سوخت راكتورهاي هسته اي و نياز ايران، جهت دستيابي به غني سازي اورانيوم
فناوري هسته اي
|
|
بحث استفاده از انرژي اتمي اين روزها در محافل گوناگون مورد توجه است. با توجه به اينكه استفاده از انرژي اتمي براي مقاصد علمي و اقتصادي كشور ضروري است،اصلاً مورد مناقشه نيست، در اين مقاله به امكانات بالقوه ايران براي دستيابي به علوم هسته اي نگاهي اجمالي شده است.
در راكتورهاي هسته اي از شكافت هسته اي براي توليد انرژي گرمايي استفاده مي شود. اين انرژي به وسيله توربين به انرژي مكانيكي و توسط ژنراتور به انرژي الكتريكي تبديل مي شود. بنابراين راكتورهاي هسته اي همان نقش را در نيروگاه هسته اي ايفا مي كنند كه ديگ هاي بخار در نيروگاههاي حرارتي با سوخت فسيلي به عهده دارند. تفاوت آنها در نوع سوخت است: در اولي از سوخت هسته اي و در دومي از مواد نفتي- گاز يا ذغال سنگ استفاده مي شود.
ماده اصلي سوخت راكتورهاي هسته اي اورانيوم يا تركيباتي از اين فلز است كه به علت خواصي كه در جذب نوترون و شكافت هسته اي دارد مورد استفاده قرار مي گيرد. اورانيوم به عنوان شكافت پذيرترين عنصر طبيعي توسط نوترون در جهان بسيار قابل توجه مي باشد. البته پلوتونيوم هم فلز ديگري مي باشد كه حتي از اورانيوم هم شكافت پذيرتر مي باشد اما در طبيعت وجود ندارد و از واكنش هاي هسته اي اورانيوم ۲۳۸ با نوترون به وجود مي آيد، در ضمن كار كردن با آن به علت سمي بودن بيش از اندازه فوق العاده خطرناك مي باشد. راكتورهاي آبي نظير PWR غربي و VVER روسي بيشتر مورد بحث ماست چونكه راكتور نيروگاه بوشهر از نوع VVER روسي مي باشد كه تفاوت عمده آنها با PWR غربي در مولد بخار آن مي باشد كه به شكل افقي است. سوخت اين راكتورها اورانيوم با غلظت حدود ۳ الي ۴ درصدي ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۵ مي باشد. اورانيوم از چند ايزوتوپ تشكيل شده كه ايزوتوپ ۲۳۵ آن كه تنها به ميزان ۷/۰% در اورانيوم طبيعي وجود دارد براي شكافت هسته اي مورد استفاده قرار مي گيرد. در اورانيوم طبيعي كه ازفرآيند تصفيه به دست مي آيد تنها ۷۱۱/۰ درصد ايزوتوپ U ۲۳۵ وجود دارد و بقيه آن را ايزوتوپ U ۲۳۸ و ساير ايزوتوپ ها تشكيل مي دهند. براي تهيه سوخت اغلب راكتورها از جمله راكتور بوشهر بايد درصد ايزوتوپ اوارنيو ۲۳۵را به به ۳ الي ۴ درصد رساند. به فرآيند افزايشي ايزوتوپ اورانيوم ،۲۳۵ غني سازي اورانيوم گفته مي شود. تاريخ غني سازي اورانيوم به زمان جنگ جهاني دوم برمي گردد. براي تهيه اورانيوم بسيار غني شده يعني بيش از ۹۰% كه براي ساخت سلاح اتمي مورد نياز است فرآيندهاي مختلفي از قبيل الكترومغناطيسي پخش گازي، سانتريفوژ، شيميايي و فتوشيمايي به كار گرفته شد و بعضي از آنها سريعاً توسعه يافتند. روش پخش گازي و سانتريفوژ پايه صنعتي غني سازي را در عصر حاضر در جهان تشكيل مي دهند. روش غني سازي به وسيله سانتريفوژ حدوداً ۴۰ سال پيش توسط فردي به نام زيپر آلماني طراحي شد. چون ايران هم چند سالي است كه تجربه كار با اين سيستم را دارا مي باشد سعي شده كه در مورد اين روش توضيحات بيشتري داده شود. استفاده از سانتريفوژ براي جداسازي مواد با جرمهاي مختلف مي باشد. دو نوع سانتريفوژ طراحي شد يكي با جريان همسو((Concurrent يكي هم با جريان هاي مخالف((Countercurrent.سانتريفوژ با جريان همسو به علت دو نقص بزرگ يكي اينكه فشار در نزديك محور مركزي پايين بود به طوري كه خارج كردن مولكولهاي سبك تر با اشكال مواجه مي شد و ديگر اينكه بازده جداسازي اين سانتريفوژ بسيار پايين بود كنار گذاشته شد. در سانتريفوژ با جريانات مخالف ماده تغذيه از وسط محور چرخشي وارد شده و با حركت در طول محور و جداره در دو جهت مخالف موجب ايجاد اختلاف غلظت ايزوتوپي در طول محور مي شود. در نتيجه مي توان ايزوتوپ هاي سبك و سنگين را در دو انتهاي محور و در نزديك جداره سانتريفوژ برداشت كرد، چون فشار در كنار جداره زياد است. بنابراين برداشت ايزوتوپ سبك تر مشكلي ايجاد نمي كند. اين سانتريفوژ هنوز اهميت خود را حفظ كرده و با به كار گرفتن مواد؛ استقامت و خواص بهتر افزايش بازده و رقابت اقتصادي آن در سطح وسيع ممكن شده است.
