Almas Parsi
11th November 2013, 10:15 AM
استفاده محققان از لیزر برای غنی سازی اورانیوم (http://www.topinearth.com/Fa/2234/%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D9%81%D8%A7%D8%AF%D9%87-%D9%85%D8%AD%D9%82%D9%82%D8%A7%D9%86-%D8%A7%D8%B2-%D9%84%DB%8C%D8%B2%D8%B1-%D8%A8%D8%B1%D8%A7%DB%8C-%D8%BA%D9%86%DB%8C-%D8%B3%D8%A7%D8%B2%DB%8C-%D8%A7%D9%88%D8%B1%D8%A7%D9%86%DB%8C%D9%88%D9%85)
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentImages/1392/8/2234.jpg?maxwidth=700&maxheight=525 (http://www.topinearth.com/Fa/2234/%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D9%81%D8%A7%D8%AF%D9%87-%D9%85%D8%AD%D9%82%D9%82%D8%A7%D9%86-%D8%A7%D8%B2-%D9%84%DB%8C%D8%B2%D8%B1-%D8%A8%D8%B1%D8%A7%DB%8C-%D8%BA%D9%86%DB%8C-%D8%B3%D8%A7%D8%B2%DB%8C-%D8%A7%D9%88%D8%B1%D8%A7%D9%86%DB%8C%D9%88%D9%85)
هنگامی که کارخانه غنی سازی لیزری در جهان مجوز ساخت و ساز و عمل را از کمیسیون تنظیم مقررات هسته ای ایالات متحده در سال 2012 دریافت کرد، تغییرات پایه ای و بنیادی در این صنعت آغاز شد. فکر می کنید غنی سازی لیزری چگونه عمل می کند و چه مزایای تجاری دارد؟ با وجود نگرانی های مبنی گسترش سلاح های هسته ای، آیا این فرآیند جدید در مقایسه با روش های فعلی چیز جدیدی از خود نمایش می دهد؟نیروگاه های هسته ای به طور کلی از غنی سازی اورانیوم بهره مند می شوند. با افزایش فراوانی U-235 در میله های سوخت اورانیوم از فراوانی طبیعی 0.71 درصد به 3 درصد و یا بیشتر، سازش کمتری برای رسیدن به سطح قدرت گیگاوات نیاز است. برخی راکتورها از اورانیوم غنی شده 20 درصدی U-235 استفاده می کنند و در نهایت برخی زیردریایی های هسته ای از سوخت غنی شده 93 درصدی بهره می برند.
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentFiles/1392/8/2234/uranium_enrichment.jpg?maxwidth=545&maxheight=525
طرح های مربوط به سلاح های هسته ای بر اساس شکافت هسته اتم اورانیوم همواره از غنی سازی اورانیوم بهره مند می شوند.
هنگامی که روش گران قیمت و فنی انتشار گازی تنها رویکرد عملی غنی سازی بود، نگرانی هایی مبنی بر گسترش سلاح های هسته ای پدیدار شد به طوری که به نظر می رسید که تنها منابع عظیم دولت های ملی قادر به استفاده از این فرآیند برای به دست آوردن سوخت سلاح بوده اند.
اکنون با توجه به سانتریفیوژ (Centrifuges) و تکنولوژی های غنی سازی مبتنی بر لیزر این مورد گسترش یافته است.سه نوع کلی از غنی سازی اورانیوم در فرآیندهای مقیاس بزرگ توسعه یافته اند: انتشار گازی، سانتریفیوژ آبشاری و اکنون غنی سازی مبتنی بر لیزر.
در میان این سه روش، امکانات انتشار گازی بزرگ، گران بوده و از نظر فنی نشان دهنده خطر گسترش سلاح های هسته ای می باشند. چنین امکانات و تجهیزاتی اکنون منسوخ شده هستند و در حال حاضر تکنولوژی غالب برای غنی سازی اورانیوم سانتریفیوژ آبشاری با سرعت بالا است.
