غني سازي اورانيم و تبدیل ان به انرژی همراه با نیکل

غني سازي اورانيم يعني چه؟ چگونه اورانيم تبديل مي شود؟
در اين مقاله با غني سازي اورانيم و تبديل آن به انرژي به همراه نيكل بسيار مفيد در اين زمينه به زبان ساده آشنا مي شويد.ضمن اينكه از اين به بيان كلام جذاب يك عكس زيبابيني در متن نوشتارب به شمار مي شود.

استفاده اصلي از انرژي هسته اي تقليد انرژي الكتريسيته است. اين راهي ساده و كارآمد براي جوشاندن آب و ايجاد بخار براي راه اندازي دوربين هاي مواد است بدن راكتورهاي موجود در نيروگاههاي هسته اي اين نيروگاه ها شبيه ديگر نيروگاه ها زغال سنگي و سوختي مي شود.انرژي هسته اي بهترين كاربرد براي توليد مقياس متوسط يا از انرژي الكترييكي به طور مداوم است سوخت اين گونه ايستگاه ها را اورانيم تشكيل مي دهد.

چرخه سوخت هسته اي تعدادي عمليات صنعتي است كه توليد الكتريسته را با اورانيوم درراكتورهاي هسته اي ممكن مي كند اورانيوم عصري نسبتا معمولي وعادي است كه در تمام دنيايافت مي شود. اين جنس به صورت معدني در بعضي از كشورها موجود دارد كه حتما بايد قبل از مصرف به صوت روخت در راكتورهاي هسته اي فرگري شود.

الكتريسته با استفاده از گرماي توليد شده در راكتورهاي هسته اي و با ايجاد بخار براي به كار انداختن توربين هايي كه مواد متصل ارز توليد مي شود. سوختي كه از راكتور خارج شده بعد از اين كه به پايان عمر مفيد خود رسيد ميتواند به عنوان سوختي جديد استفاده شود.
فعاليت هاي مختلفي كه با توليد الكتريسته از واكنش هاي هسته اي هم راهند مرتبط به چرخه سوخت هسته اي هستند چرخه سوختي انرژي هسته اي با اورانيوم آغاز مي شود و با انهدام پسمانده هاي هسته اي پايان مي يابد. دوبار عمل آوري سوخت هاي خرج شده به مرحله اي چرخه سوخت هسته اي شكلي صحيح مي دهد.

 

اورانيوم
اورانيوم فلزي راديواكتيو و پرتور است كه در سراسر پوسته سخت زمين موجوداست. اين فلز حدودا ۵۰۰ بار از طلا فراوان تر و به اندازه قوطي حلبي معمولي وعادي است. اورانيوم اكنون به اندازه اي در صخره ها وخاك و زمين وجود دارد كه در آب رودخانه ها و درياها واقيانوس ها موجود است. براي مثال اين فلزپا غلظتي در حدود۴ قسمت در هر ميليون (ppm4) كه گرانيت وجوددارد كه ما درصد از كره زمين را عالم مي شود ركوردها با غلظتي بايد بر ۴۰۰ ppm و در ته مانده زغال سنگ با غلظتي بيش از ۱۰۰ppm موجود است. اكثر راديوالكتريسته مربوط به اورانيوم در طبيعت در حقيقت ناشي از معدن هاي ديگري است كه با عمليات راديواكتيو به وجود آمده اند و در هنگام استخراج از معدن و آسياب كردن به جا مانده اند.

چند منطقه در سراسر دنيا وجوددارد كه غلظت اورانيوم موجود در آن ها به قدر كافي است كه آن براي استفادها ز نظر اقتصادي به صرفه وامكان پذير است اين مواد غليظ سنگ معدن يا كاله ناميده ميشود.

