غنی‌سازی اورانیوم و باشگاهی که ایران را پذیرفت

پول‌نیوز، محمدهادی نظام‌پور - دانشمندان در دهه‌های گذشته روش های متعددی را برای غنی‌سازی اورانیوم، برای تولید سوخت مناسب راکتورهای هسته‌ای، آزموده‌اند. در این میان و با فناوری در اختیار امروزی تنها روش‌های انتشار گازی و فرآیند سانتریفیوژ اقتصادی ارزیابی می‌شوند. سایر متدهادر مرحله بررسی آزمایشگاهی، و شاید برای استفاده نسل‌های بعدی بایگانی شده‌اند.

در دو روش یاد شده هدف جداسازی اتم‌های اورانیوم 235 از اتم‌های اورانیوم 238، با استفاده از تفاوت فیزیکی آن‌ها است. منظور از تفاوت فیزیکی، اختلاف حدود یک درصدی در جرم اتمی این دو ایزوتوپ اورانیوم است. وجه تشابه دیگر این دو روش لزوم تبدیل اورانیوم به ترکیب هگزا فلوراید اورانیوم، به عنوان گام نخست غنی‌سازی است.

استفاده از وجه تمایزهای شیمیایی برای تفکیک این دو نوع ایزوتوپ تا کنون با موفقیت چندانی همراه نبوده است. شاید موفق‌ترین مطالعه در این زمینه، که تنها تا مرحله پایلوت پیش رفته است را بتوان فرایند "شیمکس فرانسوی" دانست. اساس این فرایند جدایش دو ایزوتوپ یاد شده بر اساس تفاوت ظرفیت اکسیداسیون و احیای آن‌ها است.

امروزه با بهره‌گیری از روش‌های فیزیکی یاد شده واحدهای غنی‌سازی بزرگی در فرانسه، آلمان، هلند، انگلستان، ایالات متحده، چین و روسیه ساخته شده و در حال فعالیت هستند. نمونه‌های کوچک‌تری از چنین واحدهایی نیز در دیگر نقاط دنیا وجود دارند.

چین یکی از کشورهای پیشرو در زمینه اجرای طرح‌های توسعه‌ای است. این کشور سعی دارد با انجام سرمایه‌گذاری مناسب نیازهای داخلی خود را به این ماده مرتفع کند. برخلاف چین، روسیه نه‌تنها با مازاد تولید مواجه است، بلکه با توجه به وضعیت بازارهای جهانی برای مازاد تولید خود مشتری کافی نیز ندارد. به همین دلیل کارخانجات تولید سوخت هسته‌ای این کشور با توان پایین‌تری نسبت به ظرفیت رسمی در حال کار هستند.

در جدول زیر کشورهای اصلی تولید کننده سوخت هسته‌ای معرفی شده‌اند. منظور از واژه سایرین نیز در این جدول برزیل، هند و ایران است که به ترتیب پایگاه‌های غنی‌سازی آن‌ها در شهرهای ریسینده، راتی‌هالی و نطنز فعال می‌باشند. واحدهای این جدول بر حسب هزار سو بر سال است.


آن‌گونه که ذکر شد هگزا فلوراید اورانیوم (UF6) خوراک اصلی کارخانجات غنی‌سازی را تشکیل می‌دهند. این ماده واسطه‌ای در واحدهای تبدیل تولید و به واحد فرآوری ارسال می‌شوند. با استفاده از فرآیندهایی هگزا فلوراید اورانیوم فرآوری شده و در نهایت به دو بخش متفاوت تقسیم می‌شود.

بخش مهم و ارزشمند تولید شده طی این پروسه حاوی مقادیر بالاتری از اورانیوم 235 است. این بخش را اصطلاحاً محصول نامیده و به عنوان سوخت راکتورهای اتمی جداسازی می‌شوند. بخش دیگر، تحت عنوان تفاله غنی‌سازی، دارای مقادیر پایین‌تری از اورانیوم 235، نسبت به ماده اولیه وارد شده به فرآیند بوده و به اصطلاح ترقیق شده است. این بخش فاقد ارزش اقتصادی است.

عیار سنجی تفاله در این فرآیند اهمیت فراوانی دارد. این مطالعه و اندازه‌گیری می‌تواند به صورت غیر مستقیم به ایجاد درک صحیح از عیار محصول منجر شود. به علاوه این اندازه گیری می‌تواند در تعیین میزان بهره‌وری کل فرایند نیز تأثیرگذار باشد.

خوراک اولیه واحد غنی‌سازی، با توجه به ویژگی عیاری ماده معدنی مورد استفاده در تولید آن مقادیر متفاوتی از اورانیوم 235 خواهد داشت. حال بحث آن که برای رسیدن به عیار مطلوب در سوخت راکتور و یا هر مصرف دیگری چه حجمی از ماده اولیه لازم خواهد شد. برای مثال اگر واحدی با  خوراک 7/0 درصد اورانیوم 235 کار کند و پس از طی فرایند این عیار در تفاله نهایی به 3/0 درصد کاهش یابد، مطمئناً واحد بهره‌وری کمتری نسبت به واحدی دارد که در شرایط یکسان عیار اورانیوم سبک به 2/0 درصد کاهش یابد.

برای تعیین میزان این بهره‌وری، و بالتبع میزان ماده خام مورد نیاز، از رابطه‌ای به نام "واحد کار جدا سازی" یا همان واژه مخفف سو (SWU) استفاده می‌شود. این پارامتر که رابطه‌ای پیچیده ساخته شده، نسبت میزان انرژی صرف گردیده در سیستم به کل اورانیوم وارد شده به فرآیند، افزایش درصد اورانیوم در بخش غنی شده (محصول) و درصد اورانیوم ترقیق شده در تفاله را نشان می‌دهد.

برای نشان دادن اهمیت این واحد می‌توان چنین مثال زد که پس از تولید یک کیلوگرم اورانیوم غنی شده با عیار 5 درصد از ماده اولیه‌ای با عیار 7/0 درصد، در واحدی با قدرت 9/7 سو، تفاله‌ای با عیار 25/0 درصد باقی خواهد ماند. اما در شرایطی مشابه و اگر کارخانه توان 9/8 سو دارد، عیار تفاله تا 2/0 درصد اورانیوم سبک کاهش می‌یابد. این امر باعث می‌شود تا عیار ماده اولیه در واحد نخست 4/10 و در واحد دوم 4/9 باشد. این تفاوت وزن در یک پروژه اقتصادی دارای اهمیت فراوان بوده و می‌تواند هزینه‌ها را بیش از حد تصور کاهش دهد.

مطالب فوق در وهله نخست نشان می‌دهد ایران توانسته است با همت دانشمندان خود در بدترین شرایط حصر اقتصادی و علمی، و صد البته در سایه درایت سیاست‌مداران و متولیان بخش هسته‌ای، موفقیتی بزرگ در امر بومی‌سازی غنی‌سازی بردارد. این به معنی تحمیل ایران به باشگاه هسته‌ای بین‌المللی است. باشگاهی که در خود را بسیار سخت به روی اعضای جدید می‌گشاید.

اما نباید نادیده انگاشت که این موفقیت می‌تواند در سایه تعامل با جهان و در شرایط پسا برجام، و برای تسهیل در دسترسی به فن‌آوری‌های نو فزاینده باشد. این صنعت پتانسیل آن را دارد تا از صنعتی صرفاً راهبردی خارج و به ابزاری برای تأمین مواد مورد نیاز کشور و به علاوه کسب سهمی از بازار جهانی و یا حداقل منطقه‌ای، تبدیل شود.