آقای صابریان یکی از ایرانیان مقیم اوکراین می باشد که در رشته انرژی هسته ای در این کشور مشغول به تحصیل می باشد. وی عضو انجمن دوستداران ایران می باشد. درزیربه یکی از مقالات وی در خصوص پلوتونیوم اشاره می کنیم/

پلوتونیوم در طبیعت نایاب است.مقدار بسیار کمی پلوتونیوم ممکن است در معادن اورانیوم یافت شود که ناشی از واکنشهای هسته ای است که بطور طبیعی صورت گرفته است.بنابر این پلوتونیوم را میتوان عنصر ساخت بشر دانست.در نیروگاههای اتمی در اثر جذب نوترون توسط اورانیوم 238 پلوتونیوم تولید میشود.این عنصر دارای 15 ایزوتوپ است که مهمترین آنها عبارتند از Pu238 با نیمه عمر حدود 88 سال Pu239 با نیمه عمر حدود 24000 سال Pu240 با نیمه عمر حدود 6500 سال Pu241 با نیمه عمر حدود 14 سال Pu242 با نیمه عمر حدود 37600 سال. نمیه عمر زمانی است که نیمی از جرم یک عنصر شکافت پذیر نطیر اورانیوم و پلوتونیم شکافت میابد و به عناصر دیگر تبدیل میشود.
ایزوتوپ 238 در اثر شکافت گرمای زیادی تولید میکند.این گرما در ژنراتورهای گرمایی رادیوایزوتوپ میتواند الکتریسیته تولید کند.در 24 سفینه فضایی آمریکا نطیر ویجر و کاسینی از این ژنراتورها که ممکن است 40 سال قابلیت تولید الکتریسیته داشته باشند استفاده شده است.این ایزوتوپ در اثر جذب چند باره نوترون توسط اورانیوم 235 تولید میشود.
ایزوتوپ 239 بیشترین درصد پلوتونیوم تولید شده در نیروگاهها را بخود اختصاص داده است .پلوتونیوم حاوی حداقل 93 درصد ایزوتوپ 239 پلوتونیوم رده نظامی نامیده میشود و در ساخت بمب اتم کاربرد دارد.با برخورداری از سطح فناوری پایین در ساخت بمب اتمی میتوان با 3 تا 6 کیلوگرم پلوتونیوم رده نظامی بمب اتمی با قدرت 1 تا 20 کیلوتون تولید کرد. با سطح بالایی از فناوری میتوان با 1 تا 3 کیلو گرم بمبی با قدرت مشابه تولید کرد.
ایزوتوپ 240 بسیار شکافت پذیر است و مشابه ایزوتوپ 238 گرمای زیادی تولید میکند. نوترونهای زیاد تولید شده توسط این ایزوتوپ موجب میشود کاهش درصد آن در پلوتونیوم رده نظامی مد نظر قرار گیرد بدلیل آنکه احتمال شروع زودهنگام واکنش هسته ای را افزایش میدهد.
ایزوتوپ 241 تبدیل به آمریکیوم 241 میشود که به شدت پرتوزاست ( پرتو های پر انرژی آلفا ، ایکس و گاما ) و به این جهت در صورت عدم کاهش درصد آن در پلوتونیوم فعالیت انسانها در نزدیکی آن ممکن نخواهد بود و جابجایی آن میبایست توسط دستگاه صورت گیرد.

در یک نیروگاه هسته ای ابتدا پلوتونیوم 239 تولید میشود. حدود یک سوم این پلوتونیوم در طول مدت کار نیروگاه شکافت میابد و انرژی تولید میکند و حدود یک ششم آن با جذب نوترون بیشتر به ایزوتوپهای بالاتر تبدیل میشود. در صد ایزوتوپهای پلوتونیوم تولید شده در یک نیروگاه اتمی به نوع و نحوه کار آن بستگی دارد در کارکرد معمولی درصد ایزوتوپها به شرح جدول زیر است:
نوع نیروگاه میزان سوخت
GWd/t درصد ایزوتوپها
Pu-239 Pu-240 Pu-241 Pu-242
GCR 3.6 77.9 18.1 3.5 0.5
PHWR 7.5 66.4 26.9 5.1 1.5
AGR 18.0 53.7 30.8 9.9 5.0
RBMK 20.0 50.2 33.7 10.2 5.4
BWR 27.5 59.8 23.7 10.6 3.3
PWR 33.0 56.0 24.1 12.8 5.4

