دوشنبه ۹ آذر ۱۳۸۳
فرآيند غني سازي اورانيوم
روش سانتريفوژ در مقياس صنعتي ابتدا در هلند دردهه ۶۰ ميلادي مورد استفاده قرار گرفت، براي اين منظور توسعه مواد با استقامت و خواص ويژه و ساخت ياطاقان هاي پيشرفته براي سانتريفوژهاي با سرعت دوراني زياد لازم مي بود
006936.jpg
به طور حتم افراد علاقه مند ي كه اخبار و مسائل علمي را پيگيري مي كنند بارها واژه غني سازي اورانيوم (uranium enrichment) را شنيده اند ولي هنوز درك ملموسي از اين پروسه نداشته به طوري كه مايلند به دانسته هاي خود بيافزايند. بايد بگوييم كه واقعاً يكي از تكنولوژيهاي پيچيده در صنعت عظيم هسته اي فرايند غني سازي اورانيوم مي باشد. در جهان فعلي كشورهاي انگشت شماري هستند كه صاحب اين تكنولوژي بوده و خدمات به كشورهايي كه عضو باشگاهاي هسته اي دنيا مي باشند ارائه مي دهند. غني سازي درواقع افزايش درصد ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ (U ۲۳۵) از ۷/۰ درصد به حدود ۴ الي ۵ درصد در مخلوط طبيعي اورانيوم است.(۱) تاريخ غني سازي اورانيوم از جنگ جهاني دوم آغاز مي شود، به عنوان مثال غني سازي به وسيله سانتريفوژ حدوداً ۴۰ سال پيش توسط فردي آلماني به نام زيپه(۲) طراحي شد. البته از فرايندهاي ديگري مانند الكترومغناطيسي، پخش گازي، شيميايي و فتوشيميايي هم براي غني سازي استفاده شد و بعضي از اين روشها خيلي سريع توسعه پيدا كردند. حال بايد ديد چرا بحث غني سازي اورانيوم در صنعت هسته اي مطرح شده و اكنون به عنوان يكي از تكنولوژيهاي اساسي و موردنياز در صنعت هسته اي جهان مطرح است. در پاسخ اين سؤال بايد گفت كه شركتهاي توليد كننده انرژي برق براي تهيه سوخت راكتورهاي نيروگاههاي هسته اي بخصوص راكتورهاي آب سبك(۳) PWR و(۴) BWR نياز به اورانيوم غني شده دارند زيرا در محفظه راكتور(۵) اين نيروگاه ها احتمال شكافت اتم اورانيوم ۲۳۵ به وسيله نوترونهاي حرارتي بسيار زيادتر از احتمال ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۸ مي باشد، بنابراين اگر مقدار اورانيوم ۲۳۵به مقدار طبيعي آن يعني ۷۵/۰ درصد باشد نمي تواند واكنش خودنگهدار زنجيره اي به وجود آورد پس بايد با غني سازي اورانيوم به عنوان سوخت نيروگاههاي هسته اي درصد مقدار ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ را به حدود ۴ الي ۵ درصد برسانيم تا احتمال شكافت به وسيله نوترون را افزايش داده و در نتيجه مقدار انرژي كه از هرشكافت آزاد مي شود را به وسيله خنك كننده كه در اين راكتورها آب معمولي(۶) مي باشد برداشت كنيم.
حال با توضيحات فوق پروسه غني سازي به صورت مختصر شرح داده مي شود. دو روش سانتريفوژ و پخش گازي پايه صنعتي غني سازي در كل جهان مي باشند كه البته با توجه به گسترش موضوع سعي شده كه در اين مقاله در مورد روش سانتريفوژ صحبت شود.
روش سانتريفوژ در مقياس صنعتي ابتدا در هلند دردهه ۶۰ ميلادي مورد استفاده قرار گرفت، براي اين منظور توسعه مواد با استقامت و خواص ويژه و ساخت ياطاقان هاي پيشرفته براي سانتريفوژهاي با سرعت دوراني زياد لازم مي بود. در آلمان وانگلستان نيز اين روش توسعه يافت و در سال ،۱۹۷۰ سه كشور آلمان، هلند و انگلستان شركت URENCO را براي توسعه اين فرآيند و عرضه سرويس غني سازي به بازار بين المللي تشكيل دادند. اين فرآيند در دهه ۸۰ در كشورهاي آمريكا، فرانسه، ژاپن، استراليا و چند كشور ديگر نيز به كار گرفته شده است. البته بايد يادآوري كرد كه استفاده از سانتريفوژ براي جداسازي مواد با جرم هاي ويژه مختلف از صد سال پيش شروع شده است ولي در آن زمان بحث غني سازي اصلاً مطرح نبود، به طوري كه از سال ۱۹۱۹ ميلادي اين روش براي جداسازي ايزوتوپ گازها مورد استفاده قرار گرفت؛ تا اينكه در جنگ جهاني دوم از دستگاه سانتريفوژ براي غني سازي اورانيوم استفاده به عمل آمد. لازم به ذكر است كه غني سازي اورانيوم يكي از مراحل ۱۵ گانه چرخه سوخت هسته اي مي باشد. پس قبل از آنكه اورانيوم به مرحله غني سازي كه جزو پنجمين مرحله از چرخه سوخت هسته اي است بخواهد برسد بايد مراحلي طي شود تاگاز مورد نظر به عنوان خوراك وارد سيستم سانتريفوژ شود كه جهت روشن شدن موضوع چهار مرحله قبلي و فرآيندهاي انجام شده شرح داده مي شود.
