بازفرآوری سوخت هسته‌ای چیست؟

در حدود ۵۰ سال پیش بود که محققان حوزه هسته ای دریافتند با انجام چند سری فرایند شیمیایی می توان با بازفرآوری، از پسماند سوخت نیروگاه های هسته ای مجددا سوخت هسته ای بدست آورد و چرخه سوخت هسته ای 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 هسته ای (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 هسته ای نسبت به دیگر انرژی ها، امکان مصرف چند باره ی سوخت آن می‌باشد چرخه سوخت هسته ای 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.

معادن اورانیوم کانادا به خلوص بالا معروف هستند. سنگ معدن معادن اورانیوم کانادا حدود ۲۰ در صد اورانیوم دارند. در حالی که میزان اورانیوم را در سایر معادن اقتصادی به صورت قسمت در میلیون (مثال ۸۰۰ppm) بیان می کنند. 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 حاوی اورانیوم شکافت پذیر است. در راکتورهایی که با غنای بالاتری کار کنند، مقدار این اورانیوم شکافت پذیر باقی مانده در پسماند سوخت، بیشتر است.

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

همچنین پیش بینی می شود استفاده از نیروگاه های نسل چهارم هسته ای تا سال ۲۰۲۰ رواج پیدا کنند. در این صورت با توجه ساختار این راکتورها، سوخت های مصرف شده نیروگاههای هسته ای 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 هسته ای در جهان مورد بازفرآوری قرارگرفته است. نمودار روبرو 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.  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.

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

روند رو به رشد ظرفیت مراکز باز فراوری سوخت هسته ای نیز در جدول بالا آمده که شامل سوخت راکتورهایی از نوع: LWR ,PHWR ,FBR ,GCR می باشد که در کشورهای انگلیس، هند، روسیه، ژاپن و فرانسه مستقر است.

دیگر کاربردهای بازفرآوری سوخت هسته‌ای :

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 هسته ای 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 استفاده این ویژگی در سفینه های فضایی به عنوان باتری هسته ای است (mw/g7 در Am241)
منبع نوترون: برای راه اندازی راکتور هسته ای 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 هسته ای مورد استفاده قرار میگیرد
طیف سنج اشعه ایکس
 

Np (نپتنیوم):

ماده تولید کننده پلوتونیوم
به عنوان آشکار ساز در ابزار آلات فیزیک انرژی های بالا به عنوان آشکار ساز نوترون

بازفراوری در برجام و آینده هسته ای کشور:

در انتها باید گفت بازفراوری سوخت هسته ای صنعتی است که از زباله هسته ای موادی بسیار ارزشمند به وجود می آورد که نه تنها زیان بار نیست بلکه از لحاظ اقتصادی بسیار سودآور است. و برای هر کشوری که قصد داشتن صنعت هسته ای پویا و بادوام دارد از الزامات است و در آینده با کاهش منابع اولیه تامین اورانیوم اهمیت آن نیز دوچندان خواهد شد.

همچنین با نگاهی به چند کاربرد و فواید ذکر شده برای بازفراوری سوخت هسته ای نکته ای که به ذهن خطور میکند دلیل از دست دادن این فناوری برای کشور برای مدت نامعلوم در توافق اخیر بدست آمده بین ایران و کشورهای ۵+۱ می باشد. همانطور که در بند ۱۲ بخش B برجام و بند ۱۸ بخش E ذکر شده است : «ایران به مدت ۱۵ سال و پس از این مدت هم قصد انجام هرگونه فعالیت در حوزه بازفراوری سوخت هسته ای را ندارد» و سوخت های مصرف شده نیز باید از کشور خارج شود. 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».

معنی این کار از دست دادن بخشی از منابع سوخت هسته ای کشور است. در حالی که در افق تامین برق هسته ای ۲۰ هزار مگاواتی نیاز به این منابع به طور اساسی احساس می شود.این در حالی رخ می دهد که در کشورهای صاحب فناوری هسته ای سوخت پلوتونیوم به عنوان سوخت نیروگاههای هسته ای پذیرفته شده است و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. (در جدول که در انتها آمده است میزان استفاده از پلوتونیم به عنوان سوخت راکتور هسته ای در طی سال های مختلف در جهان آورده شده است.

نبود منابع سرشار اولیه اورانیوم در جهان مسئله ای است که در آینده ممکن است برای تمامی کشورهای صاحب تکنولوژی هسته ای 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 هسته ای 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 هسته ای از جایگاه ویژه ای برخوردار است. پس انتظار می رفت که در قرارداد ساخت نیروگاههای ۲ و۳ بوشهر طوری تدبیر به کار می رفت تا سوخت مصرف شده در کشور باقی می ماند. هرچند انتقاد از عمل کردن راحت تر است اما شاید با کمی پایداری بیشتر می‌توانستیم فناوری بازفراوری را هم مانند آب سنگین برای آینده کشور حفظ کنیم شاید هم از دست دادن این فناوری یکی از دو گلی است که در مذاکرات هسته ای خورده ایم.

تنها دلیلی که شاید بتوان گفت علت منع شدن ایران برای دست یابی به تکنولوژی بازفراوری است، امکان استخراج پلوتونیوم ۲۳۹ (و نه حتی ایزوتوپ های دیگر پلوتونیم و دیگر عناصر شکل گرفته در داخل راکتور) برای ساخت بمب هسته ای باشد. امکانی که ای کاش نبود و یا اینکه مذاکره کنندگان ما پافشاری بیشتری می کردند تا این تکنولوژی لااقل برای آیندگان باقی می ماند.