جهان در گیرودار بحران انرژی/ هسته ای شدن ایران، تنها راه برون رفت از بحران

گروه سیاسی تیتریک؛ تحقيقات در زمينه علوم هسته‌اي باعث رشد همه جانبه كشور خواهد شد، زيرا علي‌رغم تصور عمومي، علوم هسته‌اي زمينه‌هاي كاري بسيار متنوع دارند. از جمله در كشاورزي، اصلاح بذرها و نباتات، دامپروري و دامداري، پزشكي و در زمينه درمان بسياري از بيماري‌ها از طريق توليد راديوداروها و... اما آنچه باعث حركت سريع جهان به سمت انرژي هسته‌اي شده است بحران انرژي است. مسئله بحران انرژي موضوعي است كه كليه كشورها از فقير و غني با آن دست به گريبان مي‌باشند و بسياري از معادلات جهاني اكنون تحت تأثير بحران انرژي تغيير كرده است. به جرأت مي‌توان گفت بسياري از جنگ‌ها و لشكر كشي‌ها و چنگ و دندان نشان دادن‌ها در دنياي امروز بر سر انرژي و در رأس آن نفت مي‌باشد.

اين بخاطر تعيين كننده بودن نقش نفت به عنوان اولين منبع قوي انرژي است. كشوري كه نفت دارد، توليد دارد و به تبع آن صادرات، رفاه و... دارد پس كشوري كه نفت (انرژي) دارد آينده دارد، يعني نفت= آينده

اما در اينجا مسئله‌اي ديگر هست كه بشر را سخت نگران كرده و آن پايان پذيري نفت است. هم اكنون بسياري از چاه‌هاي نفت عمر مفيد خود را پشت‌سر گذاشته‌اند و به كمك تزريق گاز به اين چاه‌هاست كه به حيات خود ادامه مي‌دهند. بر اين اساس عقل سليم بشري ناگزير است منبعي جايگزين براي نفت بيابد. در اين بخش انرژي‌هاي نو زيادي معرفي شده‌اند، از قبيل: انرژي خورشيدي، انرژي باد، انرژي آب درياها، انرژي زمين‌گرمايي، سوخت هيدروژني و...

اما در اين ميان انرژي كه بخواهد جايگزين نفت شود بايد شرايط خاصي داشته باشد.

از جمله:

1) به مقدار كافي در دسترس باشد.

2) آلايندگي شديد نداشته باشد.

3) هزينه دسترسي به آن بالا نباشد.

4) دائمي باشد.

تحقيقات جهاني نشان مي‌دهد تنها انرژي كه داراي شرايط فوق باشد همان انرژي هسته‌اي است و انرژي‌هاي ديگر در رده‌هاي بعدي قرار مي‌گيرند. پس اكنون با اطمينان كامل مي‌توانيم بگوييم: انرژي هسته‌اي= آينده

شايد برخي بيانديشند اكنون كه ما داراي سوخت‌هاي فسيلي هستيم نيازي نيست اينقدر در بحث هسته‌اي سرمايه‌گذاري كنيم. اما جالب است بدانيم روسيه با داشتن بزرگترين ذخاير گازي جهان همچنين توليد روزانه 8 ميليون بشكه نفت(حدود 3 برابر توليد روزانه ايران) 31 نيروگاه هسته‌اي دارد. همچنين آمريكا با داشتن ذخاير غني نفت داراي 104 نيروگاه هسته‌اي مي‌باشد. اين بدان معناست كه آن‌ها خيلي زودتر از ما به اين حقيقت رسيده‌اند كه انرژي هسته‌اي= آينده

انرژي هسته‌اي در كجاست و چگونه به كار گرفته مي‌شود؟

انرژي هسته‌اي در واقع همان انرژي ذخيره شده در هسته اتم‌هاي مواد مي‌باشد. در صورتي كه ما بتوانيم هسته يك اتم را بشكافيم با شكافته شدن هسته اتم دو اتم جديد بوجود مي‌آيند و مقدار بسيار زيادي انرژي هم توليد مي‌شود كه اين انرژي ناشي از تبديل شدن مقداري ماده به انرژي مي‌باشد.

