غنی‌سازی اورانیوم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
جز اورانیم-238 (آبی) و جز اورانیوم-235 (قرمز)
کانسنگ اورانیوم

غنی‌سازی اورانیوم عملی است که به‌واسطهٔ آن در یک تودهٔ اورانیوم طبیعی مقدار ایزوتوپ ۲۳۵U بیشتر شود و مقدار ایزوتوپ ۲۳۸U کم‌تر گردد. غنی‌سازی اورانیوم یکی از مراحل چرخه سوخت هسته‌ای است.

اورانیوم طبیعی (که به‌شکل اکسید اورانیوم است) شامل ۹۹٫۳‎٪ از ایزوتوپ ۲۳۸U و ‎۰٫۷‎٪ از ‎۲۳۵U است. ایزوتوپ ۲۳۵U اورانیوم قابل شکافت و مناسب برای بمب‌ها و نیروگاه‌های هسته‌ای است.

۲۳۸U باقی‌مانده را اورانیوم ضعیف‌شده می‌نامند و نوعی زباله اتمی است. به‌خاطر سختی زیاد و آتش‌گیری و ویژگی‌های دیگر از آن در ساختن گلوله‌های ضد زره استفاده می‌کنند. اورانیوم ضعیف‌شده نیز هم‌چنان پرتوزا است.

انواع اورانیوم[ویرایش]

«اورانیوم با غنای پایین» که میزان ۲۳۵U آن کم‌تر از ۲۰٪ ولی بیشتر از ‎۰/۷‎٪ است. سوخت بیشتر نیروگاه‌های هسته‌ای بین ۳ تا ۵ درصد ۲۳۵U است.


«اورانیوم با غنای بالا» که ۲۳۵U در آن بیشتر از ۲۰٪ و حتی در مواردی بیش از ۹۸٪ است و مناسب برای کاربردهای دارویی و نظامی و ساخت بمب‌های هسته‌ای است.[نیازمند منبع]

گستردگی در جهان[ویرایش]

براساس گزارش آژانس انرژی اتمی، کشورهای ایالات متحده آمریکا، روسیه، چین، فرانسه، ایتالیا، بلژیک، اسپانیا، آلمان، هلند، انگلستان، ژاپن در قالب شش سازمان قادر به غنی‌سازی اورانیوم در حدّ تجاری هستند. هند و پاکستان با درصد غنی‌سازی پایین‌تر، آرژانتین به‌صورت غیرفعال و هم‌چنین برزیل و ایران قادر به غنی‌سازی اورانیوم هستند.[۱] گمانه زنی‌هایی در مورد توانایی غنی سازی اورانیوم دراسرائیل و کره شمالی نیز وجود دارد.لیبی درسال ۲۰۰۳ پس از یک دهه، غنی سازی را متوقف کرد.[۲]

غنی سازی اورانیوم[ویرایش]

ایزوتوپهای اورانیوم می‌توانند از هم جدا شوند تا تمرکز یک ایزوتوپ بر دیگری را افزایش دهند. این فرایند غنی سازی نام دارد.

اورانیوم به رنگ سفید مایل به نقره‌ای، سنگین، فلزی و رادیواکتیو است و به رغم تصور عام، فراوانی آن در طبیعت حتی از عناصری از قبیل جیوه، طلا و نقره نیز بیشتر است. عنصر اورانیوم در طبیعت دارای ایزوتوپهای مختلف از جمله دو ایزوتوپ مهم و پایدار اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ است.

اورانیوم ۲۳۵ مهمترین ماده مورد نیاز رآکتور هسته‌ای (برای شکافته شدن و تولید انرژی) است اما مشکل کار اینجاست که اورانیوم استخراج شده از معدن ترکیبی از ایزوتوپهای مخلوط اورانیوم ۲۳۵ می‌باشد. بطوری که از این مخلوط سهم ایزوتوپ۲۳۵ حدود هفت دهم درصد است و برای کاربردی شدن آن در صنعت هسته‌ای باید غلظت ان بین ۲ تا ۵ درصد باشد و در واقع باید غنی سازی صورت گیرد.

فراوری کیک زرد و تولید هگزافلورید اورانیوم و آغاز غنی‌سازی (مرحله تبدیل و غنی‌سازی) کیک زرد در این مرحله هنوز دارای ناخالصی‌هایی است که توسط روشهای مختلف این ناخالصی‌ها کاسته شده‌است. استخراج اوانیوم از معدن و تهیه کیک زرد (مرحله فراوری سنگ معدن اورانیوم) عنصر اورانیوم در طبیعت به صورت ترکیبات شیمیایی مختلف از جمله اکسید اورانیوم، سیلیکات اورانیوم و یا فسفات اورانیوم و به صورت مخلوط با ترکیباتی از عناصر دیگر یافت می‌شود. در میان کشورهای مختلف جهان، استرالیا دارای بزرگترین معادن اورانیوم است و کشورهای قزاقستان، کانادا، آفریقای جنوبی، نامیبیا، برزیل و روسیه نیز از معادن بزرگی برخوردارند.

مواد معدنی حاوی اورانیوم با استفاده از روشهای معدن‌کاوی زیرزمینی و یا روزمینی استخراج شده و سپس طی فرایندهای مکانیکی و شیمیایی موسوم به “آسیاب کردن” و “کوبیدن” از دیگر عناصر جدا می‌شوند.

اورانیوم پس از استخراج تفکیک، کوبیده، خرد و به شکل پودر درآمده و سپس برای تولید ماده موسوم به کیک زرد استفاده قرار می‌گیرد. کیک زرد در واقع محصول فراوری سنگ معدن ارونیوم است و به ترکیباتی از اورانیوم گفته می‌شود که ناخالصی‌های معدنی آن به میزان زیادی گرفته شده و است.

حدود نیم کیلوگرم اورانیوم غنی شدهٔ به کار رفته در یک بمب هسته‌ای، برابر با چندین میلیون گالن بنزین است.

غنی سازی با دستگاه سانتریفیوژ[ویرایش]

نوشتار اصلی: مرکزگریز گازی
اتصال سری سانتریفیوژهای گازی در یک کارخانه غنی سازی در آمریکا

سانتریفوژ دستگاهی است که برای جدا سازی مواد از یکدیگر بر اساس وزن آنها استفاده می‌شود. این دستگاه مواد را با سرعت زیاد حول یک محور به گردش از محور فاصله می‌گیرند. در واقع در این روش برای جدا سازی مواد از یکدیگر از شتاب ناشی از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌گردد، کاربرد عمومی این دستگاه برای جداسازی مایع از مایع و یا مایع از جامد است. سانتریفوژهایی که برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌شود حالت خاصی دارند که برای گاز تهیه شده‌اند که به آنها Hyper-Centrifuge گفته می‌شود. پیش از آنکه دانشمندان از این روش برای غنی سازی اورانیوم استفاده کنند از تکنولوژی خاصی به نام Gaseous Diffusion به معنی پخش و توزیع گازی استفاده می‌کردند.

گردش سریع سیلندر، نیروی گریز از مرکز بسیار قوی تولید می‌کند و طی آن مولکولهای سنگینتر (آنهایی که شامل ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۸ هستند.) از مرکز محور گردش دورتر می‌گردند و با بستی سازهای ساخت قم (فردو)(اورانیوم ۲۳۵) بیشتر حول محور سانتریفوژ قرار می‌گیرند. در غنی سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و سری کنارهم قرار داده شده‌اند استفاده می‌شود.

سانتریفوژ دستگاه استوانه‌ای شکلی است که درست مثل توربین هواپیما پره‌هایی در وسط آن وجود دارد. این پره‌ها در هر دقیقه بیش از یک صد هزار گردش دارند. در نتیجهٔ این چرخش، اورانیوم سنگین روی دیواره آخری سانتریفوژ قرار می‌گیرد و اورانیوم ۲۳۵ در کنار آن می‌نشیند. باید هزاران سانتریفوژ کنار هم قرار بگیرند تا بتوانیم اورانیوم را غنی کنیم؛ یعنی با یک یا چند سانتریفوژ نمی‌توان اورانیوم را غنی کرد.

غنی سازی با لیزر[ویرایش]

در این روش با استفاده از لیزر اورانیوم‌های ۲۳۵ را باردار کرده و و با میدان مغناطیسی از هم جدا می‌کنند.

روش لیزر جهت جداسازی ایزوتوپ ها ابتدا در دوران جنگ جهانی دوم در ابتدا مورد استفاده قرار گرفت . اگر بخواهیم در بین همة روشهای غنی سازی ، این روش را مورد مقایسه قرار دهیم ، باید اذعان نمود که نسبت به دیگر روشها توفیق زیادی را بدست نیاورده است . قابلیت تنظیم طول موج در لیزرهای رنگی ، امکان استفاده از این روش را برای جدا سازی ایزوتوپ های مختلف یک عنصر ایجاد کرده است . جابجایی بینابی ایزوتوپ های هر عنصری از جمله اورانیوم ، اساس جداسازی در روش لیزر را تشکیل میدهد . دو نوع متفاوت جدا سازی با لیزر وجود دارد یکی جداسازی اتمی و دیگری جداسازی مولکولی . برای جداسازی در روش اتمی ، فرایند یونش فوتونی چند مرحله ای بکار گرفته شده و در حین این مراحل ، بخار اورانیوم با لیزرهای با طول موج متفاوت یونیزه می شود و سپس اتمهای مورد نظر به روش الکترومغناطیسی جذب خواهند گردید . علت استفادة چند مرحله ای در فرایند جداسازی اتمی ، محدودیت بازده لیزرهای رنگی قابل تنظیم می باشد . در روش جداسازی مولکولی از فرایند های فاز گازی استفاده شده و از فاز های مایع و جامد که در آنها اثر ایزوتوپی تحت تاثیر گستردگی خطوط انرژی بیناب قرار می گیرد اجتناب گردیده است .

منابع[ویرایش]

جستجو در ویکی‌انبار در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ غنی‌سازی اورانیوم موجود است.
  1. Q&A: Uranium enrichment(انگلیسی). . BBC.  Retrieved on 2009-04-09.
  2. Nuclear Overview(انگلیسی). . NTI.  Retrieved on 2009-04-09.