آشنایی با غنی سازی اورانیم(2)

اورانیم طبیعی شامل سه ایزوتوپ می باشد. از آنجاییکه مقدار سومین ایزوتوپ آن به نام اورانیم- 234 بسیار ناچیز است.

معمولاً آن را مخلوطی از دو ایزوتوپ نام می برند. فقط 72/0 درصد از اورانیم طبیعی می تواند تحت واکنش شکافت قرار گیرد. این فرآیندی است که راکتورهای هسته ای از آن تولید انرژی می کند. این ایزوتوپ، اورانیم- 235 می باشد و بقیه آن ایزوتوپ اورا نیم- 238 به میزان 28/99 است. فرآیند غنی سازی به طور معمول، اورانیم- 235 موجود در اورانیم طبیعی را 5 تا 6 برابر افزایش می دهد، (البته این افزایش می تواند تا بالای 90 درصد برای مقاصد دیگری ادامه یابد).

غنی سازی طی فرآیندهای فیزیکی، معمولاً مبتنی بر تفاوت کوچکی است که در جرم اتم های اورانیم- 238 و اورانیم- 235 وجود دارد. امروزه فرآیند غنی سازی تجاری ملزم است که از اورانیم به صورت گاز استفاده کند. لذا ترکیب هگزا فلوتور اورانیم برای این منظور بسیار مناسب است. این ماده در 56 درجه سانتی گراد تحت فشار معمولی به صورت گاز است، اما این ماده به آسانی تحت فشار در سیلندرهای فولادی به صورت مایع یا جامد در می آید. برای دستیابی به اورانیم- 235 با غلظت یا غنای 5/4- 5/3 درصد مقدار زیادی از اورانیم - 238 باید از این مخلوط خارج شود (برای حصول به 5/3 درصد اورانیم- 235، حدود 80 درصد اورانیم- 238 باید خارج شود)

اکثر راکتورهای هسته ای قدرت از آب معمولی برای هر دو منظور کندکننده و خنک کننده استفاده می کنند. حالت بحرانی و کار موثر راکتورها زمانی حاصل خواهد شد که کند کننده آب معمولی بوده و سوخت هم غنی شده باشد.

روش های مهم غنی سازی عبارتند از:

- دیفیوژن گازی

- سانتریفیوژ

- لیزری

- شیمیایی

در قسمت قبل با دو روش اول و روش مغناطیسی آشنا شدیم، اما در این قسمت به دو روش دیگر که لیزری و شیمیایی نام دارند می پردازیم.

جداسازی ایزوتوپی با لیزر

فرآیندهای جداسازی لیرزی مدتی نظر و علاقه بسیاری را به خود جلب کرده بود. این روش محاسن اقتصادی قابل اهمیتی را نظیر مصرف انرژی پایین تر، سرمایه گذاری کمتر و قدرت جداسازی بیشتر (عیار کمتری از اورانیم تهی شده باقیمانده) بخود اختصاص داده بود. متأسفانه هنوز هیچ یک از این روش های لیرزی بطور تجاری مورد استفاده قرار نگرفته است. حتی فرآیند جداسازی ایزوتوپی لیزری آمریکا، علیرغم هزینه های چند میلیارد دلاری و تصور اجرای توسعه های پیشرفته در سال 1999 متوقف اعلام گردید.

در فرآیندهای لیزری، از ویژگی های فرکانس های دقیق پرتو لیرزها بهره گیری می شود. این فرکانس ها معادل انرژی های تعریف شده هستند. تعامل بین پرتو لیزر و گاز یا بخار یک عنصر یا ماده سبب تحریک یا یونیزه شدن اتم های ایزوتوپ مورد نظر در آن می شود. سپس این امکان فراهم خواهد شد که مولکول های حاوی این ایزوتوپ ها تحریک شده یا یونیزه شده با استفاده از یک فرآیند فیزیکی دیگر جدا شوند. برای مثال یک لیزر انتخاب شده با انرژی خاص ممکن است، مولکول UF8 گازی حاوی اورا نیم- 235 را به UF8 جامد با شکستن پیوند ششمین اتم فلوئور تبدیل کند. این وضعیت اجازه می دهد که UF8 از مولکول هایUF8 تغییر نایافته حاوی اتم های اورانیم- 238 جدا شوند. لذا بدین ترتیب جدا سازی ایزوتوپی محقق می گردد.