آنچه جالب توجه است اين است كه انرژي هسته‌اي در هسته همه اتم‌ها موجود است اما آزاد سازي اين انرژي در عناصر راديواكتيو بسيار آسان‌تر مي‌باشد و در بين عناصر راديواكتيو اورانيوم آمادگي بيشتري براي اين فرآيند دارد. اما اورانيوم خود داراي سه ايزوتوپ[1]¹ مي‌باشد(U₂₃₄ وU₂₃₅ و U₂₃₈) كه از اين ميان U₂₃₅ براي آزاد سازي انرژي هسته‌اي به كار گرفته مي شود. پس خلاصه كلام اين كه آنچه در بكارگيري انرژي هسته‌اي مورد نياز است U₂₃₅ مي‌باشد و هر كشوري كه بتواند U₂₃₅ را در اختيار بگيرد قسمت زيادي از مسير استحصال انرژي هسته‌اي را طي كرده است.

انرژي هسته‌اي منبعي عظیم و غير قابل تصور

مقدار انرژي كه مي‌توان از يك كيلوگرم اورانيوم 235 بدست آورد برابر است با انرژي موجود در 000/250/2 ليتر بنزين يا نفت و همچنين معادل انرژي 000/000/10 كيلو زغال سنگ مي‌باشد كه بسيار شگفت‌انگیز است. به مثال‌هاي زير دقت كنيد:

1) اگر فرض كنيم يك بخاري نفت‌سوز در شبانه‌روز 20 ليتر نفت بسوزاند در اين صورت انرژي موجود در يك كيلوگرم اورانيوم معادل انرژي لازم جهت سوختن اين بخاري به مدت 300 سال خواهد بود.

2) اگریك خودرو سمند با 5 سرنشین در حال حركت باشد در هر 100 كیلومتر 10 لیتر بنزین مصرف می‌كند؛ انرژی موجود در یك‌كیلوگرم اورانیوم معادل بنزینی است كه این اتومبیل با 500 بار دور زدن كره‌ی زمین مصرف می‌كند. اگر سرعت این خودرو را60 كیلومتر در ساعت در نظر بگیریم با انرژی موجود در یك‌‌كیلوگرم اورانیوم به مدت 35 سال شبانه روز می‌تواند حركت كند.

3) اگر انرژي 25 كيلوگرم اورانيوم با غناي90 درصد آزاد شود(كه همان بمب اتمي است) درجه حرارتي معادل چند ميليون درجه ايجاد مي‌كند اين دماي بسيار بالا باعث تبخير و بالا رفتن همه چيز در محل انفجار مي‌گردد و در نتيجه خلاء ناگهاني ايجاد مي‌شود و باعث طوفان عظيمي شده كه تا شعاع 50 كيلومتر همه چيز را تخريب مي‌كند. اين تخريب معادل تخريب ناشي از انفجار 20000 تن تي‌ان‌تي مي‌باشد.

استخراج اورانيوم از معادن

ذخيره معادن اورانيوم دنيا مطابق جدول روبرو در كشورهاي مختلف پراكنده شده‌اند.

كشور ما 3 هزار تن معادن تثبيت شده دارد و با اكتشافات بيشتر اميدواريم كه حدود 20 تا 30 هزار تن ديگر به اين مجموعه اضافه شود.

در حال حاضر 2 معدن در حال بهره‌برداري داريم: 1) ساغند يزد 2) قچين(گچین) بندرعباس

معدن قچين در سطح زمين قرار دارد و با دستگاه‌هاي معمولي مي‌توان از آن‌ برداشت نمود ولي معدن ساغند در عمق 200-300 متري واقع است و براي رسيدن به آن‌ها دو چاه به عمق 350 و سطح مقطع 5/16 متر حفر شده است. براي بدست آوردن يك كيلوگرم اورانيوم بايد 2000 كيلوگرم سنگ معدن را استخراج نماييم. (یعنی نسبت اورانیوم به سنگ معدن 2000/1 است) بنابراين عيار اين معادن در ايران 05/0 درصد است.

كمبود معدن در يك كشور مشكلي در چرخه سوخت ايجاد نمي‌كند، مثلاً با اينكه فرانسه معادن كمي دارد اما از بزرگترين توليد كنندگان سوخت هسته‌اي به شمار مي‌آيد. اين كشور اورانيوم طبيعي مورد نياز خود را خريداري مي‌كند و پس از تبديل به سوخت با 10 برابر قيمت مي‌فروشد. كل ذخاير معادن اورانيوم دنيا 5/3 ميليون تن تخمين‌زده مي‌شود ولي هيچ‌نگراني درباره پايان يافتن اين منبع وجود ندارد زيرا 22 ميليون تن اورانيوم در معادن فسفات موجود است، همچنین آب دريا با داشتن 4 ميليون تن اورانيوم آخرين گزينه كشورها خواهد بود و ايران با قرار داشتن در كنار دريا از این نعمت بزرگ استفاده خواهد كرد. [2]

چرخه‌ فرآوری سوخت هسته‌ای

بعد از استخراج اورانيوم از معدن طبق نمودار زير سوخت نيروگاه توليد مي‌شود.

براي آشنايي بيشتر به شرح اين تكنولوژي بومي مي‌پردازيم:

الف) آسیاب كردن و تولید كیك زرد

يكي از كارخانه‌هاي آسياب و توليد كيك زرد در اردكان[3] واقع است. سنگ معدن توسط قطار به اين مكان حمل مي‌شود بعد از آسياب، مواد زائد(باطله) با كمك فرآيند‌هاي فيزيكي و شيميايي جدا مي‌گردد و هنگامي كه به خلوص اورانيوم 70% رسيد پودر زرد رنگي به نام كيك زرد[4] بدست مي‌آيد.

ب) تبدیل كیك زرد به UF₆ و غنی سازی آن

در كيك زرد به دست آمده غلظت اورانيوم 70% است اما قسمت اعظم آن(حدود 3/99 درصد) U238 است و قسمت كمی از آن (حدود7/0درصد) U₂₃₅ می‌باشد، از آنجا كه ما براي سوخت نیروگاه U235 لازم داريم بايد جداسازي انجام دهيم تا غلظت U₂₃₅ را به 5/3 تا 5 درصد برسانیم كه به اين كار غني‌سازي مي‌گويند. براي آن كه بتوانيم اورانيوم 235 را از 238 جدا كنيم بايد آن‌ها را تبديل به بخار نماييم. تا در دستگاهي به نام سانتريفيوژ راحت بچرخند اين دستگاه‌ها با چرخش سريع و استفاده از خاصیت گريز از مركز كار جداسازي مواد را انجام مي‌دهد. چون كیك زرد(U₃O₈) به راحتی قابل تبخیر نیست به كمك فلوئور آن را به(UF₆) تبدیل می‌كنند[5] كه به سرعت تصعید می‌شود و در سانتریفیوژ جداسازی روی آن انجام می‌شود. (اين تبديل كيك زرد به UF₆ در كارخانه UCF اصفهان انجام مي‌شود.)[6]

سانتريفيوژهاي ايران كه عمل جداسازي اورانيوم235 از 238 را بعهده دارند در مجتمع نطنز نصب مي‌باشند.[7]

براي غني‌سازي، گاز UF₆ وارد دستگاه سانتريفيوژ مي‌شود و با سرعت زياد(1000 دور در ثانيه) به كمك موتورهاي قوي چرخانده مي‌شود. اورانيوم 238 سنگين‌تر است و به كناره‌ها مي‌رود و اورانيوم 235 در مركز جمع مي‌شود و از قسمت بالاي سانتريفيوژ تخليه مي‌شود.

براي آنكه ميزان غني‌سازي به 3 تا 5 درصد برسد(يعني مقدار U₂₃₅ از 7/0 درصد به 3 تا 5 درصد برسد.) تعداد 164 سانتريفيوژ را پشت‌سر هم قرار مي‌دهند و خروجي هر دستگاه را به دستگاه بعدي وارد مي‌كنند. به اين مجموعه 164 تايي يك آبشار گفته مي‌شود.

