تبلیغات
The Medical Radiation Engineering - مطالب Uranium ENRICHINGغنی سازی
 
The Medical Radiation Engineering
Nuclear for peace...
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : مهدی
مطالب اخیر
آرشیو وبلاگ
نویسندگان
دوشنبه 22 اسفند 1384 :: نویسنده : Amir

غنی سازی اورانیوم

 

مقدمه

سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ 235U به مقدار 0.7 درصد و 238U ‏به مقدار 3.99 درصد تشکیل شده است. سنگ معدن را ابتدا در اسید حل کرده و ‏بعد از تخلیص فلز ، اورانیوم را بصورت ترکیب با اتم فلوئور (9F ) و بصورت مولکول ‏اورانیوم هگزا فلوراید تبدیل می‌کنند که به حالت گازی است. سرعت متوسط ‏مولکولهای گازی با جرم مولکولی گاز نسبت عکس دارد.



غنی سازی اورانیوم با دیفوزیون گازی

گراهان در سال 1864 پدیده‌ای را کشف کرد که در آن سرعت متوسط مولکولهای ‏گاز با معکوس جرم مولکولی گاز متناسب بود. از این پدیده که به نام دیفوزیون ‏گازی مشهور است برای غنی سازی اورانیوم استفاده می‌کنند. در عمل اورانیوم ‏هگزا فلوراید طبیعی گازی شکل را از ستونهایی که جدار آنها از اجسام متخلخل ‏‏(خلل و فرج دار) درست شده است عبور می‌دهند. سوراخهای موجود در جسم ‏متخلخل باید قدری بیشتر از شعاع اتمی یعنی در حدود 2.5 آنگسترم (7-‏25x10 سانتیمتر) باشد.

ضریب جداسازی متناسب با اختلاف جرم مولکولها است. روش غنی سازی ‏اورانیوم تقریبا مطابق همین اصولی است که در اینجا گفته شد. با وجود این ‏می‌توان به خوبی حدس زد که پرخرج ترین مرحله تهیه سوخت اتمی همین ‏مرحله غنی سازی ایزوتوپها است، زیرا از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی بدست می‌آید که فقط یک کیلوگرم 235U ‏خالص در آن وجود دارد. ‏

غنی سازی اورانیم از طریق میدان مغناطیسی

یکی از روشهای غنی سازی اورانیوم استفاده از میدان مغناطیسی بسیار قوی می‌باشد. در این روش ابتدا اورانیوم هگزا فلوئورید را حرارت می‌دهند تا تبخیر شود. از طریق تبخیر ، اتمهای اورانیوم و فلوئورید از هم تفکیک می‌شوند. در این حالت ، اتمهای اورانیوم را به میدان مغناطیسی بسیار قوی هدایت می‌کنند. میدان مغناطیسی بر هسته‌های باردار اورانیم نیرو وارد می کند ( این نیرو به نیروی لورنتس معروف می باشد) و اتمهای اورانیوم را از مسیر مستقیم خود منحرف می‌کند. اما هسته‌های سنگین اورانیم (238U ) نسبت به هسته‌های سبکتر (235U ) انحراف کمتری دارند و درنتیجه از این طریق می‌توان 235U را از اورانیوم طبیعی تفکیک کرد.





کاربردهای اورانیوم غنی شده

  • شرایطی ایجاد کرده اند که نسبت 235U به 238U را به 5 درصد می‌‏رساند. برای این کار و تخلیص کامل اورانیوم از سانتریفوژهای بسیار قوی استفاده ‏می‌کنند.

  • برای ساختن نیروگاه اتمی ، اورانیوم طبیعی و یا اورانیوم غنی شده بین 1 تا 5 ‏درصد کافی است.

  • برای تهیه بمب اتمی حداقل 5 تا 6 کیلوگرم 235U صد درصد خالص نیاز ‏است. در صنایع نظامی از این روش استفاده نمی‌شود و بمبهای اتمی را از 239Pu که سنتز و تخلیص شیمیایی آن بسیار ساده‌تر است تهیه ‏می‌کنند.

