لطفا منتظر باشید ...
ه) NPT چیست؟
NPT (Nuclear non-proliferation Treaty) یا همان پیمان منع گسترش سلاح های هسته ای، پیمانی است که دسترسی کشورها را به سلاح های هسته ای محدود می کند. این پیمان را در سال 1968 ایرلند پیشنهاد داد و فنلاند اولین کشوری بود که عضو آن شد. سال 1992 هم پنج کشور دارای سلاح هسته ای آن را امضاء کردند. سه سال بعد هم مفاد این پیمان بازنگری و تجدیدنظر شد و بسیاری از کشورهای عضو NPT برنامه های هسته ای خود را تغییر دادند. برخی کشورها هم که در حال ساخت یا تحقیق برای دسترسی به سلاح هسته ای بودند از دسترسی به سلاح هسته ای صرف نظر کردند.
رکن اول-منع تکثیر
پنج کشور فرانسه، چین، روسیه، بریتانیا و ایالات متحده، در زمان عقد قرارداد به سلاح هسته ای دست یافته بودند. طبق رکن اول، این پنج کشور مجاز به داشتن سلاح هسته ای هستند اما نباید سلاح هایشان را در اختیار کشورهای دیگر قرار دهند و کشورهای غیرمجاز هم نباید به این سلاح ها دسترسی پیدا کنند. همچنین رکن اول مشخص می کند که کشورهای مجاز نمی توانند در برابر کشورهای دیگر از این سلاح استفاده کنند مگر اینکه با استفاده از سلاح هسته ای مورد حمله قرار گرفته باشند.
رکن دوم – خلع سلاح
طبق این رکن انبارهای نظامی- هسته ای و سلاح های کشورهای مجاز مورد بازرسی قرار می‌گیرد تا مبادا تکثیر غیرمجاز داشته باشند. علاوه بر این کشورهای غیرمجاز هم مورد بازرسی قرار می‌گیرند تا بطور مخفیانه سلاح هسته ای تولید نکنند.
رکن سوم – حق دسترسی و استفاده از تکنولوژی صلح آمیز هسته ای
رکن سوم این پیمان به کشورهای غیرمجاز حق رسیدن به تکنولوژی صلح آمیز هسته ای را می دهد. البته این کار باید با نظارت و شرایط NPT انجام شود. این رکن هیچ کشوری را مستثنی نمی کند. رکن سوم به کشورهای عضو NPT که هیچکدام از اصول را زیر پا نگذاشته اند اجازه‌ی غنی سازی برای تولید سوخت هسته ای را نیز می‌دهد. جالب است بدانید که سه کشور هند، پاکستان و اسرائیل چون پیمان NPT را منصفانه نمی دانستند از امضای آن صرف نظر کردند. هند و پاکستان رسماً تایید کردند که سلاح هسته ای دارند و اسرائیل گرچه تایید نکرده است اما تاکنون آزمایشات زیادی انجام داده است و به احتمال زیاد بمب هسته ای دارد.
کره‌ی شمالی هم ابتدا عضو NPT شد اما در سال 2003 بخاطر سیاست های یک طرفه‌ی آمریکا و غرب از این پیمان کنار کشید. دو سال بعد کره رسماً اعلام کرد که به سلاح هسته ای دست یافته است. ایران هم در سال 2004 پیمان را امضاء کرد. ورود ایران به NPT از آن زمان آغاز شد که آمریکا ادعا می کرد ایران در حال ساخت سلاح‌های هسته ای است. بعد از ورود ایران به NPT ماموران آژانس بین المللی انرژی اتمی شروع به بازرسی تاسیسات هسته ای کردند.
بند 15 پیمان NPT مشخص می کند که کشور امضاء کننده می تواند هنگام بروز شرایط غیرعادی و به خطر افتادن مصالح ملی کشور از پیمان کناره گیری کند. برای این کار لازم است از سه ماه قبل با ارائه‌ی دلیل قانع کننده مدیریت IAEA رسماً توجیه شود.
انرژی هسته ای – سوخت پاک....
امروزه در حالی که مشکل آلودگی هوا، پدیده‌ی گرم شدن زمین و تولید بیش از حد گازهای گلخانه‌ای، تبدیل به معضل بزرگی شده است، تولید برق با استفاده از انرژی هسته‌ای به نظر بهترین راه می‌رسد. جالب است بدانید ترتیب تولید کربن به ازای مقدار مشخصی از انرژی برای مواد مختلف از این قرار است:
زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی، انرژی خورشیدی، باد و در آخر ... منابع هسته ای.
بنابراین سوخت هسته‌ای، یک سوخت پاک بشمار می رود. در فرانسه، تولید آلاینده‌های محیطی بدلیل بکارگیری برق هسته‌ای به میزان 80 درصد کاهش یافته است. از طرفی، بدلیل حجم و وزن محدود سوخت هسته‌ای و کمتر بودن فعالیتهای استخراج و حمل و نقل، برتری آن مشخص تر می گردد. به نظر می‌رسد با توجه به منابع محدود و رو به پایان سوخت‌های فسیلی و مزیت‌های ذکر شده، چاره‌ی کار استفاده از سوخت هسته‌ای باشد...