پلوتونیوم تولید شده در نیروگاههای هسته ای پلوتونیوم رده نیروگاهی نامیده میشود و برای ساخت بمب اتم مناسب نیست.در جدول زیر درصد ایزوتوپهای پلوتونیوم رده نظامی و رده نیروگاهی با هم مقایسه شده اند:

Pu-238 (%) Pu-239 (%) Pu-240 (%) Pu-241 (%) Pu-242 (%)
پلوتونیوم رده نیروگاهی
(3,7% U-235, 43,000 MWd/t) 2 53 24 15 6
پلوتونیوم رده نطامی 93 7

مناسب نبودن پلوتونیوم رده نیروگاهی به معنی غیر ممکن بودن ساخت بمب اتم با آن نیست. و جود ایزوتوپهای 238 و 240 موجب تولید گرمای زیاد میشود که نیاز است بمب بگونه ای طراحی شود که گرمای اضافی دفع شود یا چند دقیقه قبل از استفاده اجزاء آن بهم متصل گردند. همچنین درصد بالای ایزوتوپ 241 موجب میشود بمب به شدت پرتو زا باشد که این امر حمل و نقل آنرا برای انسان مشکل میسازد و همچنین درصد بالای ایزوتوپ 240 که نوترونهای زیادی تولید میکند امکان واکنش زود رس را افزایش میدهد. واکنش زودرس باعث میشود در انفجاری کم توان ، اجزاء بمب متلاشی شود و انفجار پرقدرت صورت نگیرد. ولی در هر حال انفجار کم توان قدرتی معادل 1 تا چند کیلوتون خواهد داشت و ابر اتمی تشکیل خواهد داد و خسارات فراوانی بر جا خواهد گذاشت. چنین قدرتی حدود یک سوم قدرت بمب اتمی منفجر شده در هیروشیما است.
تولید پلوتونیوم رده نظامی توسط نیروگاههای خاص که به این منظور طراحی شده اند و یا توسط نیروگاههای تحقیقاتی آب سنگین و یا با عملکرد کم توان نیروگاههای معمولی صورت ميگيرد. در این حالت نوترونهای تولید شده در نیروگاه بجای شکافت اورانیوم 235 جذب ایزوتوپ 238 میشود و پلوتونیوم 239 تولید مینماید. در عملکرد کم توان ، نیروگاه انرژی کمی تولید میکند و بدون قصد تولید پلوتونیوم رده نطامی توجیهی ندارد لذا این امر توسط بازرسان آژانس انرژی اتمی در کشور های تحت نطارت قابل تشخیص است و بعنوان انحراف برنامه هسته ای کشور بسمت نظامی تلقی میشود.
جداسازی ایزوتوپهای پلوتونیوم مشکل ، وقت گیر و پر هزینه است لذا پلوتونیوم رده نیروگاهی برای تولید پلوتونیوم رده نظامی کاربرد ندارد لیکن میتوان از آن برای تولید سوخت استفاده کرد.همانطور که در غنی سازی اورانیوم توضیح داده شد پس از فرآیند ، درصد غنای ایزوتوپ 235 در محصول افزایش می یابد. باقی مانده فرآیند ، اورانیوم تهی شده است که غنای ایزوتوپ 235 در آن کاهش يافته است. با مخلوط کردن اورانیوم تخلیه شده و کمتر از 5 درصد پلوتونیوم ، سوخت ترکیبی تولید میشود که در نیروگاههای معمولی قابل استفاده است.

اورانيوم ۲۳۸
همانطور که گفته شد بيشترين فراوانی را در طبيعت دارد.( به نسبت ايزوتوپهای ديگر) هسته آن با نوترون پر انرژی شکافته ميشود و نوترون کم انرژی ( ترمال ) را جذب نميکند. در صورت جذب نوترون ممکن است به پولوتونيم ۲۳۹ تبديل شود که قابل استفاده در بمبهای اتمی از نوع پولوتونی است. در نيروگاههای آب سنگين قابل استفاده بعنوان سوخت است.

