چرخه کامل سوخت هسته‌ای ایران؛ از استخراج "اورانیوم" تا تولید سوخت و رادیودارو
ایران با دستیابی به فناوری چرخه کامل سوخت هسته‌ای، گام مهمی در مسیر خودکفایی انرژی هسته‌ای برداشته است؛ فرایندی که از استخراج اورانیوم تا تولید سوخت و رادیوداروها را شامل می‌شود و نشان‌دهنده توانمندی علمی و فناوری کشور است.
به گزارش خبرنگار اجتماعی خبرگزاری تسنیم، ایران از معدود کشورهای دنیا است که با وجود فشارهای فراوان قدرت‌های بزرگ موفق شده به چرخه کامل تولید سوخت هسته‌ای دست یابد. این چرخه که شامل استخراج سنگ معدن اورانیوم، تبدیل آن به گاز UF6، غنی‌سازی، ساخت مجتمع سوخت، تولید رادیودارو و مدیریت پسماند است، با اتکا به توان بومی و زیرساخت‌های ملی توسعه یافته است. در این گزارش، به تفصیل اجزای مختلف این چرخه و پیشرفتهای ایران در هر بخش را مرور خواهیم کرد.
1. استخراج اورانیوم
ایران دارای منابع طبیعی اورانیوم است که در چند نقطه از کشور شناسایی و بهره‌برداری شده‌اند. تعدادی از این معادن عبارت‌اند از:
معدن ساغند یزد: این معدن در عمق بیش از 350 متری زمین قرار دارد و یکی از اولین پروژه‌های استخراج اورانیوم ایران به شمار می‌رود. اورانیوم از این معدن به کارخانه اردکان منتقل می‌شود تا در آنجا تبدیل به کیک زرد (U3O8) شود.
معدن گچین بندرعباس: این معدن سطحی‌تر است و عملیات استخراج و فرآوری در محل انجام می‌شود. به دلیل موقعیت جغرافیایی نزدیک به آب‌های جنوبی، این معدن از نظر لجستیکی اهمیت بالایی دارد که طبق آخرین اخبار بنابردلایلی استخراج از این معدن متوقف شده است.
طبق بعضی گزارش‌ها، ظرفیت استخراج اورانیوم به بیش از 70 تن در سال رسیده است. سرمایه‌گذاری در صنایع معدنی اورانیوم، نشان‌دهنده حرکت بلندمدت ایران در مسیر تأمین مستقل زنجیره تولید سوخت هسته‌ای است.
2. تبدیل مواد خام به گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6)
ابتدا سنگ معدن اورانیوم از معادن استخراج می‌شود سپس سنگ معدن آسیاب شده و به پودر تبدیل می‌شود. پودر سنگ معدن با اسید سولفوریک شسته می‌شود تا اورانیوم از سایر مواد جدا شود. محلول حاصل از شستشو خشک و صاف می‌شود و کیک زرد به دست می‌آید.
پس از استخراج و تولید کیک زرد (U3O8)، این ماده باید به فرم قابل استفاده برای غنی‌سازی تبدیل شود. این فرآیند در تأسیسات تبدیل اورانیوم (UCF) در اصفهان انجام می‌شود. این مرکز که یکی از پیشرفته‌ترین مراکز هسته‌ای کشور است، توانایی تبدیل U3O8 به UF6، UF4 و UO2 را دارد.
فرآیند تبدیل شامل مراحل شیمیایی پیچیده‌ای است که در آن ابتدا کیک زرد به دی‌اکسید اورانیوم (UO2) و سپس به تترافلوراید اورانیوم (UF4) و در نهایت به گاز هگزافلوراید اورانیوم (UF6) تبدیل می‌شود. این گاز، تنها شکل قابل استفاده در سانتریفیوژها برای غنی‌سازی است.
ظرفیت سالیانه این مرکز بالغ بر صدها تن گاز UF6 و UO2 است. ایران همچنین موفق به بومی‌سازی تجهیزات ساخت فلز اورانیوم شده است که در طراحی‌های پیشرفته سوخت و تحقیقات مواد هسته‌ای کاربرد دارد.
علاوه بر تبدیل، مرکز UCF به عنوان پایگاه اصلی توسعه دانش و فناوری شیمی هسته‌ای در کشور عمل می‌کند. پژوهش‌های انجام‌شده در این مرکز، منجر به ارتقاء کیفیت فرآیند، کاهش آلاینده‌ها و افزایش بهره‌وری شده است.