اکنون روش های غنی سازی لیزری از راه رسیده است، آیا این روش اورانیوم غنی شده را در دسترس بیشتر کشورهای سرکش و گروه های تروریستی قرار می دهد؟ اجازه دهید نگاهی دقیق تر به این رویکرد جدید و مقایسه آن با سانترفیوژها داشته باشیم تا بتوانیم پاسخی مناسب برای این پرسش بیابیم.
Centrifuges (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%A7%D9%86%D8%AA%D8%B1%DB%8C%D9%81%D9%88%D A%98)
یک سانترفیوژ گازی یک لوله استوانه ای توخالی است که به سرعت حول محور طولانی خود در حال چرخش می باشد. این چرخش یک نیروی گریز از مرکز بر روی گاز هگزافلوراید اورانیوم موجود در سیلندر ایجاد می کند که این گاز را به سمت دیواره سانترفیوژ حرکت می دهد.
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentFiles/1392/8/2234/silex-laser-enrichment-of-uranium-235-4.jpg?maxwidth=545&maxheight=525
این نیروی حرکتی بر روی هگزافلوراید اورانیوم شامل U-238 نسبت به مواد مشابه حاوی U-235 قدرتمندتر است. در نتیجه گاز موجود در نزدیکی دیوار سانتریفیوژ در U-238 غنی می شود در حالی که گاز موجود در نزدیکی محور چرخش U-235 غنی سازی خواهد شد.
بزرگترین سانتریفیوژ مورد استفاده در غنی سازی اورانیوم تنها حدود 15 گرم از اورانیوم را در خود نگه می دارد بنابراین یک کارخانه غنی سازی باید شامل تعداد زیادی مسیر موازی جهت تولید مقادیر عملی تجاری از اورانیوم غنی شده باشد.
به طور معمول یک آبشار غنی سازی (کار غنی سازی در چند مرحله و با چند مجموعه از مرکزگریزها انجام می‌شود.
هریک از این مجموعه‌ها را یک آبشار cascade می‌گویند) نیاز به هفت مرحله برای تولید اورانیوم غنی شده تا پنج درصد U-235 و حدود 20 مرحله برای تولید سلاح ها U-235 دارد. آبشارهای سانترفیوژ مسیر اصلی به سمت گسترش سلاح های هسته ای می باشند.
جداسازی ایزوتوپی لیزری
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentFiles/1392/8/2234/Hargrovebox.gif?maxwidth=545&maxheight=525
نقش آفرین و بازیکن جدید در این برنامه، تکنیک های غنی سازی مبتنی بر تحریک لیزری برای جداسازی ایزوتوپ ها می باشد.
پایه و اساس تمامی برنامه های غنی سازی لیزری این است که مقدار انرژی مورد نیاز برای قرار دادن یک مولکول هگزافلوراید اورانیوم حاوی یک اتم U-235 به حالت برانگیخته کمی کوچکتر (حدود 0.1 درصد) از انرژی مورد نیاز برای اتم اورانیوم U-238 باشد.
این مساله نیازمند آن است که فوتون های لیزر 16 میکرونی برای تحریک مولکول های حاوی U-235 و نه مولکول های حاوی U-238 با دقت تنظیم شوند. از آنجایی که تنها مولکول های حاوی U-235 در حالت برانگیخته قرار می گیرند، این موجب هیچ گونه تمایزی نمی شود و در نهایت دو ایزوتوپ را از هم جدا می کند.
اولین تأسیسات غنی سازی لیزری U-235 در مقیاس تجاری ساخته شده توسط GE و هیتاچی، از فناوری غنی سازی لیزری استرالیایی معروف به جداسازی ایزوتوپ ها توسط تحریک لیزری (SILEX) استفاده خواهد کرد.
در حال حاضر Silex (http://www.silex.com.au/)در حال تکمیل فاز اول و برنامه آزمایش حلقه خود در تسهیلات غنی سازی لیزر جهانی GE هیتاچی (GLE) در کارولینای شمالی است.
