سانتريفيوژ چيست؟

طي سال هاي گذشته و همزمان با پيشرفت هايي كه در زمينه استفاده از انرژي هسته اي صورت گرفته است ، مجموعه اي از مفاهيم و عبارات نيز وارد زبان روزمره فارسي شده كه اگر چه بارها در رسانه ها شنيده مي شوند‌،اما برخي از آنها در اذهان مردم شفافيت چنداني ندارند. يكي از اين عبارات "سانتريفيوژ" است.
سانتريفيوژ انواع و اقسام مختلفي داشته و استفاده از آن در بحث توليد انرژي هسته اي تنها يكي از موارد كاربردي آن است . شايد ساده ترين نوع استفاده از اين تكنيك ، ريختن سبزي هاي شسته شده در سبدي مخصوص و چرخاندن آن با استفاده از دستگيره و خارج نمودن آب اضافي از آنها باشد.
سانتريفيوژ به هر دستگاهي گفته مي شود كه با سرعت زيادي به دور خود چرخيده و در همين حال با استفاده از نيروي گريز از مركز ايجاد شده ، مواد درون خود را نيز به بيرون پرتاب مي كند. بررسي اين فرايند در نوع خود كار ساده اي است . آزمايشي ساده مي تواند بسياري از علامت ها پرسش ها را از ميان بردارد . سطل آبي را برداشته و در حالي كه تا نيمه پر از آب است ، با سرعت به دور خود چرخانده و پس از چند دور پرتاب كنيد.
به خوبي ديده مي شود كه به واسطه نيروي گريز از مركز ايجاد شده ، آب درون سطل از آن بيرون نمي ريزد. اين امر ، پايه و اساس سيستم هاي سانتريفيوژ به حساب مي آيد .
در يك سانتريفيوژ واقعي نيز فرايند مشاهبي روي مي دهد . به واسطه چرخش بسيار سريع محفظه اي به دور خو د، هر آن چه در درون آن وجود دارد به سمت بيرون تحت فشار قرار مي گيرد . اين دستگاه مي تواند در بر گيرنده هر ماده اي باشد ، از نمونه هاي خوني گرفته تا مواد شيميايي مختلف از اين رو نمونه هاي آن بسيار متنوع است . به عنوان مثال ناسا داراي سانتريفيوژ عظيمي است كه از آن براي قرار دادن فضا نوردان در معرض نيروهاي شديد استفاده مي شود. نيروي گريز از مركز توليد شده در اين سانتريفيوژ مي تواند شبيه سازي بسيار مناسبي از نيروي گرانشي باشد كه در زمان پرتاب فضاپيماها بر بدن هوا نوردان وارد مي شود.

سانتريفيوژ لازم اصلي غني سازي اورانيوم
 

در فرايند توليد سوخت هسته اي و استفاده از آن در نيروگاه ها ، كه با هدف توليد انرژي نظير الكتريسته صورت مي گيرد ، سانتريفيوژها نقش اساسي را در غني سازي اورانيوم ايفا مي كنند، به طوري كه در صورت نبود آنها عملا مانع بزرگي بر سر راه غني سازي اورانيوم به وجود مي آيد . پس از كه سنگ معدن اورانيوم از معادن استخراج شد ، آسياب شده و به شكل پودر در مي آيد .بر اساس برآوردهاي صورت گرفته از هر تن سنگ معدن اورانيوم بالغ بر 140 كيلوگرم اورانيوم طبيعي حاصل مي شود كه فقط مي توان حدود يك كيلوگرم اورانيوم خالص 235 به دست آورد ، يعني در مجموع يك كيلوگرم اورانيوم خالص از هر هزار كيلوگرم سنگ معدن اورانيوم. در ادامه ، اسيد سولفوريك به مواد افزوده شده و پس از طيشدن چند مرحله ديگر ، اكسيد اورانيوم با اسيد سولفوريك تركيب مي شود و در نهايت سولفات اورانيل حاصل مي شود و در آخر با افزودن حلال هاي مخصوصي به سولفات اورانيل ، ماده جامدي به نام كيك زرد به وجود مي آيد كه شامل 70 درصد اورانيوم بوده و داراي خواص پرتوزايي (راديواكتيويته ) است . براي غني سازي اورانيوم ، بايد ابتدا كيك زرد را با اتم فلوئور تركيب كرد و به صورت گاز هگزافلورايد اورانيوم درآورد. از اينجا به بعد است كه غني سازي اورانيوم به واسطه استفاده از فناوري سانتريفيوژي كامل مي شود.
البته روش هاي مختلفي براي اين كار وجود دارد ، اما بررسي ها نشان داده اند كه استفاده از سانتريفيوژ بهترين و موثرترين روش براي غني سازي اورانيوم است .