3. غنی‌سازی اورانیوم: فناوری بومی‌شده در دل تحریم‌ها
فرآیند غنی‌سازی اورانیوم، به‌معنای افزایش درصد ایزوتوپ U-235 در ترکیب طبیعی اورانیوم است؛ ایزوتوپی که قابلیت شکافت هسته‌ای دارد. در اورانیوم طبیعی، تنها 0/7 درصد از اتم‌ها U-235 هستند و برای استفاده در رآکتورها، این مقدار باید افزایش یابد.
سانتریفیوژهای گازی؛ قلب فناوری غنی‌سازی
در ایران، روش سانتریفیوژ گازی برای غنی‌سازی انتخاب شده است. در این فرآیند، گاز UF6 (هگزا فلوراید اورانیوم) وارد سانتریفیوژهایی با سرعت چرخش بسیار بالا می‌شود. نیروی گریز از مرکز باعث می‌شود که ایزوتوپ سنگین‌تر (U-238) بیشتر به اطراف برود و ایزوتوپ سبک‌تر (U-235) به مرکز میل کند. با تکرار این فرایند در زنجیره‌ای از سانتریفیوژها، غلظت U-235 به مقدار دلخواه می‌رسد.
توسعه داخلی سانتریفیوژها؛ از IR-1 تا IR-9
ایران در شرایط سخت تحریم، موفق شد انواع پیشرفتهای از سانتریفیوژها را نیز طراحی و تولید کند:
IR-1: نخستین نسل بومی‌شده.
IR-2m و IR-4
IR-6: با ظرفیت چند برابر IR-1، اکنون در نطنز و فردو در حال بهره‌برداری است.
IR-8 و IR-9: نسل‌های در حال توسعه با راندمان بالا
این پیشرفت‌ها گواهی روشن بر دستیابی ایران به مهندسی معکوس و نوآوری در حوزه فناوری غنی‌سازی است.
سایت‌های غنی‌سازی ایران؛ از نطنز تا فردو
نطنز: قلب غنی‌سازی ایران، با هزاران سانتریفیوژ فعال، شامل سالن‌های زیرزمینی مقاوم در برابر حمله است.
فردو: سایتی در دل کوه‌های قم که ابتدا ویژه 20% طراحی شده و اکنون محل فعالیت سانتریفیوژهای IR-6 است.
اصفهان و کرج: محل توسعه، مونتاژ و نگهداری تجهیزات سانتریفیوژ.
4. ساخت مجتمع سوخت هسته‌ای: حلقه حیاتی برای استقلال انرژی
مجتمع سوخت، همان بخشی از چرخه است که اورانیوم غنی‌شده را به صورت قرص (pellet)، میلگرد (pin) و مجتمع‌های بزرگ‌تر (fuel assembly) درمی‌آورد.
تبدیل گاز UF6 به UO2
پیش از ساخت قرص، گاز UF6 باید به پودر دی‌اکسید اورانیوم (UO2) تبدیل شود. این مرحله که در تأسیسات UCF اصفهان انجام می‌شود، نیاز به دقت شیمیایی بالا دارد؛ چرا که UF6 بسیار خورنده و واکنش‌پذیر است.
ساخت قرص‌های سوخت
پودر UO2 در دمای بالا فشرده شده و به صورت قرص‌های سرامیکی مقاوم درمی‌آید. این قرص‌ها باید استانداردهای فشردگی، خلوص، وزن و تحمل حرارتی را رعایت کنند. ایران اکنون این فناوری را در کارخانه تولید سوخت اصفهان (FMP) به‌صورت کامل در اختیار دارد.
مونتاژ میله و مجتمع سوخت
قرص‌ها در لوله‌های زیرکونیومی قرار می‌گیرند و به صورت میلگردهای بلند درمی‌آیند. چند ده میله در کنار هم، یک مجتمع سوخت را تشکیل می‌دهند. این مجتمع‌ها سپس به نیروگاه‌ها، مانند نیروگاه بوشهر یا راکتور تحقیقاتی تهران، منتقل می‌شوند.
5. تولید رادیودارو: بهره‌برداری صلح‌آمیز از فناوری هسته‌ای
ایران جزو معدود کشورهای آسیاست که از اورانیوم غنی‌شده برای تولید رادیوایزوتوپ‌های پزشکی بهره می‌برد؛ کاربردی انسانی، حیاتی و تحسین‌برانگیز.
رآکتور تحقیقاتی تهران
در این راکتور، با تابش نوترون به اهداف فلزی خاص مانند مولیبدن یا ید، ایزوتوپ‌های پرتوزا تولید می‌شوند. این ایزوتوپ‌ها برای تشخیص و درمان بیماری‌هایی نظیر سرطان کاربرد دارند. ایران برای تولید این ایزوتوپ‌ها به 20% غنای اورانیوم نیاز دارد که از سال 1389 با طراحی سوخت بومی برای تهران، آن را به دست آورد.