استخراج اورانيوم
هر دو نوع حفاري و تكنيك هاي موهبتي براي كشف كردن اورانيوم به كار مي روند، حفاري ممكن است به صورت زير زميني يا چاله هاي باز وروي زمين انجام شود.
موكل، حفاري هاي روزميني در جاهايي استفاده شود كه ذخيره معدني نزديك به سطح زمين و حفاري هاي زيرزميني براي ذخيره هاي معدني عميق تر به كار ميرود. به طرو براي حفاري روزميني بيش از ۱۲۰ متر عمق، نياز به گودال هاي بزرگ بر سطح زمين است اندازه گودال بايد بزرگتر از اندازه ذخيره معدني باشد تا زماني كه ديواره هاي گودال محكم شوند تا مانع روش آنها شود. در نتيجه تعداد موادي كه بايد بيرون از معدن انتقال داده شود تا به كانه دسترسي پيدا كند زياد است.

حفاري هاي زيرزميني داراي خرابي واخلال هاي كمتري در سطح زمين هستند وتعداد موادي كه بايد براي دسترسي به سنگ معدن يا كانه بدبين و از معدن انتقال داده شوند به طور قابل ملاحظه اي كمتر از حفاري نوع روزميني است.
مقداري زيادي اورانيوم جهاني از (ISL) مي آيد. جايي كه آب هاي اكسيژنه زير زميني در معدن هاي كانه اي پرسنتز به گردش مي افتد تا اورانيوم موجود در معدن رادر خود حل كننده آن را به سطح زمين آورند. (ISL) شايد با اسيد رقيق يابا محلول هاي قليايي همراه باشد تا اورانيوم را محلول نگهدارد. سپس اورانيوم در كارخانه اي آسياب سازي اورانيوم، از محلول خود جدا مي شود.

درنتيجه انتخاب روش حفاري براي ته نشين كردن اورانيوم بستگي به جنس ديواره معدن كان دسنگ، امنيت وملاحظات اقتصادي دارد.
در غالب معدن هاي زيرزميني اورانيوم، پيشگيري مخصوصي كه شامل افزايش تهويه ها ميشود، لازم است تا از پرتو افشاني جلوگيري شود.

آسياب كردن اورانيوم
محل آسياب كردن معمولا به معدن استخراج اورانيوم م نزديك است. بيشتر امكانات استخراجي شامل يك آسياب مي شود.
هر چه جايي كه معدن ها قرا ردارند به هم نزديك تر باشند يك آسياب ميتواند عمل آسياب سازي چندمعدني را انجام دهد. عمل آسياب سازي اكسيد اورانيوم غليظي توليد مي كرد كه از آسياب حمل مي شود. گاهي اوقات به اين اكسيدها كيك زرد ميگويند كه شامل ۸۰درصد اورانيوم ميب اشد. سنگ معدن اصل شايد داراي چيزي در حدود ۱/۰ درصد اورانيوم باشد.

اسياب اورانيوم باعمل سنگ شويي از سنگ هاي معدني خرد شده جداري شود كه با اسيد قوي و يا با محلول قليايي قوي حل مي شود و به صورت محلول در مي آيد. سپس اورانيوم با ته نشين كرد و از محلول جدا مي شود و بعد از خشك كمي ومعمولا حرارت دادن به صورت اشباع شده وغليظ در استوانه اي ۲۰۰ ليتري بسته بندي مي شود.

باقيمانده سنگ معدن كه بيشتر شامل مواد پرتوزا وسنگ معدن مي شود در محلي معين به دور از محيط معدن در امكانات مهندسي نگه داري مي شود.(معمولا در گودال هايي روي زمين)
پس مانده هاي داراي مواد راديواكتيو عمري طولاني دارند وغلظت آن ها كم خاصيتي سمي دارند. هر چند مقدار كلي عناصر پرتوزا كمتر از سنگ معدن اصلي است ضميمه عمر آنها كوتاه خواهد بود اين مواد بايد از محيط زيست دور بماند.