اگر 1000 كيلوگرم UF₆ وارد سانتريفيوژها نماييم در خروجي 130 كيلوگرم UF₆ غني شده خواهيم داشت. باقي‌مانده را اورانيوم تهي شده مي‌گويند و در صنايع كاربردهاي گوناگوني دارد.

ج) تهیه میله‌های سوخت

UF₆ غني شده در نطنز دوباره به اصفهان بر مي‌گردد و به اكسيد اورانيوم UO₂ تبديل مي‌گردد، تا پس از پرس و تراش در ميله‌ي سوختي[8] مورد استفاده قرار گيرد. (نيروگاه بوشهر سالانه 28 تن UO₂ غني شده نياز دارد.) UO₂ غني شده بايد درون غلافي از جنس فلز زيركونيم[9] قرار گيرد تا بر اثر گرماي زياد متلاشي نگردد و به اين ترتيب ميله‌ي سوختي جهت استفاده در نيروگاه آماده شده است.

د)بازیافت سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای

با فرآيندي تحت عنوان عمل آوري مجدد مي توان 97 درصد سوخت مصرف شده را بازيافت كرد.

براي اين كار سوخت مصرف شده را چند سال زير استخرهاي آب نگهداري مي كنند تا سرد شود سپس با حل كردن آن در اسيد و اضافه كردن مواد شيميايي اورانيوم و پلوتونيم آن را استخراج مي كنند. كشوري كه تكنولوژي اين فرآيند را داشته باشد هيچگاه دچار كمبود سوخت نخواهد شد.[10]

تولید برق هسته‌ای

محفظه‌اي را كه انرژي اورانيوم 235 در آن آزاد مي‌شود رآكتور مي‌نامند(مانند آن كه به محفظه آزاد شدن انرژي نفت يا گاز، بخاري مي‌گوييم.)

رآكتورها انواع مختلفي دارند كه چند نوع آن در جدول زير آمده است:

اكنون به معرفي 3 نوع رآكتور مي‌پردازيم و مزايا و مشكلات هر يك را بيان مي‌كنيم:

1) رآكتور آب سبك تحت فشار

علت نام گذاري اين نوع رآكتور فشار زياد داخل آن است. سوخت، درون محفظه‌اي قرار مي‌گيرد كه به آن قلب رآكتور مي‌گويند و آب از محفظه پايين وارد رآكتور مي‌شود وگرماي حاصل از رآكتور دماي آب را به 320 درجه مي‌رساند، ولي چون فشار داخل 160 اتمسفر است آب بخار نمي‌شود سپس اين آب از قسمت بالا به سمت مدار ثانويه مي‌رود و آب درون اين مدار را بخار مي‌كند و خودش كه سرد شده است به داخل رآكتور بر مي‌گردد.

بخار آب ايجاد شده در رآكتور ثانويه با انرژي زيادي كه دارد توربين بخار را به حركت در مي‌آورد و ژنراتوري كه به توربين متصل است برق توليد مي‌كند.

مشكل ساخت اين رآكتور تحمل فشار قطعات تا160 اتمسفر است كه بايد در كشور علم متالوژي مواد و جوشكاري پيشرفت زيادي كرده باشد.

رآكتور بوشهر[11] از اين نوع مي‌باشد. اين رآكتور براي شروع كار80 تن سوخت نياز دارد و بعد از شروع به كار سالانه 28 تن سوخت بايد به آن اضافه شود اين رآكتور در شهريورماه 1388 راه‌اندازي خواهد شود.

قلب اين رآكتور با 7 لايه پوششي احاطه شده است. لايه اول كره‌اي فولادي به ضخامت 2 سانتي‌متر و قطر80 متر است و لايه دوم بتني مي‌باشد. اين لايه‌ها باعث مي‌شود كه در صورت انفجار رآكتور مواد آلاينده به بيرون نشت نكند. رآكتور دارخوين نيز از نوع آب سبك است و با كامل شدن آن ايران به جمع كشورهاي سازنده رآكتور نيروگاهي مي‌پيوندد.(60 درصد طراحي پايه اين راكتور انجام شده است.)

