آشنايي با سانتريفوژ
اين روزها يكي از واژه‌هايي كه در ارتباط با مباحث انرژي هسته‌اي، به طور مكرر شنيده مي‌شود دستگاههاي «سانتريفوژ» است.
در مطلبي كه از پي مي‌آيد، مولف كوشيده است با اطلاعاتي در حد دانش عمومي خوانندگان روزنامه، سانتريفوژ را شرح دهد.
اولين سانتريفوژ صنعتي دنيا بيش از نيم قرن پيش توسط يك دانشمند آلماني به نام زيپه اختراع شد و به طور عملياتي مورد استفاده قرار گرفت. البته تكنولوژي آن با سانتريفوژهاي امروزي فرق زيادي داشت، ولي اصول كار آن فرقي با سانتريفوژهاي امروزي نداشت.
در صنعت سوخت هسته‌اي، اين وسيله نقشي اساسي دارد جهت جدا كردن ايزوتوپ‌هاي اورانيوم235 و اورانيوم238در گاز هگزافلورايد اورانيوم(UF6) از سانتريفوژ استفاده مي‌شود. البته روش‌هاي متعددي مانند جداسازي ايزوتوپي الكترومغناطيسي، پخش ديفوزيون گازي، ديفوزيون گرمايي، فرآيندهاي آئروديناميكي، جداسازي ايزوتوپي ليزري، تبادل يوني و فرايند جداسازي پلاسمايي وجود دارد ولي در بيش از 95درصد صنعت هسته‌اي جهان، اورانيوم به وسيله يكي از دو روش سانتريفوژ گازي و پخش گازي جدا شده و غني مي‌شود.
سانتريفوژ دستگاه استوانه‌اي شكلي است كه درست مثل توربين هواپيما پره‌هايي در وسط آن وجود دارد. اين پره‌ها به طور متوسط در هر ثانيه 1000 دور مي‌زنند. در نتيجه اين چرخش، اورانيوم سنگين روي ديواره آخرين سانتريفوژ قرار مي‌گيرد و اورانيوم235در كنار آن مي‌نشيند. بايد هزاران سانتريفوژ در كنار هم قرار گيرند تا بتوان با كمك مجموعه آنها اورانيوم را غني كرد ايران در فرآيند كاربردي غني‌سازي از روش سانتريفوژ گازي استفاده مي‌كند.
در روش پخش گازي، هگزافلورايد اورانيوم تحت فشار از ميان يك سري ديافراگم‌ها يا غشاهاي متخلخل عبور كرده و از آنجايي كه اورانيوم 235 سبك‌تر از اورانيوم 238 مي‌باشد آنها سريعتر حركت كرده و امكان كمي بيشتري براي عبور از سوراخ‌هاي موجود در غشا را دارند.
گاز UF6 كه از طريق غشا پخش مي‌شود اندكي غني بوده ضمن اينكه آنچه نمي‌تواند گذر كند از اورانيوم 235 تهي است.
در روش پخش گازي دوران سريع ماده سبب مي‌شود تا ايزوتوپ‌هاي سنگين‌تر به طرف ديواره خارجي حركت كنند. عامل جداسازي در اين روش به تفاوت جرمي ايزوتوپ‌هايي كه بايد جداسازي شوند بستگي دارد در غني‌سازي اورانيوم با روش سانتريفوژ گازي، از تعداد زيادي سيلندر دوار كه به صورت موازي و متوالي كنار هم قرار داده شده‌اند استفاده مي‌شود.
دستگاههاي سانتريفوژ به صورت آبشاري يا كاسكد(سيستم غني‌سازي دنباله‌اي) به هم مرتبط هستند اين دوران باعث ايجاد يك نيروي گريز از مركز مي‌شود، به طوري كه مولكول‌هاي گازي سنگين‌تر به طرف خارج سيلندر حركت كرده و مولكول‌هاي گازي سبك‌تر در قسمت مركزي(محورگردنده) جمع مي‌شوند.
بايد يادآور شد كه به دليل سرعت‌هاي دوران بسيار بالا، طراحي آنها و همچنين مواد استفاده شده در آنها از نظر متالوژي پيچيده بوده و دقت بالايي را طلب مي‌كند. گاز UF6 خورنده بوده، بنابراين بايد تمام اجزايي كه با اين ماده در تماسند مقاوم در برابر خوردگي باشند .
جهت بالا بردن ظرفيت جداسازي سانتريفوژها بايد طول گردنده و سرعت ديواره گردنده افزايش يابد. براي ساخت گردنده‌ها از آلياژ‌هاي آلومينيوم، فولاد ماراژين، تيتانيوم و يا تركيباتي كه با برخي شيشه‌هاي خاص تقويت شده كه با نام فيبرهاي كربني معروف هستند،استفاده مي‌شود؛ البته متداولترين ماده در حال حاضر، فولاد ماراژين است يك سانتريفوژ مدرن از زمان راه‌اندازي، به مدت بيش از 10سال مي‌تواند بدون نگهداري به كار خود ادامه دهد.
از مراكز مهم غني‌سازي اورانيوم كه از روش پخش گازي استفاده مي‌كنند در اروپا مي‌توان به گروناو(Gronau) آلمان و يورنكو كه متشكل از شركت‌هاي انگليسي، آلماني و هلندي هستند نام برد كه مكان آن در capenhurst بريتانيا مي‌باشد.
روسيه هم به عنوان يك غول صنعتي در اين زمينه از چهار مركز كه چهل درصد ظرفيت جهان را توليد مي‌كند از همين شيوه پخش گازي استفاده مي‌كند. آمريكا هم تكنولوژي سانتريفوژ گازي را در آينده نزديك جايگزين تكنولوژي سانتريفوژهاي پخش گاز قديمي مي‌كند زيرا اين روش نسبت به روش قديمي به انرژي كمتري براي رسيدن به جداسازي مشابه نياز دارد.
ژاپن، چين، برزيل، پاكستان و شايد كره شمالي هم جهت غني‌سازي اورانيوم از چنين روشي استفاده مي‌كنند. به طور كلي مجموعه آبشارهاي بزرگ سانتريفوژ گازي كه در كشورهاي فرانسه، آلمان، بريتانيا و چين مورد استفاده قرار مي‌گيرند براي توليد اورانيومي است كه براي مصرف داخلي و نيز صادرات است، اما در ژاپن توليد آن فقط جهت مصرف داخلي است.
باتوجه به اين آمار مي‌توان دريافت كه در حال حاضر و آينده هم سانتريفوژهاي گازي مهمترين نوع جهت غني‌سازي اورانيوم در سطح جهان بوده و هر روز در جهت افزايش تكنولوژي و راندمان آن كار مي‌شود؛ البته لازم به ذكر است كه روسيه اين صنعت عظيم را به عنوان يادگاري ارزشمند از اتحادجماهيرشوروي سابق به ارث برده است و در حال حاضر تأمين‌كننده سوخت هسته‌اي تعداد زيادي از راكتورهاي قدرت دنيا بوده و از اين نظر در دنيا پيش رو است.
منبع: همشهری آنلاین
/س
در مطلبي كه از پي مي‌آيد، مولف كوشيده است با اطلاعاتي در حد دانش عمومي خوانندگان روزنامه، سانتريفوژ را شرح دهد.
اولين سانتريفوژ صنعتي دنيا بيش از نيم قرن پيش توسط يك دانشمند آلماني به نام زيپه اختراع شد و به طور عملياتي مورد استفاده قرار گرفت. البته تكنولوژي آن با سانتريفوژهاي امروزي فرق زيادي داشت، ولي اصول كار آن فرقي با سانتريفوژهاي امروزي نداشت.
در صنعت سوخت هسته‌اي، اين وسيله نقشي اساسي دارد جهت جدا كردن ايزوتوپ‌هاي اورانيوم235 و اورانيوم238در گاز هگزافلورايد اورانيوم(UF6) از سانتريفوژ استفاده مي‌شود. البته روش‌هاي متعددي مانند جداسازي ايزوتوپي الكترومغناطيسي، پخش ديفوزيون گازي، ديفوزيون گرمايي، فرآيندهاي آئروديناميكي، جداسازي ايزوتوپي ليزري، تبادل يوني و فرايند جداسازي پلاسمايي وجود دارد ولي در بيش از 95درصد صنعت هسته‌اي جهان، اورانيوم به وسيله يكي از دو روش سانتريفوژ گازي و پخش گازي جدا شده و غني مي‌شود.
سانتريفوژ دستگاه استوانه‌اي شكلي است كه درست مثل توربين هواپيما پره‌هايي در وسط آن وجود دارد. اين پره‌ها به طور متوسط در هر ثانيه 1000 دور مي‌زنند. در نتيجه اين چرخش، اورانيوم سنگين روي ديواره آخرين سانتريفوژ قرار مي‌گيرد و اورانيوم235در كنار آن مي‌نشيند. بايد هزاران سانتريفوژ در كنار هم قرار گيرند تا بتوان با كمك مجموعه آنها اورانيوم را غني كرد ايران در فرآيند كاربردي غني‌سازي از روش سانتريفوژ گازي استفاده مي‌كند.