با توجه به اينكه ايران معادن بالقوه زياد اورانيوم دارد و بايد آنها را به معادن بالفعل مثل معدن اورانيوم ساغند يزد تبديل كند پس مي تواند به غني سازي هم فكر كند چون مواد اوليه آن را داراست. مانند صنعت پتروشيمي كه ماده اوليه آن را به مقدار زيادي داراست در حالي كه بايد اين موضوع را هم مدنظر داشت كه صنعت پيشرفته غني سازي يك صنعت استراتژيك براي هر كشوري مي باشد. البته اطلاعات ما در مورد معادن اورانيوم خيلي قابل اتكا نيست، مقداري كه در ساغند يزد است، سوخت يك نيروگاه MW1000 را تا چندين سال تأمين خواهد كرد. با اين حال مي توان گفت درمورد اورانيوم، مانند نفت غني نيستيم ولي فقير هم نيستيم، به طوري كه هم اكنون در حال به دست آوردن صنعت و تكنولوژي استخراج اورانيوم هستيم.با توجه به اينكه ايران در حالت ساخت يك نيروگاه ۱۰۰۰ مگاواتي مي باشد و همچنين داراي برنامه براي توسعه برنامه هسته اي خود جهت توليد برق هسته اي تا ۷۰۰۰ مگاوات در آينده مي باشد پس بايد توان غني سازي اورانيوم را داشته باشد تا در صورت عدم همكاري كشورهاي ديگر بتواند سوخت مورد نياز نيروگاههاي هسته اي خود را تأمين كند. به همين دليل جهت استخراج اورانيوم از معدن ساغند يزد ابتدا چيني ها آمدند و بعد از رفتن آنها، ايران به تنهايي اين كار را ادامه مي دهد. اين مسأله در جاي خودش هم فناوري بوده و هم در واقع يك اهرم چانه زني مي باشد. البته وجود معادن اورانيوم در داخل، مغايرتي با هزينه تهيه اورانيوم از خارج ندارد. زيرا قيمت فعلي آن بسيار پايين تر از ميزان ارزش انرژيك آن است. شمار كشورهاي مصرف كننده اورانيوم زياد نيست و توليد كنندگان آن، چندين كشور جهان سوم اند كه هيچ تأثيري بر قيمت آن ندارند و عملاً مجاني مي فروشند.
سوخت مورد نياز يك نيروگاه ۱۰۰۰ مگاواتي، حدوداً ۳۰ تن اورانيوم غني شده با غناي حدود ۴% در سال مي باشد. بايد به اين نكته توجه شود كه چون در شرايط فعلي ما امكاناتي به صورت بالفعل جهت توليد سوخت در داخل كشور نداريم هميشه بايد ترسي از اين مسأله را داشته باشيم كه روزي كشورهايي كه براي ما سوخت تهيه مي كنند ديگربا ما در اين زمينه ادامه همكاري ندهند. بنابراين بايد ايران به دنبال به دست آوردن تكنولوژي غني كردن اورانيوم باشد با توجه به اينكه مواد اوليه آن را نيز دارا مي باشد. به هر حال براي آنكه هر كشوري بتواند روي پاي خود بايستد و مستقل باشد بايد به سمت توليد فناوري و علم پيش برود و ايران هم از اين قاعده مستثني نيست.
