جوان نوشت: رآکتور آب سنگین اراک چه بود و چه شد

روزنامه جوان/ متن پيش رو در جوان منتشر شده و انتشار آن به معني تاييد تمام يا بخشي از آن نيست رآکتور آب سنگين اراک از جمله پروژه‌هاي زيربنايي برنامه هسته‌اي ايران بود که کار ساخت آن از دهه 70 شمسي در خنداب اراک آغاز شد و چيني‌ها نيز با ايراني‌ها در توسعه تأسيسات آب سنگين ايران مشارکت کردند. اين تأسيسات اولين پروژه بومي ايران در رابطه با ساخت رآکتور محسوب مي‌شد و پس از مدت‌ها در اوايل سال 92 با نصب هسته آن به مرحله بهره‌برداري رسيد. اين رآکتور به دليل ماهيت آن در توليد پلوتونيوم که ماده اوليه براي ساخت تسليحات هسته‌اي محسوب مي‌شود، يکي از مهم‌ترين مسائلي بود که بين ايران و کشورهاي 5+1 مطرح شد. در اين ميان نکته جالب اينجاست که ايران به جز رژيم صهيونيستي که تأسيسات آب سنگين ديمونا را در اختيار دارد، تنها کشوري است که در زمينه توسعه اين تأسيسات فعال است. اما نکته اصلي که در اين ميان مطرح است، تغييراتي است که توافقنامه در رآکتور اراک ايجاد مي‌کند و اينکه ماهيت اين رآکتور حفظ خواهد شد. رآکتور آب سنگين چه مي‌کند؟ عملکرد مطلوب يک رآکتور هسته‌اي به‌معناي مديريت صحيح مسير و انرژي نوترون‌هاي آزادشده در جريان واپاشي عناصر راديواکتيو به‌کار رفته در جايگاه «سوخت» رآکتور است. در حقيقت اتفاقي که در رآکتورهاي هسته‌اي مي‌افتد تابش باريکه‌اي از نوترون به مواد شکافت‌پذير و سپس ادامه يافتن واپاشي اورانيوم براي توليد گرما و توليد سوخت است. در فرآيند واپاشي با جذب نوترون به ماده شکافت‌پذير، عدد اتمي سوخت اتمي افزايش يافته و بر اساس فرآيند تونل زني کوانتومي ماده سوختي به دو عنصر جديد تبديل شده که حاصل آن گرما و نوترون‌هاي جديد است. اين نوترون‌ها با برخورد به ساير اتم‌ها امکان پيشرفت روند واپاشي را فراهم مي‌کنند. به طور معمول ماده‌اي که در طبيعت بيشترين امکان به کارگيري در چنين حوزه‌اي را دارد، اورانيوم و ايزوتوپ‌هاي مختلف آن است که از معادن آن در سطح طبيعت استخراج مي‌شود. احتمال پيشرفت و تثبيت روند واپاشي زنجيره‌اي بستگي به عوامل متعددي از جمله سرعت نوترون‌هاي آزادشده در جريان واپاشي‌ها و درصد خلوص ايزوتوپ‌هاي شکافت‌پذير در سوخت رآکتور دارد. اگر بتوان سرعت نوترون‌هاي آزادشده را به‌طور مصنوعي کاهش داد، روند واپاشي زنجيره‌اي را هم مي‌توان در حد معقولي کنترل کرد. اين کار با پُر کردن فضاي بين ميله‌هاي سوخت با ماده‌اي موسوم به «آرام‌کننده نوتروني (neutron moderator) »انجام مي‌شود؛ افزودني‌اي که انرژي جنبشي نوترون‌هاي آزادشده در جريان واپاشي را تا حد قابل توجهي کاهش مي‌دهد. آب آرام‌کننده نوتروني ايده‌آلي به شمار مي‌رود، اما به‌واسطه ساختار شيميايي‌اش، در عين حال استعداد قابل توجهي براي جذب و مهار نوترون‌ها نيز دارد؛ به‌طوري‌که رفته‌رفته ديگر نوترون چنداني را براي امتداد