صنعت هسته‌ای ایران از صفر تا صد (قسمت اول)

ايسنا/ برنامه هسته‌اي ايران که در سال ۱۳۲۹ آغاز شده بود در سال ۱۳۵۳ با تأسيس سازمان انرژي اتمي ايران و امضاي قرارداد ساخت نيروگاه اتمي بوشهر شکل جدي به خود گرفت. ايران در سال ۱۳۳۷ (۱۹۵۸)، به عضويت آژانس بين‌المللي انرژي اتمي درآمد و در سال ۱۳۴۷ (۱۹۶۸) پيمان عدم تکثير سلاح‌هاي هسته‌اي (ان‌پي‌تي) را امضاء کرد و دو سال بعد آن را در مجلس شوراي ملّي به تصويب رساند. در حاشيه پنجاه و يکمين مجموعه نمايشگاهي تخصصي صنعت هسته‌اي با عنوان "مسير افتخار" که آخرين دستاوردهاي سازمان انرژي اتمي در حوزه‌هاي مختلف را ارائه کرده بود با برخي از کارشناسان و متخصصان اين سازمان به گفت‌وگو نشستيم. گزارشي از اين دستاوردها و بخش‌هاي مختلف نمايشگاه صنعت هسته‌اي در دو بخش منتشر شده که بخش اول آن در ادامه آمده است. اکتشاف و استخراج اورانيوم اولين مرحله از چرخه سوخت هسته اي؛ «اکتشاف و استخراج» است. ابتداي کار روش اکتشاف روش ژئوفيزيک هوابُرد است که در اين روش به وسيله هلي‌کوپتر مناطق مشخص از پيش تعيين شده را در شبکه‌هاي معيني برداشت مي‌کنند و نقاط برداشت شده تحليل شده و مناطقي که پتانسيل بهره‌برداري اورانيوم و ماده معدني موردنظر را دارند تشخيص داده مي شوند. مرحله بعدي اکتشاف وارد مرحله تفصيلي تر شده که شامل مراحل زمين شناسي و برداشت هاي روي زمين است. ژئوفيزيک که به صورت دستي توسط زمين شناسان انجام مي‌شود و پس از آن عمليات اکتشافي که در نهايت به نتيجه رسيده و تخمين و ارزيابي ذخيره انجام مي‌گيرد. پس از تخمين و ارزيابي ذخيره نوع و عمق و عيار ماده معدني و مشخصات کلي آن تعيين مي‌شود. پس از تعيين اين موارد بحث استخراج شامل ۲ روش استخراج روباز و زيرزميني آغاز مي‌شود. زماني که عمق ماده معدني زياد باشد (۳۰۰ تا ۴۰۰ متر زير زمين) از روش‌هاي زيرزميني و زماني که عمق ماده معدني کم باشد از روش روباز پلکاني استفاده مي‌شود. در حين استخراج هم اکتشاف و شناسايي ذخاير انجام مي شود. يک سري عناصر نادر خاکي که در کنار اورانيوم اکتشاف اين عناصر هم انجام مي شود. اين عناصر استراتژيک در صنايع خودروسازي و پتروشيمي کاربردهاي زيادي داشته و اکنون انحصار بازار آن در دست چين است و چون منابع آن و امکان اکتشاف آن در ايران موجود است در حال حاضر در کنار اورانيوم استخراج آن را آغاز کرده و همچنين در حال دستيابي به تکنولوژي فرآوري آن هستيم. فرآوري اورانيوم مجتمع فرآوري اورانيوم (UCF) که کار اصلي اين کارخانه توليد سوخت نيروگاه اتمي بوشهر، اراک و تحقيقاتي تهران است. کيک زرد به عنوان خوراک اوليه به اين کارخانه آمده و در فرآيند اول در يک سري برج‌ها شستشو داده شده و با يک سري اسيدها در آن انحلال به وجود آمده و سپس خالص سازي و رسوب گيري مي شود و در نهايت محصول اوليه پودر آمونيم اورانيل کربنات يا AUC به دست مي‌آيد. در مرحله بعد AUC در رآکتور