به گزارش لحظه نیوز به نقل از الف ،صبح‌نو نوشت: گرچه حدود صد سال پیش ارنست رادرفورد نیوزلندی، کشف کرد که هر اتم دارای هسته است اما بیش از صد سال قبل از او، هاتف اصفهانی سروده بود که «دل هر ذره را که بشکافی، آفتابیش در میان بینی.» احتیاجی برای یادآوری کوچکی ‌اتم نیست؛ اما برای کوچکی هسته ‌اتم شاید بد نباشد که بدانید اگر حجم یک اتم کوچک را اندازه یک زمین فوتبال فرض کنیم، هسته این اتم به اندازه یک حشره کوچک وسط این زمین فوتبال است اما این هسته خیلی کوچک تقریباً همه وزن اتم را درون خود جای داده و آن‌چنان انرژی نهفته‌ای دارد که می‌تواند همان نور و گرمای خورشید را بسازد. آزادسازی این انرژی گرفتار در هسته ‌اتم یا با شکافت هسته رخ می‌دهد که نمونه کنترل‌شده آن در راکتور اتمی و مثال نظامی‌اش در سلاح هسته‌ای است یا با هم‌جوشی که در خورشید صورت می‌پذیرد و بشر فعلاً به چنین دانشی برای کسب آن دست نیافته است. در شکافت، هسته‌های سنگین در تبدیل به هسته‌های کوچک‌تر، انرژی آزاد می‌کند و انرژی هم‌جوشی، از تبدیل هسته‌های کوچک به بزرگ‌تر ایجاد می‌شود.

با دانش فعلی، عنصر اورانیوم در شکافت هسته‌ای معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد. اورانیوم رادیواکتیو است یعنی چون هسته سنگینی دارد خود‌‌به‌خود، ولی به مرور زمان تبدیل به هسته‌های سبک‌تر می‌شود و انرژی زیادی آزاد می‌کند. اگر فرمول مشهور انیشتین را به یاد داشته باشید می‌دانید که میزان انرژی آزاد شده از یک گرم ماده، عددی معادل سرعت نور به توان دو است. این انرژی در طبیعت چون به کندی و به مرور زمان آزاد می‌شود، به‌صورت تابش‌های غیرنامرئی ولی پرقدرتی خود را نشان می‌دهد که موجب سرطان می‌شود. ماری کوری دانشمند شهیر لهستانی - فرانسوی در اثر کار زیاد با عناصر رادیواکتیوی مثل رادیم جان خود را از دست داد. هر اورانیومی هم قابل استفاده در راکتور اتمی نیست. تنها از 0.7 درصد اورانیوم طبیعی می‌توان در چرخه سوخت هسته‌ای استفاده کرد. 

برای همین باید با سازوکارهایی، اورانیوم استخراج شده از معادن را برای استفاده آماده کرد. فناوری هسته‌ای، توانایی تبدیل اورانیوم طبیعی به غنی‌ شده است. ایران جزو 13کشور دنیاست که توانایی چرخه کامل سوخت هسته‌ای را دارند. این چرخه شامل اکتشاف اورانیوم، استخراج، تولید کیک زرد و تبدیل آن به گاز UF6 و در نهایت غنی‌سازی اورانیوم می‌شود.

اکتشاف و استخراج اورانیوم اولین گام فناوری هسته‌ای است. 10کشور در دنیا حدود 90‌درصد معادن اورانیوم را در اختیار دارند. ایران از این کشورها نیست؛ اما یک دهه قبل اعلام شد حدود 400‌معدن اورانیوم در ایران وجود دارد که مهم‌ترین آن در نزدیکی روستای ساغند یزد در منطقه‌ای به اسم دوزخ‌دره قرار دارد. تاسیسات موجود در این کارخانه، اورانیوم را از عمق 350‌متری استخراج می‌کند. هزینه استخراج و تولید هر کیلو اورانیوم بین 40 تا 80‌دلار به‌صرفه است و تا 130‌دلار اقتصادی است. بر اساس گزارش‌های رسمی ایران به آژانس انرژی اتمی، ذخایر اورانیوم قطعی ایران 491تن برآورد شده است که می‌توان 876تن منبع احتمالی قابل بهره‌برداری با هزینه استخراج هر کیلو 80 تا 130 دلار را نیز به آن افزود.