بخشيدن به واپاشي زنجيره‌اي باقي نخواهد گذاشت. يک راه براي حل اين مسئله غني‌سازي اورانيوم است، اما راه جايگزيني هم وجود دارد که در آن مي‌توان اورانيوم خام را بدون احتياج به غني‌سازي درگير يک واپاشي زنجيره‌اي بهينه کرد؛ استفاده از آرام‌کننده نوتروني‌اي که بر خلاف آب، نوترون را جذب «نکند» مثلاً ترکيب دوتريوم اکسيد D (2) O، معروف به «آب سنگين». اين ترکيب به‌واسطه برخورداري از يک نوترون بيشتر نسبت به يک مولکول آب معمولي، آب «سنگين» ناميده مي‌شود و دقيقاً به همين‌واسطه هم تمايل کمتري به جذب نوترون دارد. در رآکتورهاي آب سنگين واکنش اورانيوم 238 به عنوان اورانيوم خام با يک نوترون در مرحله اول به توليد ايزوتوپ اورانيوم ۲۳۹ خواهد انجاميد که نيمه‌عمر آن تنها ۲۳ دقيقه و نيم است و سپس از طريق فرآيندي موسوم به «واپاشي بتا»، به ايزوتوپ نپتونيوم ۲۳۹ بدل خواهد شد. نيمه‌عمر اين ايزوتوپ نيز از دو روز و نيم تجاوز نمي‌کند و از طريق فرآيندي مشابه به ايزوتوپ پلوتونيوم ۲۳۹ با نيمه‌عمر ۲۴ هزار و ۱۰۰ سال بدل خواهد شد، ايزوتوپي که عملاً آن را مي‌توان يک ايزوتوپ پايدار ناميد. پلوتونيوم اراک چرا موجب بهانه‌گيري غرب شد اين پلوتونيوم مي‌تواند براي توليد گرما با ساير نوترون‌ها مورد استفاده قرار بگيرد يا به عنوان محصول نهايي رآکتور از پسمانده‌هاي آن استخراج شود. به عنوان مثال رآکتور ديمونا به عنوان يک رآکتور آب سنگين مي‌تواند سالانه صدها کيلوگرم پلوتونيوم توليد کند. از آنجاکه هزينه‌هاي فرآوري آب سنگين به‌عنوان يک آرام‌کننده نوتروني، بسيار کمتر از ساخت تأسيسات عريض و طويل غني‌سازي خواهد بود، ساخت رآکتورهاي هسته‌اي آب سنگين نيز در مجموع از ساخت همتاهاي آب سبکشان ساده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است. اما توليد پلوتونيوم به‌عنوان پسماند اصلي رآکتورهاي آب سنگين، بهانه‌اي براي فشار بر ايران بر سر موضوع فعاليت اين رآکتور شده است. کشورهاي غربي مدعي بودند ايران با استفاده از پسماندهاي اين رآکتور مي‌تواند در مدت کوتاهي ذخيره‌اي براي توليد پلوتونيوم فراهم کند. از اين رو رآکتور اراک تبديل به موضوعي محوري در مذاکرات ايران و غرب شد. گره کوري که فرانسوي‌ها ايجاد کردند طبق گزارشي که ايران در سال ۲۰۰۳ تسليم آژانس بين‌المللي انرژي اتمي کرد، رآکتور آب سنگين اراک با نام رسمي( IR- 40) به‌عنوان جايگزيني براي رآکتور تحقيقاتي فرسوده تهران و به‌عنوان يک مرکز مطالعاتي براي توليد ايزوتوپ‌هايي با کاربري صنعتي و پزشکي طراحي و احداث شده است. احتياج به رآکتورهاي تحقيقاتي، به‌واسطه توليد ايزوتوپ‌هايي نظير موليبدن ۹۹ که نقش تعيين‌کننده‌اي در درمان سرطان دارند، از حقوق مشروع ايران به شمار مي‌رود؛ چراکه به رغم واردات فعلي اين ماده راديواکتيو از روسيه، بخش قابل‌توجهي از آن به‌واسطه نيمه‌عمر کوتاهش (کمي بيش از دو روز) در جريان نقل و