اورانيوم ۲۳۵
در طبيعت کمتر يافت ميشود.
در اورانيوم بدست آمده از طبيعت کمی کمتر از ۹۹.۳ درصد اورانيوم ۲۳۸ و بيش از ۰.۷ درصد اورانيوم ۲۳۵ و چند هزارم درصد اورانيوم ۲۳۴ وجود دارد.در اورانيوم تهی شده يا DU غلظت اورانيوم ۲۳۵ به کمتر از ۰.۲ درصد ميرسد که کاربردهای صنعتی و اخيرا نظامی ( بعنوان گلوله های ضد زره ) دارد.



عنصری ناپايدار است. طول عمر کمتری ( به نسبت اورانيوم ۲۳۸ ) دارد و با جذب نوترون ترمال ( کم انرژی ) هسته آن شکافته ميشود.
در اثر شکافت هسته آن تعدادی نوترون پر انرژی توليد ميشود ( و عناصر ديگر)

با غنای بالاتر از ۹۰ درصد کاربرد نظامی دارد.
در نيروگاه های اتمی آب سبک اورانيوم سوخت اتمی بايد دارای غنای حدود ۳ اورانيوم ۲۳۵ ( و مابقی اورانيوم ۲۳۸ ) داشته باشد ( در برخی نيروگاهها غنای بالاتر مورد نياز است برای نيروگاه بوشهر حدود ۳ درصد کافيست). برای توليد سوخت نيروگاههای آب سبک ( که در بوشهر مدل روسی آن ساخته شده است ) لازم است تا اورانيوم بدست آمده از طبيعت را غنی سازی کرد ( يعنی نسبت اورانيوم ۲۳۵ آنرا بالابرد) تا به غنای حدود ۳ درصد ( يا بالاتر ) برسد. در اين حالت اين اورانيوم قابل استفاده در نيروگاه اتمی به عنوان سوخت است.

تبديل اورانيوم
همانطور که گفته شد کيک زرد دارای خلوص کافی در استفاده صنعتی از اورانيوم نيست به اين لحاظ نياز به تاسيساتی برای تبديل آن به منظور استفاده صنعتی از اورانيوم است.اين تاسيسات که يک نمونه از آن در اصفهان راه اندازی گرديده است کار تبديل کيک زرد به محصولات قابل استفاده در صنعت را انجام ميدهد.

بسته به نوع استفاده و روش بکارگرفته شده عمليات متفاوتی بر روی کيک زرد صورت ميگيرد. يکی از اين روشها مبتنی بر تبديل ترکيبات معدنی اورانيوم به ترکيبات آلی و سپس تبديل مجدد آن به ترکيبات معدنی است. با اين فرآيند خلوص اورانيوم افزايش پيدا ميکند.سپس به روشهای مختلف UO3 و با احياء آن UO2 توليد ميشود. در ادامه UO2 با HF در دمای بالا به UF4 تبدیل می شود.در اين مرحله ميتوان با احياء UF4 توسط منيزيم فلز اورانيوم توليد کرد. در صورتی که توليد اورانيوم غنی شده ( مثلا برای استفاده در نيروگاههايی که سوخت آنها نياز به غنی سازی اورانيوم ندارد نظير راکتورهای آب سنگين ) مد نظر نباشد هر يک از ترکيبات U UO2 UO3 ميتواند مورد استفاده قرار گيرد ليکن به منظور غنی سازی توليد UF6 ضروريست که از فلوريته کردن UF4 بدست ميآيد. توليد UF6 برای غنی سازی از آن جهت ضرورت داردکه اين ماده در دمای زير ۵۶.۶ درجه سانتيگراد به حالت جامد قرار دارد که نگهداری آنرا ساده ميکند و در دمای بالاتر به گاز تسعيد ميشود که امکان غنی سازی با روشهای مختلف را فراهم مينمايد. علاوه بر اين با توجه به عدم وجود ايزوتوپ پايدار برای فلور درجداسازی ايزوتوپهای سبکتر ايجاد مشکل نمينمايد.

