آشنایی با سانتریفوژ – ویبره

آشنایی با سانتریفوژ – صنایع

آشنایی با سانتریفوژ
این روزها یکی از واژه هایی که در ارتباط با مباحث انرژی هسته ای، به طور مکرر شنیده می شود دستگا ه های «سانتریفوژ» است.در مطلبی که از پی می آید، مولف کوشیده است با اطلاعاتی در حد دانش عمومی خوانندگان، سانتریفوژ را شرح دهد.

آشنایی با سانتریفوژ

اولین سانتریفوژ صنعتی دنیا بیش از نیم قرن پیش توسط یک دانشمند آلمانی به نام زیپه اختراع شد و به طور عملیاتی مورد استفاده قرار گرفت. البته تکنولوژی آن با سانتریفوژهای امروزی فرق زیادی داشت، ولی اصول کار آن فرقی با سانتریفوژهای امروزی نداشت.

در صنعت سوخت هسته ای، این وسیله نقشی اساسی دارد جهت جدا کردن ایزوتوپ های اورانیوم۲۳۵ و اورانیوم۲۳۸در گاز هگزافلوراید اورانیوم(UF۶) از سانتریفوژ استفاده می شود. البته روش های متعددی مانند جداسازی ایزوتوپی الکترومغناطیسی، پخش دیفوزیون گازی، دیفوزیون گرمایی، فرآیندهای آئرودینامیکی، جداسازی ایزوتوپی لیزری، تبادل یونی و فرایند جداسازی پلاسمایی وجود دارد ولی در بیش از ۹۵درصد صنعت هسته ای جهان، اورانیوم به وسیله یکی از دو روش سانتریفوژ گازی و پخش گازی جدا شده و غنی می شود.

سانتریفوژ دستگاه استوانه ای شکلی است که درست مثل توربین هواپیما پره هایی در وسط آن وجود دارد. این پره ها به طور متوسط در هر ثانیه ۱۰۰۰ دور می زنند. در نتیجه این چرخش، اورانیوم سنگین روی دیواره آخرین سانتریفوژ قرار می گیرد و اورانیوم۲۳۵در کنار آن می نشیند. باید هزاران سانتریفوژ در کنار هم قرار گیرند تا بتوان با کمک مجموعه آنها اورانیوم را غنی کرد ایران در فرآیند کاربردی غنی سازی از روش سانتریفوژ گازی استفاده می کند.

در روش پخش گازی، هگزافلوراید اورانیوم تحت فشار از میان یک سری دیافراگم ها یا غشاهای متخلخل عبور کرده و از آنجایی که اورانیوم ۲۳۵ سبک تر از اورانیوم ۲۳۸ می باشد آنها سریعتر حرکت کرده و امکان کمی بیشتری برای عبور از سوراخ های موجود در غشا را دارند.

گاز UF۶ که از طریق غشا پخش می شود اندکی غنی بوده ضمن اینکه آنچه نمی تواند گذر کند از اورانیوم ۲۳۵ تهی است.

در روش پخش گازی دوران سریع ماده سبب می شود تا ایزوتوپ های سنگین تر به طرف دیواره خارجی حرکت کنند. عامل جداسازی در این روش به تفاوت جرمی ایزوتوپ هایی که باید جداسازی شوند بستگی دارد در غنی سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و متوالی کنار هم قرار داده شده اند استفاده می شود.

دستگاه های سانتریفوژ به صورت آبشاری یا کاسکد(سیستم غنی سازی دنباله ای) به هم مرتبط هستند این دوران باعث ایجاد یک نیروی گریز از مرکز می شود، به طوری که مولکول های گازی سنگین تر به طرف خارج سیلندر حرکت کرده و مولکول های گازی سبک تر در قسمت مرکزی(محورگردنده) جمع می شوند.

گاز به داخل یک سری لوله های خلأ وارد شده که هر یک شامل یک گردنده با بیش از دو متر طول و قطر ۱۵تا۲۰سانتیمتر هستند. گردنده ها با سرعت بالای ۵۰۰۰۰ تا ۷۰۰۰۰ دور در دقیقه، مولکول های سنگین تر حاوی اورانیوم ۲۳۸ در لبه خارجی سیلندر متمرکز می شوند. افزایش اورانیوم ۲۳۵ نیز در مرکز وجود دارد. جهت جداسازی بالاتر نیاز به سانتریفوژهای با سرعت بالاتر و استفاده از تعداد بیشتری از آنها است.

باید یادآور شد که به دلیل سرعت های دوران بسیار بالا، طراحی آنها و همچنین مواد استفاده شده در آنها از نظر متالوژی پیچیده بوده و دقت بالایی را طلب می کند. گاز UF۶ خورنده بوده، بنابراین باید تمام اجزایی که با این ماده در تماسند مقاوم در برابر خوردگی باشند .

جهت بالا بردن ظرفیت جداسازی سانتریفوژها باید طول گردنده و سرعت دیواره گردنده افزایش یابد. برای ساخت گردنده ها از آلیاژ های آلومینیوم، فولاد ماراژین، تیتانیوم و یا ترکیباتی که با برخی شیشه های خاص تقویت شده که با نام فیبرهای کربنی معروف هستند،استفاده می شود؛ البته متداولترین ماده در حال حاضر، فولاد ماراژین است یک سانتریفوژ مدرن از زمان راه اندازی، به مدت بیش از ۱۰سال می تواند بدون نگهداری به کار خود ادامه دهد.

از مراکز مهم غنی سازی اورانیوم که از روش پخش گازی استفاده می کنند در اروپا می توان به گروناو(Gronau) آلمان و یورنکو که متشکل از شرکت های انگلیسی، آلمانی و هلندی هستند نام برد که مکان آن در capenhurst بریتانیا می باشد.

روسیه هم به عنوان یک غول صنعتی در این زمینه از چهار مرکز که چهل درصد ظرفیت جهان را تولید می کند از همین شیوه پخش گازی استفاده می کند. آمریکا هم تکنولوژی سانتریفوژ گازی را در آینده نزدیک جایگزین تکنولوژی سانتریفوژهای پخش گاز قدیمی می کند زیرا این روش نسبت به روش قدیمی به انرژی کمتری برای رسیدن به جداسازی مشابه نیاز دارد.

ژاپن، چین، برزیل، پاکستان و شاید کره شمالی هم جهت غنی سازی اورانیوم از چنین روشی استفاده می کنند. به طور کلی مجموعه آبشارهای بزرگ سانتریفوژ گازی که در کشورهای فرانسه، آلمان، بریتانیا و چین مورد استفاده قرار می گیرند برای تولید اورانیومی است که برای مصرف داخلی و نیز صادرات است، اما در ژاپن تولید آن فقط جهت مصرف داخلی است.

باتوجه به این آمار می توان دریافت که در حال حاضر و آینده هم سانتریفوژهای گازی مهمترین نوع جهت غنی سازی اورانیوم در سطح جهان بوده و هر روز در جهت افزایش تکنولوژی و راندمان آن کار می شود؛ البته لازم به ذکر است که روسیه این صنعت عظیم را به عنوان یادگاری ارزشمند از اتحادجماهیرشوروی سابق به ارث برده است و در حال حاضر تأمین کننده سوخت هسته ای تعداد زیادی از راکتورهای قدرت دنیا بوده و از این نظر در دنیا پیش رو است.
 
 
رجا نیوز

آشنایی با سانتریفوژ – Vibre.ir – صنایع

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *