گام به گام تا تولید سوخت اتمی

سه‌شنبه 27 اردیبهشت‌ماه سال 1390

 

 

گام به گام تا تولید سوخت اتمی

گام به گام تا تولید سوخت اتمی

چرخه سوخت هسته ای شامل مراحل مختلفی است که از استخراج اورانیوم تا تولید برق را شامل می شود. چرخه سوخت هسته ای شامل فرایندهای مختلفی است که منجر به تبدیل سنگ معدن اورانیوم به سوخت مورد استفاده در نیروگاه های هسته ای می شود. مجموعه این مراحل، " چرخه سوخت هسته ای " نام گرفته است.

● مراحل هفت گانه چرخه سوخت هسته ای

۱) استخراج سنگ معدن اورانیوم، جداسازی

در این مرحله، ترکیب اکسید اورانیوم از سنگ معدن اورانیوم جداسازی می شود. این ترکیب زردرنگ، پس از تولید حالتی شبیه به کیک دارد. به همین دلیل " کیک زرد " نامیده می شود. این مراحل معمولا ً در معدن انجام می شود. در ایران این مرحله در تأسیسات " یو سی اف" اصفهان انجام می شود.

۲) تبدیل کیک زرد به اورانیوم غنی شده

در مرحله غنی سازی پس از انجام مراحل شیمیایی، کیک زرد تبدیل به گاز هگزافلورید اورانیوم ( UF ۶ ) می شود. این ماده در دمای ۳۰ درجه سانتیگراد مایع است، ولی در دمای ۴۰ درجه تبدیل به بخار شده و برای غنی سازی آماده می گردد.

همانطور که گفته شد، اورانیوم در طبیعت دارای سه ایزوتوپ است که فقط یکی از آنها قابل استفاده در نیروگاه هسته ای است. در واقع غنی سازی عبارت است از بالا بردن غلظت ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ در اورانیوم طبیعی. برای غنی سازی اورانیوم سه روش وجود دارد: روش دیفیوژن یا پخش گازی، روش سانتریفیوژ، روش میدان مغناطیسی.

در بین روشهای ذکر شده، روش استفاده از سانتریفیوژ، مقرون به صرفه تر و بهتر است. در این روش، هگزافلوراید اورانیوم پس از عبور از حدود ۱۶۰ سانتریفیوژ به غنای حدود ۴ درصد که برای سوخت نیروگاه هسته ای مورد نیاز است، می رسد.

۳) تبدیل UF ۶ به اکسید اورانیوم: پس از این که گاز هگزافلوراید اورانیوم به غنای مورد نیاز رسید، در مراحلی تبدیل به دی اکسید اورانیوم ( UO ۲ ) می شود. این ماده جامد است و حالت سرامیکی دارد. در این مرحله این ماده به صورت حبه های سوخت در می آید. از آنجایی که سوخت نیروگاه حتماً باید به شکل میله درآید تا بتواند برای تولید انرژی در راکتور قرار داده شود، حبه های سوخت بر روی میله هایی تعبیه می شوند که میله های سوخت نامیده می شوند.

۴) انتقال میله های سوخت به نیروگاه:

مواد رادیواکتیو موادی خطرناک هستند و باید در تمام مراحل چرخه سوخت مسائل ایمنی مدنظر قرار گیرد. یکی از مراحل بسیار حساسی که می تواند خطرساز باشد، مرحله نقل و انتقال سوخت به نیروگاه است. به همین منظور میله های سوخت داخل محفظه های عایق بندی شده قرار داده می شود تا از بروز هر گونه حادثه ای مانند انفجار، سوختن و سایر حوادث جلوگیری شود.

۵) مصرف سوخت و تولید انرژی:

در این مرحله، میله های سوخت در داخل راکتور تعبیه می شوند تا در اثر واکنش شکافت، انرژی تولید کنند. این انرژی که به صورت گرمای بسیار زیاد است، به آب منتقل و سبب تبخیر آب می شود. بخار تولید شده، توربینها را به حرکت درآورده و به این ترتیب، برق تولید می شود.

بسته به درصد غنای اورانیوم مورد استفاده، از یک تا سه سال می توان از میله های سوخت در راکتور استفاده کرد و تا این مدت نیاز به تعویض میله ها نیست. یک نیروگاه هسته ای به طور متوسط در هر سال حدود ۳۰ تن اورانیوم مصرف می کند. بنابراین پیش از آغاز به کار نیروگاه، باید حداقل ۱۲ تن اورانیوم غنی شده آماده باشد. پس از ۳ سال، سوخت مصرف شده از نیروگاه خارج می شود. برای این عمل، باید راکتور به حالت خاموشی موقت درآید.

۶) انبار کردن سوخت:

پس از استفاده از اورانیوم غنی شده در راکتور، سوخت مصرف شده باید تا چند ماه در نیروگاه انبار شود. این عمل سبب می شود برخی از پسماندها که به شدت رادیواکتیو و فعال هستند، در اثر شکافت هسته ای به طور خود به خود از بین بروند. به این مرحله، مرحله سرد شدن می گویند.

۷) انتقال سوخت مصرف شده به تأسیسات باز فرآوری:

در این روند سه مؤلفه مهم از هم جدا می شوند: اورانیوم تهی شده، پلوتونیوم ۲۳۹، زباله های هسته ای.

اورانیوم تهی شده در واقع اورانیومی است که تعداد ایزوتوپهای مورد نیاز برای استفاده در نیروگاه در آن کم شده و به عبارت دقیقتر ،غنای آن کم شده است. با غنی سازی مجدد، می توان دوباره آن را برای مصرف در نیروگاه و تولید انرژی آماده کرد.

زباله های هسته ای گاهی برای مصارف پزشکی قابل استفاده است، اما در صورتی که غیر قابل استفاده باشد، باید به شکل محلول درآمده و با کشتی های مخصوص در ته اقیانوس ها، قسمت های غیر مسکونی در قطب ها یا در کویرهای غیر قابل سکونت دفن شوند. بشکه هایی که این مواد در آنها حمل می شود باید کاملا ً عایق بندی شده و بدون منفذ باشند تا پرتوهای رادیو اکتیو از آنها نشت نکند .


منابع :
----------------------
aftab.ir
ایران صدا
روزنامه سیاست روز
----------------------