کانسارهای اورانیوم و تکامل کره زمین

[فاطمه قطب تحریری]

اورانیوم در طبیعت دارای 3 ایزوتوپ 234، 235 و 238 است.

ایزوتوپ 235 قابلیت شکافت هسته ای و تولید انرژی مناسب را دارد. برای این منظور باید میزان آن از 7 دهم درصد که در طبیعت موجود است به 3/5 تا 5 درصد برسد تا در نیروگاه اتمی مورد استفاده قرار گیرد؛ به این عملیات که طی مراحل پیچیده ای صورت می گیرد غنی سازی می گویند.

چرخه سوخت اورانیوم با استخراج و آسیاب کانسنگ اورانیوم جهت تولید کیک زرد شروع شده و سپس به هگزا فلوراید اورانیوم (uf6) تبدیل می شود.

هگزا فلوراید اورانیوم که یک ترکیب گازی است مخلوطی از ایزوتوپ 235 و 238 است که توسط لوله هایی وارد سانتریفیوژ می شود، که با سرعت 60 هزار دور در دقیقه و بیشتر می چرخد.
سانتریفیوژهایی که سرعت بیشتر و ارتفاع بلندتری داشته باشند غنی سازی را بهتر و بیشتر انجام می دهند.

ترکیب گازی uf6 تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار می گیرد و ذرات سنگین تر (238) آن نزدیک دیواره و ذرات سبک تر یعنی 235 (کمتر تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار می گیرند) نزدیک محور جمع می شوند.

عامل جداسازی دو ایزوتوپ نیروی گریز از مرکز است و عامل دیگر ، گرمای حاصل از اصطکاک ایجاد شده در اثر برخورد ذرات به یکدیگر است. بر این اساس ذراتی که گرم تر هستند به سمت بالای لوله و آنها که خنک تر هستند به سمت پایین لوله سانتریفیوژ مهاجرت می کنند. یعنی ایزوتوپ های 235 بیشتری در بالا و 238 بیشتری در پایین جمع می شوند.

یک سانتریفیوژ به تنهایی توانایی غنی سازی اورانیوم 235 از 7 دهم درصد به 3/5 درصد را ندارد بنابراین باید تعداد زیادی سانتریفیوژ به صورت آبشار به هم متصل شود تا قادر به غنی سازی اورانیوم 235 تا حد 3/5 درصد شود.

محصول هر سانتریفیوژ به عنوان خوراک سانتریفیوژ بعدی مورد استفاده قرار می گیرد و محصول غنی شده باز فرآوری شده و uf6 غنی شده تبدیل به دی اکسید اورانیوم می شود؛ سپس تحت فشار قرار گرفته و قرص های سوخت را بوجود می آورد که داخل میله های سوخت قرار می گیرد.

قرص ها ی سوخت را حرارت می دهند تا به سرامیکی سخت تبدیل شوند. متناسب با طراحی راکتور و نوع سوخت مورد نیاز این قرص های کوچک را دسته بندی کرده و در لوله ای قرار می دهند . این لوله از آلیاژی خاص ساخته شده است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و رسانایی حرارتی بسیار بالایی دارد . میله ی سوخت آماده شده است و برای استفاده در راکتور به نیروگاه فرستاده می شود . میله های سوخت در قلب راکتور قرار می دهند , به این ترتیب انرژی آزاد می شود و باعث گرم شدن آب اطراف میله ها می شود , آب گرم شده بخار می شود و توربین ها را می چرخاند و با چرخش توربین ها برق تولید می شود .