بمب یا برق؛ مساله این است

اما برای تولید انرژی از نیروهای پنهان شده در هسته اتم باید روشی مشخص به کار برده شود. برای آغاز این فرآیند, نیازمند سوختی ویژه هستیم تا در رآکتورهای هسته ای به کار گرفته شود و سرانجام عنصر سنگینی چون اورانیوم را برای آغاز فرآیند زنجیری تولید انرژی آماده کند.
به دست آوردن این سوخت نیز نیازمند طی کردن مراحلی است که آن را چرخه سوخت می نامند و تکمیل شدن این چرخه گام مهمی در به دست آوردن توانایی ساخت رآکتورهای هسته ای به شمار می رود.
منابع معدنی اورانیوم با کمک روشهای زمین شناسی و ژئوفیزیکی شناخته می شود. در این روشها با نمونه برداری محیطی و ارزیابی های لازم منابع ذخیره اورانیوم شناسایی شده و برای استخراج آماده می شود.
این عنصر ارزشمند عمدتا در سنگهای معدنی و درکنار سایر عناصر قرار دارد و پس از بررسی ها صرفه اقتصادی استخراج آن بر مبنای درصد عنصر در آن ترکیب معدنی, مشخص می شود.
اورانیوم به طور طبیعی به شکل دو ایزوتوپ اورانیوم 238 و 235 در طبیعت یافت می شود (تفاوت ایزوتوپ ها به تفاوت تعداد نوترون ها در هسته آنها بستگی دارد).
به شکل طبیعی, در محیط کره زمین 99.28 درصد کل اورانیوم موجود به شکل ایزوتوپ 238 و تنها 71/0 درصد آن به شکل اورانیوم 235 است.
هسته اتم اورانیوم 235 آماده است تا با از دست دادن یک نوترون آزاد خود چرخه شکافت را آغاز کند; اما برخلاف آن هسته اورانیوم 238, بیشتر آمادگی جذب یک نوترون آزاد و تبدیل به ایزوتوپ اورانیوم 239 را دارد که یک عنصر رادیو اکتیو به شمار می رود و براساس روند طبیعی منجر به تولید پولوتونیم 239 می شود که این ایزوتوپ عنصر پلوتونیم همانند اورانیوم 235 آماده آغاز مرحله شکافت با از دست دادن یک نوترون آزاد است. روش استخراج اورانیوم با روش استخراج سایر فلزات چندان تفاوتی ندارد.
در بسیاری از جاها در معادن اورانیوم تنها بین 05/0 تا 3/0 درصد هر سنگ معدن را اکسید اورانیوم (U3O8) تشکیل داده است. مرحله مهم بعدی استخراج اورانیوم از سنگ معدن است. این کار ابتدا با سایش سنگهای معدن و یک شکل کردن آنها آغاز می شود.
سپس ذرات متحد الشکل جدید را در محلولی شیمیایی می خوابانند و محصول آن را آسیاب می کنند. در نهایت، محصولی پودر مانند تولید می شود که حاوی اورانیوم طبیعی است. این محصول پودری که اصطلاحا آن را کیک زرد می نامند، در بازارهای جهانی به عنوان اکسید اورانیوم خرید و فروش می شود.
در مرحله بعد، اکسید اورانیوم باید به ترکیبی به نام هگزا فلئورید اورانیوم تبدیل شود (UF6) این ترکیب در مرحله غنی سازی اورانیوم کاربرد دارد. این ماده در دمای طبیعی جامد است اما با افزایش دما بلافاصله به گاز تبدیل می شود.
در این ترکیب هنوز اورانیوم به صورت طبیعی وجود دارد و هنوز غنی سازی آن آغاز نشده است. در مرحله بعدی عمل غنی سازی آغاز می شود.
غلظت ایزوتوپ اورانیوم 235 در ترکیبات نهایی کمتر از میزانی است که بتواند زنجیره شکافت هسته را در قلب یک رآکتور آب سبک هسته ای آغاز کند. به همین دلیل هگزا فلئورید اورانیوم باید از این ایزوتوپ فعال و آماده واکنش غنی شود تا بتوان از آن به عنوان سوخت نیروگاه هسته ای استفاده کرد.
البته میزان این غنی سازی بر اساس نوع ابزار مورد استفاده متفاوت است; مثلا در یک رآکتور آب سبک معمولی باید این ترکیب را تا حد4 درصد غنی کرد. برای این کار روشهای گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد.
روش نفوذ گازی (Gaseous Diffusion)و سانتریفوژ گازی(Gas Centrifuge) دو مورد رایج این روشها هستند.
در روش نفوذ گازی،UF6 طبیعی در فشار بسیار بالا از میان مجموعه ای از فیلترها گذر داده می شود که این فیلترها به ترکیب UF6235 (که سبک تر از 238UF6 است) اجازه می دهد با سرعت بیشتری نسبت به 238UF6 عبور کند و در نتیجه در نهایت تعداد 238UF6 در ترکیب نهایی بالاتر می رود و غلظت اورانیوم 235 در آن بیشتر می شود.
برای انجام این روش نیازمند تعداد زیادی فیلترهای جدا کننده و همین طور هزینه بالای ساخت تجهیزات و صرف انرژی بالای الکتریکی خواهیم بود.
به همین دلیل روش دیگر که سانتریفوژ نام دارد مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. در این روش گاز UF6 با سرعت بالا روی سیلندرها وارد می شود و با عمل جدا سازی بر اساس اختلاف جزم طبیعی این دو ایزوتوپ صورت می گیرد.
با وجود این که هزینه های این روش نیز بالاست اما حداقل مصرف نیروی الکتریکی کمتری دارد و به همین دلیل نسبت به روش قبلی از مزیت اقتصادی بیشتری برخوردار است. البته روشهای جدیدی برای غنی سازی نیز معرفی شده اند، روشهایی نظیر جداسازی با کمک لیزر(AVLIS) و جداسازی ملکول لیزری(MLIS) که البته قابلیت جداسازی و غنی سازی بیشتری را هم دارند.
در مرحله بعد از غنی سازی UF6 غنی شده به دی اکسید اورانیوم UO2 تبدیل می شود و این ترکیب، شکل استوانه ای خود را طی مراحل مشخص به دست آورده و تقریبا آماده استفاده در قلب راکتورها به عنوان سوخت هسته ای می شوند.
پس از آن باید مراحل ویژه دیگری برای قابل استفاده کردن مجدد سوختهای رآکتور طی شود، تا دوباره این مواد تولید و به کار گرفته شوند و در رآکتورها به چرخه سوخت بازگردند.
پس از تولید سوخت و قرار دادن آن در سیستم چرخه کنترل شده ای از شکافت آغاز می شود که می توان از انرژی حاصل از آن در طرحهای تولید برق و نیرو استفاده کرد.
مزیت اقتصادی روش تولید برق به این روش قابل مقایسه با هیچیک از روشهای دیگر نیست ضمن این که می توان با انجام و رعایت اصول ایمنی این انرژی را بدون خطر تولید و استفاده کرد.