انتقالات از بين مي‌رود. نگراني غرب از رآکتور اراک ايجاد توان توليد مستقيم پلوتونيوم ۲۳۹ به‌عنوان محصول نهايي بود و در اين ميان اگر طراحي اين رآکتور به نحوي باشد که از سوخت اورانيوم غني‌شده با خلوص پايين يا به اختصار LEU استفاده مي‌کرد، آهنگ توليد پلوتونيوم آن هم به‌واسطه کاهش ناگزير غلظت آرام‌کننده نوتروني‌اش، به طرز قابل‌توجهي (تا حتي ۹۵ درصد) کاهش مي‌يافت و همين مسئله محوري‌ترين مسئله در حل رآکتور اراک بين ايران و غرب بوده است. رآکتور اراک به چه چيزي تبديل مي‌شود؟ بازطراحي يک رآکتور آب سنگين به‌طور معمول مي‌تواند از طريق کاستن از تعداد ميله‌هاي سوخت فعال در رآکتور يا تعويض قلب رآکتور و طراحي مجدد آن انجام ‌شود که هر دوي آنها هزينه‌هايي را براي ايران به همراه دارد. کاهش تعداد ميله‌هاي سوخت، افزايش تراکم حرارتي رآکتور را به دنبال دارد که در اين‌صورت بايد آهنگ پمپاژ مواد خنک‌کننده در لوله‌هاي سيستم سردسازي را به همان نسبت افزايش داد؛ امري که تعويض سيستم لوله‌کشي نيروگاه، استفاده از سيستم‌هاي نظارتي پيچيده‌تر و راهبردهاي ايمني متفاوتي نسبت به طراحي اوليه رآکتور را مي‌طلبد. از طرفي اهداف تحقيقاتي اوليه رآکتور هم مي‌تواند تحت‌الشعاع طراحي جديد آن قرار گيرد، چراکه ماهيت فرآورده‌هاي ايزوتوپي يک رآکتور (از جمله ايزوتوپ‌هايي با مصارف پزشکي) را شار نوتروني رآکتور تعيين مي‌کند و همين بازطراحي از اين مسير مي‌تواند براي ايران بسيار پرهزينه باشد. بازطراحي رآکتورهاي آب سنگين در عين حفظ ماهيتشان، عملياتي نسبتاً دشوار و بر مبناي تازه‌ترين دستاوردهاي فيزيک هسته‌اي امکانپذير خواهد بود. به‌طور کلي بازطراحي رآکتور با استفاده از عوض کردن قلب رآکتور مي‌تواند شامل يکي از اين دو گزينه يا تلفيقي از هردويشان باشد؛ کاهش غلظت ايزوتوپ‌هاي شکافت‌پذير با افزودن ناخالصي‌هايي موسوم به «سوخت پاشنده» نظير آلومينيوم خالص به سوختي با غلظت پايين براي جذب مازاد نوترون‌هاي توليدي يا اضافه کردن عناصري نظير بور، گادولينيوم يا اربيوم که به «سم سوختني» معروف است، از پيشرفت بيش از حد واپاشي زنجيره‌اي در آن جلوگيري شود. از آنجاکه در جدول مندرج در ضميمه مربوط به بازطراحي رآکتور اراک در متن برجام در مقابل گزينه «سم سوختني»، عبارت «بله؛ اگر نياز شد» آمده است، امکان اين وجود دارد که اولويت طراحان ايراني با استفاده از يک «سم غيرسوختني» براي کنترل مازاد نوترون‌ها باشد مثلاً مقادير اندکي آب سبک و اين مسئله بيش از پيش حسن نيت ايران را به طرف‌هاي خارجي اثبات مي‌کند. با اين وجود علي‌اکبر صالحي، رئيس سازمان انرژي اتمي ايران در گفت‌وگويي که از پي اعلام تفاهم لوزان با تلويزيون دولتي ايران داشت، از طرح‌هاي مفهومي بومي‌اي براي بازطراحي رآکتور اراک سخن گفت که بخش اعظمي از مذاکرات فني لوزان صرف اثبات امکانپذيريشان نزد طرف خارجي شده بود. *مهدي پورصفا