1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages

سیاست

فن‌آوری هسته‌ای؛ نگاهی به برخی اصطلاحات فنی

فن‌آوری هسته‌ای دانش تبدیل اورانیوم طبیعی به اورانیوم غنی‌شده و تهیه سوخت ‌اتمی است. حوزه‌های متنوع استفاده از این فن‌آوری از کاربرد پزشکی و کشاورزی تا ساخت مخرب‌ترین سلاح کشتار جمعی را در بر می‌گیرد.

برخی از دستاوردهای فن‌آوری هسته‌ای استفاده‌ی عام دارند و کاربرد آنها محتاج آشنا بودن با این دانش نیست. فرآیندی که منجر به استخراج سوخت هسته‌ای از سنگ اورانیوم می‌شود فرآیندی بسیار پیچیده، زمان‌بر و ظریف است که با بالاترین سطح علوم مختلف، به ویژه فیزیک سر و کار دارد.

برخی از دستاوردهای هسته‌ای می‌تواند در عقب‌افتاده‌ترین کشورهای جهان هم به کار گرفته شود (و می‌شود) بدون این‌که آحاد مردم و حتا رهبران آن جامعه کوچک‌ترین اطلاعی از این فن‌آوری داشته باشند. شاید به همین علت باشد که اصطلاح‌های فن‌آوری هسته‌ای، که در ادامه به برخی از آنها اشاره می‌شود برای عموم مفهوم نیستند.

انرژی هسته‌ای، "حق مسلم" و ناآشنای ما

تبلیغات حکومت جمهوری اسلامی در داخل کشور در یک شعار محوری خلاصه شده است که در موقعیت‌های مختلف، از نماز جمعه تا برنامه صبحگاهی دبستان، و از سخنرانی‌های دانشگاهی تا تجمع‌های روستایی تکرار می‌شود: «انرژی هسته‌ای حق مسلم ماست.» کمتر کسی است که این عبارت را فریاد کند و بداند انرژی هسته‌ای چیست، چرا حق مسلم ماست و اصولا با این "حق مسلم" چه کار می‌توان کرد.

در اسناد بین‌المللی حق استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای برای همه‌ی ملت‌ها از جمله مردم ایران محترم شمرده شده و کسی تا کنون معترض آن نبوده است.

آنچه در مورد جمهوری اسلامی مورد مناقشه است ابهام در اهداف این کشور برای استفاده از "انرژی هسته‌ای" است. توانایی تولید سوخت هسته‌ای از طریق تغییر اجزاء تشکیل دهنده‌ی اورانیوم طبیعی فرآیندی است که در ادامه‌ی خود می‌تواند به ساخت بمب اتمی بیانجامد و الزاما ارتباط مستقیمی با استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای ندارد.

بخش از تأسیسات اتمی بوشهر

بخش از تأسیسات اتمی بوشهر


شکافت هسته‌ای و آزاد شدن انرژی


هسته‌ی اتم از نوترون و پروتون تشکیل شده که جدا کردن آنها از یکدیگر به آزاد شدن انرژی حرارتی بسیار زیادی منجر می‌شود. هرچه ذرات اتم فشرده‌تر باشند ماده تشکیل شده از آنها سنگین‌تر و انرژی آزاد شده از جداسازی آنها بیشتر است.

انرژی هسته‌ای از شکافت هسته‌ی تجزیه‌پذیر اتم به دست می‌آید. این شکافت از طریق برخورد مستقیم نوترون با هسته‌ی اتم و تقسیم آن به دو پاره آغاز می‌شود. در ادامه‌ی این روند نوترون‌های دیگری آزاد شده و به نوبه‌ی خود هسته‌های دیگری را می‌شکافند.

پاره‌هایی که از شکافت هسته‌ای حاصل می‌شوند در این روند انرژی حرارتی زیادی تولید می‌کنند. مجموعه‌ی کنترل شده‌ای از این فعل و انفعالات به آزاد شدن انرژی هسته‌ای با قدرت‌های متفاوت و برای استفاده‌های مختلف منجر می‌شود.