2) رآكتور آب سنگين

در اين رآكتورها لوله‌هايي به ضخامت 5 ميلي‌متر از قلب رآكتور عبور مي‌كند و گرماي آن را خارج مي‌سازد. مزيت آن استفاده از UO₂ طبيعي(غنی نشده) است ولي براي بیشتر كشورهاي جهان تهيه آب‌‌سنگين[12] مشكل است.

رآكتور40 مگاواتي ايران در اراك از اين نوع است كه ساخت آن توسط دانشمندان كشورمان انجام مي‌شود و تا 6 سال ديگر به بهره برداري مي‌رسد. با راه‌اندازي اين رآكتور ايران مي‌تواند اقدام به صادرات راديوداروها كند.[13]

دو كارخانه توليد آب‌سنگين نزديك رآكتور اراك مشغول فعاليت است و هر كارخانه سالانه 8 تن آب سنگين مي‌سازد تا در رآكتور آب سنگين مورد استفاده قرار گيرد.[14] .

3) رآكتور زاينده

در اين رآكتورها نوترون‌هاي سريع باعث شكافت پلوتونيم مي‌شوند اما چون داخل آن‌ها اورانيوم 238 موجود است برخورد اتم‌هاي U₂₃₈ نوترون آن‌ها را تبديل به پلوتونيم مي‌كند، بنابراين بيشتر از مقداري كه پلوتونيم مصرف مي‌شود دوباره پلوتونيم توليد خواهد شد. با ساخت اين رآكتور ما به منبع پلوتونيمي دست يافته‌ايم كه هيچ‌گاه مقدار آن كم نمي‌شود بلكه افزوده نيز مي‌گردد.[15]

بكارگیری گسترده رآكتورها

با توجه به اينكه به كمك رآكتور مي‌توانيم برق بسيار ارزاني توليد كنيم جهان به سرعت به اين روش روي آورده است.

امروزه 442 نيروگاه هسته‌اي در30 كشور جهان فعال است و 83 نيروگاه در جهان در حال ساخت مي‌باشد. جدول زير تعداد نيروگاه‌هاي هسته‌اي را در برخي كشورها نشان مي‌دهد.

اگر برق را ارزان توليد كنيم چه خواهد شد؟

مي‌دانيم هم اكنون در كشور ما و بسياري از كشورهاي ديگر به كمك سوخت‌هاي فسيلي و بويژه گاز برق توليد مي‌كنيم، در حالي كه از اين مواد استفاده‌هاي بسيار مهم‌تر و مفيد‌تري مي‌توان برد. اگر ما برق را به شيوه هسته‌اي توليد كنيم مي‌توانيم بسياري از چاه‌هاي نفت و گاز را پلمپ كنيم. و از نفت تنها در پتروشيمي استفاده كرده و فرآورده‌هاي پيشرفته‌تر كه ده‌ها برابر نفت خام ارز آوري دارند توليد كنيم. همچنين از چاه‌هاي گاز بسياري از مواد ارزشمند مورد نياز را بدست آوريم يا جهت بالا بردن راندمان چاه‌هاي نفت به آن‌ها گاز تزريق كنيم. در زندگي امروز، اكثر وسايل برقي است و آن‌هايي را هم كه برقي نيست به راحتي مي‌توان برقي كرد، از قبيل: چاه موتورها، اتوموبيل‌هاي برقي، ترن‌هاي برقي، بخاري‌هاي برقي و... با اين كار از شر كليه آلاينده‌ها ناشي از سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي از قبيل CO و CO₂ و... رها مي‌شويم و هواي شهرها پاك مي‌شود، همچنين هزينه‌هاي ناشي از انتقال سوخت و آلودگي ناشي از نشت سوخت، انفجار سوخت و... از زندگي رخت بر مي‌بندد و در يك كلام بشر در زندگي پاك قدم مي‌گذارد.

كاربردهاي انرژي هسته‌اي در شاخه‌هاي مختلف علمي

بر خلاف آنچه بسياري تصور مي‌كنند استفاده از انرژي هسته‌اي محدود به توليد الكتريسيته نمي‌شود بلكه در زمينه‌هاي مختلف علمي كاربرد دارد از جمله در مباحث پزشكي، كشاورزي، شيميايي، صنعتي، باستان شناسي و...