یک انرژی، هزار کاربرد

اما انرژی هسته ای تنها در تولید منابع انرژی کاربرد ندارد. می توان از این انرژی در پزشکی، صنایع فضایی، صنایع بهداشتی و بسیاری دیگر استفاده کرد.
بنابراین رسیدن به فناوری هسته ای الزاما به معنی دانستن چرخه سوخت به تنهایی نیست، بلکه آشنایی با مجموعه عملکردهایی که می توان با کمک آنها به دستکاری درون هسته اتمها پرداخت تا نتیجه مورد نظر خود را از آن استخراج کرد، فناوری هسته ای گفته می شود.
اما نکته ای که این روزها بشدت بر آن تاکید می شود نگرانی از استفاده غیرصلح آمیز از انرژی هسته ای است.
این فناوری انسان را قادر می سازد ا ز حجم کمی از مواد به تولید مقادیرعظیمی از انرژی بپردازد و اگر اجازه آزاد شدن این انرژی به طور غیرقابل کنترل داده شود امکان ساخت اسلحه ای قدرتمند و ویرانگر به نام سلاح هسته ای به وجود می آید که هنوز افرادی که در هیروشیما و ناکازاکی طعم آن را چشیده اند، مشغول دست و پنجه نرم کردن با عوارض آن هستند.
ولی نباید فراموش کرد این جنبه تاریک و تیره انرژی هسته ای تنها یکی از کاربردهای آن است که در مقابل هزاران کاربرد مفید دیگر قرار گرفته است.

پوریا ناظمی