درباره فرآوری اورانیم بیشتر بدانیم

ساخت سوخت که در بعضی مواقع به فرآوری اورانیم نیز اطلاق می گردد، از مرحله تبدیل مجدد و یا به عبارتی که از مرحله تولید اکسید اورانیم که بعداً توضیح داده می شود، آغاز می گردد.

سوخت راکتورها عموماً به صورت حبه های سرامیکی می باشد. این حبه ها از اکسید اورانیم فشرده شده که در حرارت های بالا (بالاتر از 1400 درجه سانتی گراد) سیتنر شده اند، ساخته می شوند. این حبه ها در لوله های فلزی با روش های خاص قرار گرفته و جمع آن ها به صورت مجتمع سوخت جهت قرار دادن در قلب راکتور به محل های مربوطه حمل می شوند. ابعاد حبه های سوخت و خیلی از اجرای دیگر مجتمع سوخت باید به دقت مورد بررسی و کنترل قرار گیرند به نحوی که اطمینان کافی از درستی مشخصات و ویژگی های بسته های سوخت حاصل گردد.

UF+NH+CO+ADU+UO+UO

در برخی از راکتورهای تحقیقاتی از اورانیم فلزی هم ممکن است استفاده شود. معمولاً برای اکسید اورانیم از غلاف آلیاژ زیرکونیم استفاده می شود. زیرکونیم میان فلزات مورد استفاده برای سوخت راکتور از بهترین آن ها محسوب می گردد. مواد آلیاژی زیرکونیم برای لوله های بدون درز، میله، ورق برای اقسام راکتورها شامل PHWR, BWR, PWR توسط سازندگان تهیه و توزیع می گردد. مواد آلیاژی زیرکونیم اسکلت های مجموعه های سوخت را تشکیل می دهند و لوله های بدون درز حبه های سوخت را حفاظت می کنند.

در مورد راکتورهایی که از ساخت غنی شده استفاده می نمایند از جمله LWR، مرحله ساخت سوخت با تبدیل هگزا فلوتور اورانیم غنی شده به اکسید اورانیم آغاز می شود. این مرحله ممکن است، توسط واحدهای تبدیل یا غنی سازی و گاهی اوقات در مواردی نیز توسط خود سازنده های سوخت صورت بپذیرد. این مرحله گاهی به نام تبدیل مجدد گفته می شود که ممکن است از طریق فرآیند آبی یا فرآیند خشک (فاز گازی) انجام گیرد. در تمام این فرآیندها هگزا فلوئور اورانیم غنی شده خوراک مرحله تبدیل مجدد بوده و محصول نهایی نیز اکسید اورانیم غنی شده و ماده خام سوخت هسته ای راکتورها خواهد بود.

در مورد راکتورهایی که از سوخت طبیعی استفاده می کنند ساخت سوخت از اولین مرحله تهیه اکسید اورانیم آغاز می شود. شکل بالا آلیاژها و لوله ها زیر کونیمی برای کاربردهای هسته ای را نشان می دهد.

مرحله بعدی ساخت سوخت شامل فرآیند متالورژی و تولید حبه های اکسید اورانیم است. این مرحله شامل هموژنیزه کردن پودر اورانیم، ریز کردن، الک کردن، و حصول به پودر مناسب است، پس از افزایش مواد پیوند دهنده و روغن ها به این پودر، از آن حبه های سیلندری شکل تهیه می شود که در نتیجه حرارت مواد افزوده شده و فلورین باقیمانده خارج شده و بالاخره طی فرآیند متالوژی سیتنر می شوند. این حبه های با اندازه های مورد نظر تقریباً 1×1 سانتی متر مربع در واقع اورانیم آماده برای واکنش شکافت می باشند.

مراحل ساخت میله های سوخت با پر کردن آنها توسط حبه های سوخت در میله های توخالی از آلیاژ زیرکونیم (زیر کالوی) شروع می شود. سپس دو سر این لوله، طی مراحلی، جوشکاری می شود. این میله ها در بسته های مکانیکی  جمع آوری شده و تشکیل مجموعه سوخت برای استفاده در راکتور را می دهد. چگونگی نظم دادن این میله ها در بسته های سوخت تابع مشخصات طراحی قلب راکتور است.

از آنجایی که میله های سوخت یکی از عناصر تعیین کننده ایمنی و اقتصادی تولید برق هسته ای هستند، لذا اطمینان از کیفیت ساخت میله های سوخت، یکی از موارد بسیار مهم محسوب می شود.

در اثر تجربه های سالیان دراز این اطمینان تا حدی بالا رفته است که موارد قابل اشکال به یک مورد در 10 الی 10 مورد کاهش یافته است.

فعالیت های ساخت سوخت توسط شرکت های خصوصی و بخش های دولتی از نظر کیفی به رشد قابل قبولی رسیده است. در حال حاضر این نوع فعالیت ها در تصاحب شرکت های خصوصی و بخش های دولتی می باشد (مثل زیمنس، شرکت سوخت هسته ای بریتانیا، جنرال الکتریک، و ستینگ هاوس و دپارتمان انرژی هندوستان). کارخانه های ساخت میله های سوخت در 16کشور با ظرفیت های سالانه از 15 تن اورانیم در پاکستان تا 3500تن اورانیم  در امریکا مشغول فعالیت می باشند. ظرفیت سالانه کنونی تولید میله های سوخت حدود 13000 تن اورانیم در مقابل تقاضای 9500 تن اورانیم قرار دارد. این عدم توازن  باعث پدید آمدن رقابت بسیار شدیدی بین کشورهای صنعتی شده است. معذالک هنوز هم تأسیسات جدیدی در آرژانتین، برزیل و اخیراً کره جنوبی احداث شده اند. این تأسیسات عمدتاً نه بخاطر سودآوری و یا اقتصادی بودن بلکه بر مبنای تمایلات استقلال ملی موجودیت یافته اند.

چنانچه اقتصادی بودن این فعالیت ها مطرح باشد، حداقل اندازه این واحدهای صنعتی از عوامل اصلی و تعیین کننده خواهند بود. مجدداً باید خاطر نشان ساخت که به صنایع سیکل سوخت هنوز مثل بخش های دیگر صنعت نمی باید نگریست، بلکه در بخش های بحرانی و تعیین کننده سیکل سوخت توجه و تلاش های دولتی و ملی به خاطر به دست آوردن تکنولوژی و فقط استقلال ملی موثر و نافذ بوده است. تلاش های فعلی سازندگان میله های سوخت (مخصوصاً در بازار رقابت و بین کشورهای پیشرفته هسته ای مثل بلژیک، فرانسه، آلمان و ژاپن) بیشتر به افزایش الکتریسته تولید شده در یک زمان مشخص از هر کیلوگرم اورانیم تحت عنوان بهره دهی سوخت یا میزان سوخت معطوف شده است. هدف کنونی این است که با به کار گرفتن تدابیر خاصی از جمله مخلوط کردن اکسید گادولنیم بهره دهی سوخت را تا MWd/kg 50 برسانند. زمینه جدیدی که اخیراً در ساخت سوخت پدید آمده است تولید سوخت اکسیدهای مخلوط تحت عنوان MOX می باشد.

کاربرد پلوتونیم در سوخت راکتورهای آب سبک در یک وضعیت تر از استفاده پلوتونیم در راکتورهای زاینده قرار دارد. گرچه پیشرفت برنامه را کتورهای زاینده هم بر اساس آنچه که پیش بینی شده نیست. در این زمان با توجه به قیمت پایین اورانیم از نظر اقتصادی تولید پلوتونیم و کاربرد آن نمی تواند قابل توجیه باشد.

تکنولوژی سوخت اکسیدهای مخلوط شبیه تهیه سوخت اکسید اورانیم می باشد. تفاوت عمده در این است که چون پلوتونیم در زمان کوتاهی به آمریسیم تبدیل می شود بنابراین قبل از ساخت میله های سوخت، آمریسیم تولید شده باید با استفاده از روش های شیمیایی از پلوتونیم جدا گردد.

ساخت و کاربرد سوخت اکسیدهای مخلوط در راکتورهای آب سبک در صنایع هسته ای در حال گسترش می باشد. مخصوصاً کشورهایی که تکنولوژی بازیافت سوخت های هسته ای را انتخاب و توسعه داده اند مثل بلژیک، آلمان، فرانسه و ژاپن. در سال 1989پلوتونیم مورد نیاز این کشورها تا حدود 3-2 تن برآورد شده است و حال آنکه تولید پلوتونیم سالانه چیزی حدود 15- 12 تن بوده و تصور می شود تا سال 1995 پروژه های جدید این ظرفیت را افزایش داده باشند.

در ارتباط با میزان سوخت (بهره دهی سوخت) به عنوان یک اصطلاح باید گفته شود که در طی عملکرد یک راکتور قدرت، فقط قسمتی از سوخت تحت شکافت قرار می گیرد.

تهیه کننده: مژده اصولی