1) كاربرد انرژي هسته‌اي در پزشكي

در پزشكي شاخه‌اي به نام پزشكي هسته‌اي وجود دارد كه از دانش هسته‌اي براي راديوتراپي، سي‌تي‌اسكن و درمان بسياري از بيماري‌هاي مغزي، قلبي، ريوي، استخواني و حتي درمان سرطان‌ها بهره مي‌جويد. بدين صورت كه به كمك رآكتورهاي آزمايشگاهي راديوداروهاي مختلفي توليد مي‌شود، مانند: كبالت60، تاليوم201، گاليوم 67، كريپتون 81، يد 131، تكنسيوم 99 و... دسته‌اي از اين راديوداروها براي عكس‌برداري از نقاط مختلف بدن و برخي ديگر جهت درمان استفاده مي‌شود. مثلاً يد 131 بهترين دارو براي درمان سرطان تيروئيد است. تاكنون ما، سالانه 3 ميليون دلار هزينه مي‌كرديم و از كشور بلژيك راديودارو مي‌خريديم ولي هم اكنون به كمك رآكتور تحقيقاتي تهران اين راديوداروها در داخل ساخته مي‌شوند و حتي بزودي بحث صادرات اين داروها هم قابل طرح است. در هفته تعداد 1 هزار بيمار در ايران به كمك راديوداروها مداوا مي‌شوند.

2) كاربرد انرژي هسته‌اي در كشاورزي

در كشاورزي در بخش اصلاح نباتات و ايجاد جهش در گياهان، كنترل حشرات، مبارزه با آفات گياهي و افزايش عمر مواد غذايي كاركردهاي متنوعي دارد. مثلاً نوعي گندم در طبس كشت مي‌شده است كه قد دانه‌هاي گندم كوتاه بوده است اما با اصلاح بذر اين گندم به كمك تكنولوژي هسته اي70 درصد افزايش محصول در اين گندم ايجاد شده است. در بحث آفات گياهي و حشرات در گذشته ما از سموم استفاده مي‌كرديم، در حالي كه اين كار منجر به آلودگي گياه، آلودگي زمين، آلودگي دام و تخريب اكوسيستم مي‌شد ولي با استفاده از روش پرتو دهي هسته‌اي مي‌توان بدون آلوده كردن محيط زيست مبارزه با آفات را انجام داد. در افزايش عمر مواد غذايي، پس از فرآوري ماده غذايي و قبل از بسته‌بندي با پرتو دهي عوامل ميكروبي، ميكرو ارگانيسم‌ها و عواملي را كه باعث خرابي ماده غذايي مي‌شود از بين مي‌برند و عمر ماده غذايي و ماندگاري آن افزايش مي‌يابد اين روش بر كنسرو كردن، پاستوريزه كردن و كليه روش‌هاي قديمي ترجيح دارد زيرا در روش پرتو دهي طعم، مزه و كليه خواص ماده مغذي محفوظ مي‌ماند. به عنوان مثال آمريكا در سال 2005 با استفاده از روش پرتو دهي مواد غذايي 300 ميليارد دلار درآمد كسب كرد و 4 ميليون نفر اشتغال ايجاد كرد. اكنون پرتو دهي در 43 ماده غذايي از قبيل: گوشت، ماهي، ادويه، سيب زميني، گوجه‌فرنگي، سبزيجات و... توسط 25 كشور انجام مي‌شود كه باعث حفظ مواد غذايي و جلوگيري از اسراف شده و ارز آوري بالايي در پي دارد.

3) كاربرد انرژي هسته اي در صنعت

در صنايع براي نشت‌يابي در لوله سازي، صنعت نفت و چك كردن محل‌هاي جوشكاري استفاده مي‌شود. در سيستم‌هاي بسته مانند ديگ‌هاي صنعتي براي يافتن سطح مواد همچنين بررسي ميزان خوردگي قطعات در موتور استفاده مي‌شود. جهت ضد عفوني وسايل پزشكي و افزايش عمر آ‌ن‌ها نيز از پرتو دهي استفاده مي‌گردد.