اولين مرحله از چهار مرحله قبل از غني سازي اكتشاف معادن اورانيوم مي باشد. اورانيوم در طبيعت به صورت تركيباتي كه تعداد آنها به ۱۰۰ مي رسد و از ملكولهاي ساده تا كمپكس تشكيل شده است وجود دارد. بايد يادآوري كرد كه اورانيوم هميشه در تركيب با اكسيژن در طبيعت يافت مي شود. بزرگترين ذخاير رگه اي اورانيوم در كانادا و استراليا وجود دارد، البته كشورهاي بسياري مانند آمريكا، آفريقاي جنوبي، مراكش و من جمله ايران داراي معادن اورانيوم مي باشند كه ازمعادن بالفعل اورانيوم ايران ساغند يزد مي باشد. پس از اكتشاف و استخراج كاني هاي اورانيوم كانه آرايي و تغليظ براي تهيه كنسانتره(۷) ۸ U ۳ O (كيك زرد)(۸) در چند مرحله انجام مي شود، كيك زرد به دست آمده شامل بيش از ۷۰ درصد اورانيوم مي باشد.
روي اين كيك زرد كنترل كيفيت اندازه ذرات كنسانتره و سياليت آن انجام مي شود. سپس جهت توليد پودر UO2 ازكيك زرد (U3O8) عمليات انحلال، استخراج، رسوب گيري UC(۹) و احياء انجام مي شود و براي تبديل UO2 به UF6 (نمك سبز) با اسيد فلورئيد ريك (HF) آن را تركيب مي كنند تا UF4 به دست آيد. سپس UF4 را با گاز فلوئور فلوريناسيون مي كنند تا UF6 به دست آيد. UF6 به دست آمده در دماي پايين گازي شكل است كه خوراك دستگاه سانتريفوژ گازي است تا بدين وسيله گاز UF6 غني شود.
در سال ۱۹۳۰ سانتريفوژ با جريان همسو(Concurrent)كه در آن ماده تغذيه از درون لوله اي كه در مركز درپوش بالايي سانتريفوژ قرار دارد، وارد مي شد. مولكولهاي سبك بيشتر به اطراف محور مركزي ومولكولهاي سنگين بيشتر به طرف ديواره سوق پيدا كرده و به وسيله مجراهايي از سانتريفوژ خارج مي شوند. در جنگ جهاني دوم از اين سانتريفوژ براي غني سازي اورانيوم استفاده به عمل آمد ولي بازده كم آن موجب كنار گذاشتن اين روش شد. سانتريفوژ با جريانهاي همسو دو نقص بزرگ داشت: يكي اينكه فشار در نزديك محور مركزي پايين بود و خارج كردن مولكولهاي سبك تر (U ۲۳۵) با اشكال مواجه مي شد و ديگر اينكه بازده جداسازي اين سانتريفوژ بسيار كم بود. اين مشكلات موجب شد كه سانتريفوژ با جريانات مخالف توسعه يابد. در اين سانتريفوژ ماده تغذيه كه همان UF6 مي باشد از وسط محور چرخشي وارد شده و با حركت در طول محور و جداره در دو جهت مختلف موجب ايجاد اختلاف غلظت ايزوتوپي در طول محور مي شود. در نتيجه مي توان ايزوتوپ هاي سبك (اورانيوم ۲۳۵) و سنگين (اورانيوم ۲۳۸) را در دو انتهاي محور و در نزديك جداره سانتريفوژ برداشت كرد. چون فشار در كنار جداره زياد است بنابراين برداشت ايزوتوپ سبك تر (اورانيوم ۲۳۵) مشكلي ايجاد نمي كند. با اين نوع سانتريفوژ بازده جداسازي افزايش پيدا كرده و با ارتفاع سانتريفوژ متناسب است. اين سانتريفوژ هنوز اهميت خود را حفظ كرده و با به كار گرفتن مواد با استقامت و خواص بهتر افزايش بازده و رقابت اقتصادي آن در سطح وسيع ممكن شده است. چونكه تفاوت جرمي اورانيوم ۲۳۵ (U ۲۳۵) اورانيوم ۲۳۸ (U ۲۳۸) فقط سه نوترون مي باشد و باتوجه به اينكه وزن يك نوترون از مرتبه ۲۴- ۱۰ گرم بوده متوجه مي شويم كه تفاوت جرمي اورانيوم ۲۳۵ و اورانيوم ۲۳۸ بسيار جزئي است، به طوري كه يك دستگاه سانتريفوژ به هيچ عنوان قادر نيست