ايران هم جهت دستيابي به تكنولوژي غني سازي اورانيوم فعاليتهايي را انجام داده كه البته در مورد دستاوردهاي غني سازي در سايت نطنز و كارخانه توليد گاز ۶UF و تبديل اورانيوم اصفهان (UCF) تبليغات زيادي صورت نگرفته است. بلكه بايد بيش از اينها از طريق تصاوير، عكس و فيلم به معرفي آنها پرداخته مي شد تا بعضي ها برداشت اشتباه و غلط نكنند زيرا كه در كشور حرفهاي تخصصي توسط افراد فاقد تخصص در اين رشته زده شده كه نه تنها نتيجه اي نداشته بلكه مقداري از اعتماد مردم نيز سلب شده است. رشد پيشرفت پروژه هاي هسته اي در چند سال اخير به نسبت از سرعت قابل قبولي برخوردار بوده است. به عنوان مثال مي توان از پروژه توليد آب سنگين اراك يا سايت نطنز نام برد به طوري كه اگر ساخته شود به تنهايي مي تواند سوخت سالانه يك نيروگاه ۱۰۰۰ مگا واتي هسته اي را كه معادل ۳۰ تن اورانيوم غني شده را تأمين كند كه دستاورد باارزشي خواهد بود. طبق گفته اي كه دكتر صالحي اعلام كرده بود يكي از فوايد رفتن به سمت غني سازي اورانيوم توسط ايران قدرت و اهرم چانه زني آن مي باشد.
در نطنز هم جهت غني كردن اورانيوم از دستگاه سانتريفوژ استفاده مي شود كه البته جهت رسيدن به توليد انبوه بايد كارهاي زيادي انجام شود،يعني فعلاً مي شود ادعا كرد كه ايران به غني سازي چند درصدي از اورانيوم دست پيدا كرده است. شايد عده اي از خود بپرسند كه آيا در حال حاضر ايران مي تواند اورانيوم را بالاتر از ۴ درصد غني كند؟در پاسخ به اين افراد بايد گفت كه به طور كل بحث غني سازي بالاي ۴ يا ۵%، بحث ديگري است و بايد كار را از صفر آغاز كرد زيرا كه طراحي و اتصال قطعات دستگاه سانتريفوژ فرق خواهد كرد، شايد براي روشن شدن موضوع بهتر است كه مثال توليد خودرو با تراكتور را مطرح نماييم. الان ايران توليدكننده خودرو مي باشد و اگر بخواهد تراكتور بسازد مسأله فرق مي كند. هر چند كه توليد اين دو شباهت هاي زيادي با هم دارند ولي به هر حال تراكتور و خودروي سواري دو نوع مختلف اند و تكنولوژي توليد آنها فرق مي كند. به هر حال ايران تا حدي مراحل فناوري مربوط به غني سازي را پشت سر گذاشته و مي تواند در حد امكان دستگاه سانتريفوژ بسازد و مشكلات آن را نيز تا حدودي حل كرده است. البته به اين مفهوم نيست كه مثلاً مي تواند هر ۵۰ هزار تا دستگاه سانتريفوژ را با هم بسازد، بلكه ابتدا تعدادي در حد ۲۰۰ تا را توليد و از آن استفاده مي كند به طوري كه كم كم مشكلات اين دستگاههاي سانتريفوژ در فرآيند سعي و خطا مشخص و حل مي شود، كما اينكه ۱۶۴ دستگاه سانتريفوژي كه در نطنز ساخته شد، مشكلات زيادي داشت و طبيعي هم هست، چون بين علم و فناوري فرق است، از نظر علمي تقريباً مشكل نداريم ولي از نظر فناوري هنوز بخشي از راه را بايد بپيمائيم. به هر حال براي اينكه به بلوغ صنعتي برسيم، بايد گام به گام پيش برويم. مثلاً در مورد دستگاه سانتريفوژ ابتدا يكي از دستگاه ها به حركت درآمد بعد سه تاي آنها و اكنون ۴۰ تاي آنها با هم كار مي كنند و مشكلات قبلي كمتر شده است، در اين مسير هيچ چاره اي نيست. چون ما قبلاً كه غني سازي نكرده بوديم، مهندسي با تجربه هم كه از خارج نياورده ايم كه بگويد چه بايد بكنيم، لذا بايد سعي و خطا اين تجربه را كسب و اشكالات آن را حل كنيم. اگر بخواهيم راه اندازي با همه ۵۰ هزار دستگاه سانتريفوژ را داشته باشيم نياز به زمان چندساله داريم تا به اين تكنولوژي پيشرفته دست پيدا كنيم كه البته توان بالايي را طلب مي كند. به هر حال غني سازي اورانيوم هم يكي از دستاوردهاي تكنولوژيكي هسته اي مي باشد كه كشورهاي عضو باشگاه هسته اي دنيا نگاه ويژه اي به اين امر دارند. اگر بخواهيم از كشورهاي در حال توسعه كه سوخت هسته اي توليد مي كنند نام ببريم مي توان به برزيل، هندوستان، پاكستان، چين و... اشاره نمود.
رامتين راوندي
|