غنی‌سازی اورانیوم بدون سانتریفیوژ؟!

خبرآنلاین: در آینده، به جای آبشارهای پرحجم و گران‌قیمت سانتریفیوژ‌ از لیزر برای غنی‌سازی اورانیوم استفاده خواهد شد که علاوه بر سهولت ، قیمت برق هسته‌ای را نیز کاهش خواهد داد.

با توجه به این که اولین تاسیسات غنی سازی لیزری جهان در سال ۲۰۱۲/۱۳۹۱ مجوز ساخت و اجرای خود را از کمیسیون تنظیم مقررات هسته‌ای ایالات متحده دریافت کرد، فضا برای تغییری رادیکال در این صنعت آماده است. حالا غنی سازی لیزری چگونه کار می‌کند، و این فرایند جدید، جدای از نگرانی‌های ان‌پی‌تی، در مقایسه با شیوه‌های موجود، چه برتری‌های اقتصادی دارد؟

به گزارش گیزمگ، نیروگاه‌های اتمی برای تهیه سوخت مصرفی خود معمولا از غنی سازی اورانیوم بهره می‌برند. با افزایش مقدار ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ در میله‌های سوخت از ۰.۷۱ درصد طبیعی به ۳ درصد یا بالاتر، با دردسر کمتری می‌توان به ظرفیت تولید گیگاواتی رسید. تعداد اندکی از راکتورها از اورانیوم ۲۳۵ غنی سازی شده تا ۲۰ درصد استفاده می‌کنند، و در بالاترین سطح غنی‌سازی نیز، تعدادی از راکتورهای هسته‌ای زیردریایی‌ها از اورانیوم غنی شده ۹۳ درصد بهره می‌برند.

سلاح‌های هسته‌ای مبتنی بر شکافت هسته‌ای، همواره از غنی سازی اورانیوم بهره می‌برند. در دورانی که شیوه گران قیمت و به لحاظ تکنیکی پیچیده دیفیوژن گازی تنها راه عملی غنی سازی اورانیوم بود، نگرانی کمی از بابت خطر گسترش سلاح‌های هسته‌ای وجود داشت، چرا که تنها کشورهای دارای منابع بی‌کران مالی و فنی می‌توانستند از این فرایند برای دستیابی به سوخت در مقیاس سلاح‌های هسته‌ای استفاده کنند. اما با فناوری سانتریفیوژ و حالا غنی سازی مبتنی بر لیزر، دوران تازه‌ای فرا رسیده است.

سه نوع معمول غنی سازی اورانیوم توسعه یافته و در مقیاس انبوه به کار گرفته شده‌اند: دیفیوژن گازی، زنجیره‌های سانتریفیوژ و غنی سازی لیزری. از این سه، تاسیسات دیفیوژن گازی چنان بزرگ، گران فیمت و از نظر تکنیکی نیازمند منابع گسترده هستند که نگرانی چندانی از بابت گسترش سلاح‌های هسته‌ای متوجه آنها نیست. چنین تاسیساتی اکنون دیگر از رده خارج شده‌اند و فناوری غالب امروزی برای غنی سازی اورانیوم، زنجیره‌های سانتریفیوژ سرعت بالا است. حال که شیوه‌های مبتنی بر غنی‌سازی لیزری از راه رسیده‌اند، آیا اورانیوم به شدت غنی شده، خیلی بیشتر از قبل در دسترس دیگر کشورها قرار خواهد گرفت؟ بگذارید نگاهی به این شیوه جدید بیندازیم و آن را با سانتریفیوژها مقایسه کنیم. شاید جواب را پیدا کردیم.

سانتریفیوژها

سانتریفیوژ گازی، یک لوله خلا است که با سرعت در امتداد محور دراز خود چرخش می‌کند. این چرخش، نیرویی گریز از مرکز بر گاز هگزافلورید اورانیوم موجود در لوله اعمال می‌کند، که گاز را به سوی دیواره سانتریفیوژ هل می‌دهد.


این نیرو بر روی هگزافلورید اورانیوم ایزوتوپ ۲۳۸ بیشتر از نیروی وارده بر هگزافلورید اورانیوم ایزوتوپ ۲۳۵ است. در نتیجه، گاز نزدیک‌تر به دیواره خارجی لوله، دارای غلظت بیشتری از اورانیوم ۲۳۸ است، در حالی که گاز در نزدیکی محور چرخش، با اورانیوم ۲۳۵ غنی شده است. بزرگ‌ترین سانتریفیوژ‌های مورد استفاده در صنعت غنی سازی اورانیوم، تنها حاوی تقریبا ۱۵ گرم اورانیوم هستند، در نتیجه یک تاسیسات غنی سازی باید دارای تعداد زیادی سانتریفیوژ باشد که به موازات هم کار کنند تا مقدار اورانیوم غنی شده تولیدی مجموع تاسیسات، قابلیت استفاده صنعتی و تجاری داشته باشد.