تا ۴ الي ۵ درصد غني سازي انجام دهد، پس بايد فرآيند غني سازي در مراحل زيادي به صورت پشت سر هم كه آبشار (casade)ناميده مي شود انجام پذيرد تا بتوان به غناي ۴الي ۵درصد رسيد. به عنوان مثال اگر دستگاه سانتريفوژ جريان مخالفي داشته باشيم كه در هر ثانيه ۱۰۰۰ دور بتواند بزند بايد در حدود شايد ۶۰۰۰۰ (شصت هزار) دستگاه پشت سر هم كه آبشار ناميده مي شود كنار هم قرار داد تا بتوان ۴ الي ۵ درصد اورانيوم گازي شكل UF6 را غني كرد. راه اندازي يك سايت صنعتي غني سازي اورانيوم به ده ها مگاوات نيروي برق نياز دارد. تصور كنيد كه اگر استوانه چرخنده هر دستگاه سانتريفوژ بخواهد ۱۰۰۰ دور در ثانيه بزند چه مقدار بايد برق مصرف كند و همچنين خلاء داخل آن بايد بسيار مقدار بالايي داشته باشد تا تحقق چنين شرايطي فراهم شود با در نظر گرفتن اين شرايط تصور كنيد به عنوان مثال ۶۰هزار دستگاه سانتريفوژ را در كنار هم قرار دادن جهت جداسازي ايزوتوپي اورانيوم چه تكنولوژي بالايي را طلب مي كند.
شايد عده اي تصور كنند حالا اگر كشوري مثلاً توانست اورانيوم را تا ۵ درصد غني  كند كه مورد استفاده در راكتور نيروگاههاي هسته اي است حتماً خواهد توانست اورانيوم با غناي بالاتر مثلاً بالاتر از ۷۰ درصد (كه مورد استفاده در تسليحات هسته اي است) توليد كند در پاسخ به اين افراد بايد گفت كه مثال اين قضيه مانند بحث خودرو است. اگر كشوري بخواهد خودرويي با سرعت ۳۰۰ كيلومتر در ساعت توليد كند، براي اين كار، نسبت به خودرويي كه با سرعت معمولي حركت مي كند، طراحي جديدي نياز دارد. يعني نحوه اتصال سانتريفوژها تغيير مي كند و بسته به نوع و درصد غني سازي شرايط كار تغيير مي كند. در مورد ايران به فرض بپذيريم كه ايران توانسته ماشين بسازد اما اگر بخواهد ماشين با مشخصات جديدي بسازد نياز به تكنولوژي متفاوتي نسبت به قبل دارد. در مورد غني سازي ۵ درصد و بالاي آن هم به همين صورت است و ما به يك دانش فني اضافه نياز داريم؛ يعني چيز جديدي ساخته نمي شود، ولي بايد به آن موارد قبلي، بخش هاي جديد خاصي اضافه شود. بايد اين نكته يادآوري شود كه غني سازي با درصد بالا يك غني سازي ۳ تا ۵ درصدي يا بخشي از آن نيست بلكه بحث ديگري است و بايد از صفر آغاز كرد چرا كه طراحي و اتصال قطعات آن فرق دارد. شايد مثال توليد خودرو تراكتور بهتر باشد. الان داريم خودرو توليد مي كنيم و آن موقع مي خواهيم تراكتور بسازيم هرچند توليد اين دو شباهت هاي زيادي با هم دارد ولي در هر حال تراكتور با خودرو دو نوع متفاوت اند. شايد افرادي فكر مي كنند كه همه كشورهاي داراي نيروگاه هسته اي خودشان توليدكننده سوخت هسته اي مي باشند در حالي كه اصلاً اين طور نيست و داشتن نيروگاه هسته اي با داشتن تكنولوژي غني سازي دو مقوله جدا از هم مي باشند زيرا با داشتن نيروگاه هسته اي مي توان سوخت را از كشورهاي توليد كننده دريافت كرد و درواقع غني سازي يك اهرم چانه زني است البته ازنظر اقتصادي هم مي تواند داراي صرفه باشد.
رامتين راوندي
پي نوشتها:
۱-natural uranium
۲-ZIPPE
۳-Pressure Water Reactor
۴-boil water Reactor
۵- دستگاهي كه در آن يك واكنش زنجيره اي شكافت هسته اي خودنگهدار بتواند حفظ و كنترل شود.