گام بعدی در فناوری هسته‌ای تولید کیک زرد است. سنگ معدن اورانیوم استخراج شده در آسیاب خرد و ریز شده و به پودر بسیار ریزی تبدیل می‌شود. پس از آن طی فرآیند شیمیایی خاصی خالص‌سازی شده و به‌صورت اکسید اورانیوم یا اورانیا که یک توده جامد به هم پیوسته است در می‌آید که آن را کیک زرد می‌نامند. کیک زرد شامل 70‌درصد اورانیوم بوده و دارای خواص رادیواکتیو یا پرتوزایی است. اورانیوم استخراجی از معدن ساغند، در کارخانه اردکان یزد پس از اعمال فرآیندهای مختلف شیمیایی و فیزیکی به کیک زرد تبدیل می‌شود. قیمت کیک زرد در بازارهای بین‌المللی، هر کیلوگرم حدود ۲۵‌دلار است.

کیک زرد جامد است، ولی در مرحله بعد از فناوری ویژه‌ای استفاده می‌شود که نیازمند حالت گازی است. بنابراین، کنسانتره اکسید اورانیوم جامد طی فرآیندی شیمیایی به گاز هگزافلوراید اورانیوم یا UF6تبدیل می‌شود. 

در تاسیسات فرآوری اورانیوم اصفهان معروف به صنایع UCF اصفهان این فرایند انجام می‌شود. این کارخانه از سال‌79 رسماً آغاز به کار کرده؛ اما در آبان‌83 یک هفته پس از مذاکرات تهران فعالیت‌های این تاسیسات هسته‌ای به حالت تعلیق درآمد در حالی که فعالیت‌های تبدیل اورانیوم، طبق نظر فنی آژانس جزء فعالیت‌های غنی‌سازی اورانیوم محسوب نمی‌شود. مرداد 84 و در آخرین روزهای کاری دولت اصلاحات، با دستور مقام معظم رهبری فعالیت این تاسیسات 
از سر گرفته شد.

همان‌طور که گفته شد فقط 0.7 درصد از اورانیوم طبیعی قابلیت استفاده در چرخه سوخت هسته‌ای را دارد، برای همین لازم است این‌گونه اورانیوم از این مقدار اندک به حداقل 5/3‌درصد برای استفاده در راکتورهای آب سبک برسد که به این فرآیند غنی‌سازی گفته می‌شود. روش متداول غنی‌سازی اورانیوم سانتریفیوژکردن گاز UF6 است. در این روش هگزافلوراید اورانیوم در یک محفظه استوانه‌ای با سرعت بالا در شرایط گریز از مرکز قرار می‌گیرد. این کار باعث جدا شدن گونه‌هایی از اورانیوم می‌شود که به کار سوخت راکتور نمی‌آیند. سانتریفیوژ، دستگاه استوانه‌ای‌شکلی است که درست مثل توربین هواپیما پره‌هایی در وسط آن وجود دارد. این پره‌ها در هر دقیقه بیش از صد هزار گردش دارند. در نتیجه این چرخش اورانیوم سنگین روی دیواره آخری سانتریفیوژ قرار می‌گیرد و اورانیوم سبک در کنار آن می‌نشیند.

باید هزاران سانتریفیوژ در کنار هم قرار بگیرند تا ما بتوانیم اورانیوم را غنی کنیم؛ یعنی با یک یا چند سانتریفیوژ نمی‌توان اورانیوم را غنی کرد. در تاسیسات نطنز (مرکز هسته‌ای شهید احمدی‌روشن) و تاسیسات هسته‌ای فُردو (مرکز هسته‌ای شهید علی‌محمدی) که در نزدیکی قم است این سانتریفیوژها قرار گرفته‌اند. 20‌فروردین‌۱۳۸۵ آقای محمود احمدی‌نژاد، رییس‌جمهوری وقت ایران، اعلام کرد که ایران موفق به غنی‌سازی اورانیوم به میزان ۳٫۵‌درصد شده‌است و همین مبنای نام‌گذاری امروز شد؛ روز ورود ایران به مرحله غنی‌سازی صنعتی برای تولید سوخت هسته‌ای. بعدها دانشمندان هسته‌ای کشورمان به غنای 20‌درصد هم رسیدند اما طبق برجام ایران برای 15‌سال، فعالیت‌های مرتبط با غنی‌سازی اورانیوم، از جمله تحقیق و توسعه خود را صرفاً در تاسیسات غنی‌سازی نطنز انجام خواهد داد، سطح غنی‌سازی اورانیوم خود را تا سقف67/3‌درصد نگه خواهد داشت و در فردو، از هرگونه غنی‌سازی اورانیوم و تحقیق و توسعه غنی‌سازی اورانیوم و از نگهداری هرگونه مواد شکافت‌پذیر خودداری خواهد کرد. همچنین ایران، براساس متن برنامه جامع اقدام مشترک (برجام) توافق کرد تا 9هزار سانتریفیوژ نصب شده فعال خود را به 6هزار و 104دستگاه کاهش دهد (پنج هزار و 60سانتریفیوژ در نطنز و یک هزار و 44سانتریفیوژ در فردو.)

تولید میله سوخت، آخرین مرحله در چرخه سوخت هسته‌ای است. اورانیوم غنی‌شده که هنوز به شکل UF6 است، باید به پودر دی‌اکسید اورانیوم (UO2) تبدیل شود و سپس فشرده می‌شود و به شکل قرص درمی‌آید. قرص‌ها در معرض حرارت با دمای بالا قرار می‌گیرند تا به قرص‌های سرامیکی سخت تبدیل شوند. پس از طی چند فرآیند فیزیکی، قرص‌هایی سرامیکی با ابعاد یکسان حاصل می‌شود. متناسب با طراحی راکتور و نوع سوخت مورد نیاز، این قرص‌های کوچک را دسته‌دسته کرده و در لوله‌ای خاص قرار می‌دهند. این لوله از آلیاژ به‌خصوصی ساخته شده است که در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و در عین حال، از رسانایی حرارتی بسیار بالایی برخوردار است. حال میله سوخت آماده شده است و برای استفاده در رآکتور به نیروگاه فرستاده می‌شود. این مرحله از ساخت هم در تاسیسات اصفهان انجام می‌شود.

در ۲۶‌بهمن‌۱۳۹۰ مسوولان کشور از ساخت میله سوخت هسته‌ای ۲۰درصد غنی‌شده و بارگذاری آن در رآکتور تحقیقاتی تهران خبر دادند. در سال‌1337 به پیشنهاد دانشگاه تهران، ساخت یک رآکتور اتمی در دستورکار دولت قرار گرفت و تصویب شد. در همین راستا آیزنهاور، رییس‌جمهوری آمریکا، برای تبلیغ طرح خود (اتم برای صلح) یک رآکتور اتمی به ایران داد. عملیات ساختمانی رآکتور دانشگاه تهران در 1340 آغاز و در آبان‌ماه 1346 عملاً مورد بهره‌برداری قرار گرفت. ظرفیت این رآکتور 5‌مگاوات و از نوع آب سبک بوده و تا سال‌1372 با سوخت اورانیوم با غنای بالا (93‌درصد) کار می‌کرد. سوخت رآکتور در سال‌1372 از درجه غنای بالا (93‌درصد) به درجه غنای پایین (حدود 20‌درصد) تبدیل شد.

در مرکز رآکتورهای هسته‌ای، میله‌های سوخت چیده شده‌اند. در درون میله‌های سوخت، فرآیند شکافت رخ می‌دهد و انرژی آزاد می‌شود. این انرژی، آبی که اطراف میله‌ها را فرا گرفته گرم می‌کند. آب گرم شده خود از درون مخازن آب دیگری می‌گذرد و آن‌ها را گرم کرده و بخار می‌کند. بخار آب تولید شده توربین‌ها را می‌گرداند و با چرخش توربین‌ها که به ژنراتور متصل‌اند، برق تولید می‌شود. به این ترتیب، انرژی تولید شده در اثر شکافت اورانیوم به برق تبدیل می‌شود.

در سال۱۳۵۳ قرارداد اولیه طراحی و ساخت دو واحد نیروگاهی در بوشهر با قدرت هر واحد ۱۳۰۰مگاوات بین سازمان انرژی اتمی و شرکتی آلمانی منعقد شد. با پیروزی انقلاب اسلامی، اجرای این پروژه متوقف شد. در دی‌ماه‌‌۱۳۷۳ قرارداد تکمیل واحد یک نیروگاه اتمی بوشهر به صورت مشارکتی بین ایران و روسیه منعقد شد و در سال۱۳۷۷ بار دیگر قرارداد مورد بازبینی کلی قرار گرفت که طی آن تکمیل نیروگاه به شرکت اتم استروی اکسپورت روسیه محول شد. تکمیل نیروگاه تا شهریور۱۳۹۰ طول کشید. در این سال نیروگاه بوشهر تولید برق را با توان ۷۰۰مگاوات آغاز کرد. نیروگاه بوشهر نخستین و تنها نیروگاه هسته‌ای غیرنظامی تولید انرژی در خاورمیانه است و ایران سی‌و‌یکمین کشوری محسوب می‌شود که از برق نیروگاه هسته‌ای استفاده می‌کند. اسفند‌97 سازمان انرژی اتمی از خاموشی موقت نیروگاه بوشهر به منظور تعویض بخشی از سوخت و تعمیرات ضروری سالانه خبر داد. همچنین از سال‌86 مراحل طراحی و ساخت نیروگاه ۳۶۰مگاواتی آب سبک با استفاده از امکانات بومی در دارخوین درحال پیگیری است.