوراید اورانیوم در یک محفظه استوانه ای با سرعت بالا در شرایط گریز از مرکز قرار می گیرد.این کار باعث جدا شدن ایزوتوپ های با جرم حجمی بالاتر از اورانیوم 235 می شود.

4-ساخت میله های سوخت:

تولید میله سوخت، آخرین مرحله در چرخه سوخت هسته ای است. اورانیوم غنی شده که هنوز به شکلUF6است، 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. پس از طی چند فرآیند فیزیکی، قرص هایی سرامیکی با ابعاد یکسان حاصل می شود. متناسب با طراحی رآکتور و نوع سوخت مورد نیاز، این قرص های کوچک را دسته دسته کرده و در لوله ای خاص قرار می گیرد. این لوله از آلیاژ به خصوصی ساخته شده است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و در عین حال، از رسانایی حرارتی بسیار بالایی برخوردار است. حال میله سوخت آماده شده است و برای استفاده در رآکتور به نیروگاه فرستاده می شود.

5-مدیریت سوخت هسته ای در قلب راکتور:

در مرکز رآکتورهاى هسته اى، میله هاى سوخت چیده شده اند.در درون میله هاى سوخت، فرآیند شکافت رخ مى دهد و انرژى آزاد مى شود. این انرژى، آبی که اطراف میله ها را فرا گرفته گرم مى کند. آب گرم شده خود از درون مخازن آب دیگرى می گذرد و آنها را گرم کرده و بخار مى کند. بخار آب تولید شده توربینهارا مى گرداند و با چرخش توربینها که به ژنراتور متصل اند، برق تولید مى شود. به این ترتیب، انرژى تولید شده در اثر شکافت اورانیوم به برق تبدیل مى شود