نحوه تولید سوخت پلوتونیوم رادیو اکتیو

این عنصر ناپایدار را در نیروگاههای بسیار قوی می‌سازند که تعداد نوترونهای ‏موجود در آنها از صدها هزار میلیارد نوترون در ثانیه در سانتیمتر مربع تجاوز ‏می‌کند. عملا کلیه بمبهای اتمی موجود در زراد خانه‌های جهان از این عنصر ‏درست می‌شود.‏ روش ساخت این عنصر در داخل نیروگاههای هسته‌ای به این صورت که ‏ایزوتوپهای 238U شکست پذیر نیستند، ولی جاذب نوترون کم انرژی هستند.


تعدادی از نوترونهای حاصل از شکست 235U را ‏جذب می‌کنند و تبدیل به 239U می‌شوند. این ایزوتوپ از اورانیوم بسیار ‏ناپایدار است و در کمتر از ده ساعت تمام اتمهای بوجود آمده تخریب ‏می‌شوند. در درون هسته پایدار 239U یکی از نوترونها خود به خود به ‏پروتون و یک الکترون تبدیل می‌شود. بنابراین تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر جدید را که 93 پروتون دارد ‏نپتونیوم می‌نامند که این عنصر نیز ناپایدار است و یکی از نوترونهای آن خود به ‏خود به پروتون تبدیل شده و در نتیجه به تعداد پروتونها یکی اضافه شده و عنصر ‏جدید پلوتونیم را که 94 پروتون دارد ایجاد می‌کنند. این کار حدودا در مدت یک هفته ‏صورت می‌گیرد.





نوع مطلب : Uranium ENRICHINGغنی سازی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
چهارشنبه 17 اسفند 1384 :: نویسنده : Amir

غنی‌سازی لیزری با قدمت سه دهه در ایران

برنامه‌های تسلیحاتی راهبردی ایران: یك ارزیابی شبكه‌ای 

MLIS است، از UF6 به عنوان مواد اولیه و تغذیه‌ای استفاده می‌كند و آن را در معرض اشعه لیزر قرار می‌دهد تا موجب شكسته شدن مواد شیمیایی نوری مولكول‌های UF6 ـ كه حاوی اورانیوم 235 هستند ـ شود. این مولكول‌ها جمع‌آوری و سپس به پودر جامد تبدیل می‌شوند. ایران همانند تلاش‌هایش برای توسعه سانتریفیوژ و فناوری عمل‌آوری مجدد، نخست كوشش كرد، برنامه تحقیق و توسعه ایزوتوپ لیزری را از آژانس بین‌المللی انرژی اتمی پنهان سازد. برنامه لیزری كه در آزمایشگاه لیزری لشكرآباد، واقع در 40 كیلومتری غرب تهران انجام می‌شود، برای نخستین بار توسط شورای مقاومت ملی ایران در 21 می 2003 افشا و علنی شد.

آژانس بین‌المللی انرژی اتمی بنا بر اعلام‌ها و اطلاعاتی كه از شورای مقاومت ملی ایران دریافت می‌كرد، در ماه می سال 2003، خواستار بازدید از آزمایشگاه لیزری مزبور شد. ایران در ابتدا داشتن هرگونه برنامه غنی‌سازی لیزری در لشكرآباد را تكذیب كرد و بعد تجهیزات غنی‌سازی لیزری در آنجا را پیش از این‌كه به آژانس بین‌المللی انرژی اتمی اجازه دهد در آگوست 2003 از لشكرآباد بازدید كند، به مركز تحقیقات هسته‌ای برای امور كشاورزی و دارویی در كرج منتقل كرد. مقامات ایرانی به هنگام بازدید كارشناسان آژانس بین‌المللی انرژی اتمی از لشكرآباد گفتند كه آزمایشگاه لشكرآباد به تحقیق تركیب لیزری و طیف‌نمایی لیزری اختصاص داشته و تكرار كردند كه هیچ‌گونه مواد هسته‌ای در آزمایش‌ها و تجارب لیزری وجود نداشته است.


اتم‌های اورانیوم 235 و اورانیوم 238 با استفاده از گاز، تركیب و سپس در معرض اشعه لیزر قرار می‌گیرند. لیزرها در فركانس‌های مختلف، تنظیم و سپس به طور انتخابی، اتم‌های اورانیوم 235 را یونیزه می‌كنند و سپس این اتم‌ها در بشقاب‌هایی كه با برق ساكن، شارژ شده‌اند، جمع‌آوری می‌شوند. شیوه جایگزین كه

سرانجام ایران در اكتبر 2003 پذیرفت كه ضمن نقض موافقتنامه تدابیر حفاظتی با استفاده از مقادیر كمی مواد هسته‌ای، اقدام به اجرای یك برنامه غنی‌سازی لیزری اعلام‌نشده كرده است.