فرآیندهای جدا سازی لیزری می تواند در مورد گازها یا بخارهای اتمی یا مولکولی مورد استفاده قرار گیرد. روش AVLIS یک فرآیند لیزری اتمی است. فرآیند لیزری مولکولی SLIEX که فقط UF8 را مورد استفاده قرار می دهد، توسط استرالیایی ها ابداع شده است، با همکاری و تحت لیسانس امریکا در حال پیشرفت و توسعه می باشد. روش لیزر مولکولی نیز یک روش دیگر است. همانطور که ذکر شد تمامی این روش ها، بر اساس رفتارهای جذب نور عمل می کنند که برای هر یک از ایزوتوپ ها اختصاصی است.

غنی سازی شیمیایی

اصول غنی سازی شیمیایی مبتنی بر این واقعیت است که در برخی از فرآیندهای تبادل شیمیایی ( مثلUX+Y?UY+X)، ایزوتوپ های مختلف اورانیم کشش های متفاوتی به پیوند با ماده X یا Y را دارند. این مکانیسم می تواند براساس اختلاف های کمی که ترجیحاً در حالت های اکسیداسیون ایزوتوپ های مورد نظر در محیط یا فضاهای واکنش وجود دارد. اتفاق افتد. برای اجرا یا کاربری آن در صنعت این واکنش باید سریع و فاکتور جدا سازی برای آن (واکنش) باید قابل قبول و همچنین برگشت پذیری واکنش هم باید بسادگی قابل امکان باشد. یک واحد پایلوت در ژاپن براساس تعادل بین UO2 U در فاز آلی و در حضور یک ماده تبادل یونی ساخته شده است. در این محیط ترجیحاً اورانیم- 238 در ظرفیت 4 و اورانیم- 235 در ظرفیت 6 قرار می گیرد. تبادل کننده ایزوتوپی ظاهراً هیچ از جحیتی بین ایزوتوپ ها نمی گذارد اما در عین حال ترجیح کمی می دهد که ایزوتوپ های اورانیم شش ظرفیتی را جذب کند. بنابراین نتیجه کلی این خواهد شد که افزایش نسبی در غلظت اورانیم- 235 اتفاق خواهد افتاد. از آنجایی که فاکتور غنی سازی بسیار کوچک است (001/1 الی 0014/1) مراحل بسیار متعددی لازم است که پشت سر هم قرار گیرند. مجموع این مراحل بسیار متعدد می تواند در یک ستون که پیوسته در حال کار است با قابلیت خود احیایی واکنش بین عوامل غیرفعال احیاگر در مقیاس پایلوت توسعه یابد.

در فرانسه از تعادل بین U , U استفاده شده است. جدا سازی بین فاز آبی فاز هیدروکلریک اسید حاوی اورانیم سه ظرفیتی-238 و فاز آلی ترکیبات ارگانوفسفرها حاوی اورانیم تترا کلراید- 235 صورت می پذیرد. فاکتورغنی سازی در اینجا حدود 025/1 محاسبه شده است. این فرآیند هم هزاران مرحله پشت سر هم را نیاز دارد.

سایر روش های غنی سازی اورانیم

روش آیرودینامیک که در آن جدا سازی ایزوتوپی براساس توزیع نیروهای سانتریفیوژی که در جریان عبور گاز اورانیم هگزافلوراید همراه با گاز سبک حامل اتفاق می افت، مثل روش هلیکان در آفریقای جنوبی که نسبتاً روش هلیکان در آفریقای جنوبی که نسبتاً روش پیشرفته ای محسوب می شود، و با روش جت در برزیل که تا مدتی پیش در مرحله تحقیق و توسعه  بود. روش غنی سازی پلاسمایی هم روش دیگری است که خیلی توسعه نیافته است.

تهیه کننده: مژده اصولی