در روش پخش گازي، هگزافلورايد اورانيوم تحت فشار از ميان يك سري ديافراگم‌ها يا غشاهاي متخلخل عبور كرده و از آنجايي كه اورانيوم 235 سبك‌تر از اورانيوم 238 مي‌باشد آنها سريعتر حركت كرده و امكان كمي بيشتري براي عبور از سوراخ‌هاي موجود در غشا را دارند.
گاز UF6 كه از طريق غشا پخش مي‌شود اندكي غني بوده ضمن اينكه آنچه نمي‌تواند گذر كند از اورانيوم 235 تهي است.
در روش پخش گازي دوران سريع ماده سبب مي‌شود تا ايزوتوپ‌هاي سنگين‌تر به طرف ديواره خارجي حركت كنند. عامل جداسازي در اين روش به تفاوت جرمي ايزوتوپ‌هايي كه بايد جداسازي شوند بستگي دارد در غني‌سازي اورانيوم با روش سانتريفوژ گازي، از تعداد زيادي سيلندر دوار كه به صورت موازي و متوالي كنار هم قرار داده شده‌اند استفاده مي‌شود.
دستگاههاي سانتريفوژ به صورت آبشاري يا كاسكد(سيستم غني‌سازي دنباله‌اي) به هم مرتبط هستند اين دوران باعث ايجاد يك نيروي گريز از مركز مي‌شود، به طوري كه مولكول‌هاي گازي سنگين‌تر به طرف خارج سيلندر حركت كرده و مولكول‌هاي گازي سبك‌تر در قسمت مركزي(محورگردنده) جمع مي‌شوند.
بايد يادآور شد كه به دليل سرعت‌هاي دوران بسيار بالا، طراحي آنها و همچنين مواد استفاده شده در آنها از نظر متالوژي پيچيده بوده و دقت بالايي را طلب مي‌كند. گاز UF6 خورنده بوده، بنابراين بايد تمام اجزايي كه با اين ماده در تماسند مقاوم در برابر خوردگي باشند .
جهت بالا بردن ظرفيت جداسازي سانتريفوژها بايد طول گردنده و سرعت ديواره گردنده افزايش يابد. براي ساخت گردنده‌ها از آلياژ‌هاي آلومينيوم، فولاد ماراژين، تيتانيوم و يا تركيباتي كه با برخي شيشه‌هاي خاص تقويت شده كه با نام فيبرهاي كربني معروف هستند،استفاده مي‌شود؛ البته متداولترين ماده در حال حاضر، فولاد ماراژين است يك سانتريفوژ مدرن از زمان راه‌اندازي، به مدت بيش از 10سال مي‌تواند بدون نگهداري به كار خود ادامه دهد.
از مراكز مهم غني‌سازي اورانيوم كه از روش پخش گازي استفاده مي‌كنند در اروپا مي‌توان به گروناو(Gronau) آلمان و يورنكو كه متشكل از شركت‌هاي انگليسي، آلماني و هلندي هستند نام برد كه مكان آن در capenhurst بريتانيا مي‌باشد.
روسيه هم به عنوان يك غول صنعتي در اين زمينه از چهار مركز كه چهل درصد ظرفيت جهان را توليد مي‌كند از همين شيوه پخش گازي استفاده مي‌كند. آمريكا هم تكنولوژي سانتريفوژ گازي را در آينده نزديك جايگزين تكنولوژي سانتريفوژهاي پخش گاز قديمي مي‌كند زيرا اين روش نسبت به روش قديمي به انرژي كمتري براي رسيدن به جداسازي مشابه نياز دارد.
ژاپن، چين، برزيل، پاكستان و شايد كره شمالي هم جهت غني‌سازي اورانيوم از چنين روشي استفاده مي‌كنند. به طور كلي مجموعه آبشارهاي بزرگ سانتريفوژ گازي كه در كشورهاي فرانسه، آلمان، بريتانيا و چين مورد استفاده قرار مي‌گيرند براي توليد اورانيومي است كه براي مصرف داخلي و نيز صادرات است، اما در ژاپن توليد آن فقط جهت مصرف داخلي است.
باتوجه به اين آمار مي‌توان دريافت كه در حال حاضر و آينده هم سانتريفوژهاي گازي مهمترين نوع جهت غني‌سازي اورانيوم در سطح جهان بوده و هر روز در جهت افزايش تكنولوژي و راندمان آن كار مي‌شود؛ البته لازم به ذكر است كه روسيه اين صنعت عظيم را به عنوان يادگاري ارزشمند از اتحادجماهيرشوروي سابق به ارث برده است و در حال حاضر تأمين‌كننده سوخت هسته‌اي تعداد زيادي از راكتورهاي قدرت دنيا بوده و از اين نظر در دنيا پيش رو است.
منبع: همشهری آنلاین
/س