آژانس بین‌المللی انرژی اتمی بنا بر نتایج مصاحبه‌ها با دانشمندان ایرانی، بررسی قراردادهای ایران با منابع خارجی و نیز اسناد مرتبط با تجارب و آزمایش‌های آزمایشگاهی و نمونه‌برداری‌ها از تجهیزات استفاده‌شده در تجارب و آزمایش‌های لیزری، بر این باور است كه می‌تواند عناصر اصلی اعلامیه ایران مورخ اكتبر 2003 را تایید كند.

تحقیقات ایران از سال 1975 تا 1998 درخصوص تفكیك ایزوتوپ لیزری در مركز تحقیقات و كاربرد لیزری وابسته به مركز تحقیقات هسته‌ای تهران كه بعدا به مركز تحقیقات لیزری تغییر نام داد، انجام شده‌ است. ایران بین سال‌های 1975 تا 1979 برای كار و فعالیت روی فنون تفكیك ایزوتوپ لیزری بخار اتمی و نیز فنون تفكیك ایزوتوپ لیزری مولكول‌ها با دو شركت آمریكایی قرارداد امضا كرد. تجهیزات مربوطه، فعالیت مطلوب و مناسبی نداشتند و همكاری با دو شركت مزبور با بروز انقلاب در ایران به پایان رسید. برنامه غنی‌سازی لیزری در سال 1991 به هنگامی كه مركز تحقیقات لیزری با یك مؤسسه چینی برای دریافت 50 كیلوگرم فلز اورانیوم طبیعی و تجهیزات غنی‌سازی لیزری با طراحی رسیدن به سطوح غنی‌سازی 3 درصدی، موافقتنامه‌ای را امضا كرد، احیا شد.

دانشمندان ایرانی پیش از سال 1994 كه اجرای موافقتنامه مزبور تكمیل شده بود، حدود 8 كیلوگرم از 50 كیلوگرم فلز مزبور را برای غنی‌سازی اورانیوم بر پایه مقیاس میلی‌گرم مورد استفاده قرار داده و به سطح میانگین غنی‌سازی 8 تا 9 درصدی رسیده بودند كه در یك نقطه اوج به 15 درصد نیز رسید. به هر حال، ایران پس از سال 1994، قادر به راه‌اندازی و فعال‌سازی صحیح تجهیزات مزبور نبود.

ایران در سال 1998 با مؤسسه «
D.V.Efremov» در شهر سن‌پترزبورگ مرتبط شده و این مؤسسه موافقت كرد كه تجهیزات راهنمای AVLIS را برای نصب در لشكرآباد در اختیار ایران قرار دهد. كارشناسان آژانس بین‌المللی انرژی اتمی پس از بررسی متن موافقتنامه ایران با مؤسسه نام‌برده، اعلام كردند كه تجهیزات مزبور، فاقد توانایی برای تولید 5 كیلوگرم اورانیوم غنی‌شده سطح پایین (بین 5/3 تا 7 درصدی) در سال اول بهره‌برداری از آن است. آنان همچنین نتیجه گرفتند كه تجهیزات مزبور، تنها قادر خواهد بود، مقدار بسیار كمی از تولید اورانیوم غنی‌شده سطح بالا در مقایسه با كل مقداری را كه مجموعه تجهیزات برای تولید آن تحویل ایران شده است، انجام دهد. به هر حال، مسكو در سال 2000 در واكنش به فشارهای آمریكا، ارسال تجهیزات مزبور به ایران را به تعویق انداخت و سپس در سال 2002، رسما موافقتنامه‌اش با ایران را به پایان رساند. ایران در اكتبر 2002، تصمیم گرفت تأسیسات موجود در لشكرآباد را با انتقال تجهیزات چینی‌الاصل موجود در مركز تحقیقات لیزری لشكرآباد، تكمیل كند، اما این اقدام نیز موفقیت كمی داشت. كارشناسان هسته‌ای ایران در تأسیسات لشكرآباد بین اكتبر 2002 تا ژانویه 2003، آزمایش‌ها و تجاربی را برای تولید مقادیر كمی از اورانیوم غنی‌شده تا تقریبا 1 درصد با استفاده از 22 كیلوگرم از 50 كیلوگرم فلز اورانیوم طبیعی چینی‌الاصل كه از این كشور وارد كرده بودند، انجام دادند.