۶- آب معمولي يا همان آب سبك، آبي مي باشد كه ئيدروژن آن داراي ايزوتوپ H ۱است.
۷- پرعيار كردن (پرعيار شدن)
۸- نوعي اكسيد اورانيوم تغليظ شده كه از آسيا كردن (تغليظ) كانه اورانيوم به دست مي آيد. اين محصول معمولاً داراي ۸۰ تا ۹۰ درصد U3O8 است.
۹- آمونيوم اورانيل كربنات

اقتصاد انرژي
قيمت كنوني نفت مانع رشد اقتصاد جهان نيست
گروهي  از پژوهشگران  صندوق  بين المللي  پول  در وين  گفتند: دست اندركاران  بازار نفت  بطور كلي  بر اين  عقيده اند كه  قيمت  كنوني  نفت  خام  مانع  رشداقتصاد جهاني  نمي شود.
اين  گروه  كه  از بخش  تحقيقات  صندوق  بين المللي  پول  به  منظور بازديد ازدبيرخانه  اوپك  به  وين  سفر كرده  است ، اعلام  داشت : اظهارات  بازيگران  اصلي صنعت  نفت ، مصرف كنندگان  و سرمايه گذاران  بزرگ  در اين  بخش  حكايت  از آن داردكه  قيمت ها حداقل  در سطوح  كنوني  به  رشد اقتصاد جهان  لطمه  وارد نخواهد كرد.
اعضاي  گروه  حقيقت  ياب  صندوق  بين المللي  پول  هفته گذشته در گفت  و گو با مقامات  دبيرخانه  اوپك  درباره  شرايط كلي  عرضه  و تقاضاي  نفت  به  بحث  وگفت  وگو پرداختند. اين  گروه  از تلاش هاي  اوپك  براي  تثبيت  بهاي  جهاني  نفت  تقدير، اما اعلام كرد، براي  ترغيب  سرمايه گذاري  جهت  بالا بردن  ظرفيت  توليد نفت  اوپك  در آينده بايد تلاش  بيشتري  انجام  گيرد. آنان  تأكيد كردند، بهاي  كنوني  نفت  خام  تا حدود زيادي  تحت  تأثير تحولات خارج  از بازار و عوامل  فني  است .
به  گفته  آنان  گرايش  پالايشگران  به  استفاده  از نفت  خام سبك  به جاي  نفت  خام سنگين  كه  به  سهولت  قابل  دسترسي  است ، يكي  از عوامل  فني  است  كه  قيمت  نفت  رامتاثر مي سازد.
حسين  سامعي  رئيس  واحد مواد خام  بخش  تحقيقات  صندوق  بين المللي  پول اظهار داشت : نفت  نيز مانند تمامي مواد اوليه  مهم  تحت  تأثير عوامل  مختلفي قرار دارد و در سطوح  مختلفي  مي تواند بر رشد اقتصادي  كشورها اثر بگذارد. وي  افزود: نوسانات  قيمت  نفت  مي تواند اقتصادهاي  ضعيف تر، به  ويژه  دركشورهاي  در حال  توسعه  را تحت  تأثير قرار دهد.
افزايش ۴۶ درصدي درآمد نفتي كشورهاي عضو اوپك
درآمد نفتي سازمان كشورهاي صادر كننده نفت (اوپك) از ژانويه تا اكتبر امسال نسبت به مدت مشابه در سال پيش چهل و شش درصد افزايش يافت.
به گزارش خبرگزاري شين هوا از ابوظبي براساس گزارش بانك صنعتي امارات عربي متحده به مدد افزايش قيمت نفت درآمد اعضاي اوپك امسال به سيصدوسي و دو ميليارد دلار مي رسد. به رغم افزايش سطح توليد يازده كشور عضو اوپك قيمت نفت خام به تازگي به بشكه اي پنجاه و پنج دلار افزايش يافت. از ماه ژانويه تا اكتبر قيمت نفت بطور متوسط سي و پنج دلار بود كه نسبت به همين مدت در سال پيش بيست و هفت درصد افزايش داشت.
طبق اين گزارش افزايش قيمت نفت بر رشد اقتصادي كشورهاي صادركننده نفت بويژه كشورهاي در حال توسعه اوپك تاثير مثبت خواهد داشت.
قيمت بالاي نفت خام همچنين موجب مي شود كشورهاي شوراي همكاري خليج فارس مازاد بودجه قابل توجهي داشته باشند.

اقتصاد
اجتماعي
سياست
سينما
علم
هنر
|  اقتصاد  |   اجتماعي  |  سياست  |  سينما  |  علم  |  هنر  |  
|   صفحه اول   |   آرشيو   |   چاپ صفحه   |