و در دماي ۷۰۰ درجه سانتيگراد حرارت ديده و تبديل به پودر دي اکسيد اورانيوم يا UO۲ مي شود. اورانيوم دي اکسيد در قسمت بعد در دماي ۴۰۰ درجه سانتيگراد حرارت ديده و خلاف جهت رآکتور گاز HF به آن زده مي شود و به تترافلورايد اورانيوم يا UF۴ يا نمک سبز تبديل مي شود. بعد از آن پودر UF۴ به رآکتور بعدي مي رود که اين رآکتور به صورت ايستاده و يک استوانه توخالي است. پودر UF۴ از بالا داخل رآکتور پاشيده شده و از پايين رآکتور گاز فلوئور يا F۹ زده مي شود. گاز به دليل سبکي بالا آمده و پودر به دليل سنگيني پايين مي‌آيد و در ميانه رآکتور و در دماي ۴۰۰ درجه پودر و گاز با هم برخورد کرده واکنش ايجاد شده و تبديل به گاز هگزافلورايد اورانيوم يا UF۶ مي‌شود که اين گاز پس از سرد کردن، جامد شده و به مجتمع غني سازي فرستاده مي شود. غني‌سازي غني سازي مهم ترين بخش صنعت هسته اي است و با استفاده از تکنولوژي غني سازي مي توان هر مقدار اورانيوم با هر درصدي را غني سازي کرد. ماشين هاي سانتريفيوژ IR: غني سازي افزايش ميزان (درصد) ايزوتوپ U۲۳۵ در يک حجم مشخص از اورانيوم است. اورانيوم طبيعي يا UF۶ با حرارت از جامد به گاز تبديل کرده و به ماشين سانتريفيوژ تزريق مي شود و چون ايزوتوپ U۲۳۸ چون سنگين تر است در ميدان گريز از مرکز در کناره هاي تيوپ و ايزوتوپ U۲۳۵ در وسط جمع مي شود و طي اين فرآيند ايزوتوپ‌هاي اورانيوم از هم جدا مي‌شوند که اين کليت کار ماشين سانتريفيوژ است. اورانيوم طبيعي داراي ۳/۰ درصد U۲۳۵ و ۹۹.۷ درصد U۲۳۸ است که به درد ما نمي خورد. با استفاده از ماشين سانتريفيوژ ۳/۰ درصد U۲۳۵ را به ۴ يا ۲۰ درصدي که در نيروگاه بوشهر نياز داريم تبديل مي کنيم. که يک ماشين به تنهايي نمي‌تواند اين کار را انجام دهد و به اين خاطر مجبور هستيم چندين ماشين را با هم سري کنيم (به هم وصل کنيم) تا بتوانيم غناي مدنظر خود را به دست بياوريم. اورانيوم طبيعي که از معدن استخراج مي شود غناي آن در حد ۷/۰ درصد است و براي استفاده در رآکتور بوشهر براي شکافت هسته اي، بايد ايزوتوپ ۷/۰ درصد U۲۳۵ را به ۳.۵ تا ۵ برسانيم؛ ۷/۰ درصد يعني از هر ۱۰۰۰ مولکول اورانيوم ۷ مولکول ايزوتوپ U۲۳۵ دارد که بايد افزايش يابد. مجتمع غني‌سازي قسمتي از زنجيره غني سازي و قسمت اصلي اين زنجيره است. هر زنجيره در مجتمع غني‌سازي، ۱۶۴ يا ۱۷۴ ماشين دارد و در حال حاضر حدود ۳۰ زنجيره غني‌سازي داريم که شامل تقريبا ۵۱۶۰ ماشين است. يک تک ماشين غناي اورانيوم را به مقدار خيلي جزئي به ايزوتوپ U۲۳۵ افزايش مي دهد که براي رسيدن به غناي موردنظر بايد از مجموعه اي از ماشين هاي طراحي شده با يک چيدمان خاص استفاده شود. توليد قرص و مجتمع سوخت اينجا آخرين مرحله از زنجيره سوخت است که پس از آن وارد فاز بهره برداري صنعتي از چرخه سوخت مي‌شود. پودر اورانيوم غني شده با ورود به مجتمع سوخت، به صورت قرص فشرده مي‌شود که ملاک آن رسيدن به چگالي ۱۰.