در سالهای گذشته گسترش استفاده از انرژی هسته‌ای برای تولید برق در کشورهای مختلف رو به افزایش بوده است و طبق پیش‌بینی‌های به عمل آمده روند استفاده از برق هسته‌ای تا دهه‌های آینده همچنان سیر صعودی خواهد داشت. فناوری هسته‌ای یکی از مهم‌ترین، پیچیده‌ترین و برجسته‌ترین علومی است که بشر موفق شده به آن دست پیدا کند. برای فهم راحت‌تر مسائل مربوط به آن و درک واژه‌های کلیدی در ارتباط با آن به سراغ دو تن از کارشناسان مسائل شیمی و فیزیک هسته‌ای رفتیم که دوشنبه بخش اول آن در اختیار خوانندگان قرار گرفت و هم‌اکنون بخش دوم و پایانی آن به نظر شما می‌رسد.
وقتی گاز (UF6) وارد سانتریفیوژ می‌شود غنی‌سازی به چه صورت انجام می‌شود چگونه می‌توان به درجه غنای بالاتر رسید یا جرم بیشتری از اورانیوم 3 درصد غنی‌شده به دست آورد؟
نظر دکتر رهبر و دکتر کارخانه‌ای این است که گاز UF6 از یک طرف وارد سانتریفیوژ می‌شود. نیروی گریز از مرکز حاصل از سرعت چرخش سانتریفیوژ سبب می‌شود که به اورانیوم 235 که دارای جرم کمتری است نیروی کمتری وارد شود و این ایزوتوپ اطراف محور تجمع یابد و اورانیوم 238 در کناره‌های داخلی سانتریفیوژ. برای این که درجه غنا افزایش یابد باید آن حجم از اورانیومی که در اطراف محور تجمع یافته وارد سانتریفیوژ دیگری شود تا به همین ترتیب درجه غنای آن بالا رود اگر به این ترتیب 164 سانتریفیوژ به صورت آبشاری داشته باشیم در آخر اورانیومی با 3 درصد غنا خواهیم داشت. چنانچه بخواهیم میزان جرم این اورانیوم افزایش یابد باید بسته‌های 164 تایی رول از سانتریفیوژ را افزایش دهیم و چنانچه بخواهیم درجه غنا را بالاتر از 3 درصد ببریم باید بر تعداد 164 سانتریفیوژ به صورت آبشاری بیفزاییم. به اورانیوم 238 که در آخر باقی مانده و میزان بسیار ناچیزی از اورانیوم 235 است اورانیوم تهی شده می‌گویند.

کار و جنس غلاف‌های سوخت یا میله‌های سوختی چیست؟
عضو هیئت علمی دانشگاه تهران توضیح می‌دهد که وقتی اورانیوم به غنای مورد نظر رسید آن را طی مراحل شیمیایی تبدیل به (UO2) یا دی‌اکسید اورانیوم غنی شده کرده و آن را به صورت قرص‌های کوچکی درمی‌آورند و درون غلاف‌های سوختی قرار می‌دهند. از آنجایی که UO2 پس از شکافت انرژی قابل ملاحظه و در نتیجه گرمای زیادی تولید می‌کند بنابراین غلاف‌های سوخت که میله‌های استوانه‌ای باریک و بلندی هستند باید مقاوم باشند و سریع گرما را انتقال دهند چون اگر گرما به سرعت انتقال نیابد باعث ذوب غلاف‌ها و نشست محصولات حاصل از شکافت در محیط آب راکتور شده ومشکل ایجاد می‌کند. باید توجه داشت که هر عنصری را نمی‌توان برای ساخت میله‌های سوختی به کار برد. این میله‌ها علاوه بر استحکام زیاد نباید نوترون را جذب کنند. به همین دلیل غلاف را از زیرکونیوم یا آلیاژی از آن یا فولاد زنگ‌نزن می‌سازند زیرکونیوم این حسن را دارد که سطح مقطع جذب الکترون در آن کم است. بنابراین نوترون پدید آمده جذب سوخت می‌شود. غلاف سوخت باید خالص باشد تا نوترون‌ها توسط ناخالصی‌ها جذب نشوند و واکنش‌های زنجیره‌ای مختل نگردند. بنابراین به صورت غلاف سوخت درآوردن زیرکونیوم کار بسیار بسیار مشکل و پیشرفته‌ای است.
واکنش‌های زنجیره‌ای، شکافت هسته‌ای و اصطلاحی به نام کبریت اتمی و چشمه تولید نوترون چیست؟
دکتر کارخانه‌ای می‌گوید: اورانیوم عنصری است که دارای قابلیت شکافت هسته‌ای است البته میزان شکافت هسته اورانیوم به طور خود به خودی بسیار کم است اما اگر به هسته اورانیوم 235 نوترون بتابانیم دراثر برخورد یک نوترون با یک هسته اورانیوم 235، دو عنصر سبک‌تر بعلاوه 3-2 نوترون و 200 میلیون الکترون ولت انرژی آزاد می‌شود یعنی دراین میان مقداری از جرم تبدیل به انرژی می‌شود بعد هر یک از 3-2 نوترون آزاد شده به هسته‌های دیگر برخورد کرده و واکنش زنجیره‌وار ادامه می‌یابد به این نوع واکنش‌ها واکنش‌های زنجیره‌ای می‌گویند.

و اما درباره کبریت اتمی و چشمه تولید نوترون دکتر رهبر می‌گوید:‌از عنصر رادیوم که یک عنصر رادیواکتیو است و اشعه آلفا تولید می‌کند استفاده کرده و اشعه آلفا را به عنصر بریلیوم می‌تابانند. در اثر تابش اشعه آلفا هسته بریلیوم نوترون ایجاد می‌شود که در اینجا بریلیوم نقش چشمه نوترون را بازی می‌کند و این نوترون‌های اولیه به منزله کبریت و یا چاشنی عمل می‌کنند که به آن کبریت اتمی گفته می‌شود، درست مثل کبریتی که برای آغاز سوختن چراغ نفتی یا گازی لازم است بعد واکنش خودنگهدار است یعنی خودش نوترون تولید می‌کند و دیگر نیازی به تامین نوترون از بیرون نیست تا زمانی که جرم اولیه از میزان بحرانی کمتر شود این واکنش ادامه می‌یابد.
کارخانه‌ای نیز می‌افزاید: در اثر شکافت هسته‌ای یک کیلوگرم اورانیوم، معادل 20 میلیارد کیلو کالری گرما آزاد می‌شود که این مقدار معادل گرمای حاصل از احتراق 2000 تن نفت است.

خنک‌کننده و یا کند‌کننده در راکتورها چه کاری انجام می‌دهند؟
دکترکارخانه‌ای نماینده مجلس و دارای دکترای شیمی هسته‌ای می‌گوید: درون یک راکتور هسته‌ای اورانیوم 235 به صورت کنترل شده توسط نوترون‌ها بمباران می‌شود و تولید انرژی زیادی می‌کند. این انرژی آزاد شده توسط مواد خنک‌کننده یا کندکننده مانند آب معمولی، آب سنگین، گرافیت به بیرون از راکتور انتقال داده شده و پس از انتقال حرارت وخنک شدن دوباره به درون راکتور بازمی‌گردد. کندکننده‌ها حالت کنترلی هم دارند و نمی‌گذارند سیستم به حدی گرم شود که انفجار هسته‌ای در آن رخ دهد.
محصولات حاصل از شکافت یا آنطور که گفته می‌شود زباله‌های اتمی چه هستند و چگونه به وجود می‌آیند؟
دکتر کارخانه‌ای می‌گوید: وقتی نوترون به هسته اورانیوم برخورد می‌کند به حدود 30 روش مختلف هسته می‌تواند شکافت حاصل کند که به هر روش که این شکافت صورت گیرد عناصر سبک‌تر مختلفی به وجود می‌آید ولی معمولا عناصر حاصل از هر نوع شکافت اورانیوم دوتا هستند که یکی از آنها عدد جرمی‌اش حول وحوش 90 است و عنصر دیگر دارای عدد جرمی در اطراف 140 می‌باشد بنابراین همیشه دو عنصر سبک مشخص پدید نمی‌آیند ولی به هرحال تمام عناصر ایجاد شده رادیواکتیو هستند.

دکتر رهبر در این باره تصریح می‌کند اورانیوم 238 در حالت عادی با نوترون‌های گرمایی شکافته نمی‌شود و در راکتورهای معمولی نقش موثری ندارد (قرص‌های UO2 در میله‌های سوختی حاوی حدود 3 درصد اورانیوم 235 و 97 درصد اورانیوم 238 هستند) ولی اگر راکتور درحال کار باشد به تدریج نوترون جذب می‌کند و طی مراحلی ابتدا به اورانیوم 239 تبدیل شده و در واکنش‌های بتازا (تولید اشعه بتا) اول به نوترونیوم 239 و سپس به پلوتونیوم 239 می‌شود که می‌توان از آن برای سوخت نیروگاه استفاده کرد و البته این مزیت را دارد که در واکنش‌های زنجیره‌ای از اورانیوم 235 مفیدتر است. غیر از پلوتونیوم مقداری هم اورانیوم 235 باقی می‌ماند این اورانیوم جرمش به مقداری رسیده که کمتر از جرم بحرانی است و نمی‌تواند شکافت حاصل کند بنابراین محصولات حاصل از شکافت را که زیان‌آور است باید از محیط راکتور خارج کرده و آن را دوباره فرآوری کرد.
دراثر شکافت هسته‌ای یک کیلوگرم اورانیوم، معادل 20 میلیارد کیلوکالری گرما آزاد می‌شود که این مقدار معادل گرمای حاصل از احتراق 2000 تن نفت است
برای افزایش جرم اورانیوم غنی شده، باید بسته‌های 164 تایی سانتریفیوژ را افزایش دهیم و چنانچه بخواهیم درجه غنای اورانیوم را بالاتر از 3 درصد ببریم باید بر تعداد 164 سانتریفیوژ به صورت آبشاری بیفزاییم