سنگ اورانیوم و سوخت هسته‌ای

موادی هستند که برای تولید انرژی هسته‌ای به کار برده می‌شود. مشهورترین و معمول‌ترین موادی که برای این منظور به کار برده می‌شوند اورانیوم و پلوتونیوم هستند که دومی در طبیعت وجود ندارد. پسمانده سوخت راکتورهای هسته‌ای حاوی مقدار زیادی پلوتونیوم با غنای بالاست که می‌تواند تحت شرایطی در ساخت بمب اتمی به کار رود.

اورانیوم در طبیعت به شکل‌های گوناگون وجود دارد. این عنصر به میزان بسیار ناچیز در گیاهان و حیوانات نیز یافت می‌شود. اورانیومی که به عنوان سوخت هسته‌ای کاربرد دارد به صورت سنگ استخراج می‌شود. بزرگترین معدن‌های شناخته شده‌ی سنگ اورانیوم در استرالیا و پس از آن در كشورهای قزاقستان، كانادا، آفریقای جنوبی، نامیبیا، برزیل و روسیه قرار دارند.

اورانیوم دارای دو ایزوتوپ است که با "۲۳۵U" و "۲۳۸U" مشخص می‌شوند. اورانیومی که قابلیت استفاده به عنوان سوخت هسته‌ای را دارد  "یو ۲۳۵" است که حداکثر هفت دهم درصد از جرم این عنصر را تشکیل می‌دهد. آنچه به عنوان سوخت هسته‌ای در راکتورها و دیگر تاسیساتی که با انرژی اتمی کار می‌کنند استفاده می‌شود در مرحله‌ی بعدی غنی‌سازی به دست می‌آید.

تأسیسات اتمی اصفهان

تأسیسات اتمی اصفهان


غنی‌سازی اورانیوم

روندی که پس از طی مراحل مقدماتی، سرآغاز راه طولانی استفاده از اورانیوم به عنوان سوخت هسته‌ای است و گام نخست غنی‌سازی محسوب می‌شود افزایش میزان ایزتوپ‌های ۲۳۵ به یک تا ۵ درصد است. با شکاف هسته‌ی یو ۲۳۵ دو نوترون آزاد می‌شود که هر یک قادرند هسته‌ی دو اتم مشابه خود را بشکافند.

با این روند تصاعدی ایزوتوپ‌های ۲۳۵ بیشتری آزاد می‌شوند و اصطلاحا به افزایش غنای اورانیوم یا بالارفتن درجه خلوص آن (به لحاظ تغییر میزان یو ۲۳۵ ها) می‌انجامند. در این فرآیند شکاف هسته‌ای به صورت زنجیره‌ای و با سرعت زیاد ادامه می‌یابد و انرژی آزاد شده بیشتر و بیشتر می‌شود.

در تاسیسات غنی‌سازی، بسته به درصد خلوص مورد نیاز، پس از رسیدن شکاف هسته‌ای به اندازه‌ی مورد نظر این فرآیند کنترل شده و ثابت نگه داشته می‌شود. رایج‌ترین وسیله غنی‌سازی اورانیوم دستگاهی است که "سانتریفیوژ" نام دارد.

سانتریقوژ، استوانه‌ی پر خرج

سانتریفوژ استوانه‌های فلزی هستند که در مرکز آنها پره‌هایی شبیه به توربین تعبیه شده است. چرخش این پره‌ها که سرعت‌شان به یک‌صد هزار دور در ثانیه می‌رسد نیروی گریز از مرکز شدیدی ایجاد می‌کند که از آن برای تفکیک عناصر مختلف استفاده می‌شود.

