تبدیل اورانیم

اورانیم تغلیظ شده به صورت " کیک زرد " مستقیماً غیرقابل استفاده به عنوان سوخت در راکتور هسته ای می باشد. بنابراین فرآیندهای بیشتری باید روی محصول فوق صورت بگیرد که به آن " تبدیل اورانیم " گفته می شود. در برخی از کشورها فرآیند تغلیظ تا تهیه UF4 پیش می رود ولی اکثراً در واحدهای جداگانه این عملیات را انجام می دهند.

در مجتمع تبدیل، اورانیم به دی اکسید اورانیم و یا اورانیم هگزا فلوراید تبدیل می شود. اولی به عنوان سوخت راکتورهایی که اورانیم غنی شده نیاز ندارند و می تواند مستقیماً بدون غنی سازی مورد استفاده قرار گیرد. ترکیب دوم قابلیت غنی شدن را دارد که پس از چند فرآیند دیگر می تواند به عنوان سوخت در اکثر راکتورهای اتمی به کار گرفته شود. منظور از غنی شدن یا غنی سازی، افزایش ایزوتوپ طبیعی اورانیم- 235 از 7/0 درصد به 4- 5/3 درصد است. بنابراین لازم است که اورانیم به صورت گازی شکل در آید تا امکان انجام عملیات غنی سازی با سهولت بیشتری فراهم گردد. لذا تبدیل اوراینم پیش نیاز این فرآیند می باشد. در مرحله تبدیل، مخلوط اکسیدهای اورانیم تغلیظ شده به صورت U3O8 در واحد خالص سازی در اسید نیتریک به صورت UO2(NO3)6H2O در می آید.

این محلول سپس در یک فرآیند استخراج حلالی با استفاده از تری بوتیل فسفات TBP  - که در کروسین یا دودکان رقیق شده است قرار می گیرد. اورانیم به فاز آلی انتقال می یابد و بعد از آن توسط اسید نیتریک رقیق از فاز آلی شستشو و خارج می شود. این محلول اسید نیتریک رقیق حاوی اورانیل، تبخیر شده و سپس کلسینه می شود. محصول اخیر UO3 خالص خواهد بود. ترکیب خالص اورانیم بالا طی یک فرآیند هیدرژناسیون در دستگاه کیلن (  Kin ) به UO2 تبدیل می شود و سپس با فلوئور هیدروژن تبدیل به تترافلوئور اورانیم می شود. در روش های دیگر، این فرآیند اخیر در محیط آبی توسط HF صورت می پذیرد.

تترا فلوئور اورانیم در یک راکتور شیمیایی با بستر متحرک تحت فرآیند و واکنش با گاز فلوئور قرار می گیرد. محصول این مرحله گاز هگزا فلوئور اورانیم می باشد.

غنی سازی می تواند یک فرآیند فیزیکی محسوب شود که طی آن هگزا فلوئور اورانیم از طریق ساتتریفیوژ یا دیفیوژن جزء به جز طوری تحت فرآیند قرار می گیرد که در هر مرحله به مقدار جزیی درصد اورانیم - 235 در آن افزایش می یابد. در انتهای این فرآیند همان محصول شیمیایی هگزا فلوئور اورانیم ولی غنی شده از اورانیم - 235 حاصل می شود.

غنی سازی اورانیم

اورانیم طبیعی شامل سه ایزوتوپ می باشد. از آنجاییکه مقدار سومین ایزوتوپ آن به نام اورانیم- 234 بسیار ناچیز است. معمولاً آن را مخلوطی از دو ایزوتوپ نام می برند. فقط 72/0 درصد از اورانیم طبیعی می تواند تحت واکنش شکافت قرار گیرد. این فرآیندی است که راکتورهای هسته ای از آن تولید انرژی می کند. این ایزوتوپ، اورانیم- 235 می باشد و بقیه آن ایزوتوپ اورا نیم- 238 به میزان 28/99 است. فرآیند غنی سازی به طور معمول، اورانیم- 235 موجود در اورانیم طبیعی را 5 تا 6 برابر افزایش می دهد، (البته این افزایش می تواند تا بالای 90 درصد برای مقاصد دیگری ادامه یابد).

غنی سازی طی فرآیندهای فیزیکی، معمولاً مبتنی بر تفاوت کوچکی است که در جرم اتم های اورانیم- 238 و اورانیم- 235 وجود دارد. امروزه فرآیند غنی سازی تجاری ملزم است که از اورانیم به صورت گاز استفاده کند. لذا ترکیب هگزا فلوتور اورانیم برای این منظور بسیار مناسب است. این ماده در 56 درجه سانتی گراد تحت فشار معمولی به صورت گاز است، اما این ماده به آسانی تحت فشار در سیلندرهای فولادی به صورت مایع یا جامد در می آید. برای دستیابی به اورانیم- 235 با غلظت یا غنای 5/4- 5/3 درصد مقدار زیادی از اورانیم - 238 باید از این مخلوط خارج شود (برای حصول به 5/3 درصد اورانیم- 235، حدود 80 درصد اورانیم- 238 باید خارج شود).

اکثر راکتورهای هسته ای قدرت از آب معمولی برای هر دو منظور کندکننده و خنک کننده استفاده می کنند. حالت بحرانی و کار موثر راکتورها زمانی حاصل خواهد شد که کند کننده آب معمولی بوده و سوخت هم غنی شده باشد.

روش های مهم غنی سازی عبارتند از:

- دیفیوژن گازی

- سانتریفیوژ

- لیزری

- شیمیایی

دو روش اولی بر مبنای جداسازی ایزوتوپی کار می کنند که در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گرفته اند. محصول آن ها در این بخش از سیکل سوخت هگزا فلوئور اورانیم غنی شده (از اورانیم- 235) می باشد که طی فرآیند " تبدیل مجدد "، اکسید اورانیم غنی شده حاصل خواهد شد.

تهیه کننده: مژده اصولی

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی