اورانیوم؛ فلزی خاکستری با نقشی حیاتی در دنیای امروز
وقتی صحبت از اورانیوم می‌شود، اغلب ذهن‌ها به‌سمت بمب‌های اتمی یا نیروگاه‌های هسته‌ای می‌رود. اما این فلز سنگین، داستانی پیچیده‌تر دارد؛ از انرژی پاک گرفته تا مناقشه‌های سیاسی. آنچه اورانیوم را خاص می‌کند، درصد ایزوتوپی به‌نام اورانیوم-۲۳۵ در آن است؛ عاملی که مشخص می‌کند از این ماده برای برق‌رسانی استفاده می‌شود یا ساخت سلاح.
درصد غنای اورانیوم یعنی چه؟
اورانیوم طبیعی عمدتاً از ایزوتوپ غیرشکافت‌پذیر ۲۳۸ و تنها ۰.۷٪ از ایزوتوپ شکافت‌پذیر ۲۳۵ تشکیل شده است. برای استفاده در رآکتورهای هسته‌ای، باید این درصد را به حدود ۳ تا ۵ درصد افزایش داد. این فرآیند را “غنی‌سازی” می‌نامند.
اگر این مقدار به بیش از ۹۰ درصد برسد، اورانیوم وارد دسته‌بندی “درجه تسلیحاتی” می‌شود؛ یعنی قابلیت ساخت سلاح‌های اتمی را پیدا می‌کند. این تفاوت چند درصدی، مرز میان تولید برق و انفجار یک بمب است.
مراحل غنی‌سازی اورانیوم چگونه است؟
۱. استخراج از دل زمین
در مناطق غنی مانند ساسکاچوان کانادا، عملیات حفاری تا عمق ۵۰۰ متری انجام می‌شود. برای جلوگیری از نفوذ آب و بالا بردن ایمنی، اطراف سنگ معدن را منجمد می‌کنند. این یخبندان مصنوعی، مسیر را برای حفاری ایمن باز می‌کند.
۲. خردایش و تبدیل به دوغاب
سنگ‌های اورانیوم استخراج‌شده به آسیاب منتقل شده و به پودر تبدیل می‌شوند. سپس به آن آب اضافه شده و دوغابی نیمه‌مایع به‌وجود می‌آید.
۳. استخراج شیمیایی اورانیوم
دوغاب وارد مخازن اسیدی می‌شود تا اورانیوم از ناخالصی‌ها جدا شود. در مرحله‌ی بعد، محلول اورانیوم به گاز UF₆ تبدیل شده و آماده ورود به سانتریفیوژ می‌شود.
۴. جداسازی ایزوتوپ‌ها با سانتریفیوژ گازی
در این مرحله، ایزوتوپ سبک‌تر ۲۳۵ در مرکز دستگاه باقی می‌ماند و ایزوتوپ سنگین‌تر ۲۳۸ به اطراف می‌رود. با تکرار این فرایند، درصد ایزوتوپ ۲۳۵ به‌تدریج بالا می‌رود.
از کیک زرد تا گلوله‌های سوخت
پودر اورانیوم غنی‌شده ابتدا به کیک زرد (UO₃) و سپس به دی‌اکسید اورانیوم (UO₂) تبدیل می‌شود. این پودر فشرده می‌شود تا به گلوله‌های کوچک با چگالی بالا تبدیل شود. هر گلوله انرژی معادل ۵۶۰ لیتر نفت تولید می‌کند.
میله‌های سوخت؛ قلب تپنده نیروگاه هسته‌ای
گلوله‌ها وارد لوله‌هایی از جنس زیرکونیوم می‌شوند. هر لوله با ۳۰ گلوله پر شده و جوشکاری می‌شود تا میله‌ی سوخت آماده گردد. این میله‌ها در رآکتور قرار می‌گیرند و طی واکنش‌های زنجیره‌ای شکافت هسته‌ای، گرمای لازم برای تولید بخار و در نتیجه برق فراهم می‌شود.
کاربردهای مختلف اورانیوم بسته به درصد غنا
| درصد غنا | دسته‌بندی | کاربرد |
|---|---|---|
| ۰.۷٪ | طبیعی | سوخت برخی رآکتورهای خاص |
| ۳ تا ۵٪ | غنای پایین | نیروگاه‌های برق |
| تا ۱۹.۷٪ | غنای پایین بالا | رآکتورهای تحقیقاتی، پزشکی |
| بالای ۲۰٪ | غنای بالا | زیردریایی، برخی سلاح‌ها |
| بالای ۹۰٪ | تسلیحاتی | بمب اتمی، سلاح هسته‌ای |
کشورهای غنی‌ساز اورانیوم در جهان
بیشترین ظرفیت غنی‌سازی جهان در اختیار روسیه (۴۰٪) است. چین، فرانسه، آمریکا، هلند، بریتانیا و آلمان نیز سهم قابل‌توجهی دارند. زنجیره‌ی تأمین اورانیوم از استخراج تا مصرف، بین چندین کشور تقسیم شده و از حساس‌ترین بخش‌های صنعت انرژی جهانی محسوب می‌شود.
خطرات زیست‌محیطی غنی‌سازی اورانیوم
غنی‌سازی اگر کنترل‌نشده انجام شود، می‌تواند به نشت گازهای سمی و آلودگی منابع آب منجر شود. پسماندهای رادیواکتیو، در صورت دفن ناصحیح، برای محیط زیست و انسان خطرناک‌اند. پایش مداوم، استفاده از تکنولوژی‌های نوین و دفن ایمن، از راهکارهای مدیریت این خطرات هستند.
نتیجه‌گیری
اورانیوم تنها یک فلز نیست؛ منبعی حیاتی برای تولید انرژی و همزمان تهدیدی جدی در عرصه‌ی نظامی و دیپلماسی. از کیک زرد تا بمب، همه‌چیز به درصدی کوچک از یک ایزوتوپ بستگی دارد. آی‌پالس در این مقاله، فرایند پیچیده غنی‌سازی را به زبانی ساده و علمی برای شما توضیح داد؛ مقاله‌ای که می‌تواند درک بهتری از فناوری، سیاست و محیط زیست در عصر هسته‌ای به شما بدهد.