سانتریفوژ از آلیاژ مخصوصی تهیه می‌شود و درون آن مواج است. بر روی سطح‌های برجسته‌ی داخل استوانه سوراخ‌های فوق‌العاده ریزی، اندکی بزرگتر از شعاع اتمی وجود دارد. اندازه‌ی این سوراخ‌های ۲/ ۵ "انگستروم" است. (هر انگستروم برابر است با یک دهم میلیونم میلیمتر).

در غنی‌سازی اورانیوم چرخش پره‌های سانتریفوژ باعث نشستن اورانیوم سنگین بر جداره‌های داخلی محفظه و جدا شدن اورانیوم سبک‌تر ۲۳۵ از آن می‌شود. این فرآیند با اتصال زنجیره‌ای چند صد استوانه که آبشارهای سانتریفوژ خوانده می‌شوند امکان‌پذیر است.

فعالیت تأسیسات اصفهان به تولید کیک زرد از اورانیوم ناخالص اختصاص دارد

فعالیت تأسیسات اصفهان به تولید "کیک زرد" از اورانیوم ناخالص اختصاص دارد


جمهوری اسلامی در بهمن ماه سال ۱۳۸۵ رسما خبر راه‌اندازی دو آبشار ۱۶۴ تایی در تاسیسات زیر زمینی نطنز را اعلام کرد. مطابق برخی گزارش‌ها مراحل آزمایش این آبشارها و تزریق گاز هگزافلورید اورانیوم (UF6) به سانتریفوژها از نیمه‌ی همان سال آغاز شده بود.

در سال‌های بعد تعداد سانتریفوژهای این مرکز به چند هزار افزایش داده شد. راه‌اندازی و نگهداری تاسیسات این بخش، به دلیل ویژگی دستگاه‌ها و پیچیدگی ساخت آنها یکی از پرهزینه‌ترین قسمت‌های چرخه‌ی سوخت هسته‌ای است.

"کیک زرد" و گاز هگزافلورید

سنگ معدن اورانیوم پیش از تبدیل شدن به گاز هگزافلورید نیز راه درازی را طی می‌کند. سنگ اورانیوم استخراج شده در طبیعت خالص نیست و معمولا به صورت ترکیبی اکسیدی، فسفاتی یا سیلیکاتی به دست می‌آید. این عنصر پس از مراحل شیمیایی و مکانیکی مشخصی به صورت پودری درمی‌آید که از آن "کیک زرد" تهیه می‌شود. تمرکز فعالیت تاسیسات هسته‌ای اصفهان بر این بخش است.

"کیک زرد" ماده‌ای است که بین ۷۰ تا ۹۰ درصد آن را اکسید اورانیوم تشکیل می‌دهد. فرآوری این ماده به گاز هگزافلورید مرحله بعدی در چرحه‌ی تهیه سوخت هسته‌ای است. این گاز مناسب‌ترین شکل عنصر اورانیوم برای تغییر میزان ایزوتوپ ۲۳۵ است.

در مرحله بعدی تغییر درصد میزان ایزوتوپ‌های ۲۳۵ تا حد مورد نیاز ادامه می‌یابد. این فرآیند می‌تواند تا حد ۵ درصد برای سوخت راکتورهای هسته‌ای متوقف شود و یا تا بالای ۹۰ درصد برای تهیه سلاح اتمی ادامه یابد.

راکتورهای آب سنگین و سبک

در صنایع هسته‌ای دو نوع اصلی راکتورهای آبی به سنگین و سبک تفکیک شده‌اند. این تقسیم‌بندی ربطی به راکتورهای برق‌ آبی ندارند که از انرژی آب برق تولید می‌کنند.

آب سنگین عنصری است که ترکیب شیمیایی آن با آب معمولی متفاوت است. در هسته‌ی آب سنگین، برخلاف هیدروژن معمولی نوترون نیز وجود دارد. آب سنگین از جداسازی چنین هسته‌هایی به دست می‌آید.