تاريخچه
 

غني سازي اورانيوم با استفاده از فناوري سانتريفيوژ براي نخستين بار حدود 40 سال پيش به وسيله مهندسي آلماني به نام "زيپه" صورت گرفت.
البته از آن زمان تا اكنون اين فناوري با تغييرات و پيشرفت هاي گوناگوني همراه بوده است . روش سانتريفيوژ در مقياس صنعتي ابتدا در هلند در دهه 60 ميلادي به كار گرفته شد . براي اين منظور توسعه مواد با استقامت و خواص ويژه و ساخت ياتاقان هاي پيشرفته براي سانتريفيوژهايي با سرعت دوراني زياد لازم بود. در آلمان و انگلستان نيز اين روش توسعه يافت و در سال 1970 سه كشور آلمان ، هلند و انگلستان شركت URENCO را براي توسعه اين فرايند و عرصه سرويس غني سازي به بازار بين المللي تشكيل داده اند. اين فرايند در دهه 80 در كشورهاي آمريكا ، فرانسه ، ژاپن ، استراليا و چند كشور ديگر نيز به كار گرفته شد. البته بايد يادآوري كرد كه استفاده از سانتريفيوژ براي جداسازي مواد با جرم هاي ويژه مختلف از صد سال پيش شروع شده است ، ولي در آن زمان بحث غني سازي به هيچ وجه مطرح نبود. از سال 1919 ميلادي اين روش براي جداسازي ايزتوپ گازها استفاده شد . در جنگ جهاني دوم هم سانتريفيوژ براي غني سازي اورانيوم به كار رفت.
جدا از استفاده از اين فرايند در غني سازي هسته اي ، استفاده از آن براي دانشمندان علوم مختلف مزاياي قابل توجهي داشته است . دانشمندان مي توانند با استفاده از اين تكنيك ، به جداسازي مايعات و تفكيك آنها به ذرات سازنده آنها بپردازند و جالب اين است كه پس از توقف فرايند سانتريفيوژ ،ذرات جدا شده ديگر با يكديگر تركيب نمي شوند. يكي ديگر از موارد استفاده از سانتريفيوژ ، در مور پزشكي ، و تجزيه و تحليل نمونه هاي خوني است . زماني كه نمونه خوني در دستگاه سانتريفيوژ قرار مي گيرد ، دستگاه شروع به چرخش بسيار سريع كرده و در ادامه ، عناصر سازنده خون از يكديگر جدا مي شوند؛ طوري كه سلول هاي خوني در كف محفظه و سلول هاي پلاسما به بالاي محفظه مي روند.
امروزه استفاده از اين تكنيك در فعاليت هاي هسته اي به دليل پيچيدگي ها و دشواري هايي كه دارد ، فرايندي سخت و پر هزينه به حساب مي آيد و از اين تكنيك تنها برخي كشورها جهان مي توانند استفاده كنند، و معمولا فناوري آن به جهت مزاياي قابل توجهي كه به همراه دارد در دسترس ساير كشورها قرار نمي گيرد.
منبع:دانشمند شماره 566
/ع