تولید و توزیع رادیودارو
مجموعه‌هایی در کشور سالانه میلیون‌ها دوز رادیودارو تولید و به بیمارستان‌های سراسر کشور ارسال می‌کنند و همچنین صادرات به کشورهای منطقه نیز در دستور کار قرار دارد.
ایزوتوپ‌های تولیدی
تعدادی از مهم‌ترین ایزوتوپ‌های پزشکی تولید ایران:
Tc-99m: برای تصویربرداری قلب، استخوان، کلیه
I-131: درمان سرطان تیروئید
Lu-177 و Sm-153: برای درمان سرطان‌ها
6. بازفرآوری سوخت مصرف‌شده: گام نهایی برای بستن چرخه
بازفرآوری به معنای استخراج مواد قابل استفاده از سوخت مصرف‌شده است. در ایران این فناوری به شکل محدود در حال توسعه است.
بازیابی پلوتونیوم و U-235
در سوخت مصرف‌شده نیروگاه‌ها، هنوز درصدی از U-235 و نیز مقدار کمی پلوتونیوم -239 باقی می‌ماند. با فرآیندهای شیمیایی پیچیده، این عناصر جدا می‌شوند و قابلیت استفاده مجدد دارند.
7. مدیریت پسماند هسته‌ای: مسئولیت‌پذیری علمی و زیست‌محیطی
پسماندهای رادیواکتیو باید با دقت و طبق استانداردهای بین‌المللی مدیریت شوند.
دسته‌بندی پسماندها
کم‌فعالیت (LLW): فیلترها، دستکش‌ها، تجهیزات مصرفی
متوسط (ILW): رزین‌ها، اجزای راکتور
پرتوان (HLW): سوخت مصرف‌شده راکتورها
دفن و نگهداری امن
در ایران، دفن موقت و دائمی پسماندها در مراکز مخصوص، با رعایت استانداردهای آژانس انرژی اتمی صورت می‌گیرد. مخازن فولادی و بتنی، دفن در لایه‌های زمین‌شناسی پایدار، ثبت و پایش دائمی از جمله اقدامات انجام‌شده است.
اهمیت دستیابی به چرخه کامل سوخت هسته‌ای و تثبیت فناوری غنی‌سازی
دستیابی به چرخه کامل سوخت هسته‌ای، از استخراج معدن اورانیوم تا تولید سوخت غنی‌شده، ساخت رادیوداروها و حتی بازفرآوری، نشانه‌ای بی‌چون و چرا از بلوغ فناوری هسته‌ای یک کشور است. چنین چرخه‌ای نه تنها نشان‌دهنده توانمندی علمی و مهندسی بالاست، بلکه امنیت استراتژیک و پایداری فناوری هسته‌ای را تضمین می‌کند.
وقتی کشوری به این چرخه کامل دست پیدا می‌کند، به معنای آن است که دیگر وابسته به واردات سوخت یا فناوری‌های حساس نیست و می‌تواند در تمامی مراحل تولید، خودکفا باشد. این خودکفایی، ریسک‌ها و آسیب‌پذیری‌های ناشی از تحریم‌ها، فشارهای سیاسی یا حتی حملات نظامی احتمالی را به شدت کاهش می‌دهد.
تجربه جهانی نشان داده است که فناوری غنی‌سازی هسته‌ای را نمی‌توان به آسانی نابود کرد؛ چرا که تجهیزات و دانش فنی آن در مراکز متعدد پراکنده و به مرور زمان بومی‌سازی شده‌اند. لذا کشوری که چرخه کامل سوخت هسته‌ای را تثبیت کند، در واقع به یک قدرت فناورانه مستقل تبدیل می‌شود که با هیچ‌گونه فشار خارجی یا حتی تهدید نظامی نمی‌توان آن را از مسیر پیشرفت علمی و انرژی صلح‌آمیز هسته‌ای بازداشت.
ایران با توسعه موفقیت‌آمیز تمام مراحل این چرخه، از استخراج اورانیوم تا تولید سوخت و رادیودارو، توانسته است جایگاه خود را به عنوان یکی از کشورهای معدود دارای فناوری کامل هسته‌ای تثبیت کند. این دستاورد بزرگ، نماد قدرت علمی و استقلال فناورانه است که آینده روشنی را برای توسعه پایدار انرژی و پزشکی هسته‌ای در ایران رقم زده است.