۶ است، پس از تبديل پودر اورانيوم به قرص داخل يک غلاف از جنس زيرکونيوم قرار گرفته و همراه با درپوش و فنر تشکيل يک تکميله سوخت را مي‌دهد. اين تکميله هاي سوخت که توسط شبکه‌هاي نگهدارنده در کنار هم قرار مي گيرند يک مجتمع سوخت ميله اي را تشکيل مي دهند که در نهايت وارد قلب رآکتور شده و فرآيند شکاف انجام مي‌شود که حاصل از اين فرآيند حرارت خيلي زياد و پرتو پرقدرت است که در مورد رآکتوري مانند راکتور بوشهر که هدف آن توليد انرژي است از توليد حرارت آن استفاده مي شود که اين حرارت به قلب رآکتور منتقل مي‌شود. آب داخل قلب رآکتور به هيچ جا راه ندارد و بخار هم نمي‌شود و تا ۳۲۰ درجه دما پيدا مي کند و در يک حلقه بسته در جريان است و به دليل ۱۶۰ بار فشاري که بر روي آن است بخار نمي شود. از طريق مدار واسط دماي خود را به مدار ثانويه مي دهد، در مدار ثانويه بخار سوپرهات توليد مي‌شود و در نهايت با گردش توربين‌ها توسط اين بخار برق توليد مي شود که اين در مورد رآکتورهاي قدرت است. هدف رآکتورهاي تحقيقاتي مثل رآکتور تهران و اراک نيز توليد راديو دارو و مصارف درماني است. رآکتورهاي قدرت مولد برق بوده و رآکتورهاي تحقيقاتي براي تحقيقات هسته‌اي پايه، مطالعات کاربردي تجزيه‌اي و توليد ايزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. سيمولاتور آموزشي سيمولاتور دقيقا عين اتاق کنترل است و افرادي که در اتاق کنترل کار مي‌کنند قبلا در سيمولاتور آموزش ديده‌اند. هر کاري که در اتاق کنترل انجام مي شود و عکس‌العملي که ديده مي شود در سيمولاتور هم همين است. توليد آب سنگين آب سنگين در طبيعت به صورت مولکول دوتريوم وجود دارد به اين شکل که اگر از يک ليتر آب معمولي را به يک ميليون قسمت تقسيم کنيد از اين يک ميليون قسمت، ۱۴۶ قسمت از آن مولکول هايش مولکولهاي آب سنگين هستند يعني جرم مولکولي آنها ۲۰ است. جرم مولکولي آب معمولي ۱۸ است. روش جداسازي اينکه آب معمولي را در مجاورت گاز سولفيد هيدروژن قرار مي دهيم. اين گاز نسبت به جذب مولکول هاي آب سنگين تمايل بيشتري دارد اما کار کردن با اين گاز فوق العاده خطرناک است. به اين شکل از ۱۴۶ قسمت، ۲۰ قسمت از مولکول هاي آب را جذب اين گاز کرده و رفته رفته به آن کمک مي‌کنيم تا مولکول هايي که جذب آن شده است با سرد کردن از آن گاز مي گيريم. مولکول‌ها را در يک ظرف جمع کرده و با بالا بردن غلظت آن تا ۹۹.۹۸ درصد رسانده مي‌شود. مورد استفاده آب سنگين در رآکتور آب سنگين است چون علاوه بر تمام خواص آب طبيعي جاذب نوترون است يعني مانع از انتشار نوترون به فضاي اطراف رآکتور مي شود که اين خاصيت آب سنگين آن را مهم کرده است. رآکتورها و تاسيسات هسته‌اي رآکتورها يا تاسيسات هسته‌اي به طور کلي ۲ نوع هستند: رآکتورهاي قدرت مثل نيروگاه بوشهر که توليد برق انجام مي دهند. نوع ديگر رآکتورهايي که وظيفه اصلي آنها توليد محصولات خاص و يا انجام آزمايش‌ها و تحقيقات