تبديل وتغيير
محلول آسيباب شده اورانيوم مستقيما قابل استفاده به عنوان سوخت در راكتورهاي هسته اي نيست. پردازش اضافي به غني سازي اورانيوم ول است كه براي تمام راكتورها لازم است اين عمل اورانيوم را به نوع گازي تبديل مي كند وراه بدست آوردن آن تبديل كردنه به هگزا فلوريد كه در دماي نسبتا پايين گاز است. در وسيله اي تبديل كن اورانيوم به اورانيوم دي اكسيد تبديل مي شود كه در راكتورهايي كه نياز به اورانيوم غني شده ندارد استفاده ميشود.
بيشتر آن ها بعد از ان كه به هگزا فلوريد تبديل شد براي غني سازي در كارخانه آماده هستند ودر كانتينرهايي كه از جنس فلز مقاوم ومحكم است حمل ميشود. خطر اصلي اين طبقه از چرخه سوختي هيدروژن فلوريد است.

چگونه اورانيوم به انرژي تبديل مي شود؟
غني سازي:
اورانيوم طبيعي اصولا شالم مخلوطي از دو ايزوتوپ (نوع اتمي) اورانيوم است. تنها ۷/۰ درصد از اورانيوم طبيعي شكاف پذير و يا داراي قابليت شكاف پذيري است كه با شكافته شدن ريال در راكتورهاي هسته اي انرژي توليد مي كنند. ايزوتوپ اورانيوم شكاف پذير اورانيوم نوع ۲۳۵ است وپس مانده آن اورانيوم ۲۳۸ است.

در بيشتر انواع راكتورهاي معمولي هسته اي به اورانيوم ۲۳۵ نياز دارند. عمليات غني سازي، غلظت اورانيوم را بيشتر مي كند.
عموما بين ۵/۳تا ۵ درصد اورانيوم ۲۳۵ با بيرون آوردن ۸درصد از اورانيوم ۲۳۸٫اين عمل با جداسازي گازي هگزا فلوريد اورانيوم و دد وجريان انجام مي گيرد.يكي به اندازه لازم غني سازي مي شود و اورانيوم غني شده ضعيف ناميده مي شود و ديگري به اورانيوم ۲۳۵ منتهي مي شود كه به پس مانده معروف است.
در عمليات غني سازي در مقياس هاي بزرگ تجاري وجود دارد كه هر كدام هگزا فلوريد اورانيوم را به عنوان منبع استفاده مي كنند.

نفوذ گازي و تفكيك گازي وهر دوي آنان از خواص فيزيكي مولكولي استفاده مي كنند. مخصوصا با ۱۰ درصد اختلاف جرم، براي جداسازي ايزوتوپ ها محصول اين مرحله از چرخه سوختي هسته اي، اورانيوم هگزافلوريد غني شده است كه براي توليد اورانيوم اكسيد غني شده تغيير حال مجدد مي يابد.

توليد وساخت سوخت
سوخت راكتور غالبا به شكل گلوله اي سراميكي است. اين گلوله ها از اورانيوم اكسيد كه در دمايي بسيار بالا( بيش از ۱۴۰۰ درجه سانتي گراد) پخته شده است شكل مي گيرد. سپس گلوله ها در لوله هاي فلزي از ميله سوختي پوشانده مي شوند كه در مجتمع هاي سوختي براي استفاده در راكتورها آماده هستند ديماستيون گلوله هاي سوختي واجراي ديگر مجتمع سوختي به دقت كنترل مي شوند تا از پايداري ودارا بودن آنان از خصوصيات دسته هاي سوختي اطمينان حاصل مي شود.
در تاسيسات توليد ساخت درجه زيادي به شكل مخزن هاي عملياتي شود تا از اتفاقات خطرناكي جلوگيري شود. با سوخت غني شده ضعيف امكان اتفاق افتادن اين حوادث بعيد به نر مي رسد. اما در تاسيسات هسته اي بررسي سوخت هاي مخصوصي براي تحقيقات راكتورها عملي حياتي است.