روش‌های غنی‌سازی اورانیوم چیست؟

اورانیوم، این فلز رادیواکتیو با کاربردهای گسترده در حوزه انرژی هسته‌ای و صنایع نظامی، نقش مهمی در تامین انرژی و امنیت جهانی ایفا می‌کند. اما چگونه این ماده ارزشمند از دل زمین استخراج می‌شود و چه فرآیندهایی برای بهبود کیفیت و افزایش خلوص آن به کار می‌رود؟ در واقع، استخراج اورانیوم از معادن متنوع و سپس غنی‌سازی آن، مراحل حیاتی برای بهره‌برداری بهینه در رآکتورها و دیگر کاربردها به شمار می‌رود.

روش‌های مختلفی مانند سانتریفیوژ گازی، انتشار گازی و تکنولوژی‌های نوین لیزری، هر یک با مزایا و محدودیت‌های خود، در مسیر افزایش درصد اورانیوم-۲۳۵ نقش دارند. همچنین دانستن کاربردهای اورانیوم طبیعی و غنی شده، از سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای تا مصارف نظامی، اهمیت این عنصر را در زندگی روزمره و سیاست‌های بین‌المللی نشان می‌دهد. نکته‌ای که نباید فراموش کرد، نحوه ایمن نگه‌داشتن اورانیوم غنی شده و قوانین سختگیرانه بازار جهانی آن است که تحت نظارت سازمان‌های بین‌المللی قرار دارد. در این مطلب، به بررسی همه این جوانب می‌پردازیم تا تصویری کامل و دقیق از غنی‌سازی اورانیوم و جایگاه آن ارائه دهیم. با ما همراه باشید.

اورانیوم عنصری فلزی با عدد اتمی ۹۲ و نشانه شیمیایی U است که به دلیل ویژگی‌های رادیواکتیو خود، اهمیت فراوانی در صنایع هسته‌ای و انرژی دارد. این فلز نقره‌ای-خاکستری جزو خانواده آکتینیدها بوده و در طبیعت به صورت ایزوتوپ‌های مختلفی یافت می‌شود که رایج‌ترین آنها اورانیوم-۲۳۸ و اورانیوم-۲۳۵ هستند. اورانیوم-۲۳۸ بیش از ۹۹ درصد اورانیوم طبیعی را تشکیل داده و اورانیوم-۲۳۵ تنها حدود ۰.۷۲ درصد است. این ایزوتوپ‌ها به دلیل ناپایداری هسته‌ای، به مرور زمان دچار واپاشی رادیواکتیو می‌شوند و نیمه‌عمر آنها از چند صد هزار تا چند میلیارد سال متغیر است.

برای استخراج اورانیوم، از کانی‌های معدنی مانند اورانینیت استفاده می‌شود که در معادن مختلف سراسر جهان یافت می‌شود. فرآیند استخراج با سنگ‌آهن‌های حاوی اورانیوم آغاز شده و شامل خردایش، آسیاب، و عملیات شیمیایی برای استخراج اورانیوم از سنگ معدنی است. روش‌های متداول استخراج شامل معدن‌کاری روباز، زیرزمینی و استخراج محلول (in-situ leach) می‌باشند. در روش استخراج محلول، محلول شیمیایی به داخل ذخایر اورانیوم تزریق شده و اورانیوم حل شده از طریق چاه‌ها استخراج می‌شود که روشی کم‌هزینه و کم‌اثرات زیست‌محیطی است.

روش‌های غنی‌سازی اورانیوم کدامند؟

اورانیوم طبیعی به دلیل درصد پایین ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۵، برای استفاده در رآکتورهای هسته‌ای یا سلاح‌های هسته‌ای نیاز به غنی‌سازی دارد. غنی‌سازی به معنای افزایش درصد ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۵ نسبت به اورانیوم-۲۳۸ است. مهم‌ترین روش‌های غنی‌سازی اورانیوم کدامند؟ در این بخش به آنها اشاره می‌کنیم:

۱. روش سانتریفیوژ گازی

این روش رایج‌ترین و کارآمدترین فناوری غنی‌سازی است. در این فرآیند، اورانیوم به صورت گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF₆) تبدیل می‌شود و در یک سانتریفیوژ بسیار سریع چرخان قرار می‌گیرد. نیروی گریز از مرکز مولکول‌های سنگین‌تر اورانیوم-۲۳۸ را به سمت دیواره‌های سانتریفیوژ می‌فرستد و مولکول‌های سبک‌تر اورانیوم-۲۳۵ به مرکز نزدیک‌تر می‌شوند. با استفاده از مجموعه‌ای از سانتریفیوژها که به صورت سری و موازی به هم متصل شده‌اند، درصد اورانیوم-۲۳۵ در جریان گاز افزایش می‌یابد. این روش به دلیل مصرف انرژی کمتر و بازده بالاتر نسبت به روش‌های قدیمی‌تر، در صنعت غنی‌سازی غالب است.

۲. روش انتشار گازی

این روش در دهه ۱۹۴۰ و ۱۹۵۰ میلادی توسعه یافت و در آن اورانیوم هگزافلوراید به صورت گاز از یک غشای نیمه‌تراوا عبور داده می‌شود. مولکول‌های سبک‌تر اورانیوم-۲۳۵ راحت‌تر از این غشا عبور می‌کنند و بدین ترتیب جداسازی صورت می‌گیرد. اگرچه این روش در گذشته کاربرد گسترده‌ای داشته، اما به دلیل مصرف بالای انرژی و نیاز به تجهیزات بزرگ، امروزه کمتر استفاده می‌شود.

۳. روش جداسازی لیزری

این فناوری نوین و پیشرفته بر پایه استفاده از لیزرهای با طول موج‌های مشخص برای تحریک اتم‌های اورانیوم است. لیزرها اتم‌های اورانیوم-۲۳۵ را به صورت انتخابی تحریک می‌کنند و باعث می‌شوند این اتم‌ها از اورانیوم-۲۳۸ جدا شوند. این روش اقتصادی‌تر و با مصرف انرژی کمتر نسبت به سایر روش‌ها است، اما هنوز در مراحل توسعه و تجاری‌سازی قرار دارد و به صورت گسترده در صنعت به کار گرفته نشده است.

کاربردهای اورانیوم و اورانیوم غنی‌سازی شده کدامند؟

کاربردهای اورانیوم و اورانیوم غنی‌سازی شده کدامند؟ این سوالی است که در این بخش به آن پاسخ می‌دهیم. کاربردهای اورانیوم و اورانیوم غنی شده بسیار گسترده و متنوع است که بسته به میزان غنی‌سازی و نوع ایزوتوپ مورد استفاده، متفاوت می‌باشد.

کاربرد اورانیوم طبیعی

اورانیوم طبیعی عمدتاً در صنایع غیر هسته‌ای استفاده می‌شود؛ برای مثال، اورانیوم تخلیه شده (depleted uranium) که حاوی درصد بسیار پایینی از اورانیوم-۲۳۵ است، در موارد مختلفی از جمله تولید تجهیزات نظامی به دلیل چگالی بالا و خواص فلزی خاص کاربرد دارد. همچنین در ماشین‌کاری و ریخته‌گری به دلیل خصوصیات مکانیکی مناسب، به کار گرفته می‌شود.

کاربردهای اورانیوم غنی شده با غنای پایین

اورانیوم غنی شده با غنای پایین (LEU) شامل میزان اورانیوم-۲۳۵ بین ۳ تا ۵ درصد است و عمدتاً در سوخت رآکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع اورانیوم برای تولید انرژی الکتریکی در نیروگاه‌های هسته‌ای بسیار حیاتی است و در بسیاری از کشورهای جهان به عنوان منبع انرژی پایدار و پاک شناخته می‌شود.

کاربردهای اورانیوم غنی شده با غنای بالا

اورانیوم با غنای بالا (HEU) که درصد اورانیوم-۲۳۵ آن بیشتر از ۲۰ درصد است، بیشتر به منظور اهداف نظامی و ساخت سلاح‌های هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. در برخی موارد، اورانیوم با غنای بسیار بالا (بیش از ۹۰ درصد) برای ساخت کلاهک‌های هسته‌ای به کار می‌رود. استفاده از این نوع اورانیوم محدود به برنامه‌های نظامی و برخی پژوهش‌های علمی خاص است.

روش نگهداری اورانیوم غنی‌سازی شده و اورانیوم

روش نگهداری اورانیوم غنی‌سازی شده و اورانیوم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نگهداری اورانیوم، به ویژه اورانیوم غنی شده، نیازمند شرایط ویژه‌ای است تا از خطرات احتمالی ناشی از رادیواکتیویته و همچنین حفظ امنیت جلوگیری شود. اورانیوم غنی شده به دلیل افزایش درصد اورانیوم-۲۳۵، خاصیت واکنش‌پذیری بالاتری دارد و باید با دقت بیشتری محافظت شود.

نخستین نکته در نگهداری این ماده، استفاده از کانتینرهای مخصوص با پوشش‌های ضد تشعشع است که بتواند از نشت پرتوهای رادیواکتیو جلوگیری کند. این کانتینرها معمولاً از فولادهای مقاوم با پوشش‌های فلزی ویژه ساخته می‌شوند. همچنین شرایط محیطی نظیر دما، رطوبت و تهویه باید به دقت کنترل شود تا از ایجاد خوردگی و تغییرات شیمیایی جلوگیری گردد.

از سوی دیگر، نگهداری اورانیوم غنی شده باید در مکان‌های امن و تحت نظارت شدید صورت گیرد تا از هرگونه سوء استفاده یا دسترسی غیرمجاز جلوگیری شود. این مراکز معمولاً در زیرزمین‌ها یا مناطق دورافتاده با تدابیر حفاظتی بالا قرار دارند. در بسیاری از کشورها، نگهداری اورانیوم با مقررات بین‌المللی و استانداردهای سختگیرانه‌ای همراه است که شامل نظارت سازمان‌های بین‌المللی مانند آژانس بین‌المللی انرژی اتمی می‌شود.