معمولا، یک آبشار سانتریفیوژ، دست کم نیاز به هفت مرحله دارد تا بتواند اورانیوم را تا حد ۵ درصد غنی کند، و برای تولید اورانیوم غنی شده ۲۳۵ مورد استفاده در سلاح‌های هسته‌ای، باید تعداد این مراحل به ۲۰ تا برسد. آبشار‌های سانتریفیوژ، مهم‌ترین مسیر در راه گسترش استفاده از انرژی هسته‌ای هستند که عمدتا ار برنامه‌های هسته‌ای نظامی پاکستان، لیبی و کره شمالی از آنها استفاده شده است. شایان ذکر است با توجه به عدم وجود هیچ گونه نظارت بین المللی بر برنامه نظامی اسرائیل، اطلاعات کمی از شیوه دستیابی این کشور به اورانیوم غنی شده در دسترس است.

جداسازی لیزری ایزوتوپ‌ها

بازیگر جدید این بازی، شیوه‌های غنی سازی است که از برانگیختگی لیزری برای جدا کردن ایزوتوپ‌ها استفاده می‌کنند. پایه تمام طرح‌های غنی سازی مبتنی بر لیزر این است که مقدار انرژی مورد نیاز برای قرار دادن یک مولکول هگزافلورید اورانیوم حاوی اورانیوم ایزوتوپ ۲۳۵ در حالت برانگیختگی، اندکی کمتر (تقریبا ۰.۱ درصد) از انرژی مورد نیاز برای برانگیختن مولکول حاوی ایزوتوپ ۲۳۸ است.

مشخص شده که فوتون‌های دقیقا تنظیم شده از یک لیزر ۱۶ میکرونی می‌توانند مولکول‌های حاوی اورانیوم ۲۳۵ را برانگیخته کنند، اما مولکول‌های حاوی اورانیوم ۲۳۸ در همان حال پایه (عدم برانگیختگی) باقی می‌مانند. در نتیجه تنها مولکول‌های حاوی اورانیوم ۲۳۵ به حالت برانگیختگی می‌روند، که کار جدا کردن این دو ایزوتوپ را خیلی ساده‌تر شیوه‌های قبلی می‌کند.

اولین تاسیسات تجاری غنی سازی لیزری اورانیوم ۲۳۵ که قرار است با همکاری جنرال الکتریک (جی.ای) و هیتاچی ساخته شود، از یک فناوری غنی سازی لیزری استرالیایی به نام جداسازی ایزوتوپ‌ها با برانگیختگی لیزری یا SILEX استفاده می‌کند. در حال حاضر سایلکس برنامه چرخه آزمایش فاز اول خود را در تاسیسات غنی سازی جهانی جی‌ای- هیتاچی در کارولینای شمالی پشت سر می‌گذراند. وقتی این تشکیلات تجاری تکمیل شود، سطح غنی سازی هدف آن، هشت درصد خواهد بود، که محصول آن را بالاترین سطح اورانیوم غنی شده با غلظت پایین قرار می‌دهد.

سایلکس تنها یکی از چندین شیوه جدیدی است که برای غنی سازی اورانیوم آزمایش شده‌اند. فرایند سایلکس توسط دکتر مایکل گلدورثی و دکتر هورست استروو، ارائه شده است.

جزئیات سایلکس که بخشی از مجوز فناوری ارائه شده به شرکت غنی سازی ایالات متحده است، محرمانه مانده است. در نتیجه به رغم این که ما از همه جزئیات این فرایند آگاه نیستیم، حدس می‌زنیم که تنها سه مرحله غنی‌سازی برای تولید اورانیوم غنی شده ۵ درصد مورد نیاز باشد، و برای رسیدن به غلظت مورد نیاز برای تولید سلاح‌های هسته‌ای هم تنها هفت مرحله کفایت می‌کند. حدس زده می‌شود که هزینه اولیه، اندازه و نیروی مورد نیاز یک تاسیسات غنی سازی لیزری اورانیوم تنها یک پنجم یک تاسیسات غنی سازی سانتریفیوژی معادل آن باشد. هزینه عملیاتی آن هم باید خیلی کمتر از سانتریفیوژ باشد.

ساده‌تر، کوچک‌تر و ارزان‌تر بودن لیزر، ویژگی‌هایی هستند که به کاهش هزینه تولید برق هسته‌ای در صورت استفاده از این فناوری کمک می‌کنند. اما، همین خصوصیات سبب می‌شوند که خطر گسترش سلاح‌های هسته‌ای هم بیشتر شود (تجربه هند، پاکستان و کره شمالی را فراموش نکنید). زمان مشخص خواهد کرد که در آینده کدام یک از این دو پیروز خواهد شد.