X
تبلیغات
تیریبون آزاد

تیریبون آزاد
الهی به امید تو نه به امید خلق تو 
قالب وبلاگ
چت باکس


سانتریفوژ:
سانتریفوژ یا دستگاه مرکزگریز دستگاهی است که در آن با استفاده از نیروی گریز از مرکز مواد را از یکدیگر جدا می‌کنند. در این دستگاه محفظه‌ای که مواد جداشدنی در آن قراردارد معمولاً به کمک یک موتور به سرعت حول یک محور می‌چرخد.

سانتریفوژ ماشینی است که از آن برای چرخاندن مواد با سرعت بالا استفاده می شود. دانشمندان معمولا دستگاه سانتریفوژ را برای جدا کردن ذرات جامد از یک مایع یا تقسیم مخلوط مایعات به اجزای مختلف آن به کار می گیرند. مخلوط را درون لوله ای قرار می دهند که طوری قرار داده شده‌است که با چرخش دستگاه، به سمت خارج از مرکز حرکت می کند و به حالت افقی قرار می گیرند. در این حالت، نیروی گریز از مرکز می خواهد که مخلوط را برخلاف مرکز سانتریفوژ براندو از این نقطه دور کند و ذرات یا مایع سنگین تر بیش تر به سمت بیرون (یا ته مخلوط) رانده می شوند. وقتی سانتریفوژ از حرکت باز می ایستد، مواد به همین حالت غیر مخلوط می مانند. خون و سایر نمونه های بیولوژیکی را معمولا به وسیله دستگاه سانتریفوژ جدا می کنند. سریع ترین سانتریفوژ با نام (( فرامرکز گریز )) با سرعت ۲۰۰۰۰۰ دور در دقیقه می چرخد. از دستگاه های گریز از مرکز بزرگ برای انجام آزمایش بر روی خلبانان نظامی و فضانوردان استفاده می شود تا میزان مقاومت آنان در شتاب های بالا معلوم شود.

انواع دستگاه‌های مرکز گریز برای مصارف گوناگون ساخته شده است. نمونه‌های خانگی این دستگاه برای جداکردن آب از سبزی‌ها مثل کاهو و غیره بکار می‌رود. در نمونه‌های آزمایشگاهی برای جداکردن گلوبول‌های خون از پلاسما استفاده می‌شود. دستگاههای صنعتی با موتورهای قوی و در ابعاد بزرگ برای جدا کردن مواد بکار می‌رود. در کار غنی‌سازی اورانیوم نیز از دستگاه‌های مرکزگریز گازی استفاده می‌شود.

در مبحث انرژی هسته ای، غنی سازی درواقع افزایش درصد ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ (U ۲۳۵) از ۷/۰ درصد به حدود ۴ الی ۵ درصد در مخلوط طبیعی اورانیوم است.
سنگ معدن اورانیوم موجود در طبیعت از دو ایزوتوپ اورانیوم ۲۳۵ به مقدار ۰.۷ درصد و اورانیوم ۲۳۸ ‏به مقدار ۹۹.۳ درصد تشکیل شده است. اگر ما بخواهیم از اورانیوم ۲۳۵ بعنوان سوخت در نیروگاههای حرارتی، استفاده كنیم اورانیوم به شكل طبیعی قابل استفاده نیست و باید درصد اورانیوم ۲۳۵ را در سوخت بالا ببریم(زیرا فقط اورانیوم ۲۳۵ با نوترونهای گرمایی واكنش شكافت انجام می دهد). به این كار اصطلاحا غنی سازی اورانیوم می گویند، كه از عهده هر كشوری بر نمی اید زیرا این عمل بسیار پرهزینه و گران است و نیازی به تخصص فوق العاده زیادی دارد.

مراحل غنی سازی، به اختصار به این صورت است كه ابتدا سنگ معدن اورانیوم استخراج شده را آسیاب كرده و به صورت پودر در می‌آورند (معدن اورانیوم صخره ای است كه در هر تن دارای یك تا چهار پوند اكسید اورانیوم می باشد كه تقریبا ۰.۰۵ تا ۰.۲۰ درصد اكسید اورانیوم دارد- از هر هزاران کیلو سنگ معدن اورانیوم ‏‏۱۴۰ کیلوگرم اورانیوم طبیعی به دست می آید که فقط یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ ‏خالص در آن وجود دارد.‏) سپس به این پودر، اسید سولفوریك اضافه می‌كنند و پس ازطی فرآیند شیمیایی خاصی و تخلیص سازی، اكسید اورانیوم را با اسید سولفوریك تركیب کرده و به سولفات اورانیل تبدیل می کنند ودر آخر با افزودن حلال‌های مخصوصی به سولفات اورانیل، ماده‌ای جامدی به نام كیك زرد (اكسید اورانیوم‌U۳O۸ ) به وجود می اید كه شامل ۷۰ درصد اورانیوم بوده و دارای خواص پرتوزای می باشد. برای غنی سازی اورانیوم، باید ابتدا كیك زرد را با اتم فلئور (F۹)، ترکیب کرده و به صورت گاز هگزا فلوراید اورانیوم (UF۶) در بیاوریم. (هگزا فلورید اورانیوم UF۶ جامد است كه در دمای بالای ۵۶ درجه سانتیگراد بخار میشود). از این مرحله به بعد برای غنی سازی اورانیوم می توان از روشهای مختلفی استفاده نمود که یکی از آنها استفاده از سانتریفوژ می باشد.

تاریخ غنی سازی اورانیوم از جنگ جهانی دوم آغاز می شود، به عنوان مثال غنی سازی به وسیله سانتریفوژ حدوداً ۴۰ سال پیش توسط فردی آلمانی به نام زیپه(۲) طراحی شد. البته از فرایندهای دیگری مانند الكترومغناطیسی، پخش گازی، شیمیایی و فتوشیمیایی هم برای غنی سازی استفاده شد و بعضی از این روشها خیلی سریع توسعه پیدا كردند.
دو روش سانتریفوژ و پخش گازی پایه صنعتی غنی سازی در كل جهان می باشند كه البته با توجه به گسترش موضوع سعی شده كه در این مقاله در مورد روش سانتریفوژ صحبت شود.روش سانتریفوژ در مقیاس صنعتی ابتدا در هلند دردهه ۶۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفت، برای این منظور توسعه مواد با استقامت و خواص ویژه و ساخت یاطاقان های پیشرفته برای سانتریفوژهای با سرعت دورانی زیاد لازم می بود. در آلمان وانگلستان نیز این روش توسعه یافت و در سال ،۱۹۷۰ سه كشور آلمان، هلند و انگلستان شركت URENCO را برای توسعه این فرآیند و عرضه سرویس غنی سازی به بازار بین المللی تشكیل دادند. این فرآیند در دهه ۸۰ در كشورهای آمریكا، فرانسه، ژاپن، استرالیا و چند كشور دیگر نیز به كار گرفته شده است. البته باید یادآوری كرد كه استفاده از سانتریفوژ برای جداسازی مواد با جرم های ویژه مختلف از صد سال پیش شروع شده است ولی در آن زمان بحث غنی سازی اصلاً مطرح نبود، به طوری كه از سال ۱۹۱۹ میلادی این روش برای جداسازی ایزوتوپ گازها مورد استفاده قرار گرفت؛ تا اینكه در جنگ جهانی دوم از دستگاه سانتریفوژ برای غنی سازی اورانیوم استفاده به عمل آمد.
پس از اكتشاف و استخراج كانی های اورانیوم كانه آرایی و تغلیظ برای تهیه كنسانتره(۷) ۸ U ۳ O (كیك زرد)(۸) در چند مرحله انجام می شود، كیك زرد به دست آمده شامل بیش از ۷۰ درصد اورانیوم می باشد.روی این كیك زرد كنترل كیفیت اندازه ذرات كنسانتره و سیالیت آن انجام می شود. سپس جهت تولید پودر UO2 ازكیك زرد (U3O8) عملیات انحلال، استخراج، رسوب گیری UC(۹) و احیاء انجام می شود و برای تبدیل UO2 به UF6 (نمك سبز) با اسید فلورئید ریك (HF) آن را تركیب می كنند تا UF4 به دست آید. سپس UF4 را با گاز فلوئور فلوریناسیون می كنند تا UF6 به دست آید. UF6 به دست آمده در دمای پایین گازی شكل است كه خوراك دستگاه سانتریفوژ گازی است تا بدین وسیله گاز UF6 غنی شود.در سال ۱۹۳۰ سانتریفوژ با جریان همسو(Concurrent)كه در آن ماده تغذیه از درون لوله ای كه در مركز درپوش بالایی سانتریفوژ قرار دارد، وارد می شد. مولكولهای سبك بیشتر به اطراف محور مركزی ومولكولهای سنگین بیشتر به طرف دیواره سوق پیدا كرده و به وسیله مجراهایی از سانتریفوژ خارج می شوند. در جنگ جهانی دوم از این سانتریفوژ برای غنی سازی اورانیوم استفاده به عمل آمد ولی بازده كم آن موجب كنار گذاشتن این روش شد. سانتریفوژ با جریانهای همسو دو نقص بزرگ داشت: یكی اینكه فشار در نزدیك محور مركزی پایین بود و خارج كردن مولكولهای سبك تر (U ۲۳۵) با اشكال مواجه می شد و دیگر اینكه بازده جداسازی این سانتریفوژ بسیار كم بود. این مشكلات موجب شد كه سانتریفوژ با جریانات مخالف توسعه یابد. در این سانتریفوژ ماده تغذیه كه همان UF6 می باشد از وسط محور چرخشی وارد شده و با حركت در طول محور و جداره در دو جهت مختلف موجب ایجاد اختلاف غلظت ایزوتوپی در طول محور می شود. در نتیجه می توان ایزوتوپ های سبك (اورانیوم ۲۳۵) و سنگین (اورانیوم ۲۳۸) را در دو انتهای محور و در نزدیك جداره سانتریفوژ برداشت كرد. چون فشار در كنار جداره زیاد است بنابراین برداشت ایزوتوپ سبك تر (اورانیوم ۲۳۵) مشكلی ایجاد نمی كند. با این نوع سانتریفوژ بازده جداسازی افزایش پیدا كرده و با ارتفاع سانتریفوژ متناسب است. این سانتریفوژ هنوز اهمیت خود را حفظ كرده و با به كار گرفتن مواد با استقامت و خواص بهتر افزایش بازده و رقابت اقتصادی آن در سطح وسیع ممكن شده است. چونكه تفاوت جرمی اورانیوم ۲۳۵ (U ۲۳۵) اورانیوم ۲۳۸ (U ۲۳۸) فقط سه نوترون می باشد و باتوجه به اینكه وزن یك نوترون از مرتبه ۲۴- ۱۰ گرم بوده متوجه می شویم كه تفاوت جرمی اورانیوم ۲۳۵ و اورانیوم ۲۳۸ بسیار جزئی است، به طوری كه یك دستگاه سانتریفوژ به هیچ عنوان قادر نیست تا ۴ الی ۵ درصد غنی سازی انجام دهد، پس باید فرآیند غنی سازی در مراحل زیادی به صورت پشت سر هم كه آبشار (casade)نامیده می شود انجام پذیرد تا بتوان به غنای ۴الی ۵درصد رسید. به عنوان مثال اگر دستگاه سانتریفوژ جریان مخالفی داشته باشیم كه در هر ثانیه ۱۰۰۰ دور بتواند بزند باید در حدود شاید ۶۰۰۰۰ (شصت هزار) دستگاه پشت سر هم كه آبشار نامیده می شود كنار هم قرار داد تا بتوان ۴ الی ۵ درصد اورانیوم گازی شكل UF6 را غنی كرد. راه اندازی یك سایت صنعتی غنی سازی اورانیوم به ده ها مگاوات نیروی برق نیاز دارد. تصور كنید كه اگر استوانه چرخنده هر دستگاه سانتریفوژ بخواهد ۱۰۰۰ دور در ثانیه بزند چه مقدار باید برق مصرف كند و همچنین خلاء داخل آن باید بسیار مقدار بالایی داشته باشد تا تحقق چنین شرایطی فراهم شود با در نظر گرفتن این شرایط تصور كنید به عنوان مثال ۶۰هزار دستگاه سانتریفوژ را در كنار هم قرار دادن جهت جداسازی ایزوتوپی اورانیوم چه تكنولوژی بالایی را طلب می كند.شاید عده ای تصور كنند حالا اگر كشوری مثلاً توانست اورانیوم را تا ۵ درصد غنی كند كه مورد استفاده در راكتور نیروگاههای هسته ای است حتماً خواهد توانست اورانیوم با غنای بالاتر مثلاً بالاتر از ۷۰ درصد (كه مورد استفاده در تسلیحات هسته ای است) تولید كند در پاسخ به این افراد باید گفت كه مثال این قضیه مانند بحث خودرو است. اگر كشوری بخواهد خودرویی با سرعت ۳۰۰ كیلومتر در ساعت تولید كند، برای این كار، نسبت به خودرویی كه با سرعت معمولی حركت می كند، طراحی جدیدی نیاز دارد. یعنی نحوه اتصال سانتریفوژها تغییر می كند و بسته به نوع و درصد غنی سازی شرایط كار تغییر می كند. در مورد ایران به فرض بپذیریم كه ایران توانسته ماشین بسازد اما اگر بخواهد ماشین با مشخصات جدیدی بسازد نیاز به تكنولوژی متفاوتی نسبت به قبل دارد. در مورد غنی سازی ۵ درصد و بالای آن هم به همین صورت است و ما به یك دانش فنی اضافه نیاز داریم؛ یعنی چیز جدیدی ساخته نمی شود، ولی باید به آن موارد قبلی، بخش های جدید خاصی اضافه شود. باید این نكته یادآوری شود كه غنی سازی با درصد بالا یك غنی سازی ۳ تا ۵ درصدی یا بخشی از آن نیست بلكه بحث دیگری است و باید از صفر آغاز كرد چرا كه طراحی و اتصال قطعات آن فرق دارد. شاید مثال تولید خودرو تراكتور بهتر باشد. الان داریم خودرو تولید می كنیم و آن موقع می خواهیم تراكتور بسازیم هرچند تولید این دو شباهت های زیادی با هم دارد ولی در هر حال تراكتور با خودرو دو نوع متفاوت اند. شاید افرادی فكر می كنند كه همه كشورهای دارای نیروگاه هسته ای خودشان تولیدكننده سوخت هسته ای می باشند در حالی كه اصلاً این طور نیست و داشتن نیروگاه هسته ای با داشتن تكنولوژی غنی سازی دو مقوله جدا از هم می باشند زیرا با داشتن نیروگاه هسته ای می توان سوخت را از كشورهای تولید كننده دریافت كرد و درواقع غنی سازی یك اهرم چانه زنی است البته ازنظر اقتصادی هم می تواند دارای صرفه باشد.

                                                         
منبع برخی مطالب:
http://bashgah.net/pages-6712.html


موضوعات مرتبط: فناوری هسته ای
[ سه شنبه بیست و هفتم فروردین 1387 ] [ 16:32 ] [ ایرج میرزا ]
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

امکانات وب