برخلاف راکتورهای آب سبک که به اورانیوم با غنای ۳/ ۵ درصد نیاز دارند در راکتورهای آب سنگین از اکسید اورانیوم غنی نشده استفاده می‌شود. ساخت و کار چنین راکتورهایی بسیار پیچیده و پرهزینه است اما حسن بزرگ آن همان بی‌نیازی به اورانیوم غنی‌شده محسوب می‌شود.

در راکتورهای آب سنگین می‌توان اکسید اورانیوم را به پلوتونیوم تبدیل کرد که به جای اورانیوم با غنای بالا در ساخت بمب اتم به کار برده می‌شود.

راکتورهای آب سنگین می‌توانند انواع مواد رادیواکتیوی را که در صنعت و پزشکی استفاده دارند تولید کنند. در ایران چنین راکتوری نزدیک اراک در حال ساخت است و تاسیسات دیگری در کنار آن کار تولید آب سنگین برای این مجموعه را بر عهده دارد.

نیروگاه‌های تحقیقاتی و تولید برق

راکتور آب سنگین می‌تواند جایگزین نیروگاه‌های تحقیقاتی بشود که به اورانیوم با غنای ۲۰ درصد نیاز دارند و مهم‌ترین تولیدات‌شان مصرف پزشکی و صنعتی دارد. نیروگاه تحقیقاتی تهران حدود چهل سال پیش با کمک آمریکا ساخته شد و سوخت آن نیز تا کنون از خارج تامین شده است.

رایج‌ترین و شناخته شده‌ترین نیروگاه‌هایی که با سوخت هسته‌ای کار می‌کنند برای تولید برق به کار گرفته می‌شوند. راکتور بوشهر که ساخت آن نیمه‌ی دوم دهه‌ی پنجاه شمسی آغاز شد و هنوز به طور کامل راه‌اندازی نشده از این گونه است. این نیروگاه‌ها با اورانیوم ۵/ ۳ تا ۵ درصد غنی شده کار می‌کنند.

در همین زمینه:

جمهوری اسلامی مهم‌ترین هدف برنامه‌های هسته‌ای خود را تامین سوخت مورد نیاز چنین نیروگاه‌هایی عنوان می‌کند. در حالی که توان و ظرفیت تولید اورانیوم با غنای پایین در ایران کفاف مصرف نیروگاه بوشهر را نمی‌دهد.

راکتورهای هسته‌ای

از سال ۸۵ که غنی‌سازی اورانیوم در تاسیسات نطنز رسما آغاز شد تا کنون ایران موفق شده حدود ۲ تا ۳ هزار کیلو گرم اورانیوم با غنای پایین تولید کند. نیروگاه بوشهر نیاز به ۸۰ هزار کیلو اورانیوم دارد که مطابق قرارداد تامین آن بر عهده روس‌هاست.

کشورهای معدودی، از جمله آلمان، فرانسه، بریتانیا، چین و روسیه قادر به غنی‌سازی اورانیوم در مقیاس صنعتی هستند که نیاز صدها راکتور هسته‌ای در کشورهای دیگر را نیز فراهم می‌کنند.

راه‌اندازی تاسیسات پرهزینه‌ی غنی‌سازی برای تولید سوخت یک یا چند نیروگاه به هیچ وجه توجیه اقتصادی ندارد.

بسیاری از کشورهایی که به لحاظ تکنیکی قادر به تولید سوخت نیروگاه‌های اتمی هستند به دلیل با صرفه‌تر بودن ترجیح می‌دهند آن را از خارج تهیه کنند. این کشورها نیازی مشخص و برنامه‌هایی شفاف مبتنی بر محاسبات اقتصادی دقیق و مرسوم دارند که هدف آن در نظر گرفتن منافع ملی است.

در غیر این صورت صرف میلیاردها دلار برای تولید داخلی سوخت یک نیروگاه که با ۵۰ میلیون دلار قابل خریداری است نمی‌تواند گامی در جهت رشد و شکوفایی باشد. با توجه به این مسائل کشورهایی مانند کره‌ شمالی و ایران به خاطر برنامه‌های هسته‌ای، هزینه‌ی سنگینی به مردم خود تحمل کرده‌اند.

چرخه کامل سوخت هسته‌ای

چرخه سوخت هسته‌ای چهار مرحله اصلی را شامل می‌شود؛ آماده سازی سنگ معدن اورانیوم، تولید و غنی‌سازی اورانیوم، تولید قرص یا میله‌هایی که قابلیت استفاده به عنوان سوخت هسته‌ای را دارا باشد، و سرانجام فرآوری پسمانده سوخت مصرف شده.

چرخه سوخت می‌تواند در مقیاس صنعتی باشد، که معدودی از کشورها، از جمله روسیه، آمریکا، فرانسه، بریتانیا و ژاپن قادر به انجام آن هستند، یا در مقیاس غیرصنعتی و آزمایشگاهی. برای غنی‌سازی در مقیاس صنعتی که منجر به تولید سوخت برای نیروگاه‌ها شود به صدها هزار سانتریفوژ و تاسیسات بسیار گسترده نیاز است که به لحاظ هزینه و فن‌آوری از امکانات بسیاری از کشورها فراتر می‌رود.

کشوری مانند کانادا با تکنولوژی هسته‌ای بسیار پیشرفته‌ای که به راحتی قادر به داشتن تمام چهار مرحله چرخه سوخت است، بیشترین فعالیت خود در مرحله اول متمرکز کرده است. این کشور در زمینه تولید سوخت نیز در کنار آمریکا یکی از مهم‌ترین تولیدکنندگان جهان محسوب می‌شود اما در ارتباط با مرحله نخست تقریبا بی‌رقیب است.

کشورهای بسیاری از جمله ارمنستان، تایلند، جمهوری چک، مکزیک، بلغارستان و مجارستان سال‌هاست از نیروگاه هسته‌ای استفاده می‌کنند بدون اینکه نیازی به غنی‌سازی اورانیوم پیدا کنند.

فن‌آوری هسته‌ای در خدمت بقای حکومت

در میان کشورهای در حال توسعه و قدرت‌های نوظهور اقتصادی، هند صاحب پیشرفته‌ترین دانش فنی هسته‌ای است اما فعالیت‌های خود را، به ویژه در مرحله چهارم، در مقیاس غیرصنعتی محدود کرده است. پس از آمریکا و روسیه به عنوان پرسابقه‌ترین و بزرگترین تولیدکنندگان سوخت هسته‌ای کشورهای دیگری از جمله بریتانیا، فرانسه، آلمان، ژاپن، کره جنوبی و سوئد قرار دارند.

نکته مهم این است که برای تولید بمب اتم نیازی به داشتن چرخه کامل سوخت هسته‌ای در مقیاس صنعتی نیست. برای این منظور ۵ تا ۶ کیلوگرم اورانیوم که غنای آن به صد در صد نزدیک شده باشد کافی است. کشورهایی مانند ایران و کره ‌شمالی که توان تولید صنعتی اورانیوم غنی شده را ندارند، به طور بالقوه قادرند اورانیوم ناچیزی را که در اختیار دارند چنان غنی‌کنند که برای تهیه چند بمب اتمی کافی باشد.

کشورهایی مانند کره شمالی، گرچه در شمار عقب‌افتاده‌ترین و فقیرترین کشورهای جهان قرار دارند، با صرف هزینه‌های سرسام‌آور تاسیسات هسته‌ای خود را توسعه می‌دهند.

تجربه‌ی چنین نمونه‌هایی نشان می‌دهد در این کشورها در اختیار داشتن فن‌آوری هسته‌ای و توانایی احتمالی ساخت بمب اتمی به عنوان تضمینی برای بقای حکومت و چانه‌زنی با قدرت‌های بزرگ جهان محسوب می‌شود.