کيک زرد چيست؟
کيک زرد پودری است زبر و غير قابل حل در آب که دارای حدود ۸۰ درصد اکسيد اورانيوم است.سنگ معدن اورانيوم حاوی يک تا بيست درصد اکسيد اورانيوم که معمولا دارای فرمول شيميايی U3O8 است ميباشد. در اکثر معادن درصد خلوص اورانيوم بسيار کم است لذا تبديل آن به کيک زرد برای صادرات الزاميست.


به اين ترتيب هر کشوری که دارای معدن اورانيوم باشد برای بهره برداری از آن بايد حداقل دارای صنايع تبديل سنگ معدن به کيک زرد باشد.برای توليد کيک زرد سنگ معدن ابتدا خرد و سپس بصورت خمير درميآيد. سپس با پروسه های شيميای و افزودن اسيد سولفوريک فيلتر و خشک کردن کيک زرد بدست ميآيد.توجه داشته باشيد که کيک زرد هميشه زرد نيست.اولين بار که پروسه توليد کيک زرد انجام شد پودری متمايل به رنگ زرد حاصل شد که آنرا کيک زرد ناميدند ولی در بسياری از تاسيسات استخراج سنگ معدن کيک حاصله رنگ متفاوتی دارد که وابسته به نوع معدن ، ميزان هيدارته بودن محصول ، درجه خلوص و درجه حرارتی است که درآن ماده خشک ميگردد. درجه حرارت بالاتر در خشک کردن موجب تيره تر شدن محصول ميگردد. بر اين اساس کيک زرد ممکن است برنگهای سبز تيره مايل به سياه و قهوه ای هم باشد.
در روش ابتکاری که در ايران انجام شده و اخيرا توسط واحد مرکزی خبر به نقل از دكتـر حسـيـــن‎ غفـوريـان‎، رئيـس‎ مـركـز تحقيقات‎ هسته‎ ای‎ اعلام شده است از فناوری زيستی برای توليد کيک زرد استفاده شده است.بر اين اساس با استفاده از نوعی باکتری مقاوم در برابر اشعه کيک زرد توليد ميگردد. استفـاده‎ از روش‎ هـای فناوری زيستی موجب‎ كاهش‎ قـابـل‎ تـوجـه‎‎ هزينه ها ، بهـره‎ وری‎‎ زيــاد و جلـوگــيــری از آلودگی‎‎ های‎ زيسـت‎ محـيــطی ميشود.در ايـن‎ روش‎ بـاكتـری بـا تغـذيـه‎‎ سولفور آهن‎‎ همراه با سنـگ‎ مـعـدن اورانيـوم‎ ، اسيد سولفوريك‎ توليد می‎ كند و اين‎‎‎ اسيد با تخريب‎ و حل‎ كردن سنگ‎ مـعـدن، اورانـيـوم‎ را جداسازی‎ می‎ كند.از آنجـا كـه‎ عـمـل‎ جـداسـازی‎‎ به‎‎ صورت‎ خود به خودی و طبيعــی‎ انجـام‎ مـي‎ شود, نياز به‎‎ سرمـايـه گــذاری اوليـه‎‎ و نيـروی‎ انسانی‎ بين ۱۰۰ تا ۲۰۰ برابر کاهش ميابد.بـراين اسـاس‎ ، مـحلـول‎ حـاوی‎ بـاكتـری‎‎ در تونل‎ های معدن‎ اورانيوم‎ يــا در محـل‎ هـای‎ انباشت‎ سطحــی‎ آن‎ تــزريــق‎ شـده‎‎ و فـراينـد جداسازی‎ به تدريج‎ و خـود بـه‎ خـود انجام‎ می‎ شود.زمانبندی‎‎ جداسازی و توليد كـيـك‎ زرد نيز با فرايند تزريق‎ متناوب‎ مـحلول‎ حـاوی‎ باكتری‎ به‎ ذخاير معدن‎ انجام‎ می‎ شود. بـرخـی از ايـن‎ باكتريهـا تـا قيمت‎ 10 ميليون‎ دلار از طرف‎ چينـی‎ هـا بـه‎‎‎ امريكا فروخته شده است‎.