الف) ماده‌ی اولیه
برای شروع باید ماده اولیه‌ی کار را تهیه کرد. به نظر می‌رسد در حال حاضر اورانیوم بهترین گزینه برای تولید انرژی هسته‌ای باشد. البته در کشورهایی مانند ایران که منابع اورانیوم در آنها محدود می‌باشد، گویا جایگزینی عنصر توریم (90Th) با توجه به منابع نسبتاً غنی آن در ایران، گزینه ی مناسب‌تری است. بهر حال، اورانیوم در حال حاضر حرف اول را می زند.
منبع طبیعی اورانیوم سنگ معدن آن است که منابع آن هم پس از مطالعات طولانی شناسایی می‌شود. سنگ معدن استخراج شده شامل 0.72 درصد اورانیوم 235 و 99.275 درصد اورانیوم 238 (و 0.005 درصد اورانیوم 234) می‌باشد.
ب) کیک زرد
تکه‌سنگهایی که از استخراج بدست می‌آید به آسیاب فرستاده می‌شود و خرده‌سنگهایی با ابعاد یکسان تولید می شود. برای جدا کردن اورانیوم از سنگ معدن آن باید از اسید‌سولفوریک استفاده کرد. محصول بدست آمده در این مرحله، کیک زرد (Yellow Cake) نامیده می‌شود.
کیک زرد بطور مستقیم قابل استفاده در غنی‌سازی نیست و باید به گاز تبدیل شود. بنابراین در مرحله‌ی بعد، طی فرایندی این کیک به «هگزا فلوئورید اورانیوم (UF6)» گازی تبدیل می‌شود.
ج) غنی‌سازی اورانیوم
راکتورهای هسته‌ای دو نوعند: راکتور آب سنگین و راکتور آب سبک. در راکتور آب سنگین می توان از اورانیوم طبیعی بعنوان سوخت استفاده کرد و همان میزان 0.72 درصد اورانیوم 235 (یعنی اورانیوم غنی نشده) کافی است، ولی در راکتور آب سبک برای ادامه‌ی واکنشهای زنجیره‌ای جهت تولید انرژی، میزان 0.72 درصد اورانیوم 235 کافی نیست. لازم به ذکر است که این اورانیوم 235 است که واکنشهای موجود در راکتور را پیش می برد و باید درصد آن تا مقدار مشخصی (2 تا 3 درصد برای یک نیروگاه هسته‌ای و بیش از 90 درصد برای بمب هسته‌ای) افزایش یابد. این یعنی غنی‌سازی. نیروگاه بوشهر از نوع آب سبک و نیروگاه اراک از نوع آب سنگین است. برای غنی‌سازی روشهای مختلفی وجود دارد:
انتشار گازی (دیفیوژن)، سانتری‌فیوژ، الکترومغناطیس، لیزر و روش ایرودینامیکی نازل.
در روش الکترومغناطیس، اورانیوم یونیزه شده را با سرعت وارد میدان مغناطیسی می‌کنند. یونها با توجه به جرم متفاوتی که دارند شعاع های متفاوتی را طی می‌کنند.
در روش دیفیوژن، گاز UF6 را تحت فشار زیاد از ستون هایی عبور می دهند که جداره های این ستونها دارای منافذی است. این جداره ها اتم‌های سبکتر را با سرعت بیشتری عبور می‌دهند. در نتیجه 235UF6 از 238UF6 سریع‌تر عبور می‌کند. با تکرار این فرایند بتدریج غلظت اورانیوم 235 افزایش پیدا می‌کند. مهمترین عیب این روش این است که در هر مرحله جداسازی، غلظت ایزوتوپهای سبک نسبتاً پایین است و باید این مرحله به دفعات تکرار شود. از همین جا می‌توان فهمید که پرخرج ترین مرحله‌ی تولید سوخت اتمی، مرحله غنی‌سازی است؛ چون از هزاران کیلوگرم سنگ معدن اورانیوم، فقط 140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی بدست می‌آید و فقط یک کیلوگرم اورانیوم 235 خالص در آن وجود دارد. برای تهیه و تغلیظ اورانیوم در حد 5 درصد، حداقل 2000 ستون متخلخل با ابعاد نسبتاً بزرگ و پی‌در‌پی لازم است تا نسبت ایزوتوپها از یک ستون به ستون دیگر به مقدار تنها 0.01 درصد غنی شود!!!
در روش سانتری‌فیوژ، گاز UF6 را به مخزن‌های استوانه‌ای تزریق می‌کنند و آن را با سرعت بسیار زیادی می‌چرخانند. نیروی گریز از مرکز موجب می‌شود 235UF6 که اندکی سبکتر از 238UF6 است، از آن جدا شود. این فرایند در مجموعه‌ای از مخازن صورت می‌گیرد و در نهایت اورانیوم با سطح غنی شده ی مطلوب بدست می‌آید. هرچند روش سانتری‌فیوژ نیازمند تجهیزات گرانقیمتی است، اما هزینه‌ی غنی‌سازی با سانتری‌فیوژ نسبت به روش انتشار گاز کمتر است. تاسیسات غنی سازی سایت نطنز از نوع سانتری‌فیوژ است.