خاص است که رآکتور اراک از اين نوع است. بعد از بازطراحي مدرن سازي اين رآکتورها سيکل کاري آنها از ۳۰۰ روز به ۲۵۰ روز کاهش مي يابد يعني رآکتور ۵۰ روز زودتر به محصول نهايي خود مي رسد. ماهيت آب سنگين رآکتور و استفاده از D۲O که مورد مناقشه ايران و غرب بود حفظ مي‌شود. سوخت رآکتور دي اکسيد اورانيوم است و جنس غلاف ميله سوخت از زيرکونيوم به اضافه يک درصد نوبيديوم که براي استحکام آن به کار مي‌رود. يکي از مهم ترين تفاوت هايي که در بازطراحي اين راکتور صورت گرفته اينکه به جاي سوخت خام و طبيعي از سوخت غني شده با غناي ۳.۳ درصد استفاده مي شود که حاصل آن کاهش مصرف سوخت و افزايش حداکثر دماي سوخت و در نتيجه بالا رفتن ۹۰ تا ۱۰۰ برابري راندمان است. همچنين با تغييرات ديگري که در اين بازطراحي صورت گرفته راديوداروها و راديو ايزوتوپ هاي متنوع تري مثل کبالت ۶۰ توليد مي شود که اين محصولات بعدا و در ساير مراکز به عنوان راديودارو و براي درمان و تشخيص سرطان و همچنين استفاده در راديوگرافي و ساير صنايع نفتي به کار برده مي‌شود. پسمانداري صنعت هسته‌اي در چرخه سوخت هسته‌اي مرحله‌اي که اين سوخت استفاده شده و وارد مجتمع سوخت شده و در نهايت نياز به مديريت دارد پسمانداري است. پسمانداري صنعت هسته‌اي جايي است که بايد پسماند راديواکتيو حاصل از فعاليت‌هاي نيروگاه اتمي بوشهر و ساير مناطقي که اين پسماند را توليد مي‌کنند گرفته شده و مديريت شود. اين مديريت در شرکت پسمانداري صنعت هسته اي در مجموعه اي به نام سايت پسماندگاه هسته‌اي انارک اتفاق مي‌افتد که اين مجتمع شامل يک ترانشه دفن است که در حال حاضر يک پروژه با طراحي مفهومي و در فاز طراحي بوده که قرار است اين ترانشه دفن استفاده و اجرا شود. نوع خاک بايد به گونه‌اي باشد که مانع مهاجرت مواد پرتوزاي درون بشکه‌ها به محيط خاک شود که بهترين نوع براي اين کار خاک رس است که يک سبک طبيعي در مقابل حرکت مواد راديونوکلئيد بوده و نفوذناپذيري فوق العاده‌اي در برابر مهاجرت اين مواد از خود نشان مي‌دهد. اقدامات انجام شده در اين ترانشه و استفاده از لايه‌هاي مختلف خاک و سنگ براي اين بوده که از نفوذ آب ناشي از بارش‌هاي جوي و فرآيند انحلال در اثر گذشت زمان جلوگيري شود. اين يک پروژه ۷۰۰ ساله است که تمام موارد در طول مدت زمان و قرن‌ها ديده شده است که البته با استفاده از يک سري چاهک تحقيقاتي اتفاقات محيط داخل ترانشه پايش و مانيتورينگ مي‌شود و اگر نشتي راديونوکلئيد به داخل محيط خاک وجود داشته باشد و در ضخامت بشکه ها تغييري ايجاد شود توسط اين چاهک ها پايش مي‌شود و از اين طريق مي‌توان در صورت بروز هر اتفاقي چه راهکاري براي بهبود يا اصلاح آن انجام شود. اين در حالي است که تمام اين تحقيقات به اين سمت رفته که راديونوکلئيد داخل اين بشکه‎ها هيچ نوع مهاجرتي به محيط خاکي نداشته باشد. ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد