کاربردهای پرشمار «بازفرآوری» و اهمیت آن در صنعت هسته‌ای

«برجام» چگونه کشور را برای همیشه از چرخه سوخت هسته‌ای محروم خواهد کرد؟

با مطالعه متن برنامه جامع مشترک اقدام، در چند بند به ایجاد محدودیت اساسی و مادام‌العمر برای کشورمان در زمینه فرآیند بازفرآوری و تحقیق و توسعه مرتبط با آن برمی‌خوریم. در این مطلب نگاهی می‌اندازیم به چیستی و کاربردهای بازفرآوری و اهمیت خروج سوخت مصرف شده از کشور و محدودیت‌هایی که تعهدات موجود در برجام در این زمینه برای کشور ایجاد کرده است.

کد خبر: ۴۴۵۰۲۲

يکشنبه - ۰۵ مهر ۱۳۹۴ / September 27, 2015

گروه سیاسی خبرگزاری دانشجو، با مطالعه متن برنامه جامع مشترک اقدام، در چند بند به ایجاد محدودیت اساسی و مادام العمر برای کشورمان در زمینه فرآیند بازفرآوری و تحقیق و توسعه مرتبط با آن برمی‌خوریم. از جمله در بند ۱۸ ضمیمه ۲ این توافق می خوانیم:

ایران به مدت ۱۵ سال، و بدون داشتن قصدی برای بعد از آن، وارد فعالیت های مربوط به بازفرآوری سوخت مصرف شده یا فعالیت های مربوط به تحقیق و توسعه بازفرآوری سوخت مصرف شده نخواهد شد. مقصود از سوخت مصرف شده در این پیوست شامل تمام انواع سوختهایی است که تابش داده شده اند.

در چند بند دیگر از جمله بند ۱۲ متن اصلی، بند ۱۹ و ۲۰ ضمیمه ۲ توافق به این موضوع پرداخت شده است. همچنین ایران متعهد شده است که سوخت های مصرف شده در نیروگاه‌های هسته‌ای را نیز به خارج از کشور منتقل کند. در بند ۱۷ ضمیمه ۲ توافق آمده است:

ایران تمایل دارد تمامی سوخت مصرف شده برای تمام نیروگاه های تولید برق و تحقیقاتی کنونی و آینده خود را، برای نگهداری یا فرآیندهای بعدی، آنگونه که در قرار داد مربوطه ای که به موقع خود با کشور دریافت کننده ، مطابق با قوانین و قواعد ملی، منعقد خواهد شد، به خارج از کشور ارسال کند.

در این مطلب نگاهی می‌اندازیم به چیستی و کاربردهای بازفرآوری و اهمیت خروج سوخت مصرف شده از کشور و محدودیت‌هایی که تعهدات موجود در برجام در این زمینه برای کشور ایجاد کرده است.

بازفراوری چیست؟

در حدود ۵۰ سال پیش بود که محققان حوزه هسته‌ای دریافتند با انجام چند سری فرایند شیمیایی می توان به وسیله بازفرآوری، از پسماند سوخت نیروگاه های هسته‌ای مجددا سوخت هسته‌ای بدست آورد. بدین ترتیب چرخه سوخت هسته‌ای در دانش بشر شکل گرفت. چرخه ای که سوخت پس از استفاده، با بازفرآوری، مجدد در مسیر استفاده قرار میگرفت تا پلوتونیوم تولید شده در سوخت نیروگاه های هسته‌ای (با غنای حدود یک درصد) و اورانیوم شکافت پذیر باقی مانده (کمتر از یک درصد) را بازیافت کنیم و با استفاده از آن بتوانیم ۲۵ تا ۳۰ درصد سوخت نیروگاه (با غنای چهار درصد) را تولید کنیم.

یکی از وجوح تمایز انرژی هسته‌ای نسبت به دیگر انرژی ها، امکان مصرف چند باره ی سوخت آن می‌باشد چرخه سوخت هسته‌ای نامی است که همین ویژگی را بیان می کند. در چرخه سوخت هسته ای، سوخت مصرف شده پس از بازفراوری دوباره در قالبی جدید در داخل قلب راکتور سوخت گذاری می شود.

اهمیت اساسی بازفرآوری چیست؟

پسماند سوخت منبع بسیار مهمی برای تامین اورانیوم است. معادن اورانیوم کشور کانادا به دارا بودن خلوص بالا معروف هستند. در حالی که میزان اورانیوم را در سایر معادن اقتصادی به صورت قسمت در میلیون (مثال ۸۰۰ppm) بیان می کنند اما سنگ موجود در معادن اورانیوم کانادا حدود ۲۰ درصد اورانیوم دارند. با این وجود، سوخت مصرف شده در یک نیروگاه، بیش از ۱۰۰برابر بهترین معادن اورانیوم جهان در کانادا و بیش از ۲۰۰۰۰ برابر معدن اورانیوم ساقند (در کشورمان) حاوی اورانیوم شکافت پذیر است. همچنین در راکتورهایی که با غنای بالاتری کار کنند، میزان این اورانیوم شکافت پذیر باقی مانده در پسماند سوخت، بیشتر هم هست.

نبود منابع سرشار اولیه اورانیوم در جهان مسئله ای است که در آینده ممکن است برای تمامی کشورهای صاحب تکنولوژی هسته‌ای مشکل ساز باشد. علی الخصوص برای کشوری مانند ایران که معادن کشف شده فراوانی ندارد (اکتشاف معادن جدید در حال انجام است) هرگونه منبعی برای تامین سوخت هسته‌ای از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است آن هم منبع سرشاری مانند سوخت مصرف شده که در دنیا جهت تامین سوخت مورد نیاز نیروگاه های هسته‌ای از جایگاه ویژه ای برخوردار است.

جداسازی پلوتونیوم موجود در پسماند سوخت یکی دیگر از کاربردهای مهم بازفرآوری است. در کشورهای صاحب فناوری هسته‌ای استفاده از سوخت پلوتونیوم در نیروگاههای هسته‌ای پذیرفته شده است و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد (در جدول زیر میزان استفاده از پلوتونیم به عنوان سوخت راکتور هسته‌ای در طی سال های مختلف در جهان آورده شده است[۱])

نمودار ۱ میزان استفاده از پلوتونیوم به عنوان سوخت راکتور هسته‌ای در طی سال های مختلف در جهان

با نگاهی اجمالی میتوان گفت بازفراوری نه تنها منبع مهمی در تامین سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای است بلکه موجب کاهش حجم زباله های هسته‌ای درحدود یک پنجم وکاهش چشم گیر رادیواکتیویته ی آن‌ها می‌شود.

همچنین پیش بینی می شود استفاده از نیروگاه های نسل چهارم هسته‌ای تا سال ۲۰۲۰ رواج پیدا کنند. در این صورت با توجه ساختار این راکتورها، سوخت های مصرف شده نیروگاههای هسته‌ای فعلی (که در تخمینی حدود ۱٫۵ میلیون تن تخمین زده می شوند) به عنوان منبع تولید سوخت آن نیروگاه ها مورد توجه قرار می گیرند.

وضعیت جهانی بازفرآوری

تا کنون حدود ۱۱۰ هزار تن سوخت هسته‌ای در جهان مورد بازفرآوری قرارگرفته است. نمودار زیر پیش بینی استفاده از اورانیوم و پلوتونیوم بازیافتی و در نتیجه میزان صرفه جویی که در استفاده از اورانیوم طبیعی صورت می گیرد را نشان می دهد[۲]. از نمودار مشخص است که بازفرآوری در جهان رو به رشد است و هر ساله مقدار بیشتری از سوخت نیروگاه ها، باز فرآوری می‌شود. همچنین مشاهده می کنیم که استفاده از پلوتونیوم در سوخت نیروگاه ها رو به افزایش خواهد بود.

نمودار ۲ پیش‌بینی میزان صرفه جویی در اورانیوم طبیعی بخاطر استفاده از بازفراوری سوخت مصرف شده تا ۲۰۳۰

در نمودار زیر نیز روند تولید پلوتونیوم از بازفراوری سوخت نیروگاههای هسته‌ای برای چتد کشور مطرح استفاده کننده از این تکنولوژی قابل مشاهده است.[۳]

نمودار ۳ روند افزایشی پلوتونیوم تولید شده برای مصارف غیر نظامی

در جدول زیر ظرفیت چند مرکز بازفراوری سوخت هسته‌ای فهرست شده است: (واحد: تن اورانیوم در سال[۴]):

نوع سوخت

کشور

نام مرکز

ظرفیت (تن اورانیوم بر سال)

سوخت راکتور آب سبک

انگلستان

Sellafield

۶۰۰

روسیه

Ozersk

۴۰۰

ژاپن

Rokkasho

*۸۰۰

فرانسه

La Hague

۱۷۰۰

سوخت دیگر راکتورها

انگلیس

Sellafield

۱۵۰۰

ژاپن

Tokai MOX

۴۰

هند

۴راکتور PHWR

۳۳۰

جمع کل

۵۳۷۰

جدول ۱ ظرفیت چند مرکز بازفراوری سوخت هسته ای

*این مرکز قرار بود در سال ۲۰۱۶ شروع به کار کند اما بدلیل مسائل امنیتی بعد از حادثه فوکوشیما راه‌اندازی آن در هاله‌ای از ابهام است.

در حال حاضر تنها در اروپا و آسیا از بازفراوری سوخت برای تولید دوباره سوخت هسته‌ای استفاده می شود اما در آمریکا بازفراوری برای مقاصد نظامی صورت می گیرد.

شکل ۱ مراکز بازفراوری فعال در جهان (منبع: www.fissilematerials.org)

روند رو به رشد ظرفیت مراکز باز فراوری سوخت هسته‌ای نیز در جدول زیر آمده که شامل سوخت راکتورهایی از نوع:LWR ، PHWR، FBR، GCR می باشد که در کشورهای انگلیس، هند، روسیه، ژاپن و فرانسه مستقر هستند[۵]

نمودار ۴ روند ایجاد مراکز بازفراوری

دیگر کاربردهای بازفرآوری

بازفراوری از جنبه ای دیگر نیز حائز اهمیت است و آن تولید عناصر کم یاب و مهم است که اکثر آنها به راحتی در طبیعت یافت نمی شوند و تعدادی از آنها صرفا در راکتور هسته‌ای به وجود می آیند و برای آنها کاربردهای مختلفی در حوزه صنعت وجود دارد.

Am(آمریکیوم):

آشکارساز یونی: برای آشکار سازی دود مورد استفاده قرار میگیرد

رادیوایزوتوپ ترموالکتریک: برای تولید الکتریسیته و حرارت استفاده میشود که یکی از موارد کاربردی آن استفاده در سفینه های فضایی به عنوان باتری هسته‌ای است (mw/g7 در Am241)

منبع نوترون: برای راه اندازی راکتور هسته‌ای از منبع نوترونی برای شروع واکنش زنجیره ای استفاده می شود

تولیدکننده دیگر عناصر: از جمله کوریوم

طیف سنج: برای تحلیل مواد

Cm (کوریوم):

رادیولیزوتوپ ترموالکتریک: در باتری های هسته‌ای مورد استفاده قرار میگیرد

طیف سنج اشعه ایکس

Np (نپتنیوم):

ماده تولید کننده پلوتونیوم

به عنوان آشکار ساز در ابزار آلات فیزیک انرژی‌های بالا، به عنوان آشکار ساز نوترون

جمع بندی

به طور خلاصه، بازفراوری سوخت هسته‌ای فرآیندی است که از زباله‌های هسته‌ای موادی بسیار ارزشمند به وجود می آورد که نه تنها زیان بار نیست بلکه از لحاظ اقتصادی بسیار سودآور است. بنابراین برای هر کشوری که قصد داشتن صنعت هسته‌ای پویا و بادوام دارد وجود چنین فرآیندی لازم است و در آینده با کاهش منابع اولیه تامین اورانیوم اهمیت آن نیز مضاعف خواهد شد.

با نگاهی به چند کاربرد و فواید ذکر شده برای بازفراوری سوخت هسته ای، متوجه می‌شویم که مصارف نظامی (استفاده از پلوتونیوم ۲۳۹) تنها بخش کوچکی از کاربردهای این فرآیند است و حالا با این بهانه، در توافق اخیر بین ایران و کشورهای ۵+۱، کشورمان از دیگر کاربردهای پرشمار آن برای مدتی نامعلوم محروم شده است. در همین راستا ارنست مونیز وزیر انرژی آمریکا طی مقاله ای در روزنامه واشنگتن پست با اشاره به بحث بازفراوری می نویسد (+):

«ایران برای آینده ای نامحدود، ظرفیت استخراج پلوتونیوم از سوخت مصرف شده هیچ راکتوری نخواهد داشت و نمی تواند روی چنین بازفرآوری، کار تحقیق و توسعه داشته باشد.»

پذیرش محدودیت‌ها در این زمینه به معنی از دست دادن بخش قابل توجهی از منابع سوخت هسته‌ای کشور است. این در حالی است که برای تامین نیاز قطعی کشور به ۲۰ هزار مگاوات برق هسته‌ای، به این منابع سوخت به طور اساسی احتیاج وجود دارد. در واقع به نظر می‌رسد علاوه بر ایجاد محدودیت گسترده در ظرفیت غنی سازی ایران برای سالیان طولانی و حتی صفر شدن ظرفیت غنی سازی کشورمان بعد از سال دهم (+)، ایجاد محدودیت در منابع سوخت هسته‌ای کشور یکی دیگر از دستاوردهای طرف مقابل در مذاکرات هسته‌ای بوده است.

[۱] BULLETIN, of IAEA

[۲] WNA Market Report 2013

[۳] IPFM

[۴] World nuclear association) yon.ir/t0RE)

[۵] BULLETIN, of IAEA