سانتریفیوژ اورانیوم چیست؟

اورانیوم (Uranium) عنصری است که شبیه آهن است. مانند آهن، سنگ معدن اورانیوم را از زمین استخراج می‌کنید و سپس آن را فرآوری می‌کنید تا اورانیوم خالص را از سنگ معدن جدا کنید. وقتی فرآوری سنگ معدن اورانیوم را تمام می‌کنید، چیزی که به دست می‌آورید اکسید اورانیوم (Uranium oxide) است. اکسید اورانیوم حاوی دو نوع (یا ایزوتوپ (Isotopes)) اورانیوم است U-235 و .U-238  U-235 همان چیزی است که اگر بخواهید بمب بسازید یا یک نیروگاه هسته‌ای را تغذیه کنید به آن نیاز دارید (همچنین برای کاربردهای علمی-تحقیقاتی و صنعتی دیگر-م). اما اکسید اورانیوم به دست آمده از معدن حدود 99 درصد U-238 است. بنابراین شما باید به نحوی U-235 را از U-238 جدا کرده و مقدار U-235 را افزایش دهید. فرآیند غلیظ‌سازی U-235، غنی‌سازی (Enrichment) نامیده می‌شود و سانتریفیوژها (Centrifuges) بخش اصلی این فرآیند هستند.

U-235 کمی سبک‌تر از U-238 است. با بهره‌گیری از این اختلاف وزن، می توانید U-235 و U-238 را جدا کنید. اولین قدم واکنش اورانیوم با اسید هیدروفلوئوریک (Hydrofluoric acid) است، یک اسید فوق‌العاده قوی. پس از چند مرحله، گاز هگزافلوراید اورانیوم (Uranium hexafluoride) را ایجاد می‌کنید.

اکنون که اورانیوم به شکل گازی درآمده است، کار با آن آسان‌تر است. می‌توانید گاز را داخل سانتریفیوژ قرار داده و آن را بچرخانید. سانتریفیوژ نیرویی هزاران برابر قوی‌تر از نیروی گرانش ایجاد می‌کند. از آنجایی که اتم‌های U-238 کمی سنگین‌تر از اتم‌های U-235 هستند، تمایل دارند به سمت دیواره‌های سانتریفیوژ حرکت کنند. اتم‌های U-235 تمایل دارند بیشتر به سمت مرکز سانتریفیوژ بمانند.

اگرچه این فقط یک تفاوت جزئی در غلظت‌ها است، اما وقتی گاز را از مرکز سانتریفیوژ استخراج می‌کنید، کمی U-235 بیشتری نسبت به قبل دارد. این گاز کمی غلیظ‌شده را در سانتریفیوژ دیگری قرار می‌دهید و همین کار را انجام می‌دهید. اگر این کار را هزاران بار انجام دهید، می‌توانید گازی ایجاد کنید که به شدت از U-235 غنی شده باشد. در یک کارخانه غنی‌سازی اورانیوم، هزاران سانتریفیوژ به صورت زنجیره‌ای طولانی به هم متصل می‌شوند.

در انتهای یک زنجیره طولانی از سانتریفیوژها، گاز هگزافلوراید اورانیوم با غلظت بالایی از اتم‌های U-235 دارید.

ساخت سانتریفیوژها یک چالش تکنولوژیکی بزرگ است. سانتریفیوژها باید خیلی سریع بچرخند – در محدوده 100000 دور در دقیقه. برای چرخیدن با این سرعت، سانتریفیوژها باید:

• روتورهای (Rotors) (روتور قسمت گردنده یک موتور است-م) بسیار سبک و در عین حال قوی داشته باشند
• روتورهای متعادل داشته باشند
• دارای بلبرینگ‌های (Bearings) پرسرعت، معمولاً مغناطیسی برای کاهش اصطکاک باشند

برآورده کردن هر سه این الزامات برای اکثر کشورها دور از دسترس بوده است. توسعه اخیر تجهیزات ماشینکاری ارزان‌قیمت و دقیق کنترل‌شده توسط کامپیوتر، کار را تا حدودی آسان‌تر کرده است. به‌همین دلیل است که کشورهای بیشتری در سال‌های اخیر یاد می‌گیرند که اورانیوم را غنی کنند.

اکنون (و پس از غنی‌سازی) باید گاز هگزافلوراید اورانیوم را دوباره به فلز اورانیوم تبدیل کنید. این کار را با افزودن کلسیم انجام می‌دهید. کلسیم با فلوراید واکنش می‌دهد تا نمک ایجاد کند و فلز اورانیوم خالص باقی می‌ماند. با این فلز U-235 بسیار غلیظ شده، می‌توانید یک بمب هسته‌ای بسازید یا یک رآکتور هسته‌ای (Nuclear reactor) را تغذیه کنید.

نویسنده: Marshall Brain

مترجم: فؤاد پورفائز

منبع: howstuffworks.com