هنگامی که تسهیلات تجاری شاخته شود، سطح غنی سازی هدف آن هشت درصد خواهد بود که آن را در انتهای بالایی اورانیوم کمی غنی شده قرار می دهد.SILEX تنها یکی از چندین رویکرد جدید مورد بررسی برای غنی سازی اورانیوم می باشد. فرآیند SILEX (http://www.iaea.org/safeguards/Symposium/2010/Documents/PapersRepository/262.pdf) توسط دکتر مایکل گلدزورثی و دکتر هورست استرووه توسعه داده شده است.
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentFiles/1392/8/2234/image002vk.jpg?maxwidth=545&maxheight=525
به عنوان بخشی از صدور مجوز این فن آوری به شرکت غنی سازی ایالات متحده آمریکا، جزئیات SILEX تحت مفاد قانون انرژی اتمی آمریکا طبقه بندی شده است.
بنابراین در حالی که از کل داستان جزئیات این فرایند اطلاعی نداریم، منطقی است فرض کنیم که فقط حدود سه مرحله غنی سازی برای تولید اورانیوم غنی شده پنج درصد از سنگ معدن و تنها حدود هفت مرحله برای تولید سلاح اورانیوم غنی شده مورد نیاز است.
برآوردها نشان می دهند که کارخانه غنی سازی اورانیوم لیزری دارای هزینه های اولیه، اندازه و قدرت مورد نیاز در حدود یک پنجم مورد نیاز کارخانه های غنی سازی سانتریفیوژی معادل می باشد. انتظار می رود هزینه های عملیاتی نیز به مراتب کوچکتر باشد.
ساده تر، کوچک تر و کم هزینه تر بودن از ویژگی هایی می باشند که به غنی سازی لیزری پتانسیل بزرگی در کاهش هزینه های انرژی هسته ای می بخشند.
با این حال چنین ویژگی هایی همچنین چنین فرآیندهایی را در معرض خطر قابل توجهی برای گسترش سلاح های گسترده قرار می دهند.
زمان به این سوال که کدام پتانسیل این رویکرد بر دیگری غالب خواهد شد پاسخ می دهد.
منبع : gizmag (http://www.gizmag.com/silex-laser-enrichment-uranium/29460/)
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentImages/1392/8/2234.jpg?maxwidth=700&maxheight=525 (http://www.topinearth.com/Fa/2234/%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D9%81%D8%A7%D8%AF%D9%87-%D9%85%D8%AD%D9%82%D9%82%D8%A7%D9%86-%D8%A7%D8%B2-%D9%84%DB%8C%D8%B2%D8%B1-%D8%A8%D8%B1%D8%A7%DB%8C-%D8%BA%D9%86%DB%8C-%D8%B3%D8%A7%D8%B2%DB%8C-%D8%A7%D9%88%D8%B1%D8%A7%D9%86%DB%8C%D9%88%D9%85)
هنگامی که کارخانه غنی سازی لیزری در جهان مجوز ساخت و ساز و عمل را از کمیسیون تنظیم مقررات هسته ای ایالات متحده در سال 2012 دریافت کرد، تغییرات پایه ای و بنیادی در این صنعت آغاز شد. فکر می کنید غنی سازی لیزری چگونه عمل می کند و چه مزایای تجاری دارد؟ با وجود نگرانی های مبنی گسترش سلاح های هسته ای، آیا این فرآیند جدید در مقایسه با روش های فعلی چیز جدیدی از خود نمایش می دهد؟نیروگاه های هسته ای به طور کلی از غنی سازی اورانیوم بهره مند می شوند. با افزایش فراوانی U-235 در میله های سوخت اورانیوم از فراوانی طبیعی 0.71 درصد به 3 درصد و یا بیشتر، سازش کمتری برای رسیدن به سطح قدرت گیگاوات نیاز است. برخی راکتورها از اورانیوم غنی شده 20 درصدی U-235 استفاده می کنند و در نهایت برخی زیردریایی های هسته ای از سوخت غنی شده 93 درصدی بهره می برند.