با توجه به نتایج ارزیابی‌های آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، بعید به نظر می‌رسد كه برنامه غنی‌سازی لیزری ایران، تهدیدی جدی در زمینه گسترش سلاح‌های هسته‌ای باشد. حمایت خارجی از برنامه غنی‌سازی لیزری ایران از سوی منابع آمریكایی، روسی و چینی، برخلاف برنامه غنی‌سازی سانتریفیوژ ایران كه از كمك‌های خارجی گسترده از شبكه عبدالقدیرخان بهره‌مند بوده، محدود و ناقص بوده است. نكته دیگر آن‌كه، تسلط بر فناوری لیزری به طور كلی در مقایسه با تسلط بر فناوری سانتریفیوژ دشوارتر است و سرانجام این‌كه برنامه لیزری ایران، تنها توانسته است مقادیر كمی از اورانیوم غنی‌شده سطح پایین را غنی‌سازی كند. تجهیزاتی كه در این آزمایش‌ها و تجارب به كار گرفته شده‌اند، از فعالیت خارج شده و تحت نظارت آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در انبار نگهداری می‌شوند.

تهیه و ساخت سوخت
برنامه ایران برای تهیه و ساخت سوخت و تولید دانه‌های
UO2 از اورانیوم غنی‌شده سطح پایین و اورانیوم طبیعی و تولید فلز مناسب برای این دانه‌ها متمركز است. پودر UO2 غنی‌شده سطح پایین برای ساخت و تهیه سوخت رآكتور نیروگاه آب سبك با استفاده از فشار تبدیل سرامیك‌های به دست آمده جهت داشتن اندازه و شكل یكسان تراش داده می‌شوند. دانه‌ها (ساچمه‌ها) زمانی به شكل لوله‌های بلند توخالی چیده می‌شوند كه به عنوان میخ یا میله‌های سوختی شناخته شده و بعد با یك لایه فلزی كه نوعا تركیبی از زیركونیوم است، پوشش داده می‌شوند. سپس میله‌های سوختی كه به عنوان مجموعه سوختی، شناخته می‌شوند، دسته‌بندی می‌گردند. 1000 VVER كه طرح روسی دارند و در رآكتور بوشهر مورد استفاده هستند، مركب از 312 میله (كه هر كدام از آنها با تركیبی از آلیاژ زیركونیوم و نیوبیوم، پوشش داده شده‌اند) می‌باشند كه در ده ردیف در یك طرح شش گوشه‌ای چیده شده‌اند و طول آنها 5/4 متر و عرضشان 23 سانتی‌متر است؛ مجموعا 163 عدد از این مجموعه‌های سوختی، محتوای رآكتور را تشكیل می‌دهند.

توان و ظرفیت ایران برای توسعه فعالیت‌های ساخت سوخت، تدریجا شكل گرفته است. به گونه‌ای كه در سال 1984 یك شركت فرانسوی به ایران كمك كرد تا آزمایشگاه تهیه و ساخت سوخت واقع در مركز فناوری هسته‌ای اصفهان را دایر و تأسیس كند. اعلامیه‌ای كه ایران در سال 1998 به آژانس بین‌المللی انرژی اتمی داد، حاكی از آن است كه این كشور از سال 1985 تا سال 1993 در آزمایشگاه تهیه و ساخت سوخت، عملیات آزمایشگاهی داشته كه شامل روندهای مختلف كار بر دانه‌های
UO2 نظیر شكل‌دهی، تراش دادن، پوشش دادن، جوشكاری و كنترل كیفی می‌شده است.