در روش دیگر یعنی لیزر، مواد خام بیشتری در هر مرحله غنی می‌شود و سطح غنی‌سازی آن نیز بالاتر است.
د) تولید انرژی هسته‌ای
با برخورد یک نوترون، اورانیوم 235 به دو عنصر دیگر شکافته می‌شود و بطور متوسط 2.5 نوترون و 200 میلیون الکترون ولت انرژی تولید می‌شود. نمونه‌ای از این واکنشها بصورت زیر است:
235U + n 141Ba + 92Kr + 3n
235U + n 139Te + 94Zr + 3n
از شکافت اتم‌های یک گرم اورانیوم، حدود صدها‌هزار مگاوات انرژی تولید می شود و این است آن انرژی عظیم هسته ای!!! اگر کنترلی در مهار کردن تعداد نوتون ها نباشد واکنش شکافت داخل توده‌ی اورانیوم بصورت زنجیره‌ای انجام می‌شود و در کمتر از یک هزارم ثانیه انفجار شدیدی رخ خواهد داد. در نیروگاه هسته‌ای واکنش زنجیره‌ای به آهستگی و در یک سلاح هسته‌ای با سرعت زیاد روی می‌دهد، اما در هر دو حالت باید کنترل دقیقی روی آن وجود داشته باشد.
واکنشهای هسته‌ای در قلب راکتور صورت می‌گیرند. در این مرحله باید میله‌ی سوخت تهیه شود...
در ادامه اورانیوم غنی‌شده که به شکل UF6 است به پودر UO2 تبدیل می شود. این پودر فشرده شده، به شکل قرص‌هایی در می‌آید و این قرص‌ها در معرض حرارت بالا به قرص‌های سرامیکی سخت تبدیل و در لوله‌ی بخصوص قرار داده می‌شوند. حال، میله‌ی سوخت آماده است. این استوانه‌ها درون ماده‌ای که "کندکننده" نامیده می‌شود، غوطه‌ور می‌شوند. کندکننده به منظور کندسازی و بازتاباندن نوترون‌هایی که در واکنش شکافت تولید می‌شوند، مورد استفاده قرار می‌گیرد و متداول ترین کندکننده، آب سنگین (ایزوتوپ دوتریوم هیدروژن) می‌باشد. سرعت واکنشها را به کمک میله‌هایی که در قلب راکتور قرار می‌گیرد کنترل می‌کنند. این میله‌ها معمولاً از جنس ماده‌ای مانند کادمیم (که نوترون ها را به خوبی جذب می‌کند) ساخته می‌شوند. برای اینکه آهنگ واکنش افزایش یابد، میله‌ها را تا حدودی از قلب راکتور بیرون می‌آورند و برای کاستن سرعت واکنش یا متوقف ساختن آن، میله‌ها را بیشتر در قلب راکتور فرو می‌برند. نتیحه‌ی واکنش راکتور بصورت انرژی گرمایی بسیار زیاد ظاهر می‌شود. گرمای تولید شده را بکمک جریان سیالی که از قلب راکتور می‌گذرد به محفظه‌ی مبادله کننده‌ی گرما که در آن آب وجود دارد منتقل می‌کنند. آنجا آب تبخیر شده و بخار متراکم شده توربین را می‌چرخاند و برق تولید می‌شود.
ه) زباله‌های هسته‌ای
بعد از تولید انرژی در راکتور، چیزی که برجای می‌ماند، زباله‌های رادیواکتیو است. این زیاله‌ها با این که حجم کمی دارند ولی از حساسیت زیادی برخوردارند. سوخت مصرف شده که از راکتور خارج می‌شود، بسیار داغ و رادیواکتیو است و اشعه ها و یونهای فراوانی را می‌تاباند. بنابراین باید سرد شده و از تابش رادیواکتیو آنها نیز جلوگیری شود. به این منظور استخرهایی در کنار راکتورها تعبیه شده است. آب داخل استخر هم میله‌های سوخت مصرف نشده را خنک می‌کند و هم بعنوان پوشش حفاظتی در برابر رادیواکتیو عمل می‌کند. به مرور زمان گرما و تابش کاهش می‌یابد و بعد از 40 سال به 0.001 مقدار اولیه می‌رسد. 3 درصد سوخت مصرف شده در یک راکتور آب سبک، ضایعات بسیار خطرناکی هستند ولی بقیه آن، مقادیر قابل توجهی پولوتونیوم و اورانیوم 235 و 238 است. این مواد را می‌توان با روشهای شیمیایی از هم جدا کرد و با شرایط اقتصادی و قوانین حقوقی خاص، آن را برای تهیه‌ی سوخت هسته‌ای جدید، بازیافت کرد. در نهایت زیاله‌ها را درون محفظه‌های فولاد زنگ نزن، قرار داده و در منطقه‌ای پایدار (از نظر جغرافیایی) انبار می‌کنند.