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentFiles/1392/8/2234/uranium_enrichment.jpg?maxwidth=545&maxheight=525
طرح های مربوط به سلاح های هسته ای بر اساس شکافت هسته اتم اورانیوم همواره از غنی سازی اورانیوم بهره مند می شوند.
هنگامی که روش گران قیمت و فنی انتشار گازی تنها رویکرد عملی غنی سازی بود، نگرانی هایی مبنی بر گسترش سلاح های هسته ای پدیدار شد به طوری که به نظر می رسید که تنها منابع عظیم دولت های ملی قادر به استفاده از این فرآیند برای به دست آوردن سوخت سلاح بوده اند.
اکنون با توجه به سانتریفیوژ (Centrifuges) و تکنولوژی های غنی سازی مبتنی بر لیزر این مورد گسترش یافته است.سه نوع کلی از غنی سازی اورانیوم در فرآیندهای مقیاس بزرگ توسعه یافته اند: انتشار گازی، سانتریفیوژ آبشاری و اکنون غنی سازی مبتنی بر لیزر.
در میان این سه روش، امکانات انتشار گازی بزرگ، گران بوده و از نظر فنی نشان دهنده خطر گسترش سلاح های هسته ای می باشند. چنین امکانات و تجهیزاتی اکنون منسوخ شده هستند و در حال حاضر تکنولوژی غالب برای غنی سازی اورانیوم سانتریفیوژ آبشاری با سرعت بالا است.
اکنون روش های غنی سازی لیزری از راه رسیده است، آیا این روش اورانیوم غنی شده را در دسترس بیشتر کشورهای سرکش و گروه های تروریستی قرار می دهد؟ اجازه دهید نگاهی دقیق تر به این رویکرد جدید و مقایسه آن با سانترفیوژها داشته باشیم تا بتوانیم پاسخی مناسب برای این پرسش بیابیم.
Centrifuges (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%A7%D9%86%D8%AA%D8%B1%DB%8C%D9%81%D9%88%D A%98)
یک سانترفیوژ گازی یک لوله استوانه ای توخالی است که به سرعت حول محور طولانی خود در حال چرخش می باشد. این چرخش یک نیروی گریز از مرکز بر روی گاز هگزافلوراید اورانیوم موجود در سیلندر ایجاد می کند که این گاز را به سمت دیواره سانترفیوژ حرکت می دهد.
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentFiles/1392/8/2234/silex-laser-enrichment-of-uranium-235-4.jpg?maxwidth=545&maxheight=525
این نیروی حرکتی بر روی هگزافلوراید اورانیوم شامل U-238 نسبت به مواد مشابه حاوی U-235 قدرتمندتر است. در نتیجه گاز موجود در نزدیکی دیوار سانتریفیوژ در U-238 غنی می شود در حالی که گاز موجود در نزدیکی محور چرخش U-235 غنی سازی خواهد شد.
بزرگترین سانتریفیوژ مورد استفاده در غنی سازی اورانیوم تنها حدود 15 گرم از اورانیوم را در خود نگه می دارد بنابراین یک کارخانه غنی سازی باید شامل تعداد زیادی مسیر موازی جهت تولید مقادیر عملی تجاری از اورانیوم غنی شده باشد.
به طور معمول یک آبشار غنی سازی (کار غنی سازی در چند مرحله و با چند مجموعه از مرکزگریزها انجام می‌شود.
هریک از این مجموعه‌ها را یک آبشار cascade می‌گویند) نیاز به هفت مرحله برای تولید اورانیوم غنی شده تا پنج درصد U-235 و حدود 20 مرحله برای تولید سلاح ها U-235 دارد. آبشارهای سانترفیوژ مسیر اصلی به سمت گسترش سلاح های هسته ای می باشند.
جداسازی ایزوتوپی لیزری
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentFiles/1392/8/2234/Hargrovebox.gif?maxwidth=545&maxheight=525
نقش آفرین و بازیکن جدید در این برنامه، تکنیک های غنی سازی مبتنی بر تحریک لیزری برای جداسازی ایزوتوپ ها می باشد.
پایه و اساس تمامی برنامه های غنی سازی لیزری این است که مقدار انرژی مورد نیاز برای قرار دادن یک مولکول هگزافلوراید اورانیوم حاوی یک اتم U-235 به حالت برانگیخته کمی کوچکتر (حدود 0.1 درصد) از انرژی مورد نیاز برای اتم اورانیوم U-238 باشد.
این مساله نیازمند آن است که فوتون های لیزر 16 میکرونی برای تحریک مولکول های حاوی U-235 و نه مولکول های حاوی U-238 با دقت تنظیم شوند. از آنجایی که تنها مولکول های حاوی U-235 در حالت برانگیخته قرار می گیرند، این موجب هیچ گونه تمایزی نمی شود و در نهایت دو ایزوتوپ را از هم جدا می کند.
اولین تأسیسات غنی سازی لیزری U-235 در مقیاس تجاری ساخته شده توسط GE و هیتاچی، از فناوری غنی سازی لیزری استرالیایی معروف به جداسازی ایزوتوپ ها توسط تحریک لیزری (SILEX) استفاده خواهد کرد.
در حال حاضر Silex (http://www.silex.com.au/)در حال تکمیل فاز اول و برنامه آزمایش حلقه خود در تسهیلات غنی سازی لیزر جهانی GE هیتاچی (GLE) در کارولینای شمالی است.
هنگامی که تسهیلات تجاری شاخته شود، سطح غنی سازی هدف آن هشت درصد خواهد بود که آن را در انتهای بالایی اورانیوم کمی غنی شده قرار می دهد.SILEX تنها یکی از چندین رویکرد جدید مورد بررسی برای غنی سازی اورانیوم می باشد. فرآیند SILEX (http://www.iaea.org/safeguards/Symposium/2010/Documents/PapersRepository/262.pdf) توسط دکتر مایکل گلدزورثی و دکتر هورست استرووه توسعه داده شده است.
http://www.topinearth.com/UploadedFiles/ContentFiles/1392/8/2234/image002vk.jpg?maxwidth=545&maxheight=525
به عنوان بخشی از صدور مجوز این فن آوری به شرکت غنی سازی ایالات متحده آمریکا، جزئیات SILEX تحت مفاد قانون انرژی اتمی آمریکا طبقه بندی شده است.
بنابراین در حالی که از کل داستان جزئیات این فرایند اطلاعی نداریم، منطقی است فرض کنیم که فقط حدود سه مرحله غنی سازی برای تولید اورانیوم غنی شده پنج درصد از سنگ معدن و تنها حدود هفت مرحله برای تولید سلاح اورانیوم غنی شده مورد نیاز است.
برآوردها نشان می دهند که کارخانه غنی سازی اورانیوم لیزری دارای هزینه های اولیه، اندازه و قدرت مورد نیاز در حدود یک پنجم مورد نیاز کارخانه های غنی سازی سانتریفیوژی معادل می باشد. انتظار می رود هزینه های عملیاتی نیز به مراتب کوچکتر باشد.
ساده تر، کوچک تر و کم هزینه تر بودن از ویژگی هایی می باشند که به غنی سازی لیزری پتانسیل بزرگی در کاهش هزینه های انرژی هسته ای می بخشند.
با این حال چنین ویژگی هایی همچنین چنین فرآیندهایی را در معرض خطر قابل توجهی برای گسترش سلاح های گسترده قرار می دهند.
زمان به این سوال که کدام پتانسیل این رویکرد بر دیگری غالب خواهد شد پاسخ می دهد.
منبع : gizmag (http://www.gizmag.com/silex-laser-enrichment-uranium/29460/)