ایران می‌گوید، در این سال‌ها، تعداد كمی از دانه‌های (ساچمه) تحت فشار و شكل داده شده را با استفاده از 50 كیلوگرم
UO2 تهیه شده كه در سال 1977 وارد كرده و معاف از تدابیر حفاظتی بوده، ساخته است. برخی از این دانه‌ها بعدا در اواخر دهه 1980 در رآكتور تحقیقاتی تهران تابانده شده و در تجارب و آزمایش‌های عمل‌آوری مجدد به كار گرفته شده‌اند كه در اكتبر 2003 توسط ایران به آژانس بین‌المللی انرژی اتمی اطلاع داده شده است.

ایران تا زمانی كه تهران در فوریه 2003، برنامه غنی‌سازی سانتریفیوژ را به آژانس بین‌المللی انرژی اتمی اعلام كرد، هیچ علاقه‌ای به توسعه ظرفیت و توان مهم‌تر جهت تهیه سوخت نشان نداد. ایران در می 2003، به آژانس بین‌المللی انرژی اتمی اطلاع داد كه قصد دارد، ساخت یك كارخانه تولید سوخت تجاری در اصفهان را تا پیش از پایان این سال آغاز و بنا بر برنامه تهیه‌شده قبلی، آن را در سال 2007 تكمیل كند. اعلامیه ایران، حاكی از این مطلب بود كه كارخانه تولید سوخت تجاری برای تولید دانه‌های سوختی UO2 طبیعی و غنی‌شده سطح پایین جهت تأمین نیازهای سوختی سالانه رآكتور نیروگاه هسته‌ای بوشهر و رآكتور تحقیقاتی آب سنگین 40 مگاواتی 40 IR طراحی شده است. به هر حال، تأخیرهای اجتناب‌ناپذیری در ساخت كارخانه مزبور به وجود آمده و لذا هنوز در مرحله طرح قرار دارد. اگرچه كارخانه تولید سوخت تجاری ممكن است، بتواند مقدار كافی از سوخت UO2 طبیعی برای رآكتور تحقیقاتی آب سنگین 40 مگاواتی 40 IRتا پیش از زمانی كه این رآكتور برای فعال شدن در سال 2014 تولید كند، ولی بعید است كه بتواند برای سال‌های طولانی، دانه‌های سوختی UO2 به مقدار كافی برای تأسیسات نیروگاه اتمی بوشهر، تولید كند.

چین نیز به عنوان بخشی از قرارداد اصلی سال 1990 برای ساخت تجهیزات تبدیل اصفهان موافقت كرد، تا یك كارخانه تولید زیركونیوم بسازد. این كارخانه برای تولید حدود 10 تن لوله با آلیاژ زیركونیوم در سال طراحی شده و این مقدار لوله برای رفع نیازهای یك سال نیروگاه هسته‌ای بوشهر، كافی است. وقتی چین در سال 1997 برای پایان دادن به فعالیت‌ ایران در زمینه تجهیزات تبدیل موافقت نمود، آمریكا توافق كرد كه كارخانه زیركونیوم از سوی چین به ایران داده شود زیرا این كارخانه، تهدیدی جدی در زمینه گسترش سلاح‌های هسته‌ای به شمار نمی‌رفت. به این ترتیب، تجهیزات این كارخانه با ماشین ابزارهای چینی تكمیل شده و اینك آزمایش‌های راه‌اندازی آن، در حال انجام است.

هرچند مقامات هسته‌ای ایران اعلام كردند كه فلز زیركونیوم در دو ماه اول از سال 2005 در حد انبوه تولید خواهد شد، ولی كارخانه تولید زیركونیوم هنوز تا تولید كامل، چند سال فاصله دارد. در عین حال، كاركنان در این كارخانه در حال انجام ریخته‌گری لوله‌های مورد نیاز برای میله‌های سوختی با استفاده از آلومینیوم هستند. به هر حال، حتی وقتی ایران بتواند مقادیر كافی از دانه‌های (ساچمه)
UO2 غنی‌شده سطح پایین و زیركونیوم تولید كند، مشخص نیست كه آیا روسیه فناوری طراحی و تولید و تهیه و ساخت سوخت 1000 VVER برای رآكتور بوشهر را به ایران خواهد داد یا خیر! بنابراین، چنانچه ایران این كمك را از روسیه دریافت نكند، برای تولید سوخت جهت رآكتور بوشهر حتی به زمان طولانی‌تر نیاز خواهد داشت.

 

 





نوع مطلب : Uranium ENRICHINGغنی سازی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :


پیوندها
صفحات جانبی
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :